Cimentación

Publicado por Basilio en

La cimentación es la parte de la estructura que se encuentra en contacto directo con el terreno y sirve para transmitir las cargas de ésta al terreno. Existen tres tipos de cimentaciones, las superficiales, las semiprofundas y las profundas.

  • Las cimentaciones superficiales son las que se realizan cerca de la superficie. A este tipo corresponden las zapatas y las losas de cimentación. Los sistemas de cimentación superficial son los más habituales y económicos, aunque necesitan un estrato resistente cerca de la superficie del terreno.
  • Las cimentaciones semiprofundas son las que se realizan a poca profundidad. A éste tipo corresponden los pozos de cimentación los muros de contención bajo rasante, y los micropilotes.
  • Las cimentaciones profundas se realizan cuando el estrato resistente se encuentra muy por debajo de la cota superficial. Estos pueden funcionar de dos formas; por punta, cuando transmiten las cargas a las puntas de los pilares. Y por rozamiento lateral, cuando las cargas se transmiten por los laterales del pilote.

Tipos de cimentación superficial:

Zapata:

La zapata es el sistema de cimentación más habitual. Consiste en un ancho prisma de hormigón situado bajo los pilares de la estructura. Su función es transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura y anclarla.

Existen varios tipos de zapata:

Zapata aislada:

Sirve de base de elementos estructurales puntuales, esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite.

Las zapatas aisladas van arriostradas con vigas riostras de hormigón armado de sección inferior a la zapata.

Pueden ejecutarse de hormigón en masa, es decir sin armar, si las mismas tienen un canto considerable (son las denominadas zapatas rígidas).

Armado de la parte inferior: Se realiza un mallazo conformado por corrugas cruzadas; la separación entre corrugas no ha de superar los 30 cm.

Zapata combinada:

diagrama cimentación zapata corrida

Cuando dos zapatas se encuentran muy juntas, se fusionan formando una zapata combinada, la cual sustenta varios pilares.

Tambien cuando se trata de un pilar perimetral con grandes momentos flectores, la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. La forma de resolverlo es uniendo o combinando la zapata de cimentación de este pilar con la más próxima.

Zapatas corridas o continuas:

zapata de hormigón

Se realizan para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta.

También se utilizan en medianerías para distribuir mejor el peso y no invadir la propiedad del vecino.

Losas de cimentación:

cimentación losa de hormigón

Cuando el terreno no permite la cimentación por  zapatas, bien por su constitución, o bien por que el cálculo de las zapatas supera el 50% de la superficie de la zona a cimentar, se realiza la cimentación por losa.

Una losa de cimentación es una placa de hormigón apoyada sobre el terreno la cual reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la superficie de apoyo.

Las losas son un tipo de cimentación superficial que tiene muy buen comportamiento en terrenos poco homogéneos que con otro tipo de cimentación podrían sufrir asentamientos diferenciales. También se utilizan en terrenos con muy poca capacidad portante.

En esencia una losa de cimentación se comporta como una placa que en su cara inferior sufre fuerzas verticales y el asentamiento o la flecha vertical de la losa. Para una losa de espesor uniforme la expresión es:

w(x,y) Representa el descenso vertical o asentamiento en cada punto de la placa.

qs Representa la carga superficial, usualmente concentrada sobre los pilares que apoyan sobre la placa.

kb Es el módulo de balasto, que mide la rigidez del terreno.

Siendo el módulo de balastro una magnitud asociada a la rigidez del terreno:

 D Es la rigidez flexional de la losa.

Una vez determinada la función   que da los asentamientos verticales se estiman los momentos flectores en cada dirección:

formula momentos flectores

A partir de los momentos flectores se determina el espesor correcto de la losa y las armaduras necesarias para la losa.

Tipos de cimentación semiprofunda:

Pozos de cimentación:

cimentación semiprofunda

Los pozos de cimentación son cimentaciones  semiprofundas que se realizan cuando el terreno es demasiado blando como para realizar una cimentación superficial.

La particularidad del pozo de cimentación es la de que se va construyendo a medida que se va hundiendo en el terreno. La sección transversal del pozo generalmente es circular, pero existen también secciones cuadradas, rectangulares o elípticas.

Micropilotes:

cimentación micropilotes

El micropilote es un elemento de cimentación, resistente a los esfuerzos de tracción y compresión; está compuesto por un tubo de acero colocado en el interior de un taladro perforado en el terreno y recibido en el mismo mediante una lechada de cemento inyectado.

El elemento resistente del pilote es una armadura de forma tubular que se coloca en el taladro con roscado o soldadura de los diferentes tramos.

Los micropilotes pueden emplearse en los siguientes casos:

-Como refuerzo de cimentaciones para la ampliación de edificios.

-En recalce de edificios.

-Refuerzo y sostenimiento de cimientos existentes para excavación de sótanos mediante pantallas de micropilotes.

-Cimentaciones profundas en predios con terreno no apto para pilotes convencionales.

Tipos de cimentación profunda:

Pilotes:

Se denomina pilote a un elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas.

La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón.

Tiene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la que se apoya el elemento que le trasmite las cargas (pilar, encepado, losa…) y que trasmite la carga al terreno por rozamiento del fuste con el terreno, apoyando la punta en capas más resistentes o por ambos métodos a la vez. El sistema de pilotaje se ha utilizado antiguamente para edificar en zonas pantanosas, utilizando pilotes de madera y clavándolos en el terreno inundado. Al no estar la madera expuesta al agua, ésta no se descomponía. Es el principal sistema de cimentación en la ciudad de Venecia.

Pilotes in situ

esquema pilotaje hormigón

La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón.

Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguen básicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los de desplazamiento. Un pilote de extracción se realiza extrayendo el terreno, mientras que el de desplazamiento se ejecuta compactándolo. En ambos casos se utilizan diferentes técnicas para mantener la estabilidad de las paredes de la excavación.

Pilote in situ de desplazamiento con azuche

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno, después de atravesar capas blandas. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos granulares medios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas

Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granulares de compacidad media o en terrenos con capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Pilote in situ de extracción con entubación recuperable

Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno y utilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado), que evita que se derrumbe la excavación. Una vez completado el vaciado, y según se va hormigonando el pilote, se va retirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizada nuevamente.

Pilote in situ de extracción con camisa perdida

Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de extracción con entubación recuperable, con la diferencia de que la camisa metálica no se extrae, sino que queda unida definitivamente al pilote.

Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos

Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de la excavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos. Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.

Pilote in situ barrenado sin entubación

esquema pilotaje hormigón

Barrena para la ejecución de pilotes.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa de terreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo o coherente de consistencia media en el que no se produzcan desprendimientos de las paredes.

Barrena para la ejecución de pilotes.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa de terreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo o coherente de consistencia media en el que no se produzcan desprendimientos de las paredes.

Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Se trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta el hormigonado por bombeo por el tubo tubo central existente en el interior de la barrena.

Este sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables y con presencia de agua. La armadura se introduce una vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que genera el inconveniente de que debido a la densidad del hormigón, la longitud de armado no supera los 7,00-9,00 m.

Pilotes hincados

cimentación pilotes hincados

Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigón similares a postes de luz o secciones metálicas por medio de piloteadoras en el suelo.

Dichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno y posteriormente «hincados» en el piso a base de golpes de «martinete», esto hace que el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hasta que se alcanza la profundidad del estrato resistente y se produzca el «rechazo» del suelo en caso de ser un pilote que trabaje por «punta», o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabaje por «fricción».

Pilotes prefabricados

Los pilotes prefabricados pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el nombre de pilotes premoldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón pretensado.

Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan para trabajar a compresión; los de hormigón pretensado funcionan bien a tracción, y sirven para tablestacas y cuando deben quedar sumergidos bajo el agua. Estos pilotes se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica equipada para hincada del pilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm x 30 cm o 45 cm x 45 cm También se construyen con secciones hexagonales en casos especiales. Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal con cuatro varillas de 25 mm de diámetro, y otra transversal compuesta por estribos de varilla de 8 mm de sección como mínimo. La cabeza del pilote se refuerza mediante cercos con una separación de 5 cm en una longitud de un metro. La punta va reforzada con una pieza metálica especial para facilitar la hinca.

Principio de funcionamiento

Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Ambas dependen de las características del pilote y del terreno, y la combinación idónea es el objeto del proyecto. Para un pilote circular, hormigonado in situ y apoyado cuya punta inferior está sobre un estrato de resistencia apreciable la carga de hundimiento vienen dada por:

H, Altura y diámetro del pilote.

q, Sobrecarga [kN/m2] sobre la base de cimentación del pilotaje.

γ,μ, peso específico del terreno y coeficiente de rozamiento terreno-pilote.

 ρt, presión admisible sobre el estrato en que se apoya la punta del pilote.

En muchos casos las teorías que permiten estimar la resistencia de fuste y la resistencia de punta son de tipo empírico. Es decir, son el resultado de un análisis estadístico del comportamiento de ciertos pilotes en determinadas condiciones de terreno. Por lo tanto, es sumamente importante conocer el origen y las condiciones bajo las cuales determinadas fórmulas de cálculo son válidas.


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