CIMENTACIONES

INDICE

Objetivo

Introducción

Tipos de Cimentación

Pilotes de cimentación in-situ.

Conclusiones

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OBJETIVOS

Tener conocimientos sobre las cimentaciones, definición, tipos, y sus aplicaciones.

Tener conocimientos sobre la aplicación del suelo en las cimentaciones.

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INTRODUCCION

Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es

transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo

distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas

zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los

pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será

proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos

muy coherentes).

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la

superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la

construcción depende en gran medida del tipo de terreno.

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I. TIPOS DE CIMENTACIONES

1.1 ELECCION:

La elección del tipo de cimentación depende especialmente de las características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freático y también de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentación. Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y más simple de ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentación superficial se valoran otros tipos de cimentaciones.Hay dos tipos fundamentales de cimentación: directas y profundas.

1.2 CIMENTACIONES SUPERFICILAES O DIRECTAS:

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.

En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se produzcan deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:

Cimentaciones ciclópeas. Zapatas aisladas. Zapatas corridas. Zapatas combinadas. Losas de cimentación.

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Esquema que muestra donde se aplican las cimentaciones superficiales (más baratas) y las cimentaciones profundas. Muchas veces en terrenos malos hay que optar siempre por la cimentación profunda, incluso para construcciones de poco peso, como una casa pequeña.

A) CIMENTACIONES CICLÓPEAS:

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonando para economizar material. Utilizando este sistema, se puede emplear piedra más pequeña que en los cimientos de mampostería hormigonada. La técnica del hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto más alto de la zanja sobre el hormigón en masa, que se depositará en el cimiento.

Precauciones:• Tratar que las piedras no estén en contacto con la pared de la zanja.• Que las piedras no queden amontonadas.• Alternar en capas el hormigón y las piedras.• Cada piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormigón.

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Proceso constructivo de una cimentación. Cada piedra debe quedar envuelta por el hormigón

Sección transversal de una cimentación ciclópea.Las cimentaciones ciclópeas son óptimas para Edificaciones.

B) ZAPATAS AISLADAS:

Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más

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simple, aunque cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten más de un pilar. La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras sí que es normal además de aconsejable poner una junta cada 30 m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso se denomina "zapata bajo pilar en junta de diapasón".

En el cálculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento.

Por otra parte en el cálculo de vuelco, donde el peso propio de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable. Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar zapatas ni riostras. Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 1 dm en el estrato del terreno.

La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas.

Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas afectadas por estas variables. En el caso en que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 10 cm de espesor (hormigón de limpieza), antes de colocar las armaduras.

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Podemos encontrarnos con Diferentes posibilidades de zapatas, con respecto a la colocación del pilar.

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Colocación de parrilla en su pozo, con separadores de hormigón y arranque de pilar.

Procedimiento de una zapata aislada

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C) ZAPATAS CORRIDAS :

Las zapatas corridas se emplean para cimentar muros portantes, o hileras de pilares. Estructuralmente funcionan como viga flotante que recibe cargas lineales o puntuales separadas.Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están indicadas como cimentación de un elemento estructural longitudinalmente continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno. También este tipo de cimentación hace de arriostramiento, puede reducir la presión sobre el terreno y puede puentear defectos y heterogeneidades en el terreno. Otro caso en el que resultan útiles es cuando se requerirían muchas zapatas aisladas próximas, resultando más sencillo realizar una zapata corrida.

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Las zapatas corridas se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno. Por practicidad se adopta una altura mínima para los cimientos de hormigón de 3 dm aproximadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo en cuenta el ángulo de reparto de las presiones.

En el caso de que la tierra tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se utilizarán encofrados. Si los cimientos se realizan en hormigón apisonado, pueden hormigonarse sin necesidad de los mismos.Si los trabajos de cimentación debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la junta vertical para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. Asimismo colocar unos hierros de armadura reforzará esta unión.

Las Zapatas Corridas son, según el Código Técnico de la Edificación (CTE), aquellas zapatas que recogen más de tres pilares. Las considera así distintas a las zapatas combinadas, que son aquellas que recogen dos pilares. Esta distinción es objeto de debate puesto que una zapata combinada puede soportar perfectamente cuatro pilares.

Proceso final de una cimentación corrida.

D) ZAPATAS COMBINADAS :

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Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento resultante.

E) LOSAS DE CIMENTACIÓN :

Una losa de cimentación es una placa flotante apoyada directamente sobre el terreno. Como losa está sometida principalmente a esfuerzos de flexión. El espesor de la losa será proporcional a los momentos flectores actuantes sobre la misma. La relación entre el espesor de la losa, los momentos flectores de la placa, las cargas exteriores y las propiedades elásticas del hormigón de la losa viene dada por la siguiente expresión:

Tipos de losas de cimentación

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Losas de cimentación

1.3 CIMENTACIONES SEMIPROFUNDAS:

Pozos de cimentación o caissons: Son en realidad soluciones intermedias entre las superficiales y las profundas, por lo que en ocasiones se catalogan como semiprofundas. Algunas veces estos deben hacerse bajo agua, cuando no puede desviarse el río, en ese caso se trabaja en cámaras presurizadas.Arcos de ladrillo sobre machones de hormigón o mampostería.Muros de contención bajo rasante: no es necesario anclar el muro al terreno.Micropilotes, son una variante basada en la misma idea del pilotaje, que frecuentemente constituyen una cimentación semiprofunda.

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Pozos de cimentación o caisson

1.4 CIMENTACIONES PROFUNDAS:

Se basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentación para soportar las cargas aplicadas, o más exactamente en la fricción vertical entre la cimentación y el terreno. Deben ubicarse más profundamente, para poder distribuir sobre una gran área, un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga. Algunos métodos utilizados en cimentaciones profundas son:Pilotes: son elementos de cimentación esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el terreno (pilotes de extracción ejecutados in situ).Antiguamente eran de madera, hasta que en los años 1940 comenzó a emplearse el hormigón.Pantallas: es necesario anclar el muro al terreno.Pantallas isostáticas: con una línea de anclajesPantallas hiperestáticas: dos o más líneas de anclajes.

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Diferentes casos donde se puede utilizar pilotes

Pilote de fricción en arcillasDistribución de carga para pilotes de fricción

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Pilotes de punta en arena o grava.Distribución de carga para pilotes de punta

Método simplificado para estimar el asentamiento del grupo de pilotes mediante la cimentación profunda equivalente

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II. CIMENTACIONES SOBRE TIPOS DE TERRENOS

2.1 CIMENTACION SOBRE ARENA:

Cuando el terreno es arenoso el mejor sistema es el pilotaje, pero sus características ya las veremos más adelante al tratar este tema. Ahora vamos a estudiar la arena como base de sustentación.La arena se ha empleado bastante como cimentación: Ejemplo: depósitos de palastro para gasolina. Pero para ello es necesario que el terreno reúna dos características esenciales: que no sea demasiado blando (pues la arena se hundiría poco a poco en el mismo) y que esté al abrigo de corriente de agua, pues la arrastraría.

Para realizar una cimentación de arena se comienza efectuando una excavación de unos 75 cm, Posteriormente, echaremos la arena por capas sucesivas que se irán apisonando con objeto de que la misma se introduzca en las paredes laterales de la zanja.

La cimentación de arena presenta la ventaja de lo reducido de su coste y la de que reparte uniformemente la carga del edificio. El procedimiento anteriormente indicado es muy antiguo, usándose aún en la actualidad. Se basa en que la presión del cimiento sobre la arena se transmite al suelo según una pirámide truncada cuyas caras están inclinadas a 45º, con lo que la superficie de asiento del cimiento C se amplía. La letra d corresponde a la altura del relleno de arena,, el cual se puede mejorar mediante un apisonado mecánico.

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2.2 CIMENTACION EN EL AGUA:

Como luego veremos, ésta se realiza mediante ataguías, tablestacas, etc., pero para aquellos lugares en que las profundidades sean excesivas, la cimentación se realiza mediante cajones sin tapa, llamados cajones flotantes, los que son construidos en tierra y botados al agua de forma análoga como cualquier embarcación. Estos cajones pueden ser construidos de concreto armado y acero.Emplazando el cajón que nos referimos en el lugar exacto, y utilizando arena como lastre, se va sumergiendo mediante una guía de pilotes, con el fin de que llegue al fondo en su posición correcta, donde se le asegurará mediante anclajes. El suelo que haya de soportar el cajón deberá ser horizontal.Dicho terreno se prepara con excavadoras, o bien haciendo un terraplenado con arena.Los grandes cajones flotantes se dividen interiormente en compartimentos, tanto en sentido horizontal como transversal, con objeto de dotarlos de mayor resistencia.

En las cimentaciones en el agua también se emplea el sistema denominado sobre escalera, el cual consiste en que una vez realizada la superficie de asiento por medio de dragas, se lanzan al agua bloques de piedras u hormigón, sobre los cuales se establecen las fundaciones (figuras)

Método para cimentaciones en el agua

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2.3 CIMENTACION EN EL FANGO:

La cimentación sobre terrenos fangosos, es de especial interés, ya que muchas veces es necesario afrontarla en labores portuarias. Estos terrenos tienen asientos enormes y a veces verdaderos hundimientos, tales como un dique que se construyó en La Spezia (Italia) el cual se apoyaba en un lecho de fango y el que, al término de 4 años, descendía 18 metros en algunos puntos.Estos hundimientos de fundaciones pueden aminorarse interponiendo entre el fango y el cemento una gruesa capa de arena que oscile entre los 2'50 y 3 metros de altura. Sistema del que quedó prácticamente demostrada la eficacia, pues en el mismo terreno del puerto de La Spezia se construyó después en esta forma y en los 16 años

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de terminada la construcción sólo se nota un asiento de 80 centímetros como máximo.Pero el sistema más generalizado, es el que se ejecuta mediante el emparrillado, el cual (fig. 104) es una construcción de largueros de madera de encina dispuestos en sentido horizontal y transversal sobre los cuales se establece una plataforma del mismo material. El emparrillado debería tener una superficie algo mayor que la del edificio pero en la práctica se limita la construcción del emparrillado a la superficie ocupada por muros, aunque con mucha más anchura para mejor repartir su carga. Entre los emparrillados se coloca tierra apisonada, a la vez que se unen por medio de largueros.Los travesaños van debajo y son de 20 a 30 cm de espesor. En la unión de cimientos de dos alas contiguas, los largueros de una de ellas se prolongan por encima de la otra (fig. 105).

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Cuando existe desigualdad en el asiento de las cargas, es fácil la aparición de grietas por flexión de los maderos, lo que se evita enlazando los diferentes cimientos con arcos de descarga y ampliando los mismos con zapatas.Actualmente, en la construcción de los emparrillados, se emplea, más que la madera, el hormigón armado, en forma de losas ya descritas, o formado por un grupo de vigas metálicas paralelas entre sí y tubos intermedios para su fijación y correcta distribución, tal y como se ve en la figura 107, la que representa el emparrillado de los apoyos de las columnas del rascacielos Empire State de Nueva York.

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Emparrillados en una columna

III. PILOTES DE CIMENTACION IN SITU

3.1 PILOTES IN SITU

El sistema de pilotes perforados o in situ, es una de las soluciones estándares de cimentación cuando en una obra de construcción aparecen problemas de suelos  bien sea por baja capacidad portante del terreno o bien por la necesidad de soportar grandes cargas transmitidas por la estructura a cimentar.

Pilote in-situ

Hoy en día el desarrollo de nuevas herramientas y equipos de construcción nos permite obtener mayores prestaciones en la ejecución de este tipo de pilotes, tales como mayores profundidades, mejores empotramientos, diámetros mas anchos, etc.,

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con menores tiempos de ejecución.  Añadiendo a esto el significativo  aumento en la calidad y seguridad en los trabajos.

Los pilotes perforados y hormigonados in situ, diseñados normalmente para absorber combinaciones de esfuerzos verticales, horizontales y momentos flectores, pueden soportar esfuerzos de flexión, como es el caso de contenciones de tierras mediante pilotes en línea lo que llamamos comúnmente pantallas de pilotes.

Este tipo de pilotes pueden emplearse prácticamente en todo tipo de terrenos, con los equipos de perforación adecuados.  Se sitúan aislados o en grupos, en diferentes disposiciones.

3.2 SISTEMAS DE EJECUCIÓN DE PILOTES PERFORADOS

El proceso de ejecución de un pilote perforado  está compuesto básicamente de tres fases:a) Realización de la perforaciónb) Colocación de la armadurac) Colocación del hormigón

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Las características del terreno donde se hincara el pilote, tales como estratigrafía, nivel freático, etc. es la que condicionara el tipo y el sistema de perforación, ya sea rotación en seco, rotación con entubación recuperable, y por último con cuchara bivalva y trépano.

La elección del método de perforación viene determinado por el terreno a perforar y por la economía de la obra, teniendo en cuenta también otra serie de factores como puede ser el entorno de la misma.   Cuando vayamos a utilizar cualquier método debemos tatar de disponer de los sistemas de ejecución precisos para minimizar interferencias en el entorno y demostrar el máximo respeto por el medioambiente y su conservación.

3.3 MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE SUELOS PARA PILOTES

A- ROTACIÓN EN SECO:

Con este sistema la perforación se realiza en terrenos estables, compactos y sin presencia de agua por medio de un equipo de perforación rotativo con hélices sin que se produzca desmoronamiento de terreno ni vibraciones. Diámetros usuales: 450-2200 mm.

B- ROTACIÓN CON LODOS:

Este tipo de perforación de suelos se realiza al mismo tiempo que se vierten en el pozo lodos de bentonita o polímeros.  Es utilizado en terrenos poco compactos y con agua. Las paredes de la perforación no se derrumban, debido a las propiedades tixotrópicas

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de la bentonita o las propiedades iónicas de los polímetros utilizados. La ejecución de este tipo de pilote implica la instalación de una planta de lodos para su fabricación y reciclaje.  Es una  perforación sin vibraciones.  Diámetros usuales: 650-2200 mm.

C- ROTACIÓN CON ENTUBACIÓN RECUPERABLE:

Aquí, la perforación se realiza por el interior de un tubo o camisa metálica que se introduce a rotación directamente con la propia máquina, en terrenos poco compactos y con presencia de agua. Diámetros más usuales: 650-2000 mm.

IV. CONCLUSIONES

El tipo de suelo favorece o afecta mayormente a una cimentación, por eso es necesario realizar los respectivos ensayos.

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Es importante obtener los planos geotécnicos para tomar mejores decisiones en la construcción de cimentaciones.

Ninguna Estructura se construye en el aire, las cimentaciones es la base fundamental de una edificación o puente

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