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El cajón de cimentación es una estructura que se utiliza en la edificación sobre terrenos de alta compresibilidad o con presencia de agua. Se trata asimismo de un sistema empleado constantemente en la construcción de sótanos, estacionamientos y edificios de gran altura. En este artículo exploramos sus tipos, diseño, materiales y proceso constructivo.
Los cajones de cimentación se clasifican según el grado de equilibrio que se establece entre el peso de la estructura y el empuje del suelo. Cada configuración tiene aplicaciones específicas y depende tanto de la capacidad portante del terreno como de las exigencias del proyecto. A continuación, te presentamos los principales tipos de cajones utilizados.
En este sistema, el volumen de tierra excavada es equivalente al peso de la edificación, lo que reduce la presión transmitida al suelo. Los cajones de cimentación compensada se emplean en terrenos blandos o con presencia de agua subterránea, ya que permiten un comportamiento más estable y uniforme frente a asentamientos diferenciales.
Esta variante del cajón de cimentación se utiliza cuando la excavación no alcanza a equilibrar por completo el peso de la estructura. Aunque no logran una compensación total, disminuyen de forma significativa las tensiones en el subsuelo, haciendo viable la construcción en áreas donde una cimentación superficial resultaría insuficiente.
En este caso, el volumen de tierra extraído supera el peso de la edificación, generando un efecto de cimentación de cajón flotante. Este método es ideal en suelos de baja resistencia, donde se busca evitar asentamientos excesivos y garantizar la estabilidad de edificaciones de gran altura o con sótanos profundos.
Antes de llevar a cabo el diseño de una cimentación de cajón, es fundamental establecer algunos parámetros: peso total de la edificación (W), área que ocupará (a), resistencia del terreno (RT) y altura proyectada del cajón (h). Estos datos permiten determinar el nivel de compensación más adecuado para garantizar la estabilidad de la estructura.
Para ello los especialistas del sector llevan a cabo un procedimiento de cálculo cuyos pasos se detallan a continuación:
Paso 1. Se determina el peso total de la edificación (W), a partir del estudio de bajada de cargas, considerando el peso de losas, muros y demás elementos estructurales.
Paso 2. Se calcula la resistencia total del terreno (RTt). Para ello se multiplica la resistencia del suelo (RT) por el área de desplante (a), tomando únicamente la superficie de contacto y no el área construida por niveles.
RTt = a x RT
Paso 3. Se obtiene la diferencia de peso a compensar (P).
P = W – RTt
Paso 4. Se calcula el volumen de suelo a remover para equilibrar cargas. En la Ciudad de México, por ejemplo, se considera una densidad promedio de 1.5 Ton/m³, aunque esta constante varía según las características locales del terreno.
V = P/ 1.5 Ton/m3
Paso 5. Se determina la altura del cajón de cimentación: este valor resulta de dividir el volumen calculado entre el área de desplante.
h=V/A
Si el resultado no cumple con los requerimientos del proyecto, se pueden realizar ajustes como modificar la resistencia del terreno considerada en el diseño o revisar el peso total de la edificación para alcanzar un equilibrio adecuado.
El diseño de cajón de cimentación se realiza bajo criterios como los establecidos en las Normas Técnicas Complementarias de Cimentaciones, las cuales garantizan la estabilidad y funcionalidad de la estructura.
Dependiendo del balance entre el peso de la edificación y el volumen de suelo excavado, el cajón puede diseñarse como compensado, parcialmente compensado o sobrecompensado, buscando siempre reducir las cargas netas aplicadas al subsuelo.
Para el diseño de los cajones de cimentación se deben evaluar las condiciones del subsuelo mediante estudios geotécnicos que determinen su resistencia al esfuerzo cortante, compresibilidad y asentamientos diferidos. El análisis incluye tanto los estados límite de falla (flotación, pérdida de capacidad portante del suelo, estabilidad frente a sismos) como los estados límite de servicio (asentamientos, deformaciones y emersiones diferenciales).
El cajón de cimentación se dimensiona considerando:
Factores de seguridad y resistencia (FR): aplicados a la capacidad de carga del suelo según el tipo de material y las condiciones de carga.
Cuando parte del cajón se encuentra por debajo del nivel freático, debe considerarse el efecto de la flotación. En estos casos, la normativa recomienda la inclusión de lastres, válvulas de alivio o dispositivos de drenaje para evitar el levantamiento de la cimentación.
En proyectos ubicados en lugares como la zona lacustre de la Ciudad de México, se presta especial atención a la interacción entre la excavación y el hundimiento regional. Una sobre–compensación excesiva puede generar emersiones diferidas y daños a estructuras colindantes, por lo que se recomienda limitar el incremento neto de carga negativo a un valor no mayor a 10 kPa salvo demostración técnica más detallada.
Para garantizar la resistencia y durabilidad de un cajón de cimentación, es indispensable el uso de materiales de acero que aseguren un desempeño confiable en obra. A continuación te presentamos la lista de componentes fundamentales para la construcción de este tipo de cimentaciones y la función de cada uno de los mismos:
La varilla corrugada se caracteriza por su alta resistencia y ductilidad, cualidades que permiten reforzar el concreto y mantener la estabilidad estructural incluso en suelos de baja capacidad portante o en zonas sísmicas.
La malla electrosoldada reduce tiempos de instalación durante el proceso constructivo. Su diseño en cuadrícula metálica proporciona una unión firme con el concreto, evitando desplazamientos y mejorando la distribución de cargas en los muros y losas del cajón.
El alambrón ofrece gran maleabilidad y resistencia. Se utiliza principalmente para el armado de estribos, los cuales se emplean, a su vez, con ayuda del alambre recocido, para asegurar los elementos de acero corrugado en el armado de refuerzos para el concreto.
El proceso de construcción de un cajón de cimentación comprende la ejecución de diferentes actividades en varias etapas críticas que aseguran su desempeño estructural. Cada fase integra cálculos previos, materiales de calidad y procedimientos que garantizan la estabilidad de la obra.
1. Excavación y preparación del terreno
Con maquinaria pesada se remueve el volumen de suelo calculado. Dependiendo del tipo de terreno, puede requerirse la instalación de muros pantalla para evitar derrumbes, así como la colocación de grava o un firme de concreto que mejore la base y elimine humedad o material suelto.
2. Armado del acero estructural
La cimentación inicia con la colocación de una losa inferior reforzada con varilla corrugada. En algunos proyectos se opta por un emparrillado de cimentación, lo que permite optimizar el uso del acero corrugado y concreto según la función que cumplirá el cajón.
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
El cajón de cimentación se cierra por los cuatro lados mediante muros Milán de concreto armado. Estos funcionan como muros de contención que previenen el movimiento del terreno. En proyectos de gran magnitud pueden combinarse con contratrabes o muros de bloque interiores según la funcionalidad del espacio.
5. Cimbrado y colado de muros
Para los muros Milán se utilizan planchas metálicas o de madera, aseguradas con puntales y madrinas dobles. En proyectos pequeños, la cimbra puede limitarse a columnas y contratrabes internas. El tiempo de descimbrado dependerá de los cálculos estructurales y del proceso de curado del concreto.
6. Armado de la losa superior
La parte superior del cajón de cimentación se conoce como losa tapa o losa de rodamiento. El acero estructural debe anclarse directamente a los muros Milán y a las columnas internas, garantizando continuidad y resistencia en todo el sistema.
7. Cimbrado y colado de la losa superior
Se colocan moldes de madera o metal sostenidos por puntales y madrinas distribuidos de forma uniforme. Se añaden cuñas y contraventeos para evitar desplazamientos y daños en la losa inferior. El cerramiento lateral del encofrado impide el derrame del concreto y asegura la correcta geometría durante el fraguado.
El proceso de construcción de un cajón de cimentación comprende la ejecución de diferentes actividades en varias etapas críticas que aseguran su desempeño estructural. Cada fase integra cálculos previos, materiales de calidad y procedimientos que garantizan la estabilidad de la obra.
1. Excavación y preparación del terreno
Con maquinaria pesada se remueve el volumen de suelo calculado. Dependiendo del tipo de terreno, puede requerirse la instalación de muros pantalla para evitar derrumbes, así como la colocación de grava o un firme de concreto que mejore la base y elimine humedad o material suelto.
2. Armado del acero estructural
La cimentación inicia con la colocación de una losa inferior reforzada con varilla corrugada. En algunos proyectos se opta por un emparrillado de cimentación, lo que permite optimizar el uso del acero corrugado y concreto según la función que cumplirá el cajón.
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
El cajón de cimentación se cierra por los cuatro lados mediante muros Milán de concreto armado. Estos funcionan como muros de contención que previenen el movimiento del terreno. En proyectos de gran magnitud pueden combinarse con contratrabes o muros de bloque interiores según la funcionalidad del espacio.
5. Cimbrado y colado de muros
Para los muros Milán se utilizan planchas metálicas o de madera, aseguradas con puntales y madrinas dobles. En proyectos pequeños, la cimbra puede limitarse a columnas y contratrabes internas. El tiempo de descimbrado dependerá de los cálculos estructurales y del proceso de curado del concreto.
6. Armado de la losa superior
La parte superior del cajón de cimentación se conoce como losa tapa o losa de rodamiento. El acero estructural debe anclarse directamente a los muros Milán y a las columnas internas, garantizando continuidad y resistencia en todo el sistema.
7. Cimbrado y colado de la losa superior
Se colocan moldes de madera o metal sostenidos por puntales y madrinas distribuidos de forma uniforme. Se añaden cuñas y contraventeos para evitar desplazamientos y daños en la losa inferior. El cerramiento lateral del encofrado impide el derrame del concreto y asegura la correcta geometría durante el fraguado.
Los documentos técnicos, como planos y cortes arquitectónicos, especifican la disposición del acero, los espesores de los muros y las uniones estructurales en la configuración de este tipo de cimientos. Estos detalles permiten una ejecución exacta en obra y aseguran que la cimentación responda adecuadamente a las condiciones geotécnicas del proyecto.
Hemos preparado un material en PDF que reúne información práctica sobre el diseño y la construcción de cajones de cimentación. Este recurso es una guía de consulta sencilla para reforzar los conceptos principales y tenerlos siempre a la mano.
Aunque el cajón de cimentación es una de las soluciones más utilizadas en proyectos de gran escala, existen otros sistemas de cimentaciones profundas que se aplican según las condiciones del terreno y las características de la obra En seguida te hablamos sobre algunas de las más importantes.
Los pilotes son elementos alargados de concreto armado que transfieren las cargas de la edificación a estratos más firmes del subsuelo. Se utilizan en suelos blandos o con baja capacidad portante y permiten que la estructura tenga un apoyo seguro y estable. Son comunes en edificaciones urbanas con limitaciones de espacio para excavación.
A diferencia de los pilotes, los pilares cuentan con un diámetro mayor, lo que les otorga mayor robustez y capacidad portante. Se emplean en proyectos de gran magnitud como puentes, torres corporativas o plantas industriales.
Los muros pantalla funcionan como barreras de concreto armado construidas en el perímetro de la excavación. Además de contener el terreno y evitar derrumbes, sirven para controlar filtraciones de agua. Este sistema puede trabajar de manera independiente o ser parte de los cajones de cimentación, según lo requiera el proyecto.
Este tipo de cimentación aplica el principio de Arquímedes, equilibrando el peso de la edificación con el empuje vertical del suelo. Se recomienda en terrenos altamente saturados o con riesgo de hundimiento. Al reducir las presiones transmitidas al subsuelo, estas cimentaciones garantizan estabilidad en proyectos donde otros sistemas serían inviables.
Un sistema de cimentación tipo cajón es una estructura cerrada por los cuatro lados que distribuye las cargas de una edificación hacia el terreno en el que se encuentra. Su diseño integra losas, muros y refuerzos internos, lo que le permite resistir empujes laterales y asentamientos diferenciales. Es muy utilizado en proyectos de gran escala como sótanos, estacionamientos subterráneos y torres de gran altura.
Las cimentaciones se dividen en tres categorías principales dentro de las cuales encontramos diferentes tipos:
Recuerda que en Max Acero Monterrey contamos con una amplia variedad de productos de acero de refuerzo para la construcción de cimentaciones. Comunícate con nuestros ejecutivos de venta al 55 5888 5454 y solicita los productos que requieres para tu proyecto.
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