Subrasantes y bases para losas de hormigón

Una subrasante bien compactada mantiene la construcción fuera del lodo y proporciona un soporte uniforme a la losa. Lippincott y Jacobs

Lo que se encuentra debajo de su losa de concreto es fundamental para un trabajo exitoso. Esto no es diferente a los cimientos de un edificio. Una losa en el suelo (o losa en el nivel) por definición no pretende ser autoportante. El 'sistema de soporte del suelo' debajo de él está ahí para sostener la losa.

¿QUÉ ES UNA SUBBASE / SUBGRADO '?

La terminología utilizada para los sistemas de soporte del suelo, desafortunadamente, no es completamente consistente, así que sigamos las definiciones del American Concrete Institute, comenzando desde abajo:

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• Subrasante: este es el suelo nativo (o suelo mejorado), generalmente compactado
• Subbase: es una capa de grava encima de la subrasante.
• Base (o capa base): esta es la capa de material en la parte superior de la subbase y directamente debajo de la losa.

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Una subbase compacta mantiene a los trabajadores fuera del barro. Red de edificios energéticamente eficientes

La única capa que es absolutamente necesaria es la subrasante; debe tener un suelo para colocar una losa en el suelo encima. Si el suelo natural es relativamente limpio y compactable, entonces puede colocar una losa encima sin capas adicionales. El problema con esto es que el suelo puede no drenar bien y puede enlodarse durante la construcción si se moja, puede que no se compacte bien y puede ser difícil alisarlo y obtener el grado adecuado. Por lo general, la parte superior de la subrasante se debe nivelar dentro de más o menos 1.5 pulgadas de la elevación especificada.

Una subbase y un curso base, o ambos, proporcionan varias cosas buenas. Cuanto más gruesa sea la subbase, más carga podrá soportar la losa, por lo que si va a haber cargas pesadas en la losa, como camiones o montacargas, el diseñador probablemente especificará una subbase gruesa. Una subbase también puede actuar como una ruptura capilar, evitando que el agua se filtre desde el nivel freático hacia la losa. El material de la subbase suele ser una grava de costo razonablemente bajo sin muchos finos.

El hormigón triturado reciclado es una excelente fuente de material de subbase. El productor de hormigón

Una hilera de base encima de la subbase hace que sea más fácil llegar a la pendiente adecuada y nivelarla. Si usa algún tipo de capa de gargantilla de material más fino en la parte superior de la subbase, apoyará a su gente y equipo durante la colocación del concreto. También mantendrá el espesor de la losa uniforme, lo que le permitirá ahorrar dinero en concreto, la parte más cara del sistema. Una capa de base plana también permitirá que la losa se deslice fácilmente a medida que se contrae, lo que reduce la restricción y el riesgo de grietas a medida que el concreto se contrae después de la colocación (contracción por secado).

Toda la subbase y el sistema de base deben tener al menos 4 pulgadas de grosor; más grueso si el ingeniero cree que es necesario para un soporte adecuado. El material de la capa base, de acuerdo con ACI 302, 'Construcción de pisos y losas de concreto', debe ser 'compactable, fácil de recortar, relleno granular que permanecerá estable y soportará el tráfico de construcción'. ACI 302 recomienda material con 10 a 30% de finos (pasando el tamiz No. 100) sin arcilla, limo ni materiales orgánicos. El agregado manufacturado funciona bien; el agregado de concreto reciclado triturado también puede funcionar bien. Las tolerancias en la capa base son +0 pulgadas y menos 1 pulgada para pisos de Clase 1 a 3 (pisos típicos de baja tolerancia) o +0 pulgadas y menos ¾ pulgadas para pisos de mayor tolerancia.

¿Qué pasa con el suelo?

Una capa de base de arena es fácil de comprimir, pero puede surcar fácilmente durante la construcción. Iglesia reformada libre de Southern River

El peso de la losa y cualquier cosa sobre ella eventualmente será soportado por el suelo. Cuando se excava un sitio de construcción, generalmente el suelo se mueve: se cortan los puntos altos y se rellenan los puntos bajos. Entonces todo debe compactarse antes de colocar el concreto, la subbase y la base.

El tipo de suelo determina lo que debe suceder antes de colocar una losa. Hay tres tipos básicos de suelo y esto es lo que debe saber sobre cada uno:

• Suelos orgánicos , lo que podría llamar suelos superiores, son excelentes en su jardín, pero horribles debajo de una losa. Los suelos orgánicos no se pueden compactar y deben eliminarse y reemplazarse con un relleno comprimible.
• Suelos granulares son arena o grava. Puede ver fácilmente las partículas individuales y el agua se drena con bastante facilidad. Al igual que en la playa cuando haces un castillo de arena, si tomas un puñado húmedo de tierra granular y haces una bola, tan pronto como se seque, se desmoronará. Los suelos granulares tienen la mayor resistencia al soporte y se compactan fácilmente.
• Suelos cohesivos son arcillas. Si toma un puñado húmedo, puede enrollarlo en una cuerda como con plastilina. Tiene una sensación grasosa y suave entre los dedos y las partículas individuales son demasiado pequeñas para verse. Los suelos cohesivos son a menudo difíciles de compactar y adquieren una consistencia dura como una roca cuando están secos, pero tienen una menor resistencia a la carga que los suelos granulares. Algunas arcillas se expanden cuando están húmedas y se encogen cuando se secan, lo que las hace particularmente difíciles como materiales de subrasante. La mejor manera de contrarrestar este problema es primero con una buena compactación y luego no dejar que se mojen (proporcionando drenaje). Pero a medida que el suelo debajo de la losa se seca con el tiempo, se encogerá y la losa se hundirá. Eso no es un gran problema siempre que la losa esté aislada de las zapatas y columnas y de cualquier tubería que penetre en la losa para que pueda asentarse un poco y de manera uniforme. A menudo, con arcillas expansivas, el mejor enfoque es una losa estructural que no se apoya en el suelo en absoluto o una losa postesada que flota sobre el suelo pero que no depende de ella como soporte estructural.

El postensado suele ser la mejor solución para una losa en suelo pobre. Concreto de J.C. Escamilla

La mayor parte del suelo natural, por supuesto, es una mezcla y, por lo tanto, se caracteriza por el tipo de material que predomina. La cantidad de peso que el suelo puede soportar antes de que falle es su capacidad de carga, generalmente expresada en libras por pie cuadrado. El diseño, sin embargo, se basa en la presión del suelo permitida, lo que agrega un factor de seguridad a la capacidad de carga máxima.

Veamos el peso que normalmente deberá soportar el suelo de la subrasante. Una losa de 6 pulgadas de espesor pesa alrededor de 75 libras por pie cuadrado. De acuerdo con el Código Residencial Internacional, la carga viva (cualquier cosa que no sea parte del edificio en sí) varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 libras por pie cuadrado, 50 libras por pie cuadrado en un garaje. Eso nos da 125 libras por pie cuadrado para el suelo. Un suelo arenoso limpio puede tener una presión de suelo permitida de hasta 2000 libras por pie cuadrado. Incluso un suelo pobre — limo o arcilla blanda — podría tener una presión de suelo permitida de 400 libras por pie cuadrado.

Podemos ver entonces que la presión de suelo permitida para una losa rara vez es un problema. Sin embargo, existe la necesidad de un soporte uniforme porque si una parte de la losa se asienta más que otra, entonces es cuando la losa se dobla y, potencialmente, se producen grietas y asentamientos diferenciales. Es importante saber qué áreas se han cortado y cuáles rellenadas; asegúrese de que las áreas de relleno estén bien compactadas. De hecho, cualquier suelo que se haya alterado durante la excavación debe compactarse.

APOYO UNIFORME

La clave para el sistema de soporte del suelo es un soporte uniforme en lugar de un soporte fuerte. Claro, tiene que ser capaz de soportar la losa, y en la mayoría de los terrenos eso no es un gran problema, al menos en el medio de la losa, ya que la carga se distribuye en mucha área. Un buen soporte fuerte en los bordes y en cualquier junta puede ser una cuestión diferente; para evitar agrietamiento y desconchado de la junta, necesitamos apoyar la losa en aquellos lugares donde pueda comportarse como un voladizo y doblarse hacia la subbase. Pero con una buena subbase, eso tampoco es un gran problema.

¿Qué le sucede a una losa de hormigón si el soporte no es uniforme?

El hormigón es muy fuerte en compresión y no tan fuerte en tensión. En una losa, la tensión a menudo se crea al doblar. Cuando una pieza de hormigón se dobla, está en compresión por un lado y en tensión por el otro. Una losa de hormigón puede doblarse cóncava hacia arriba (como una sonrisa) si la subrasante tiene un punto blando en el medio, poniendo la base en tensión. Puede doblarse (como un ceño fruncido) en los bordes libres o en las articulaciones, poniendo la parte superior en tensión. Entonces, si toda su losa de concreto no está soportada desde abajo, por el 'sistema de soporte del suelo', se doblará más fácilmente y probablemente se agrietará.

¿Por qué la subrasante y la subbase permiten que el concreto se mueva, no debería ser completamente rígido?

El hecho es que cualquier capa base de tierra o grava se comprimirá si la carga es lo suficientemente alta, a menos que la losa se coloque sobre roca sólida. Y de alguna manera eso es bueno, porque las losas se curvan y si la base se puede desviar un poco, puede continuar brindando soporte a la losa incluso cuando se dobla. Pero si no proporciona un soporte uniforme, si la losa tiene que tender un puente sobre puntos blandos, es probable que se agriete. Ni siquiera es necesario que haya mucha carga en la losa; su propio peso suele ser suficiente, ya que una losa sobre el nivel del suelo no suele estar diseñada para soportar la carga muerta. Y cuando se agriete, esa grieta atravesará toda la losa. Si el soporte debajo de la losa es lo suficientemente malo, puede obtener un asentamiento diferencial a través de la grieta que deja un bache muy desafortunado y un propietario muy descontento.

Después de la compactación, la densidad del suelo puede probarse con equipo de prueba nuclear. Bechtel

¿CÓMO AFECTA LA SUBGRADE / BASE AL DISEÑO DE LOSAS?

Hacemos todo este esfuerzo para obtener el sistema de soporte de suelo adecuado y lo que terminamos es un valor de entrada único para el diseño de la losa. El valor más utilizado es el módulo de reacción de la subrasante, a . Este valor no está directamente relacionado con la capacidad de carga y a no le dice al diseñador si hay suelo compresible o expansivo. Lo que hace es indicar qué tan rígida es la subbase / subrasante sobre pequeñas deflexiones (alrededor de 0.05 pulgadas).

Ahora veamos por qué necesitamos saber qué tan flexible es la subrasante. Para empezar, es importante comprender que una losa en el suelo está diseñada como hormigón 'simple'. Eso significa que no contamos con el acero de refuerzo para llevar nada de la carga. Pero espere, dice, hay acero en la losa: malla y barras de refuerzo. Sí, pero ese acero solo está ahí para el control de grietas, para mantener las grietas firmemente juntas. Normalmente no se extiende a través de las juntas; en las juntas solo queremos transferir fuerzas cortantes, no momentos de flexión y ciertamente no restricción lateral. Para eso está la junta en primer lugar, para permitir la contracción lateral de la losa.

Si la subrasante se asienta debajo del medio de la losa o en los bordes, la parte sin apoyo puede provocar grietas o fallas de la losa.

Entonces, si no contamos con el acero para soportar ninguna carga, entonces el concreto tiene que ser lo suficientemente fuerte para soportar la flexión. Y el soporte que recibe desde abajo determina cuánto se doblará. Como ya hemos comentado, el hormigón no es tan fuerte en tensión y, dado que la mitad de la flexión es tensión, no es tan fuerte en flexión. Sin embargo, lo que la hace más resistente a la flexión es una losa más gruesa.

Una subrasante mal compactada o más carga de la que la losa fue diseñada para soportar puede resultar en grietas en las juntas. Bill Palmer

Cuanto más débil sea la subrasante, o más pesadas sean las cargas, entonces, más gruesa debe ser la losa. La resistencia del hormigón también entra en juego, pero la mayoría de losas de hormigón está entre 3000 y 4000 psi, por lo que no es un factor importante. La resistencia a la tracción del hormigón se toma típicamente como del 10 al 15% de la resistencia a la compresión, por lo que solo alrededor de 400 o 500 psi. Compare eso con la resistencia a la tracción de la barra de refuerzo de grado 60, que es de 60,000 psi.

Lo que hay que recordar aquí es que una losa de hormigón debe ser rígida, pero no esperamos que la base sea infinitamente rígida. Una losa se asentará un poco y eso está bien desde el punto de vista del diseño, nuevamente, siempre que el asentamiento sea uniforme. Sin embargo, el peligro está en los bordes de la losa o en las juntas que son lo suficientemente anchas para permitir que la losa de ambos lados se asiente de forma independiente. En esos bordes libres, el peso que puede soportar la losa depende de la rigidez de la base y la resistencia a la flexión de la losa, que es principalmente una función del espesor de la losa.

Leer Prevención de grietas en el hormigón para más información.

¿CÓMO PODEMOS MEJORAR EL SUBGRADO?

La mayor parte de la mejora de la subrasante se logra compactando el suelo. En situaciones extremas, cuando el suelo es particularmente malo o las cargas son altas, se puede utilizar la estabilización del suelo. En este proceso, el cemento Portland, el cloruro de calcio o la cal se mezclan con el suelo y luego se compacta. El suelo de la subrasante también se puede excavar y mezclar con grava y luego compactarlo.

Para algunos suelos difíciles, la subbase puede colocarse sobre una capa de geomalla.

La compactación del suelo es el acto de expulsar la mayor cantidad de aire y humedad posible para juntar las partículas sólidas del suelo; esto hace que el suelo sea más denso y, por lo general, cuanto mayor es la densidad del suelo, mayor es su capacidad de carga. Los suelos bien compactados tampoco permiten que la humedad entre y salga con tanta facilidad.

Entonces, la compactación logra lo siguiente:

• Reduce la cantidad que el suelo se comprimirá (asentará) cuando la losa esté sobre él
• Aumenta la cantidad de peso que podemos poner sobre él (capacidad de carga)
• Previene daños por heladas (tirón) si el suelo debajo de la losa se congela
• Reduce la hinchazón y la contracción.

Un ingeniero geotécnico (o de suelos) mide cuánto se puede compactar un suelo colocando el suelo en un cilindro y golpeándolo, en serio. Las pruebas Proctor estándar o modificadas (cada una usa pesos diferentes para comprimir el suelo) determinan la relación entre la densidad del suelo y la humedad y nos dicen la densidad máxima razonable del suelo que se puede lograr en el campo.

Lo que estamos tratando de determinar con la prueba de Proctor es el contenido de humedad en el suelo que hará que sea más fácil de compactar y resulte en la densidad más alta; recuerde que la densidad está directamente relacionada con la compactación. Muy poca humedad y el suelo está seco y no comprime fácilmente demasiada humedad y no puede exprimir el agua fácilmente. Para obtener la mejor compactación, el contenido de humedad óptimo normalmente estará en el rango del 10% al 20%. Entonces, cuando escuche que, de acuerdo con la especificación, el suelo debe estar al 95% de la densidad máxima de Proctor modificada, sabrá que necesita que el contenido de humedad sea adecuado para llegar a ese nivel de compactación.

Una curva de densidad-humedad del suelo define el contenido de humedad óptimo y la densidad máxima alcanzable en el campo.

Si no va a realizar las pruebas de Proctor, existen algunas pruebas de campo simples para tener una idea aproximada de la capacidad de carga y el contenido de humedad:

• Para conocer el contenido de humedad, utilice la prueba manual. Aprieta una bola de tierra en tu mano. Si es polvoriento y no mantiene una forma, está demasiado seco si se moldea en una bola y luego se rompe en un par de pedazos cuando se cae, está bien si deja humedad en tu mano y no se rompe cuando se cae, es demasiado mojado.
• La arcilla en la que puede empujar el pulgar unos centímetros con un esfuerzo moderado tiene una resistencia de carga en el rango de 1000 a 2500 psf
• La arena suelta en la que apenas puede empujar una barra de refuerzo n. ° 4 con la mano tiene una capacidad de carga de 1000 a 3000 psf
• La arena que puede clavar una barra de refuerzo # 4 en aproximadamente 1 pie con un martillo de 5 libras tiene una capacidad de carga de más de 2000 psf

Además, recuerde que no es solo el suelo (la subrasante) lo que necesita compactarse. Cualquier subbase o hilada de base, que normalmente serán materiales granulares, también debe estar bien compactada con los espesores de elevación adecuados.

Ver más en construcción de losas de alta calidad sobre rasante .

Video del compactador de placas
Hora: 02:18
Función y uso adecuados de la herramienta compactadora de placa vibratoria para preparar la subrasante de hormigón antes de colocar el hormigón.

EQUIPO DE COMPACTACION

Hay dos formas de compactar el suelo o la subrasante: fuerza estática o fuerza vibratoria. La fuerza estática es simplemente el peso de la máquina. La fuerza vibratoria utiliza algún tipo de mecanismo para hacer vibrar el suelo, lo que reduce la fricción entre las partículas del suelo y permite que se aprieten más fácilmente.

El tipo de suelo (o material de subrasante) determina el tipo de equipo necesario para la compactación:

• Suelos cohesivos necesita ser cizallado para obtener compactación, por lo que necesita una máquina que tenga una gran fuerza de impacto. Un apisonador es la mejor opción, o para trabajos más grandes, un rodillo con almohadilla (similar a un rodillo con patas). Los elevadores para la compactación de suelos cohesivos no deben tener más de 6 pulgadas de espesor.
• Suelos granulares solo es necesario hacer vibrar las partículas para acercarlas. Las placas vibratorias o los rodillos son la mejor opción. Los elevadores para grava pueden tener un grosor de hasta 12 pulgadas y 10 pulgadas para arena.

Para trabajos grandes, como carreteras o grandes losas, se utilizan para la compactación grandes rodillos vibratorios montables, ya sea con rodillos lisos o con rodillos de zapata. Los rodillos para caminar detrás, ya sea con rodillos acolchados que amasan el suelo o con rodillos vibrantes suaves, son buenos para trabajos de tamaño mediano. Para trabajos más pequeños, los dos tipos más comunes de equipos de compactación son compactadores de placa vibratoria (unidireccional o reversible) y apisonadores .

Aquí hay algunos detalles sobre cada uno de los tipos de equipos:

• Apisonadores , a veces llamados saltos de tijera, varían en peso de aproximadamente 130 libras a 185 libras. Estas herramientas son excelentes para compactar el suelo en una zanja de zapata o para arcillas cohesivas en áreas más pequeñas, ya que generan una gran fuerza de impacto (alta amplitud, menor frecuencia). No son buenos para compactar materiales granulares, como capas base.
• Placas vibratorias son ideales para compactar suelos granulares y subbases. Disponible en pesos de 100 a 250 libras con un tamaño de placa de 1 a 1,5 pies por 2 pies. La vibración tiene una amplitud más baja pero una frecuencia más alta que con un apisonador y está equilibrada para hacer que la máquina avance.
• Placas vibratorias reversibles funcionan bien en suelos granulares o con mezclas granulares-cohesivas. Con dos pesos excéntricos, la vibración se puede invertir para mover la máquina hacia adelante o hacia atrás o para detenerse para comprimir un solo punto blando. Por el dinero, estas son buenas máquinas debido a su versatilidad.

Leer más sobre requisitos de compactación para adoquines de hormigón .

COLOCACIÓN DEL CONCRETO

Así que finalmente tenemos la subrasante compactada y la subbase y la hilada base colocadas y compactadas. Pero, ¿qué pasa si hay un retraso en este punto antes de que se coloque el hormigón? Si la subbase recibe lluvia o se congela antes de la colocación del concreto, puede pasar de estar lista a ser demasiado blanda.

Para la mayoría de las losas interiores, la barrera de vapor debe colocarse encima de la subbase antes de colocar el concreto.

La mejor manera de saber si la subbase está debidamente compactada y lista para la losa es mediante un rodamiento de prueba, que hace que un camión con carga pesada (como un camión de concreto completamente cargado) atraviese la subbase inmediatamente antes de colocar el concreto para ver si hay alguno. las áreas se hunden más que otras. Esto debe hacerse en algún tipo de patrón de cuadrícula y los neumáticos no deben hundirse en la superficie más de ½ pulgada. Si hay surcos o bombeo de agua en cualquier parte de la subbase o subrasante, entonces esa área necesita más compactación o adición de materiales granulares, o simplemente dejar que se seque. En el peor de los casos, se pueden cortar zanjas o sumideros y bombear el agua.

Justo antes de colocar el concreto, es posible que también desee colocar una barrera contra la humedad. Para pisos interiores, la mejor ubicación suele ser entre la capa base y el concreto. Para obtener más información sobre esto, consulte Barreras de vapor para losas de hormigón .

Obtenga más información sobre la preparación adecuada de la subrasante para pisos comerciales y calzadas .

Última actualización: 31 de julio de 2018