En construcción.

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Cimentaciones (si aplica) en la Preparación del Sitio para el Montaje de Estructuras Metálicas

La Base de Todo: Importancia y Consideraciones sobre las Cimentaciones

Las cimentaciones son los elementos estructurales encargados de *transmitir las cargas* de la estructura (peso propio, cargas vivas, cargas de viento, cargas sísmicas) al *suelo* de forma *segura* y *estable*. Son la *base* de cualquier edificación o estructura, y su correcto diseño y construcción son *fundamentales* para garantizar la *seguridad*, la *durabilidad* y la *funcionalidad* de la misma. Aunque el título de esta sección incluye la frase "si aplica", en la *gran mayoría* de los casos, las estructuras metálicas *requieren* cimentaciones. Solo en casos muy excepcionales, como estructuras muy ligeras y temporales, se podría prescindir de ellas.

En el contexto de la preparación del sitio para el montaje de estructuras metálicas, la sección de "Cimentaciones (si aplica)" se refiere a las actividades necesarias para *preparar* el terreno y *construir* las cimentaciones *antes* de iniciar el montaje de la estructura metálica. Estas actividades suelen ser responsabilidad del *contratista de obra civil*, *no* del montador de la estructura metálica. Sin embargo, el montador debe *coordinar* estrechamente con el contratista de obra civil para asegurar que las cimentaciones estén *listas* y en *perfectas condiciones* antes de iniciar el montaje.

Unas cimentaciones *mal diseñadas* o *mal construidas* pueden provocar:

• Asentamientos diferenciales: Hundimientos desiguales de la estructura, que pueden generar grietas, deformaciones, inclinaciones e incluso el colapso.
• Fallas estructurales: Daños en la estructura metálica debido a las deformaciones o movimientos de las cimentaciones.
• Inestabilidad de la estructura: Riesgo de volcamiento o deslizamiento.
• Sobrecostos: Por la necesidad de realizar reparaciones o refuerzos.
• Retrasos: En el cronograma del proyecto.
• Problemas legales: Responsabilidad civil y penal por los daños causados.

Diseño de las Cimentaciones

El diseño de las cimentaciones es responsabilidad del *ingeniero estructural* y del *ingeniero geotécnico*. Se basa en:

• Estudio de suelos: Proporciona información sobre las características del suelo (tipo, capacidad portante, nivel freático, etc.).
• Cargas de la estructura: Peso propio de la estructura metálica, cargas vivas (personas, muebles, equipos), cargas de viento, cargas sísmicas, etc. Estas cargas son determinadas por el ingeniero estructural.
• Normativa aplicable: En Colombia, la norma *fundamental* es la *NSR-10* (Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente), que establece los requisitos para el diseño y la construcción de cimentaciones.

El diseño de las cimentaciones debe definir:

• Tipo de cimentación:
  • Cimentaciones superficiales: Se utilizan cuando el suelo resistente se encuentra a *poca profundidad*. Son las más comunes para estructuras metálicas. Incluyen:
    • Zapatas aisladas: Elementos de concreto que se colocan debajo de cada columna. Son las más comunes.
    • Zapatas corridas: Elementos de concreto que se colocan debajo de muros o filas de columnas.
    • Losas de cimentación: Placas de concreto que cubren toda el área de la estructura. Se utilizan en suelos blandos o cuando las cargas son muy elevadas.
    • Zapatas combinadas: Cuando dos o más columnas están muy cerca, y sus zapatas individuales se solaparían.
  • Cimentaciones profundas: Se utilizan cuando el suelo resistente se encuentra a *gran profundidad*. Son menos comunes para estructuras metálicas, pero pueden ser necesarias en suelos muy blandos o en estructuras muy altas. Incluyen:
    • Pilotes: Elementos largos y delgados, de concreto, acero o madera, que se hincan o se perforan en el terreno hasta alcanzar el suelo resistente.
    • Caissons (pilotes excavados): Cilindros de concreto que se construyen en el sitio, excavando el terreno y rellenando el hueco con concreto.
• Dimensiones de las cimentaciones: Ancho, largo, profundidad, espesor. Las dimensiones deben ser *suficientes* para *distribuir las cargas* de la estructura al suelo de forma que *no se supere la capacidad portante* del suelo.
• Materiales de las cimentaciones: Generalmente, se utiliza *concreto reforzado*. Se debe especificar la *resistencia del concreto* (f'c) y el *tipo de acero de refuerzo*.
• Profundidad de desplante: Profundidad a la que se debe colocar la cimentación. Debe estar *por debajo de la capa de suelo vegetal* y de la *zona de influencia de las heladas* (si aplica). En Colombia, la profundidad mínima suele ser de 50-80 cm, pero puede ser mayor según el estudio de suelos.
• Armadura de refuerzo: Cantidad, diámetro y disposición de las barras de acero de refuerzo.
• Detalles constructivos: Juntas de construcción, impermeabilización, anclajes, etc.

El diseño de las cimentaciones debe ser *documentado* en *planos* y *especificaciones técnicas*, que deben ser *aprobados* por el ingeniero estructural y por la entidad encargada de otorgar la licencia de construcción.

Construcción de las Cimentaciones (Actividades Típicas)

La construcción de las cimentaciones generalmente implica las siguientes actividades:

1. Excavación:

Se realiza la *excavación* del terreno hasta la *profundidad de desplante* de la cimentación, siguiendo las dimensiones y la forma indicadas en los planos. La excavación se puede realizar con *herramientas manuales* (palas, picos) o con *equipos* (retroexcavadoras, excavadoras).

• Taludes: Si la excavación es profunda, se deben construir *taludes* con una pendiente *segura* para evitar derrumbes. La pendiente dependerá del tipo de suelo. En algunos casos, puede ser necesario utilizar *entibados* o *tablestacados* para sostener las paredes de la excavación.
• Control de nivel: Se debe *controlar* *constantemente* la *profundidad* y la *nivelación* de la excavación, utilizando un nivel topográfico.
• Protección de la excavación: Se debe *proteger* la excavación de la lluvia y del agua subterránea, para evitar inundaciones y derrumbes. Se pueden utilizar *bombas* para extraer el agua, y se pueden construir *canales de desagüe*.
• Seguridad: Se deben tomar todas las medidas de seguridad necesarias para *prevenir accidentes* durante la excavación (caídas, golpes, atrapamientos, derrumbes). Se debe *señalizar* y *delimitar* la zona de excavación. Los trabajadores deben utilizar el *equipo de protección personal* adecuado (casco, gafas, guantes, botas de seguridad).
• Inspección: Se debe inspeccionar el fondo de la excavación para verificar que se ha alcanzado el suelo firme y que no hay presencia de agua o de materiales inadecuados.

2. Encofrado:

Se instala el *encofrado*, que es un *molde* temporal que se utiliza para *dar forma* al concreto fresco de la cimentación. El encofrado puede ser de *madera*, *metal* o *plástico*. Debe ser *resistente*, *estable* y *estanco* (para evitar que se escape el concreto fresco).

• Alineación y nivelación: El encofrado debe estar *correctamente alineado* y *nivelado*, de acuerdo con los planos.
• Limpieza: El encofrado debe estar *limpio* y *libre de polvo*, *aceite* o cualquier otro material que pueda afectar la adherencia del concreto.
• Desmoldante: Se debe aplicar un *desmoldante* al encofrado para facilitar su posterior retiro y para evitar que el concreto se adhiera al encofrado.
• Sujeción: El encofrado debe estar *firmemente sujeto* para evitar que se mueva o se deforme durante el vaciado del concreto. Se utilizan puntales, tensores, etc.
• Inspección: Se debe inspeccionar el encofrado antes de vaciar el concreto, para verificar que esté correctamente instalado y que cumpla con los requisitos.

3. Colocación del Acero de Refuerzo:

Se coloca el *acero de refuerzo* dentro del encofrado, siguiendo las indicaciones de los planos. El acero de refuerzo le proporciona *resistencia a la tracción* al concreto, que es débil en este aspecto.

• Tipo de acero: Se debe utilizar el tipo de acero de refuerzo especificado en los planos (generalmente, acero corrugado).
• Diámetro y espaciamiento: Se deben colocar las barras de acero con el *diámetro* y el *espaciamiento* indicados en los planos.
• Recubrimiento: Se debe asegurar un *recubrimiento* mínimo de concreto sobre el acero de refuerzo, para protegerlo de la corrosión. El recubrimiento mínimo depende del tipo de elemento y de la exposición al ambiente (generalmente, entre 2 y 5 cm). Se utilizan *separadores* para mantener el acero de refuerzo en su posición y asegurar el recubrimiento.
• Empalmes: Se deben realizar los *empalmes* de las barras de acero de acuerdo con las indicaciones de los planos y de la norma NSR-10. Los empalmes pueden ser por *traslapo*, por *soldadura* o con *conectores mecánicos*.
• Anclajes: Se deben anclar las barras de acero en los extremos, utilizando *ganchos* o *dobleces*, según se indique en los planos.
• Limpieza: El acero de refuerzo debe estar *limpio* y *libre de óxido*, *grasa* o cualquier otro material que pueda afectar su adherencia al concreto.
• Inspección: Se debe inspeccionar la colocación del acero de refuerzo antes de vaciar el concreto, para verificar que cumple con los planos y las especificaciones.

4. Vaciado del Concreto:

Se *vacia* el concreto fresco dentro del encofrado, utilizando *bombas de concreto*, *carretillas* o *cubos*, según el tamaño y la accesibilidad de la cimentación.

• Preparación del concreto: Se debe utilizar un concreto con la *resistencia* (f'c) y la *trabajabilidad* (asentamiento) especificadas en los planos. Se debe verificar la calidad del concreto mediante *ensayos de laboratorio*. Se debe preparar la mezcla en una planta de concreto, o en el sitio si se cuenta con los equipos adecuados.
• Vaciado: Se debe vaciar el concreto de forma *continua* y *uniforme*, evitando la *segregación* (separación de los componentes del concreto). Se debe vaciar el concreto en *capas* de espesor *no mayor a 30-50 cm*.
• Vibrado: Se debe *vibrar* el concreto inmediatamente después de vaciarlo, para *eliminar el aire atrapado* y *asegurar una buena compactación*. Se utiliza un *vibrador de inmersión* o un *vibrador de encofrado*. El vibrado debe ser *enérgico* pero *no excesivo*, para evitar la segregación. Se debe evitar el contacto del vibrador con el encofrado y con el acero de refuerzo.
• Nivelación: Se debe *nivelar* la superficie del concreto con una *regla* o *llana*.
• Curado: Se debe *curar* el concreto después de vaciarlo, para *evitar la evaporación rápida del agua* y *asegurar un buen desarrollo de la resistencia*. El curado se puede realizar *manteniendo húmeda* la superficie del concreto (con agua, con telas húmedas, con plásticos) o aplicando un *compuesto de curado*. El curado debe durar *al menos 7 días*, y preferiblemente más tiempo (14-28 días).
• Protección: Se debe *proteger* el concreto fresco de la lluvia, el sol y las temperaturas extremas.

5. Desencofrado:

Se *retira* el encofrado una vez que el concreto ha adquirido la *resistencia suficiente* para soportar su propio peso y las cargas de construcción. El tiempo de desencofrado depende de la resistencia del concreto, del tipo de elemento y de las condiciones climáticas. Generalmente, se puede desencofrar las zapatas a los 2-3 días, pero se debe consultar al ingeniero estructural.

• Precaución: Se debe *desencofrar* con *cuidado* para no dañar el concreto. Se deben utilizar herramientas adecuadas (palancas, cuñas).
• Limpieza: Se debe *limpiar* el concreto de cualquier resto de encofrado o desmoldante.
• Inspección: Se debe *inspeccionar* el concreto después de desencofrar, para detectar posibles defectos (grietas, coqueras, etc.). Si se encuentran defectos, se deben *reparar* de acuerdo con las indicaciones del ingeniero estructural.

6. Relleno y Compactación (si aplica):

Si la cimentación se encuentra por debajo del nivel del terreno, se debe *rellenar* el espacio entre la cimentación y el terreno natural con *material de relleno* adecuado, y se debe *compactar* el relleno en capas, siguiendo los procedimientos descritos anteriormente (en la sección de "Nivelación y Compactación").

7. Instalación de Anclajes:

Se instalan los *pernos de anclaje* o *placas de anclaje* que conectarán la estructura metálica a la cimentación. Los anclajes deben ser *instalados* de acuerdo con los *planos* y *especificaciones* del proyecto, y deben ser *verificados* por el ingeniero estructural.

• Ubicación: Los anclajes deben ser ubicados *exactamente* en la posición indicada en los planos. Se deben utilizar *plantillas* para asegurar la correcta ubicación.
• Nivelación: Los anclajes deben estar *perfectamente nivelados* y *alineados*.
• Fijación: Los anclajes pueden ser *embebidos* en el concreto fresco (durante el vaciado) o *instalados* después del fraguado del concreto (utilizando adhesivos epóxicos o anclajes mecánicos). Se debe seguir el procedimiento especificado en los planos.
• Protección: Los anclajes deben ser *protegidos* contra la corrosión, utilizando *pintura anticorrosiva*, *galvanizado* u otros recubrimientos. Las roscas de los pernos deben ser *protegidas* con *grasa* o *cinta* para evitar daños durante el montaje.
• Inspección: Se debe *inspeccionar* la instalación de los anclajes antes de iniciar el montaje de la estructura metálica, para verificar que cumplen con los planos y especificaciones. Se deben realizar *pruebas de carga* en algunos casos, según lo especificado en el proyecto.

Es *fundamental* que los anclajes estén *correctamente instalados*, ya que son los encargados de *transmitir las cargas* de la estructura metálica a la cimentación. Un anclaje *mal instalado* puede *fallar* y comprometer la *estabilidad* de toda la estructura.

8. Inspección y Control de Calidad:

Se deben realizar *inspecciones* y *ensayos* durante *todas* las etapas de la construcción de las cimentaciones para asegurar que se cumplan los requisitos de calidad. Esto incluye:

• Inspección de la excavación.
• Inspección del encofrado.
• Inspección de la colocación del acero de refuerzo.
• Inspección del concreto fresco (asentamiento, temperatura).
• Ensayos de resistencia del concreto (cilindros o cubos de concreto).
• Inspección del desencofrado.
• Inspección de la instalación de anclajes.
• Control topográfico.
• Ensayos de compactación del relleno (si aplica).

Se deben llevar *registros* de todas las inspecciones y ensayos realizados. Cualquier *no conformidad* debe ser *registrada* y *corregida* de acuerdo con el Plan de Calidad.

Coordinación con el Montaje de la Estructura Metálica

Es *fundamental* que exista una *estrecha coordinación* entre el contratista de obra civil (responsable de la construcción de las cimentaciones) y el montador de la estructura metálica. Se deben coordinar los siguientes aspectos:

• Cronograma: Se debe asegurar que las cimentaciones estén *listas* y en *perfectas condiciones* *antes* de iniciar el montaje de la estructura metálica. Se debe prever un *tiempo suficiente* para la construcción de las cimentaciones, incluyendo el tiempo de *curado* del concreto.
• Planos y especificaciones: Se debe asegurar que ambos contratistas tengan los *mismos planos* y *especificaciones* actualizados, y que los *comprendan* correctamente.
• Tolerancias: Se deben establecer *tolerancias* para la construcción de las cimentaciones y para el montaje de la estructura metálica, y se debe asegurar que estas tolerancias sean *compatibles*.
• Inspecciones: Se deben realizar *inspecciones conjuntas* de las cimentaciones antes de iniciar el montaje de la estructura metálica, para verificar que cumplen con los requisitos.
• Comunicación: Se debe mantener una *comunicación constante* y *fluida* entre ambos contratistas para resolver cualquier problema o duda que pueda surgir.
• Entrega: Se debe realizar una entrega formal de las cimentaciones, por parte del contratista de obra civil al montador de la estructura.

Una buena coordinación entre ambos contratistas es *esencial* para evitar problemas y retrasos en el proyecto.

Consideraciones Específicas para Colombia

• NSR-10: Se debe cumplir *estrictamente* con la *NSR-10* (Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente), que establece los requisitos para el diseño y la construcción de cimentaciones en Colombia. La NSR-10 incluye requisitos *específicos* para el diseño sísmico de cimentaciones.
• Estudios de Suelos: Es *obligatorio* realizar un estudio de suelos *antes* de iniciar cualquier construcción en Colombia. El estudio de suelos debe ser realizado por un *ingeniero geotécnico* o un *laboratorio de suelos* acreditado, y debe cumplir con los requisitos de la NSR-10.
• Materiales: Se deben utilizar *materiales de construcción* que cumplan con las *normas técnicas colombianas (NTC)*. Se debe verificar la calidad del concreto y del acero de refuerzo mediante *ensayos de laboratorio*.
• Mano de Obra: Se debe asegurar que el personal que realiza la construcción de las cimentaciones esté *calificado* y tenga *experiencia* en este tipo de trabajos.
• Condiciones climáticas: Se debe tener en cuenta el impacto de las lluvias en la excavación, el vaciado y el curado del concreto.

Tablas

Tipos de Cimentaciones Comunes para Estructuras Metálicas

Actividades en la Construcción de Cimentaciones

Ensayos Comunes para el Control de Calidad de Cimentaciones