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Construir un cobertizo, una cabaña, una casa o un edificio más grande requiere mucho trabajo de planificación y diseño. Muchas personas eligen el diseño y luego simplemente eligen una base de pared o losa. También es importante observar el suelo y la disposición del terreno sobre el que se levantará la estructura. Una base de pilares y vigas puede ser una mejor opción. Si no está seguro de qué es o cómo construirlo, estamos aquí para ayudarlo.
Los cimientos de pilas y vigas se diseñan a partir del plano de planta de la estructura. Se cavan o perforan agujeros para pilares de hormigón en puntos estratégicos alrededor del perímetro y en todo el centro de la huella del edificio. Los pilares soportan una rejilla de vigas que a su vez soporta las vigas y el contrapiso, y el resto de la estructura.
En esta guía, explicaremos qué es una cimentación de pilas y vigas, cómo diseñar una, el espaciado entre pilas y vigas, y las ventajas y desventajas de este tipo de cimentación. También discutiremos cómo construir los cimientos, los costos, los posibles problemas y los costos de reparación. Además, compararemos pilares y vigas con cimientos de losa para identificar cuál es mejor para su propósito. Nuestro objetivo es brindarle la información para que tome una decisión informada sobre la elección de su base.
¿Qué es Pier and Beam Foundation?
Los cimientos de pilares y vigas se consideran cimientos profundos y existen desde hace mucho tiempo. Nuestros antepasados los usaron para sostener casas, graneros, cobertizos, tiendas y otras estructuras ligeras. Eran más fáciles, menos costosas y más rápidas de construir que una cimentación completamente excavada y usaban menos materiales. También eran más estables y duraderos que construir directamente sobre el suelo. Los cimientos de pilares y vigas suelen tener un espacio de arrastre de 18″ o más debajo de ellos para facilitar el acceso a las conexiones eléctricas y de plomería.
En el pasado, los agujeros se cavaban a través de los estratos superiores sueltos o blandos del suelo hasta obtener una capa más sólida, y se rellenaban con piedras planas hasta la altura deseada sobre el suelo para formar la ‘base’. Luego se colocaron y nivelaron vigas de madera en la parte superior que soportarían la estructura y transferirían la carga a través de los pilares al suelo.
Hoy en día, los agujeros a menudo se perforan y los pilares están hechos de bloques de hormigón, losas de hormigón prefabricadas apilables cuadradas o redondas, tubos de sono rellenos de hormigón u otro material de mampostería u hormigón similar. Las vigas pueden ser de madera, hormigón o metal.
Los cimientos de pilares y vigas se usaban típicamente, y todavía se usan, para elevar el edificio sobre un terreno irregular para formar una base nivelada. También se usan cuando el suelo es estructuralmente defectuoso, o el suelo está expuesto estacionalmente a la humedad o posibles inundaciones.
En algunas situaciones, se coloca un poste en la parte superior del pilar para extenderlo más alto, y la viga se coloca encima y se conecta a él. Esto puede ayudar a levantar la estructura para brindar mejores vistas sobre las obstrucciones y protegerla de las marejadas ciclónicas. Los pilares no son pilotes, que se hunden profundamente en el suelo y dependen de la fricción del suelo para evitar que se hundan.
Diseño y diagrama de cimentación de pilares y vigas
El diseño de una base de pilares y vigas generalmente comienza con un plano de planta de la estructura que soportará, cómo se usará la estructura y una mirada a la topografía, los problemas climáticos y la resistencia del suelo. El plano del piso y el diseño de las viguetas identifican dimensiones importantes, puntos estructurales y posibles problemas de plomería.
Dependiendo de las dimensiones y el peso de la estructura, los pilares generalmente están espaciados de 5 a 10 pies en el centro alrededor del perímetro. El espacio abierto dentro de las paredes exteriores de la estructura también necesita soporte si tiene que soportar un piso o componentes estructurales, como postes. Determinar la forma del pilar (redonda, cuadrada o rectangular) y las dimensiones en función del peso y las dimensiones de las estructuras también es clave en la etapa de diseño.
Algunas personas prefieren pilares cuadrados o rectangulares en las esquinas estructurales y redondos en otros lugares. Las vigas suelen tener el tamaño adecuado para soportar el marco de vigas que se usará para la estructura.
Identificar el tamaño y el espacio del muelle requiere algo de matemática, por lo que muchas personas lo dejan en manos de un profesional. Por lo general, una estructura tiene una carga viva de 40 PSF y una carga muerta de 10 o 20 PSF, para una carga combinada de 50 PSF o 60 PSF. Sin embargo, en algunas regiones, las cargas de nieve en el suelo de 70 a 90 PSF reemplazan el valor de la carga viva para la seguridad estructural, lo que podría alterar la carga combinada a más de 100 PSF. Una vez que identifique la carga combinada para su área, multiplique los pies cuadrados de su diseño por ese número.
Por ejemplo: una cabina de 20’x30′ cubre 600 pies cuadrados, multiplicada por una carga combinada de 50PSF, y el peso potencial de la estructura es de 30,000 libras, aunque el peso vacío real está más cerca de las 6,000 libras.
Para determinar la carga combinada que puede soportar un pilar individual, calcule el área de la superficie horizontal del pilar en pies cuadrados y multiplíquelo por la capacidad del suelo en libras. Cuanto mayor sea la superficie horizontal y mayor la capacidad del suelo, menos pilas se requerirán.
Por ejemplo: un pilar de 10”x10” tiene un área de superficie de 100”, divídalo por 144 (la cantidad de pulgadas en un pie cuadrado) y obtendrá 0,694, lo que significa que el factor de multiplicación es 0,694. Si la capacidad del suelo es de 3000 libras, el muelle soportará 3000 x 0,694, es decir, una carga de 2082 libras.
Con el peso del edificio identificado y la cantidad que puede soportar un pilar, divida el peso de la estructura por la cantidad que puede soportar un pilar para determinar el número de pilares.
Por ejemplo: La cabina de 20’x30′ con una carga potencial de 30,000 lb dividida por 2,082 lb da como resultado un mínimo de 15 pilares requeridos. El espaciamiento se basa comúnmente en el área tributaria y la carga que se transporta y, por lo general, es la mitad de la distancia en todas las direcciones entre un pilar y el siguiente.
Por ejemplo: la cabina de 20’x30′, dividida por 15 pilares, significa que cada muelle tiene un afluente máximo de 40 pies cuadrados, o nominalmente 8’x5′
Un granero sin piso generalmente tiene un soporte perimetral con algunos pilares intermedios para llevar soportes de postes para desvanes o tabiques. Un cobertizo de 10×10 puede tener tres pilares por lado y uno en el centro para soportar las vigas que soportan el piso y las paredes. Una cabina de 20’x30′ con plataforma puede tener las paredes perimetrales apoyadas cada 5 a 8 pies, y una viga central también apoyada de esa manera, en lugar de crear una cuadrícula de pilares y vigas cada 5 pies en el interior. La plataforma generalmente requiere un soporte más liviano y permite un mayor espacio, por lo que es posible que no tenga tantos pilares.
Una vez que se determinan las dimensiones de los cimientos más la cantidad de pilares requeridos y su ubicación, es hora de ver la ubicación física donde se construirá. Una simple prueba de suelo puede identificar la fuerza de carga del suelo. Sin embargo, los suelos expansivos y cualquier zona de humedad activa pueden requerir un pilar más profundo para anclar y sostener adecuadamente la estructura, generalmente de 5 a 6 pies de profundidad.
Además, es posible que también deban considerarse problemas climáticos como las heladas, las inundaciones estacionales y las cargas de viento, al igual que las preocupaciones sísmicas. Cuanto más profundos son los pilares, más protección tiene la base para que no se mueva.
El diseño y la construcción de los pilares también son fundamentales para el soporte de la estructura. Los pilares pueden descansar sobre una plataforma de concreto vertido de 16”x16”x8” (o más grande) que está reforzada con barras de refuerzo o sobre piedra triturada.
Por lo general, el fondo de la grava o plataforma se asienta en o por debajo de la línea de escarcha. Luego, el pilar se coloca o se vierte sobre la zapata y, a menudo, se refuerza con barras de refuerzo. El diámetro o las dimensiones de la sección transversal del pilar oscilan entre 6” y 16” y dependen del peso de la estructura que se transporta. Las cargas más pesadas comúnmente necesitan un pilar de mayor diámetro de 12” o más.
Nota profesional: El diseño de una base de pilares y vigas para un edificio que será ocupado requiere el cumplimiento de códigos y regulaciones. En caso de duda, haga que el departamento de construcción local o un ingeniero estructural verifiquen su diseño.
Pier Fundación ventajas y desventajas
Los cimientos de pilares y vigas se utilizan en todas las facetas de la industria de la construcción, desde cobertizos y terrazas hasta cabañas, casas, graneros, garajes e incluso edificios de oficinas de gran altura. El tamaño y la profundidad del pilar y su base, junto con las dimensiones de la viga, determinan el tamaño de la estructura que puede soportar.
Para la mayoría de nosotros, todo lo que necesitamos es un agujero perforado o excavado con un tubo de sono lleno de hormigón o bloques de cemento apilados para llevar una viga directamente, o un poste sobre el que pueda descansar una viga.
Existen numerosas ventajas en la construcción de pilares y vigas:
- menos costoso que la mayoría de las otras fundaciones
- relativamente rápido y fácil de construir
- un favorito de acceso remoto ya que no se necesita equipo pesado
- alteración mínima del suelo y la vegetación
- eleva la estructura por encima del suelo irregular
- protege de las termitas, la humedad y las inundaciones
- proporciona un espacio de arrastre o acceso abierto para la instalación y reparación de plomería y electricidad
- menos transferencia de vibraciones del suelo
- fácil de conectar adiciones y cubiertas
- se puede construir en la mayoría de los tipos de suelo y formaciones rocosas, incluso bajo el agua
Como con cualquier tipo de construcción, o cualquier cosa, para contrarrestar las ventajas, también hay desventajas:
- el espacio de acceso o el área debajo de la estructura debe ventilarse para evitar daños por humedad
- los bichos no deseados pueden instalarse en el espacio de rastreo abierto
- si está demasiado cerca del suelo, las reparaciones son difíciles
- los pilares mal construidos y nivelados dificultan la construcción del piso
- los pisos pueden ser elásticos si los pilares están mal espaciados
Espaciamiento de pilares y cimentaciones de vigas
El espaciamiento de pilares y vigas depende de las dimensiones de la estructura, los pesos de carga viva y muerta, las dimensiones de pilares y vigas, la capacidad de carga del suelo, el acceso a la plomería, las aberturas de ventanas y puertas, así como el tipo de construcción.
Por lo general, cuanto más grande sea la estructura, más pilares necesitará. Cuanto mayor sea la medida de la sección transversal del pilar y las dimensiones de la viga, mayor será el peso que se puede soportar. El espacio entre muelles suele oscilar entre 5 y 10 pies, dependiendo de todos los factores.
Cómo construir una base de muelle y viga
Los cimientos de pilares y vigas no requieren grandes equipos y pueden ser construidos por una o dos personas. Ya sea que use bloques de pilares prefabricados, concreto vertido en tubos de sono u otras opciones de mampostería, el objetivo es crear una base nivelada sobre la cual construir su estructura. Los pilares están espaciados para soportar la carga de la estructura.
El primer paso es identificar dónde deben ir los pilares utilizando el plano de planta. La práctica común es replantear y cuadrar las esquinas y luego clavar una estaca en el centro de donde irá cada pilar. Pintar con aerosol círculos o cuadrados también es una buena manera de marcar las ubicaciones de los muelles.
El segundo paso es utilizar una excavadora de hoyos para postes, una barrena, una pala o algún medio mecánico para cavar los hoyos. Las dimensiones horizontales dependen del tamaño del pilar requerido para la estructura. La profundidad del muelle se basa en la resistencia del suelo y la profundidad de las heladas. Además, si va a verter o colocar una base, plataforma o grava, es posible que sea necesario ajustar la profundidad y el ancho del orificio.
Con el hoyo o hoyos excavados, coloque de 5” a 6” de grava en la base del hoyo, o grava más una plataforma para pilares, y luego construya o vierta su muelle. Asegúrese de que los bloques del muelle, los bloques de cemento, el tubo de sono o lo que sea que estén nivelados. Use una plomada, una cuerda o un nivel para asegurarse de que el centro del pilar esté en su lugar.
Ejecute una línea nivelada para que la parte superior de los pilares esté lo más nivelada posible. Si va a verter plataformas o pilares, utilice barras de refuerzo n.° 3 o n.° 4 para reforzar el concreto. Es posible que también desee utilizar anclajes de viga ajustables o fijos en la parte superior de los pilares vertidos.
Una vez que los pilares estén en su lugar, rellene los agujeros alrededor de los pilares y apisone bien el relleno. El relleno también debe amontonarse alrededor de los pilares. Las vigas se colocan encima de los pilares y se sujetan en su lugar.
A menudo se utilizan cuñas de metal, madera o sintéticas, o montajes de vigas ajustables para nivelar la conexión entre el pilar y la viga. Las vigas forman una cuadrícula nivelada e interconectada sobre la cual se colocan o construyen las vigas y el contrapiso de la estructura.
Costo de cimentación de pilares y vigas
Por lo general, una base de pilares y vigas costará entre $ 8 y $ 15 por pie cuadrado, por lo que un piso de 2000 pies cuadrados costará entre $ 16, 000 y $ 30, 000. El tamaño de la estructura, la profundidad, la altura sobre el nivel del suelo y el número de pilas, además de sus dimensiones y las de la viga, afectan el costo de la cimentación de pilas y vigas. Contratar a otros para que hagan el trabajo puede ser más fácil, pero aumentará el costo.
Un pilar de hormigón de 8” de diámetro y 48” de altura utiliza 5,65 ft³ de hormigón, y un pilar de 12” de diámetro de la misma altura utiliza 12,6 ft³. Por lo tanto, podría verter casi cinco pilares de 8” con una yarda cúbica de concreto, pero solo dos de 12”. Agregar soportes de vigas y barras de refuerzo también aumenta el costo. La profundidad y el grosor de la viga también son factores en el costo.
Quince pilares de 10” de diámetro y 48 de alto necesarios para soportar una cabaña de 20’x30′ requerirán 5 yardas cúbicas de concreto. A $200 la yarda cúbica en mi área, solo el concreto costaría alrededor de $1,000.
Agregue los tubos de sono, las barras de refuerzo, los soportes de viga ajustables y la grava, y el costo sube a alrededor de $ 1,500. La madera para vigas triples de 2×10 agrega alrededor de $1,200 al costo, lo que hace que el costo total sea inferior a $3,000, o alrededor de $5,00 por pie cuadrado.
Problemas de cimientos de pilares y vigas
Al igual que con casi cualquier cimentación, las cimentaciones de pilares y vigas pueden experimentar problemas con el tiempo, especialmente si no se construyeron correctamente. Sin embargo, las que se construyen sobre suelo firme con drenaje y mantenimiento adecuados pueden durar siglos. Las principales preocupaciones estructurales son el asentamiento o el agrietamiento de uno o más pilares.
El asentamiento puede hacer que los pisos se hundan o reboten, que las puertas y ventanas se peguen y que los juguetes rueden. Sin embargo, asentarse es una cuestión fácil de levantar el área afectada y volver a nivelarla o estabilizar el suelo debajo del pilar. Los pilares agrietados o que se están desmoronando requieren reemplazo, lo cual, de nuevo, es mucho más fácil de hacer que con otros tipos de cimientos. Los muelles que no se reparan y se dejan asentar pueden moverse o inclinarse, lo que puede hacer que las vigas se muevan y generar más problemas estructurales.
La mayoría de los otros problemas con los cimientos de pilares y vigas son causados por el cierre inadecuado del espacio angosto o el drenaje deficiente alrededor de los cimientos y la estructura, problemas similares a otros cimientos de sótanos o espacios angostos. La mala ventilación puede provocar que la madera se pudra, moho y hongos, al igual que la lluvia o la nieve que se acumulan debajo de la estructura. Si se deja abierto, los insectos y los animales pueden convertir el espacio de acceso en su hogar, lo que puede generar una gran cantidad de otros problemas.
¿Cuánto cuesta reparar una base de muelle y viga?
El costo de reparar una base de pilares y vigas depende de cuál sea el problema y quién lo haga. Estabilizar el suelo antes de reconstruir o reemplazar un muelle puede costar poco al bricolaje. Por lo general, el precio de varios 4×4 cortados en longitudes de 2 pies para hacer una cuna, más el costo de un gato hidráulico para sentarse en la cuna para levantar la estructura para la reparación.
Sin embargo, contratar a los profesionales puede costar entre $ 250 y $ 2,000 por muelle, según el trabajo. Un pilar perimetral suele ser mucho más fácil de reparar que uno que soporta la mitad del piso. Levantar toda la estructura para volver a nivelar, restablecer o reemplazar una viga implica más experiencia y, con frecuencia, cuesta más. En la mayoría de las situaciones, espere que las reparaciones de cimientos de pilares y vigas oscilen entre $2,000 y $6,000.
Pier and Beam vs Concrete Slab Foundation: ¿Cuál es mejor?
El tipo de base depende de muchos factores. Una cimentación de losa es ideal para terrenos planos o casi planos, mientras que una cimentación de pilares y vigas funciona bien en la mayoría de los tipos de terreno. El muelle y la viga también elevan la estructura sobre el suelo y la topografía circundante, además de protegerla de inundaciones. La transferencia de vibraciones del suelo también es mucho mayor con una losa que con una base de pilares y vigas.
Una estructura de pilas y vigas descansa sobre pilas que proporcionan una base profunda, mientras que una losa descansa sobre el suelo o sobre una plataforma de grava. Los pilares elevan el piso sobre el nivel del suelo y la losa está nivelada con el suelo o la superficie está de 3 a 6 pulgadas por encima. Muchas estructuras en los pilares tienen pisos de madera que son más suaves para los pies, las espinillas, las articulaciones y la espalda que los pisos de concreto. El piso elevado también brinda un fácil acceso a las conexiones eléctricas y de plomería y también facilita mucho las reparaciones.
Una cabina de 20’x30′ sobre una losa de 6” de espesor usa más de 11 yardas cúbicas, a $200 la unidad, eso es alrededor de $2,200 solo para el concreto. Agregar la maquinaria para nivelar el área de la plataforma, la base de grava, la barrera de vapor, las barras de refuerzo y colocar las tuberías y las conexiones eléctricas antes del vertido, aumentan el costo. Además, una losa con acabado liso generalmente requiere un equipo contratado, lo que eleva fácilmente el costo sobre una base de muelle del mismo tamaño.
Conclusión
Los cimientos de pilares y vigas son cimientos económicos y fáciles de construir que brindan una base sólida para muchos tipos de estructuras. Los pilares brindan soporte profundo y estabilidad, mientras que las vigas interconectadas transfieren el peso del edificio a través de los pilares hacia el suelo.
Con suerte, tiene una mejor comprensión de lo que es una base de pilares y vigas, cómo construirla y sus ventajas y desventajas, y está listo para elegir una base.