La cimentación de cajón es una estructura subterránea hecha de concreto armado que brinda una base sólida y estable a las estructuras construidas sobre suelos de baja resistencia. Por lo tanto, podemos decir que se trata de de una cimentación que lleva las cargas de la edificación a estratos más profundos.
Se trata de un elemento que debe construirse en zonas en las que los movimientos sísmicos son habituales y en el caso de obras propensas a fuerzas de levantamiento (como las ejercidas por ríos y mares). Asimismo, es un tipo de cimentación habitual en túneles y edificios con cajón de almacenamiento o estacionamiento. ¡Continúa leyendo para descubrir en qué tipos se divide y cómo se calculan!
Tipos de cajones de cimentación
La cimentación de cajón, también llamada de sustitución (nombre que se explicará con los siguientes puntos), se emplea de distintas formas según el peso de la estructura que deberá soportar. En este sentido podemos establecer tres tipos de cajones de cimentación, de los cuales te hablamos en el siguiente listado:
- Cajones de cimentación compensada: en estos casos se excava una cantidad de material equivalente a la del peso de la estructura que se levantará en ese espacio. De esta manera la construcción queda igualada en un asiento controlado.
- Cimentación parcialmente compensadas: también conocida como subcompensada, indica que el peso de la estructura es mayor que la carga de excavación. Se utiliza con frecuencia en edificios altos y según sea el caso se puede complementar con otro tipo de cimentaciones con pilotes.
- Cajones sobrecompensados: en este caso el peso de la estructura es menor que la carga del material excavado. Es común en casas o espacios habitacionales en suelos de baja capacidad de carga.
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¿Cómo calcular los cajones de cimentación?
Antes de realizar el cálculo para la cimentación de cajón es necesario determinar algunos datos de gran importancia, para llevar a cabo todas las operaciones de la forma correcta: el peso del edificio (W), el área del mismo (a), la altura del cajón de cimentación (h) y la resistencia del terreno (RT).
Posteriormente llega el momento, ahora sí, de realizar el cálculo de la cimentación. Esto será de gran utilidad para determinar cuál es la opción más conveniente en lo que se refiere al nivel de compensación, de acuerdo con las necesidades del suelo y de la edificación. El procedimiento para llevar a cabo este cálculo se realiza mediante los siguientes pasos:
Paso 1: se calcula el peso total del edificio (W), para lo cual se suman los pesos de las losas del estudio de bajada de cargas.
Paso 2: se estima la resistencia total del terreno (RT) por área (a). Sólo toma en cuenta el área que ocupará el edificio, no la superficie construida. Es decir, si se construirá en 300 m2, solo se considera eso y no 300 m2 por cada planta.
a x RT = RTt
Paso 3: se obtiene la diferencia de peso a sustituir (P).
W - RTt = P
Paso 4: se calcula el volumen de terreno que será necesario remover respecto al peso del mismo. Por ejemplo, para la Ciudad de México se considera una constante de 1.5 Ton/m3. Por supuesto la cifra puede variar para cálculos más detallados por zona.
P/ 1.5 Ton/m3 = V
Paso 5: se determina la altura (h) del cajón de cimentación.
h = V/A
Si el resultado de la altura del cajón no es la esperada se pueden realizar algunos ajustes al proyecto como reducir la resistencia del terreno o ajustar el peso total del edificio.
Cimentación de cajón: proceso constructivo
1.- Excavación y preparación del suelo
De acuerdo con el cálculo realizado anteriormente y con ayuda de maquinaria pesada como excavadoras o retroexcavadoras, se procede a remover todo el volumen de tierra necesario. Según el tipo de suelo esto podrá requerir procesos adicionales de seguridad previos o la instalación de muros pantalla que eviten la caída de tierra.
Posteriormente se emplean métodos para el mejoramiento del suelo, como técnicas de vibración, aplicación de grava y la instalación de un firme de concreto (hecho a partir de cemento) o una combinación de ambos. De esta manera se garantiza un espacio de trabajo y se elimina la presencia de agua y material suelto que puedan afectar la cimentación.
2.- Armado del acero estructural del proyecto
Se prepara la armadura de acero en forma a partir de varilla corrugada, es decir, una losa de cimentación desde la cuál se podrá continuar con el levantamiento de los demás elementos. En algunas variantes se opta por un emparrillado de cimentación que emplea menos acero y concreto, pero esto dependerá de si el cajón tendrá usos adicionales o se mantendrá cerrado.
3. - Encofrado y colado de la losa inferior
Se procede a colocar el molde de madera que ayudará a mantener el concreto en su lugar mientras ocurre el proceso de fraguado. Al ser una losa de cimentación inferior y contar con un firme de concreto por debajo, solo hace falta cerrar por los cuatro lados. Siempre se debe poner atención en no ahogar el acero que permitirá desplantar los muros.
Los cálculos del proyecto indicarán cuánto tiempo se debe dejar pasar antes de proceder a retirar el encofrado y qué tan largo será el curado de la losa antes de continuar otras etapas de trabajo necesarias para el cajón de cimentación.
4.- Armado de acero para muros Milán
La cimentación de cajón va cerrada por sus cuatro lados, por lo que se debe desplantar desde la losa el acero estructural necesario para los mismos. Los muros Milán, también llamados muro pantalla, se crean con concreto armado y sirven de contención para prevenir el movimiento de tierra.
En algunos proyectos se utilizan sistemas de columnas, contratrabes y bloques de concreto para construir los muros. En obras de gran tamaño se emplea una combinación de ambos sistemas con muros Milán en el perímetro y muros de bloque al interior según la funcionalidad que se dé al espacio.
5.- Cimbrado y colado de los muros
El armado de la cimbra para los muros Milán suele emplear enormes planchas de metal o madera para los proyectos de grandes dimensiones, mismas que se sostienen durante el proceso utilizando puntales y madrinas dobles para asegurar la forma.
En el caso de proyectos pequeños se requiere cimbra y encofrado solo para las columnas y contratrabes de celdas internas que darán funcionalidad a los cajones de cimentación, sea en la construcción de sótanos o espacios de almacenamiento.
Igual que sucede con la losa de cimentación, los cálculos del proyecto indicarán cuánto tiempo se debe esperar antes de proceder al descimbrado y la duración del curado de los muros.
6.- Armado de la losa superior
La parte superior de la cimentación de cajón es llamada también losa tapa o losa de rodamiento, en caso de que haya circulación de vehículos en esta área. El acero estructural para este elemento debe ir conectado de forma directa a los muros Milán y en cualquier columna interna que se haya construido.
7.- Cimbrado y colado de la losa superior
Para el cimbrado de la losa superior se utilizan planchas de metal o madera para mantener la forma que tendrá la losa y estas se sostienen con la ayuda de madrinas distribuidas de lado a lado de la misma. A su vez, las madrinas se sostienen en puntales distribuidos de manera uniforme para resistir el peso del concreto.
Las cuñas, rastras y orejas se emplean para incrementar el área de distribución del peso de los puntales y no causar daños en la losa inferior. De manera adicional, se instalan contraventeos que conectan en diagonal la parte superior e inferior de los puntales, lo cual brinda estabilidad para movimientos laterales.
Por último se realiza también el cerramiento de la losa superior por medio del encofrado; para ello se instalan maderas en los laterales que evitan el derrame del concreto y mantienen la forma durante todo el proceso de fraguado.
De nuevo, el proyecto indicará cuánto tiempo esperar antes de retirar la cimbra y el inicio para curado del concreto. Al ser en elemento elevado suele ser un poco más tardado que los muros o la losa inferior.
Si requieres una explicación complementaria sobre la construcción de una cimentación de cajón, porque las plataformas audiovisuales son lo tuyo, no te pierdas el siguiente video, en el que te presentamos más detalles sobre este elemento que seguro te ayudarán a conseguir un resultado mucho más completo.
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Otros tipos de cimentaciones profundas
La cimentación de cajón es una de las tantas formas para crear una base firme en lo que respecta a la construcción de edificios. Sin embargo, existen otros tipos de cimentaciones profundas con características similares a la ya mencionada que pueden adaptarse mejor a una variedad de proyectos o tipos de suelo, como los que te presentamos a continuación:
Cimentación por pilotes
Se denomina pilotes a las cimentaciones profundas cuyo diámetro no supera los 90 centímetros. Estos elementos se pueden hacer de madera, concreto o acero, la elección del material depende del tipo de suelo en el que se empleen. Sirven para llevar las cargas a estratos más sólidos del suelo, en especial en aquellos proyectos en los que la profundidad del mismo hace imposible el uso de sistemas más convencionales como zapatas o losas.
Cimentación por pilares
Es un sistema de gran similitud con los pilotes, pero de dimensiones mucho mayores, con un diámetro superior a los 90 centímetros. La idea es la misma que en la cimentación anteriormente mencionada, pero, al ser un sistema más robusto, se utiliza en proyectos de grandes magnitudes.
Muros pantalla
Los muros pantalla, como lo vimos anteriormente, son uno de los elementos fundamentales para la cimentación de cajón, y se emplean como un tipo de muro de contención que previene el derrumbe de la tierra una vez iniciada la excavación para dicho elemento.
No obstante, los muros pantalla se pueden implementar de manera independiente para proteger a ciertas edificaciones contra la presencia de aguas subterráneas. Y también se utilizan como elementos temporales en el desarrollo de proyectos como la construcción de columnas para puentes en ríos.
Cimentaciones por flotación
Es un sistema en el que se utiliza el principio de Arquímedes. En este caso se considera al suelo como un elemento líquido que genera un empuje vertical sobre las edificaciones de acuerdo al volúmen del material que estas desplazarán con su peso. Este cálculo previene el hundimiento o volteo de la obra del mismo modo que lo haría un barco en el mar.
Como has podido darte cuenta, la cimentación de cajón puede llegar a ser fundamental para diversas edificaciones modernas, por la estabilidad que brinda y la funcionalidad que ofrece. Y también habrás intuido que para llevar a cabo la construcción de este tipo de obras, se requieren grandes cantidades de concreto y acero de refuerzo de gran calidad.
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