1. CIMENTACIONES
•La cimentación es la parte de la estructura de un edificio que esta en contacto
directo con el suelo, es la que permite equilibrar y transmitir al terreno las
cargas propias del edificio y de las personas que lo habitan.
•Las cimentaciones son toda una especialidad dentro de la Ingeniería, misma
que se relaciona con el comportamiento del suelo y la forma en que esta
transmite al terreno las cargas correspondientes, por lo que estas se clasifican
primeramente en dos grandes apartados:
• 1.- Cimentaciones superficiales o poco profundas.-Son las que
se caracterizan porque su profundidad no excede de un par de
veces el ancho del cimiento.
• 2.- Cimentaciones profundas. Son aquellas que por las
condiciones del terreno, no es posible una cimentación superficial y,
se recurre a la búsqueda de estratos resistentes a mayor
profundidad a fin de garantizar la estabilidad de la estructura.
2. • REQUISITOS QUE DEBE DE CUMPLIR UNA CIMENTACION
1.- Los cimientos no deberán volcarse o deslizarse sobre el terreno.
2.- Hasta donde sea posible, deben evitarse los asentamientos de la construcción, en
caso de ser inevitables por las condiciones del subsuelo, se deberá prever en el
diseño de las cimentaciones para que se proyecten elementos de control hidráulica,
pero en ningún caso se aceptan asentamientos diferenciales.
3.- En zonas de alto riesgo sísmico, se deben prever las formas de contrarrestar sus
efectos (Pueden rigidizarse las estructuras), o puede diseñarse una cimentación que
contrarreste los efectos trepidatorios (Mov. Verticales), mediante pilotes especiales
tipo amortiguador y los efectos undulatorios (Mov. Horizontales) por ejemplo
mediante pilotes montados sobre dispositivos BALIN, que permiten el movimiento
undulatorio del terreno, sin que se mueva la parte del edificio que esta sobre ellos.
4.- En ningún punto de las cimentaciones las cargas unitarias sobre el terreno
excederán la capacidad de carga del mismo (terreno).
5.- Para cimentaciones a base de pilotes, estos no deberán soportar cargas mayores
que las estipuladas por los cálculos. Así mismo no debera en este caso, o en cualquier
otra, considerarse ninguna capacidad de carga del terreno superficial
3. Las cimentaciones profundas se utilizan por varias razones, que discutiremos a
continuación:
1. Cuando el terreno no posee la resistencia suficiente al esfuerzo
cortante por ser muy suave, se buscan estratos mas resistentes a
mayor profundidad, claro esta sin descuidar el factor económico.
2. Cuando el edificio es muy masivo y las presiones a transmitir son
grandes y rebasan la capacidad resistiva del terreno para ser
cimentado sobre una losa de cimentación.
3. También suelen utilizarse las cimentaciones profundas en suelos
muy arcillosos o arcillas expansivas muy potentes, es decir de gran
espesor. En este caso se recurre al uso de pilotajes por fricción.
Las cimentaciones profundas por pilotes son especiales en el caso de
puentes sobre ríos caudalosos o en zonas pantanosas e, inclusive se han
utilizado con mucho éxito en la construcción de plataformas petroleras.
CIMENTACIONES PROFUNDAS
4. ∗ Este tipo de cimentación se utiliza cuando se
tienen circunstancias especiales:
∗ Una obra con una carga demasiada grande no
pudiendo utilizar ningún sistema de cimentación
directa.
∗ Que el terreno al ocupar no tenga resistencia o
características necesarias para soportar
construcciones muy extensas o pesadas.
5. La torre
Latinoamericana con
sus 43 pisos es una
estructura cimentada
sobre un cajón de 13
metros de profundidad
que se apoya en mas
de 350 pilotes de
extremo ancho,
desplantados a 33.5
metros sobre una capa
delgada arena, situada
entre depósitos
lacustres de arcilla
muy compresible.
6. La torre de Pisa es un ejemplo de
estructura cimentada sobre pilotes
de madera de cedro que actúan
como pilotes de fricción. Estos se
dispusieron simétricamente en
distribución concéntrica sobre la
base circular de desplante de la
torre.
En 1962, Terracina presento una
evaluación de los asentamiento que
ha experimentado la torre,
presentándose un hundimiento de
mas de 1.00 metro m del lado norte,
mientras que del lado sur el
asentamiento es del orden de los
3.00 metros.
8. Las cimentaciones profundas suelen ser de varios tipos , entre ellas se
cuentan:
1. Pilotes.-Son estructuras generalmente de concreto reforzado,
pero pueden ser de perfiles de acero e incluso de maderas de
cedro encino o pino simplemente. Son elementos muy esbeltos
y su sección transversal n es mayor de 1,20 mts, los mas
comunes son de concreto reforzado circulares con diámetros de
30 a 60 cms.
2. Pilas.-Cuando los elementos d soporte son de secciones mayor
de 120 cms pero no exceden de su doble, se denominan pilas y
pueden ser de sección circular, ovoidea y rectangulares. Son
comunes las pilas de los puentes viales, mismas que siempre
son de concreto reforzado.
3. Cilindros o Cajones.- Son elementos de concreto reforzado que
se construyen huecos por cuestiones económicas y de peso,
sus diámetro suele variar entre 3.00 y 6.00 metros. Se llaman
cilindros cuando su sección es circular y cajones cuando con
paralelepípedos. Estos pueden trabajar simples o en batería.
10. ∗ USOS Y APLICACION:
∗ Construcción de muros pantalla.
∗ La estabilidad del puente, excavados a
profundidades considerables que puedan aguantar
mayor número de cargas
∗ Nos permitan distanciar los apoyos del puente.
∗ La maquinaria para su construcción ha de ser de
mayor volumen para conseguir los rendimientos
adecuados.
A)PILAS Y CILINDROS
11. ∗ Excavar las pilas con máquinas perforadoras
provistas con barrenos.
∗ Estas excavan hasta lugares donde el suelo lo
permita sin derrumbarse
Proceso constructivo de las
pilas
12. ∗ Cuando se alcanza la profundidad necesaria o se llega
a un estrato cohesivo, se detiene la excavación y se
inserta un tubo llamado camisa (o ademe).
∗ Este tubo permite seguir excavando y evitar que el
suelo se derrumbe dentro de la excavación.
13. ∗ Se introduce el refuerzo
∗ Por último se funde el concreto recordando retirar la
camisa.
14. ∗ Los pilotes son miembros estructurales con un área
de sección transversal pequeña en comparación con
su longitud. Se hincan en el suelo a base de golpes
generados por maquinaria especializada, en grupos
o en filas, conteniendo cada uno el suficiente
número de pilotes para soportar la carga de una sola
columna o muro.
B)PILOTES
15. Los pilotes se utilizan con varios fines, entre ellos están:
1. Para transmitir las cargas de los edificios a mayor profundidad
hasta los estratos de suelos mas resistentes, conociéndose estos
como pilote de punta..
2. Transmitir la carga al mismo suelo blando parque por fricción
garantice la estabilidad de las estructuras
3. Proporcionar el anclaje adecuado a ciertas estructuras (como
tablestacados) o resistir fuerzas laterales ( caso de pilas de
puentes) ya sean de suelo u otro material.
4. Aumentar las fuerzas resistivas a varias estructuras a fin de
contrarrestar los momentos de volcadura o fuerzas de
deslizamiento ( caso de muros de contención, cisternas y
edificios cerca de taludes).
5. Evitar los efectos de la erosión o socavación como en pilas de
puentes, en muelles o atracaderos.
6. Proteger estructuras marítimas como plataformas, muelles.
16. ∗ Los pilotes se construyen en una gran variedad de
materiales, longitud y forma de su sección, y que
se adaptan a diversas necesidades de carga,
colocación y economía. Entre algunos de los más
comunes tenemos:
POR MATERIALES:
∗ De madera
∗ De acero
∗ De concreto
POR SU COLOCACION:
∗ Hincados
∗ Colocados
∗ Perforados In Situ
Tipos de pilotes
17. De acuerdo a la forma en que trabajaran, es decir, como transmitirán las
cargas al terreno, los pilotes se clasifican como:
1. Pilotes de punta.-estos son hincados a una
profundidad en la cual se incrustan en un estrato
resistente, transmitiendo las cargas del edificio en
este estrato.
2. Pilote de fricción.-Estos son aquellos que transmiten
la carga al mismo estrato sobre el que están
hincados, mediante la fricción que se genera entre el
pilote y el suelo que lo rodea.
3. Pilote mixto.-Estos pilotes transmiten una parte de la
carga por punta y la carga restante se distribuye por
fricción sobre el suelo.
Cuando las condiciones y estratigrafía del lugar lo permita, los pilotes de punta
siempre deberán ser los primeros en seleccionarse, ya que son las mas
seguros puesto que al transmitir las cargas a mayor profundidad, el edificio no
experimentara inclinaciones ni asentamientos fuertes y su estabilidad será
mayor.
18. Suelo blando
Lente resistente
Lente resistente
Roca sana
Pilotes
Cimentación de
edificio
En la figura se ilustra la existencia de lentes de material resistente, en los que
apoyan algunos pilotes y otros descansan en el estrato de roca sana mas
abajo. En esta distribución, es de esperarse que con el tiempo las lentes de
material firme junto con los pilotes que soportan y parte del edificio
experimenten un descenso, pues las cargas inducidas provocaran que el suelo
suave llegue a la fatiga propiciando la consolidación del suelo bajo las lentes
indicadas. Esto provocara un hundimiento desigual en el edificio.
20. ∗ Son de los más usados en la actualidad, los hay de
sección circular, cuadrada y octagonal y en tamaños
de 8, 10 y 12 metros. Pueden dividirse en dos
categorías: colados en el lugar -in situ- y precolados.
PILOTES DE CONCRETO
21. Los pilotes de
concreto pueden ser
prefabricados e
hincados a golpes con
maquina piloteadora
( llamada Martillo,
como se ve en la foto)
o hincados por
presión neumática.
Además los pilotes
también pueden ser
colados en el lugar,
en una excavación
realizada
previamente.
22. Los tubos de acero se utilizan mucho como pilotes y
usualmente se llena de concreto después de hincados, y
si el hincado es violento es posible utilizar perfiles I o H
de acero.
PILOTES DE ACERO
26. La capacidad de carga en pilotes, se determina comúnmente por varios
criterios, entre los que se pueden mencionar los siguiente:
1. Criterio dinámico.- Se basa en la aplicación de formulas dinámicas en las
cuales interviene la energía comunicada al pilote por el impacto del
martillo de hinca. Se aplica exclusivamente a los pilotes de punta
hincados al golpe.
La falla de este método consiste en ignorar la respuesta de los materiales
al impacto, pues se desarrollan fuerzas resistentes viscosas y de inercia
en el sistema pilote-suelo, debido a que la penetración tiene lugar durante
un breve tiempo y, como sabemos estas fuerzas viscosas e inerciales no
se presentan en el caso estático y hacen que la correlación entre la
resistencia dinámica y la estática sea casi imposible de realizar. Por esto
ultimo, las formulas dinámicas no se recomiendan en ningún caso y no
deben de utilizarse para el calculo de la capacidad de carga en pilotes.
2. Criterio empírico.- Se basa en la aplicación de formulas de capacidad de
carga de pilotes a partir de criterios o experiencias locales. Muchas
formulas son tales que adoptan factores de seguridad demasiado altos, lo
que conduce a cimentaciones muy costosas y, por tal motivo, tampoco se
justifica la estimación de la capacidad de carga de pilotes tomando en
cuenta estos criterios.
27. 3. Criterio estático.- En este la capacidad de carga del pilote se determina a
partir de una teoría que valúe la capacidad de carga del suelo, a partir de
ensayes de resistencia. En este criterio se exige que se tenga una
completa exploración del suelo y se realicen los ensayes de laboratorio y
en el lugar. A partir de estos resultados de laboratorio e “in situ”, el
ingeniero podrá utilizar alguna de las formulas ya indicadas en el capitulo
cuatro de este mismo trabajo. Se debe de considerar un factor de
seguridad del orden de 3 cuando las cimentaciones se calculen con las
cargas vivas y muertas permanentes.
El mejor método para determinar la capacidad de carga de un pilote, es el
realizar una prueba de carga en el lugar. Desgraciadamente no siempre se
realiza por el costo y el tiempo que este tipo de ensaye requiere, sin embargo
recomendamos que no se escatime esta recomendación dada la importancia
y el costo del edificio.
Un aspecto que no debe pasarse por alto es la interpretación de los
resultados de un ensaye de prueba, ya que este siempre se realiza sobre un
solo pilote, cuando en realidad, el edificio esta desplantado sobre muchos de
ellos y, la capacidad de carga de un conjunto de pilotes no es proporcional a
la capacidad de carga del numero de pilotes hincados.
28. A través de un prueba de carga sobre un pilote, se puede obtener la siguiente
información:
1. La capacidad de carga ultima por punta del pilote, para esto es
necesario el realizar primero la excavación hincando un tubo hueco
e introducir dentro de este ultimo el pilote e hincarlo sobre el estrato
resistente, determinándose así la capacidad por punto del pilote.
2. La capacidad de carga por fricción lateral del pilote, es determinada
cuando este se hinca sobre estratos potentes de arcilla blanda.
Los pilotes colados en el lugar son aquellos que se construyen en el sitio
mediante el colado de concreto reforzado en una excavación previamente
realizada. La capacidad de carga de los pilotes colados en el lugar se
determina como se indico anteriormente para los pilotes prefabricados
hincados al golpe.
Los pilotes de acero suelen ser perfiles tubulares de gran calibre o secciones
HP. Las secciones tubulares se hincan en el terreno y posteriormente se
rellenan de concreto cuando los perfiles alcanzan la profundidad de
desplante. Pueden hincarse en suelos muy firmes en donde es difícil hincar
los pilotes de concreto.
29. Pilotes Hincados Resistencia en Punta
Este tipo de pilote transmites la carga directamente al estrato firme o de
cimentación. También
recibe la sujeción por parte del subsuelo. Son elementos
prefabricados de concreto y en
oportunidades tubos de
acero.
34. In SituPilotes Perforados
Los pilotes perforados o pre-excavados son elementos fundidos in situ, ya
que a diferencia de los
pilotes de resistencia por punta, estos pueden no alcanzar el
estrato adecuado para apoyarse, por
35. ∗ 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.
∗ 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.
PILOTES IN SITU
37. Camión o bamba de
inyección
y recolección de
lodos
bentoniticos o
bentonita
Broca de
excavación
1. Coordinar la
máquina de
inyección de
bentonita y la
grúa perforadora
38. Camión o bamba de
inyección
de bentonita
Tubo de
inyección de
bentonita
2. A medida que se realiza
la
perforación, se debe
inyectar
bentonita para evitar el
desbarrancamiento de
39. Camión o bamba de
inyección
de bentonita
Excavación
llena con
bentonita
3. Al terminar la perforación,
la
excavación debe estar
completamente llena de
bentonita
41. Camión o
bamba de
recolección de
bentonita Entramado de
acero de
refuerzo
armado
previamente
5. A medida que se
introduce la
canasta de refuerzo de
acero, se debe
recolectar la bentonita
para evitar su
42. Camión o
bamba de
recolección de
bentonita Entramado de
acero de
refuerzo
armado
previamente
6. Cuando la canasta de
refuerzo se
ha introducido
completamente, la
bentonita ha debido ser
completamente
43. Camión o
bamba para la
inyección de
concreto Pilote fundido
in situ
7. Después de insertada la
canasta
de refuerzo de acero,
se funde concreto
45. Pilote de fricción en arcillas
Distribución de carga para pilotes de fricción
46. Pilotes de punta en arena o grava.
Distribución de carga para pilotes de punta
47. El ingeniero debe estudiar la economía relativa de la cimentacion
superficial o profunda, según sea el caso, sin embargo, debe
cuestionarse lo siguiente:
1. ¿A que profundidad debería de cimentarse un edificio?
2. ¿Habría que proteger la excavación mediante un muro o
pantalla durante la construcción para evitar la
penetración o desprendimiento del terreno?
3. ¿Seria necesario abatir el nivel freático para excavar y
construir la cimentación? Y en caso afirmativo, ¿ que
método debería emplearse para ello?
4. ¿Habría peligro de daños a los edificios adyacentes?
5. ¿Cuánto se asentaría el edificio terminado? ¿seria
uniforme este asentamiento?
6. ¿Qué esfuerzos y distribución de los mismos deberían
considerarse para el proyecto de la placa de
cimentación?
48. ∗ El tipo de suelo favorece o afecta mayormente a
una cimentación, por eso es necesario realizar los
respectivos ensayos.
∗ Es importante obtener los planos geotécnicos para
tomar mejores decisiones en la construcción de
cimentaciones.
CONCLUSIONES
