¿Qué es?
La zapata aislada es uno de los tipos de cimentación superficial más comunes que se utilizan para la construcción de múltiples obras, tanto por su facilidad y capacidad de transmitir las cargas puntuales de la estructura hacia el terreno de forma directa. Las zapatas aisladas se utilizan como cimientos poco profundos para soportar cargas concentradas en estructuras de pequeña y mediana altura.
Ubicadas debajo de las columnas estructurales de forma individual y espaciada (no se conectan directamente con otras zapatas como las corridas o combinadas), desempeñan la función de redistribuir el peso de la estructura desde los cimientos hacia el suelo subyacente. Su uso es recomendado en terrenos firmes con alta resistencia.
La zapata aislada es un tipo de cimentación somera, es decir, su profundidad de desplante es menor de unas tres veces su ancho. En el caso de la Ciudad de México, este tipo de cimentación se utiliza en suelo de Tipo I (lomerío), para edificios de baja hasta mediana altura (6 niveles como máximo) y con poca rigidez estructural.
Materiales
Una zapata aislada está hecha de concreto estructural, una mezcla de cemento, arena, grava y agua que va reforzada con varillas de acero de refuerzo de grado 42 o 56, lo que permite resistir tanto esfuerzos de compresión como de tracción. Durante su construcción, se utilizan encofrados temporales de madera, triplay o metálicos para darle forma en el vaciado, también puede incluir una capa de concreto pobre en el fondo para nivelar y aislar del terreno. En ocasiones se colocan membranas impermeables para evitar la pérdida de agua o la humedad del suelo, además de proteger la estructura de la corrosión y el desgaste a lo largo del tiempo.
Concreto
Acero
Elementos Constructivos
Base de la zapata:
Apoyo inferior de la cimentación que entra en contacto con el suelo, distribuye las cargas verticales de una columna hacia el terreno, aumentando el área de contacto entre la estructura y el suelo, procurando evitar asentamientos diferenciales o fallas en el suelo por la presión.
Pedestal o dado:
Es la parte que sobresale de la zapata y sobre la cual se apoya la columna; puede tener diversas formas, comúnmente cuadrada o rectangular, su composición es de concreto reforzado.
Armado:
Funciona como el "esqueleto" de la estructura. Se compone por varillas de acero de refuerzo colocadas principalmente en la parte inferior para resistir esfuerzos de tracción, evitando fallas o fisuras.
Concreto estructural:
Es el volumen principal de la zapata, consta de una mezcla de cemento, arena, grava y agua que le da cuerpo y recubre toda la estructura, para darle resistencia y estabilidad.
Contratrabes:
Vigas de concreto armado que conectan las zapatas aisladas entre sí, formando un sistema más rígido y estable. Impiden movimientos diferenciales entre zapatas y resisten esfuerzos laterales.
Proceso Constructivo
Realizar un estudio del suelo:
Antes de construir cualquier cimentación, es importante realizar un estudio de mecánica del suelo para determinar su capacidad de carga y las características de drenaje. Esto permitirá determinar la profundidad y dimensiones adecuadas de la zapata aislada.
Trazo:
En este paso se marca la ubicación precisa de cada zapata en el terreno, usando hilo y cal. Las dimensiones deben ser correspondientes al peso y tamaño de la estructura que soportará la zapata.
Excavación:
Se procede a excavar agujeros en el terreno marcado, hasta topar con el estrato resistente. La profundidad y el ancho o diámetro del agujero debe ser mayor al diseño para permitir el espacio de encofrado y trabajo.
Capa de limpieza:
Es necesario colocar una capa de concreto pobre (de baja resistencia) de 5 a 10 cm en el fondo de cada excavación, con el objetivo de nivelar el suelo, evitar contaminar el concreto estructural y facilitar el armado.
Armado:
Primero se coloca una plantilla o malla inferior sobre la que se alzará la armadura de refuerzo. Se ponen calzos y se realiza el armado de cada componente usando varillas de acero, en esta etapa se integran las zapatas con las contratrabes mediante anclajes y estribos, siempre cuidando que la armadura quede dentro del margen que necesitará la cimbra posteriormente.
Cimbra:
Se alza la cimbra alrededor del agujero que contendrá la zapata aislada. El encofrado debe ser lo suficientemente resistente para soportar la presión del concreto fresco y mantener la forma deseada.
Vaciado del concreto:
Se vierte el concreto estructural en la cimbra hasta que se llene el espacio entre la capa de limpieza y la armadura de refuerzo, cuidando que se compacte adecuadamente.
Curado:
El concreto debe mantenerse húmedo al menos 7 días, ya sea mediante riego o cubriendo con sacos mojados para garantizar que el concreto gane resistencia correctamente.
Descimbrado:
Procedemos a retirar los encofrados que sostuvieron el concreto fresco durante el proceso de curado.
Terminar la superficie:
Se alisa la superficie superior del concreto, dejándolo secar y curar durante el tiempo recomendado. Después del curado se puede impermeabilizar el elemento para evitar la transferencia de calor y humedad desde el suelo.
Relleno y compactación:
Una vez fraguado, se rellena el hueco del área de trabajo con material seleccionado (tierra, tepetate, arena) en capas delgadas y compactadas mecánicamente. Se realiza alrededor de las zapatas y sobre las contratrabes si se construirá sobre ellas más adelante.
Columnas y pedestales:
Por último, con nuestras zapatas ya listas, podemos proceder con la colocación de pedestales y columnas alineadas verticalmente con el acero saliente de la zapata.
Obras inducidas (previsiones)
Las instalaciones sanitarias y eléctricas no suelen colocarse dentro de las zapatas aisladas, ya que estos elementos están diseñados para soportar cargas estructurales. Sin embargo, con una planificación adecuada, algunas tuberías pueden pasar por las cercanías o por debajo y ciertos sistemas pueden integrarse sin comprometer la estabilidad.
Es fundamental considerar el espacio disponible, las cargas adicionales y la accesibilidad para mantenimiento. Si se instalan tuberías, cables o sistemas de calefacción y detección de incendios, deben cumplir con las normativas de construcción. Además, es importante evitar sobrecargas y realizar inspecciones regulares para garantizar la seguridad y funcionalidad de la estructura.
Sin embargo, pueden presentarse efecto o estructuras adicionales que deben ser consideradas en el diseño.
Refuerzos estructurales: Se añaden vigas de cimentación o vigas de liga para mejorar la estabilidad.
Efectos de cargas excéntricas: Si la columna no está centrada en la zapata, puede generar momentos que deben compensarse con mayor refuerzo o ampliación de la base.
Presencia de agua en el subsuelo: Puede requerir sistemas de drenaje o uso de concreto impermeabilizado para evitar erosión o hundimientos.
Interacción con otras cimentaciones: Si hay zapatas cercanas, puede haber influencia mutua en el comportamiento del suelo, lo que puede requerir análisis geotécnico adicional.
Impacto de sismos o vibraciones: En zonas sísmicas, se puede requerir una mayor profundidad de cimentación o una conexión más rígida entre zapatas.
Ventajas
Eficiencia económica: Su construcción tiende a ser más económica en comparación con otros tipos de cimentaciones, especialmente para edificaciones pequeñas y medianas.
Flexibilidad en el diseño: Se pueden adaptar de manera fácil a diferentes configuraciones de edificaciones y a distintos tipos de suelos, permitiendo una mayor flexibilidad en el diseño arquitectónico.
Uso eficiente de materiales: Por lo general, requieren menos cantidad de concreto y acero que otros sistemas de cimentación más complejos.
Anulación de vibraciones: Pueden ayudar a reducir la transmisión de vibraciones entre diferentes partes del edificio, por ejemplo, en terrenos heterogéneos.
Desventajas
Limitaciones de carga: No son adecuadas para soportar cargas muy elevadas, lo que las hace inadecuadas para edificios muy altos o estructuras con grandes cargas concentradas.
Homogeneidad del terreno: Estos cimientos funcionan óptimamente en terrenos con características uniformes; en terrenos heterogéneos, podrían surgir problemas de asentamiento diferencial.
Mayor riesgo en terrenos propensos a heladas: En áreas donde el suelo es susceptible a las heladas, las zapatas deben ser colocadas a mayor profundidad para evitar problemas de estabilidad.
GRÁFICOS
Fuentes:
American Concrete Institute (ACI). (2019). ACI 318-19: Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI.
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