cimentacion mixta compuesta por pilotes y sotanos

AUTOR: DOMÉNICA PADILLA

CIMENTACIÓN UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTIAGO DE GUAYAQUIL MIXTA FACULTAD DE ARQUITECTURA Y COMPUESTA DISEÑO CARRERA DE ARQUITECTURA POR PILOTES Y SÓTANOS TOPOGRAFÍA Y SUELOS – PARALELO B

Doménica Padilla - Topografía y suelos, Paralelo B

Índice de contenidos 1.

Introducción......................................................................................................................3 1.1

2.

3.

Evolución en técnicas de cimentación....................................................................3

Tipos de suelos..................................................................................................................5 2.1

Gravas.......................................................................................................................5

2.2

Arenas........................................................................................................................5

2.3

Limos.........................................................................................................................6

2.4

Arcillas.......................................................................................................................7

Cimentaciones...................................................................................................................9 3.1 Cimentaciones superficiales..........................................................................................9 3.1.1 Zapatas aisladas....................................................................................................10 3.1.2 Zapatas corridas....................................................................................................13 3.1.3 Losas de cimentación............................................................................................15 3.1.3.1 Losa de canto constante.................................................................................16 3.1.3.2 Losa con refuerzos..........................................................................................17 3.1.3.3 Losa nervadas.................................................................................................18 3.1.3.4 Losa aligerada.................................................................................................18 3.2 Cimentaciones semiprofundas....................................................................................19 3.2.1 Pozos de cimentación............................................................................................19 3.3 Cimentaciones profundas............................................................................................20 3.3.1 Pilotes.....................................................................................................................20 3.3.1.1 Por la forma de trabajo.................................................................................21 3.3.1.1 Por fuste......................................................................................................22 3.3.1.2 Por punta.....................................................................................................22 3.3.1.2

Según el procedimiento de ejecución.......................................................23

3.3.1.2.1 Pilotes de desplazamiento.......................................................................23 3.3.1.2.2 Pilotes de extracción................................................................................24 1

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3.3.2 Micropilotes...........................................................................................................27 3.3.3Pantallas..................................................................................................................28 3.3.3.1 Pantallas continuas de hormigón..................................................................29 3.3.3.2 Pantallas de pilotes.........................................................................................30 3.3.3.3 Pantalla de tablestacas...................................................................................31 3.3 Cimentaciones mixtas..................................................................................................33 3.3.1 Cimentaciones compensadas............................................................................33 3.3.1.1 Sótano y losa de cimentación.....................................................................34 3.3.1.2 Sótano y pilotes...........................................................................................35 3.4 Cómo escoger la cimentación más adecuada.........................................................39 4.

Aprovechamiento de sótanos.....................................................................................39

Bibliografía.............................................................................................................................42

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1. Introducción Se llama cimentación al conjunto de elementos estructurales que transmiten las cargas del edificio al suelo natural, distribuyéndolas de tal forma que no superen su presión admisible. Por tal motivo, la cimentación que decidamos utilizar siempre estará condicionada por el tipo de suelo sobre el cual se edificará y las condiciones que nos ponga el mismo edificio. 1.1 Evolución en técnicas de cimentación La arquitectura y construcción es algo que se viene dando desde la Prehistoria y así mismo se han venido mejorando las técnicas que se emplean. El tema de las técnicas de cimentación no es algo que se queda atrás, pues ya es conocido que el hombre hacía ensayos en el suelo sobre el cual iban a asentar sus chozas sin siquiera saberlo; éstas pruebas consistían en comprobar la resistencia del suelo a las penetraciones. Es en el año 3.000 a.C. que el hombre comprueba la influencia que tienen las características del suelo y cómo influyen para que un edificio permanezca a través del tiempo. Pero no es hasta la época Renacentista que surgen tratados y las primeras referencias escritas acerca de las técnicas de investigación del terreno específicamente aplicadas a la construcción y acerca de los ensayos destinados a la caracterización del terreno como plano fundamental de apoyo de los edificios. En lo que se refiere a las técnicas de investigación del terreno en Europa durante éste período es el empleo de barrenas de hélice, cuya invención se le atribuye a un ingeniero militar llamado ConradKeyser. A partir de la época del Renacimiento empiezan a surgir más métodos para tomar muestras el suelo como las barras de hierro con tomamuestras en la punta para investigar el terreno bajo el agua, o sobre el uso de una pieza de madera para determinar la consistencia del suelo mediante la calidad del sonido producido por la percusión. (García, 2011)

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Figura 1. Barreras de hélice utilizadas en el siglo XV (García, 2011)

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2. Tipos de

Figura 2. Equipo de penetración del siglo XVIII (García, 2011)

suelos

Como ya se mencionó anteriormente, el suelo es un factor sumamente importante que debemos tomar en consideración al momento de diseñar una cimentación.

2.1 Gravas “Las gravas son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas que tienen más o menos dos milímetros de diámetro” (Crespo, 2004). Como se ve en la Figura 3, las gravas vienen en diferentes tamaños por lo que se puede decir que es un suelo heterogéneo.

5 Figura 3. Grava (Alegri, 2015)

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Cuando las gravas son acarreadas por las aguas sufren desgaste en sus bordes, por eso tiene una forma redondeada. Este material se encuentra en los lechos y márgenes de los ríos, también en depresiones de terrenos que fueron rellenados por el acarreo de los ríos y en algunos lugares donde han sido re transportadas.

2.2 Arenas “La arena es el nombre que se le da a los materiales de granos finos procedentes de la denudación de las rocas o de su trituración artificial, y cuyas partículas varían entre 2 mm y 0.05 mm de diámetro” (Crespo, 2004). Las gravas y las arenas suelen encontrarse juntas en el mismo lugar. La arena de río contiene, la mayoría de veces, proporciones relativamente grandes de grava y de arcilla. Cuando la arena se seca ésta no se contrae, no es plástica y son menos compresibles que las arcillas y si al momento de poner una carga en su superficie, la arena se contrae de manera instantánea. La aplicación de las cargas en los terrenos arenosos produce rápidamente un asiento, el cual termina cuando se llega a una posición de equilibrio.

Figura 4. Arena (Arkiplus, 2009)

La composición de la arena sufre constantes modificaciones ya que es transportada por el viento y el agua, por lo tanto cambia constantemente su color y su tamaño dependiendo de la zona climática donde se encuentra.

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2.3 Limos Los limos son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, existen dos tipos de limos: limo inorgánico se encuentra en canteras o limo orgánico que se encuentra en los ríos, éste último tiene una baja permeabilidad y una compresibilidad muy alta. Su diámetro está comprendido entre 0.05 mm y 0.005 mm. “Los limos sueltos y saturados son completamente inadecuados para soportar cargas por medio de zapatas” (Crespo, 2004).

Figura 5. Limo (HO, 2012)

2.4 Arcillas Se llama arcilla a las partículas sólidas que tienen un menor diámetro a 0.005 mm y que tiene la particularidad de volverse plástica cuando se mezcla con agua. Los suelos arcillosos poseen una elevada retención de agua, posee baja porosidad y por tal motivo carece de aeración. Los terrenos de arcilla son sumamente difíciles de trabajar y los más peligrosos para cimentar ya que en ellos se pueden producir grandes asientos en un largo periodo de tiempo.

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Figura 6. Arcilla (Correa, 2012)

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Grieta

Edificación

Arcilla

Roca Figura 7. Ejemplo de edificación sobre estratos arcillosos

La Figura 7 es un ejemplo común de lo que sucede en nuestro medio, diciendo esto me refiero a que muchas veces solo hacen estudio en una mínima parte del terreno para encontrar roca y sobre ese lugar cimentar la edificación. El error yace en que no hacen un estudio más amplio a lo largo de todo el terreno para evitar este tipo de situaciones, agrietamientos y asentamientos que van a perjudicar la edificación y reducir el tiempo de vida de la misma. “Se ha determinado que el tiempo de asentamiento de los estratos arcillosos es proporcional al cuadrado de su espesor, es decir, que si por ejemplo un edificio descansa sobre un estrato de 2 metros de espesor y el asiento se produce en 4 años, entonces la duración seria de 16 años” (Universidad de Mendoza, 2015).

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3. Cimentaciones Como ya se dijo anteriormente, el cimiento es la parte de la estructura encargada de transmitir las cargas actuantes totales del edificio hacia el terreno. “Las cimentaciones deben cumplir tres requisitos muy importantes: 1) El nivel de la cimentación debe estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios de volumen del suelo, capas freáticas, excavaciones posteriores. 2) La cimentación debe tener unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo. 3) No deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura (asientos admisibles).” (Villarino, 2015) Existen tres tipos de cimentaciones muy comunes que son: las cimentaciones superficiales, cimentaciones semi profundas y cimentaciones profundas. Pero en la siguiente investigación se extenderán los tipos de cimentaciones para su completa comprensión.

Figura 8. Tipos de cimentación (Ingenoa, 2015)

3.1 Cimentaciones superficiales Cuando el terreno tiene características muy favorables y adecuadas desde el punto de vista técnico, para cimentar sobre él se puede optar por una cimentación superficial.

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Figura 9. Cimentación directa (Ministerio de la vivienda, 2006)

Por lo tanto, llamamos cimentaciones superficiales o directas a elementos verticales que se prolongan hasta el terreno de cimentación descansando directamente sobre él.Básicamente se consideran lassiguientes: 3.1.1 Zapatas aisladas Las zapatas aisladas son aquellas en las que recae un solo pilar, es decir que son un elemento estructural puntual, de tal modo que amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte la carga que le es transmitida.El tamaño de la zapata dependerá de la resistencia del suelo. La construcción de las zapatas aisladas se aconseja cuando la carga de la columna es un 75 % aproximadamente más baja que la capacidad de carga admisible del suelo. Además se recomienda el uso de la misma cuando el suelo tenga una capacidad de carga admisible no menor a 10000 km/m² para que las dimensiones de las zapatas no resulten exageradamente grandes. Las zapatas aisladas se podrán unir entre sí mediante unas vigas de atado que evitan el desplazamiento lateral de las mismas. En el caso de estas vigas que son hormigonadas directamente sobre el terreno, se deben considerar los posibles esfuerzos derivados del asiento previsto en las zapatas unidas por ellas. 11

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Figura 10. Ejemplo de empleo de vigas centradoras para la redistribución de cargas (Ministerio de la vivienda, 2006)

Figura 11. Armadura de zapata aislada (Merle, 2015)

El cálculo de las zapatas aisladas se basa en los esfuerzos críticos en los que se encuentran sometidas (los esfuerzos de compresión, presión de suelo, esfuerzo de corte y el momento flector), pero su diseño lo determina el esfuerzo cortante de penetración, la compresión ascendente del suelo contra la propia zapata, los esfuerzos del concreto en el interior de la zapata, así como el deslizamiento o la falta de adherencia del acero con el concreto. (Villarino, 2015)

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Figura 12. Ejecución en obra de una zapata aislada. (Aguascalientes, 2008)

Según la posición del pilar, las zapatas asiladas se subdividen en: 

Medianera

Figura 13. Zapata medianera (Merle, 2015)



Centrada

Figura 14. Zapata centrada (Merle, 2015)

13

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

Esquina

Figura 15. Zapata de esquina (Merle, 2015)

3.1.2 Zapatas corridas Las zapatas corridas son las que reciben y soportan cargas lineales, generalmente a través de un muro o de un grupo de pilares que se encuentran alineados. Si dicho muro es de hormigón armado puede transmitir un momento flector a la cimentación. “Estas zapatas son indicadas cuando:    

Se trata de cimentar un elemento continuo Se quiere homogenizar los asientos de una alineación de pilares Se quiere reducir el trabajo del terreno Por la proximidad de las zapatas aisladas, es más sencillo realizar una zapata corrida” (Villarino, 2015)

Figura 16. Zapata corrida. Pilares alineados (Enacan, 2015)

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Figura 17. Zapata corrida. Muro (Fernández A. , 2014)

Cuando la cimentación es diseñada para una estructura que se conforme de apoyos aislados, es decir de columnas, y la resistencia del terreno no tenga suficiente capacidad de soporte, será más adecuando construir una cimentación de zapatas corridas para así unir dos o más columnas. De tal manera, las columnas podrán enviar cargas simétricas hacia la zapata.

Figura 18. Ejecución en obra de una zapata corrida (Aguascalientes, 2008)

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Figura 19. Armadura de una zapata corrida (Hernández, 2013)

Ahora, si la suma de las áreas de las zapatas que se necesitan para sostener la estructura y el edificio en sí, excede el 50% de la superficie es mejor y más recomendable hacer una losa de cimentación, la cual será explicada a continuación. 3.1.3 Losas de cimentación La losa de cimentación es una plataforma de hormigón armado que se compone de una armadura principal en la parte superior, para contrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea, y una armadura inferior para excluir en lo posible la producción de flechas desiguales.

Figura 20. Ejecución en obra de una losa de cimentación. (Aguascalientes, 2008)

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Tiene como objetivo tomar toda la carga que transmite el edificio y dividirla en ella para que el suelo no realice un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. Este tipo de cimentación se emplea cuando la superficie ocupada por zapatas representa un porcentaje muy elevado de la superficie total.

Figura 21. Losa de cimentación (IECA, 2013)

“Se recomienda emplear una losa de cimentación cuando: 

La construcción posee una superficie pequeña en relación al volumen, como en el

 

caso de los rascacielos. El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles los asientos irregulares. La superficie de la cimentación que ocuparían las zapatas aisladas superan el 50% de



la superficie de la construcción. La capacidad portante del terreno es muy pobre.” (Villarino, 2015)

Las losas de cimentación se dividen en: 3.1.3.1 Losa de canto constante Este tipo de losa es el que se emplea más comúnmente, sobretodo porque es es el más sencillo de realizar.

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Figura 22. Losa de canto constante (Fernández A. , 2014)

3.1.3.2 Losa con refuerzos “La losa con refuerzos tienen recrecidos de hormigón en las bases de los pilares ayudan a evitar el punzonamiento del terreno. Se pueden disponer tanto por encima como por debajo de la losa.” (Fernández A. , 2014)

Figura 23. Losa con refuerzos (Fernández A. , 2014)

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3.1.3.3 Losa nervadas Se trata de un emparrillado de vigas unidas entre ellas por una placa superior de hormigón.

Figura 24. Losa nervada (Fernández A. , 2014)

3.1.3.4 Losa aligerada Como el nombre lo indica, se trata de reducir el uso de hormigón en zonas poco solicitadas, así permite resistir grandes esfuerzos de flexión. Estos huecos y vacíos se pueden realizar con encofrados recuperables. (Fernández A. , 2014)

Figura 25. Losa aligerada (Fernández A. , 2014)

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3.2 Cimentaciones semiprofundas Las cimentaciones semiprofundas son una combinación de cimentaciones superficiales y profundas. “Se denomina cimentación semiprofunda a aquella cuya relación entre la cota de profundidad y el lado de menor de la misma es mayor de 4 y menos de 10.” (Fernández, Costal, & Campo, 2004) 3.2.1 Pozos de cimentación Este tipo de cimentación se utiliza cuando los suelos superficiales, por ser muy blandos, no son adecuados para realizar una cimentación superficial. La elección de este sistema aparece como consecuencia de resolver de forma más económica, la cimentación de un edificio cuando el firme se encuentra a tan solo entre 4 a 6 metros. Los pozos de cimentación más comunes son de dos tipos. “El primero consiste en un relleno de excavación desde la cota de apoyo con hormigón pobre, situando la zapata encima de éste de forma que se transmitan las cargas a la profundidad deseada.” (Ministerio de la vivienda, 2006)

Figura 26. Pozo de cimentación tipo 1 (Ministerio de la vivienda, 2006)

“El segundo tipo, el cual es el menos habitual, consiste en bajar la cota de zapata hasta alcanzar el nivel del suelo firme en el que se va a apoyar, elevando a continuación un plinto de gran rigidez con el fin de evitar problemas de pandeo.” (Ministerio de la vivienda, 2006)

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Figura 27. Pozo de cimentación tipo 2 (Ministerio de la vivienda, 2006)

3.3 Cimentaciones profundas Las cimentaciones profundas o indirectas son aquellas que se llevan a cabo por elementos verticales intermediospara llegar al suelo más resistente. Se considera este tipo de cimentación cuando los estratos superiores del terreno no son aptos para soportar una cimentación superficial. “Se considera una cimentación como profunda cuando su extremo inferior sobre terreno se encuentra a una profundidad superior a 8 veces su anchura o diámetro.” (MAPFRE, 2015) Las cimentaciones profundas se pueden dividir en los siguientes tipos: 3.3.1 Pilotes Los pilotes son los elementos intermediaros que forman parte de este tipo de cimentación, tienen una gran longitud en comparación con su sección transversal, estos pilotes se hincan o se construyen en una cavidad que es realizada previamente sobre el terreno. Las condiciones en las que utilizan los pilotes son cuando:   

No existe suelo firme a una profundidad de alcance para las zapatas o pozos. Se quiere reducir o limitar los asientos que tendrá la edificación. La permeabilidad u alguna otra condición del terreno impiden la ejecución de



cimentaciones superficiales. Las cargas son muy fuertes.

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“En la cimentación los pilotes siempre estarán sometidos a cargas verticales, pero también se deben de tener en cuenta otros tipos de solicitaciones como:  

Cargas horizontales debidas al viento. Rozamiento negativo al producirse el asiento del terreno en torno a pilotes columna por haber extendido rellenos o sobrecargas, rebajar el nivel freático a través de suelos



blandos aún en proceso de consolidación. Flexiones por la deformación lateral de capas blandas bajo cargas aplicadas en



superficie. Esfuerzo de corte, cuando los pilotes atraviesan superficies de deslizamiento de taludes.” (Moreno, 2014)

Figura 28. Elementos del pilote (Moreno, 2014)

A continuación dividiré los pilotes en dos tipologías: 3.3.1.1 Por la forma de trabajo Los pilotes se pueden clasificar por la forma en que trabajan: 22

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3.3.1.1 Por fuste En aquellos terrenos en los que al no existir un nivel claramente más resistente al que se le pueda transmitir la carga del pilotaje, éste transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. A este tipo de pilote también se le suele denominar pilote flotante.

. Figura 29. Pilotes trabajando por fuste (Ministerio de la vivienda, 2006)

3.3.1.2 Por punta En aquellos terrenos en los que al existir, a cierta profundidad, un estrato claramente más resistente, las cargas del pilotaje se transmitirán fundamentalmente por punta. También se les suele denominar pilotes columna.

Figura 30. Pilotes trabajando por punta (Ministerio de la vivienda, 2006)

“Para completar la solución de pilotajes como sistema de cimentación profunda, debe ejecutarse en la cabeza de los pilotes el elemento al que llamaremos encepado. Se define encepado como una pieza prismática que une las cabezas de un grupo de pilotes que trabajan 23

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conjuntamente. El encepado sirve de base al soporte que descansa sobre él, de forma análoga a lo que sería una zapata aislada. Se puede decir que es el elemento de transición entre la estructura y los pilotes, que por un lado reparte los esfuerzos del pilar a los pilotes del grupo.” (Villarino, 2015) 3.3.1.2 Según el procedimiento de ejecución Se pueden clasificar en dos grandes grupos: 3.3.1.2.1 Pilotes de desplazamiento Se llaman pilotes de desplazamiento cuando se introduce dentro del terreno un pilote de un determinado material. Al mismo tiempo se subdividen en: 1) Pilotes hincados prefabricados Consiste en clavar, literalmente, el pilote en el terreno. Como el terreno no se extrae para rellenar con material más resistente, éste se compacta solo con clavarse el pilote. 2) Pilotes hincando una tubería y hormigonados in situ Consiste en hincar una tubería a golpes hasta alcanzar la profundidad que se ha calculado anteriormente, una vez alcanzada esta profundidad se introduce la armadura y se procede a hormigonar.

Figura 31. Esquema de ejecución de pilotes hincando una tubería y hormigonados in situ 1 (Villarino, 2015)

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Figura 32. Esquema de ejecución de pilotes hincando una tubería y hormigonados in situ 2 (Villarino, 2015)

3.3.1.2.2 Pilotes de extracción Se llama pilotes de extracción cuando se extrae el terreno que, posteriormente, se rellenará con el material resistente. 1) Pilotes barrenados sin entubación Consiste en perforar en el terreno con una barrena o con una hélice, que es estable gracias a la cohesión que existe en su interior, armar el pilote y luego se procede a hormigonar. Normalmente, este tipo de pilotes se ejecutan en los terrenos que no existe agua. Esto se debe a que la presencia del nivel freático conlleva a una desestabilización del terreno, y por este motivo se deberá recurrir a otro tipo de pilotes.

Figura 33. Esquema de ejecución de pilotes barrenados sin entubación (Villarino, 2015)

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2) Pilote encamisado También es conocido como pilote de extracción con entubación recuperable. Este consiste en introducir un tubo metálico, o camisa, que sujeta las paredes inestables de la perforación. Este tubo o camisa, debe cubrir la capa inestable para poder empotrar en la capa estable. Esta introducción y extracción de la camisa se debe realizar con vibrados y entubadoras.

Figura 34. Esquema de ejecución de pilotes encamisados (Villarino, 2015)

3) Pilote con camisas perdidas También conocido como pilote de extracción con camisa perdida. Éste tipo de pilote consiste en introducir una camisa que contendrá el terreno durante la ejecución de armado del pilote y la misma quedará perdida y cumplirá las siguientes funciones: 

Protegerá el hormigón de corrientes de aguas subterráneas o de terrenos que sean



agresivos químicamente. Contendrá al hormigón dentro de la camisa sirviendo ésta, al mismo tiempo, de encofrado cuando el pilote atraviese cavidades subterráneas. 26

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Figura 35. Esquema de ejecución de pilotes con camisa perdida (Villarino, 2015)

4) Pilotes con lodos También se llaman pilotes sin intubación con lodos tixotrópicos y consisten en contener las paredes del terreno con un lodo mientras se comienza el proceso de perforación. El lodo tiene una densidad superior a la del agua, y de vierte a medida que se perfora el pilote, de tal forma que se establece una presión hidrostática superior en el interior de la cavidad que impide que las paredes del terreno comiencen a derrumbarse. Para poder perforar el terreno se debe utilizar una herramienta llamada cazo o bucket, pues si se perfora con hélices el lodo la hará resbalar fácilmente.

Figura 36.Esquema de ejecución de pilotes con lodo (Villarino, 2015)

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5) Pilotes con barrena continua A este tipo de pilotes también se los conoce como pilotes barrenados y para su ejecución se debe introducir una barrena hueca por rotación en el terreno, esta barrena debe ser igual a la longitud del pilote. Durante la penetración de la barrena, no se extrae el terreno.

Figura 37. Esquema de ejecución de pilotes barrenados (Villarino, 2015)

3.3.2 Micropilotes Los micropilotesson pilotes de pequeño diámetro inferiores a 35 cm, son perforados in situ, vertical o inclinados, empleados para la cimentación y sirven para transmitir las cargas de edificio a estratos más profundos. Son ejecutados con perforación de rotación y una tubería de entubación de unos 100 mm de diámetro, seguid a esto se coloca la armadura central y luego se procede a hormigonar manteniendo la presión del mortero en cabeza con aire comprimido mientras se extrae la tubería de entibación.

Figura 38. Esquema de ejecución de micro pilotes (Villarino, 2015)

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“Existen cuatro grandes áreas de utilización de micro pilotes: 1) Como cimentación y / o recalce de estructuras, trabajando básicamente a compresión. 2) Constituyendo cortinas o muros discontinuos par contención de terrenos o excavaciones profundas. 3) Trabajando a flexión, tracción o flexo tracción en la corrección de corrimientos o deslizamientos. 4) En “paraguas” de pre sostenimiento de túneles tanto en las bocas (es ya una práctica común en la mayoría de los túneles) como para el paso de terrenos muy difíciles o para la recuperación de tramos con hundimientos.” (Ros, 2015)

Figura 39. Ejecución de micro pilotes en obra

Los micro pilotes tienen menos capacidad portante que los pilotes convencionales. Estos surgen como una solución cuando no se pueden emplear los pilotes comunes. 3.3.3Pantallas Se le llama pantallas a aquellos elementos de contención de tierras que se emplean para realizar excavaciones verticales, en aquellos casos en los que el terreno no sería estable sin una sujeción, o cuando se quiere eliminar o reducir las posibles filtraciones de agua, o para asegurar la estabilidad de éste frente a fenómenos de sifonamiento.

Figura 40. Tipos de pantallas (Ministerio de la vivienda, 2006)

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3.3.3.1 Pantallas continuas de hormigón Las pantallas continuas de hormigón generalmente consisten en la excavación de una zanja, cuyo espesor puede variar entre 0,4 y 1,50 m, por paños o módulos de un ancho que oscila entre un valor mínimo correspondiente a la apertura de la cuchara y un valor máximo que será dado en función a la estabilidad del suelo, generalmente de 2,5 a 4,5 m. (Ministerio de la vivienda, 2006) En terrenos cohesivos y que se encuentran por encima del nivel freático, las zanjas que tengan las dimensiones indicadas anteriormente para cada módulo y de la profundidad total de la pantalla, pueden ser estables sin necesidad de algún elemento de contención. Cuando se trata de terrenos sin cohesión, como lo son las arenas y limos, bajo el nivel freático, estas zanjas no podrán ser estables por sí solas. Esta estabilidad se puede conseguir llenando cada módulo con lodos tixotrópicos, como por ejemplo bentonitas.

Figura 41. Ejecución de pantallas continúas de hormigón (Universidad de Navarra, 2015)

3.3.3.2 Pantallas de pilotes Generalmente, las pantallas de pilotes se realizan mediante pilotes perforados, aunque también se pueden realizar con pilotes prefabricados hincados. En el caso de que no haya necesidad de que la pantalla sea estanca, estos pilotes pueden estar dispuestos con una cierta separación entre ellos. 30

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Cuando la excavación va a permanecer mucho tiempo expuesta a la intemperie, y sobre todo si el terreno es meteorizable y pierde rápidamente sus características resistentes, se deberá proteger la banda de terreno que quede vista entre pilotes con hormigón proyectado. Además, cuando se tenga que excavar bajo nivel freático será necesario que los pilotes sean secantes entre sí.

Figura 42. Pantalla de pilotes. Ejecución en obra (Universidad de Navarra, 2015)

Figura 43. Anclaje en pantalla de pilotes (Universidad de Navarra, 2015)

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Figura 44. Tensores en un anclaje (Universidad de Navarra, 2015)

Los anclajes que se ubican en la pantalla de pilotes, como se muestra en la figura anterior, sirven para reducir los la longitud de pandeo de la pantalla de hormigón. Mientras más tendones tengan el anclaje, mayor será el esfuerzo que soporta dicho tensor. 3.3.3.3 Pantalla de tablestacas Son un tipo de pantalla o estructura de contención flexible, en la que la dimensión longitudinal es muy superior a las otras. Están conformadas por paneles prefabricados o tablestacas, éstas se hincan en el terreno a golpes o por vibración para construir pantallas resistentes o de impermeabilización que a la vez sirvan de protección para la ejecución de otras obras.

Figura 45. Ejecución de tablestacas (Yepez, 2013)

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Se utilizan principalmente para el sostenimiento lateral del terreno, sobre todo en presencia del nivel freático.

Figura 46. Elementos correspondientes para la ejecución de tablestacas (Yepez, 2013)

Estas pueden ser: 1) Tablestacas de hormigón armado o pretensado

Figura 47. Tablestacas de hormigón (Vantheck, 2015)

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2) Tablestacas de acero

Figura 48. Tablestacas de acero (Yepez, 2013)

3.3 Cimentaciones mixtas 3.3.1 Cimentaciones compensadas “Se entiende por cimentaciones compensadas aquéllas en las que se busca reducir el incremento neto de carga aplicado al subsuelo mediante excavaciones del terreno y uso de un cajón desplantado a cierta profundidad. Según que el incremento neto de carga aplicado al suelo en la base del cajón resulte positivo, nulo o negativo, la cimentación se denomina parcialmente compensada, compensada o sobre–compensada, respectivamente.” (Moreno, 2014) Las cimentaciones compensadas son adecuadas en suelos de mediana y alta compresibilidad, y baja capacidad de carga. “Se debe tener presente que el suelo debe considerarse como una fase líquida y sólida, por lo que la compensación se debe hacer teniendo en cuenta dos efectos: • Substitución de peso sumergido del sólido. • Efecto de flotación debido al líquido desalojado. Ambos efectos son utilizados para igualar el peso total del edificio. La cimentación se diseña como una losa de cimentación, resultando una cimentación bastante rígida, por lo que los asentamientos diferenciales son controlados fácilmente.” (Moreno, 2014)

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3.3.1.1 Sótano y losa de cimentación En particular, también cabe emplear este sistema de cimentaciones cuando se quiere diseñar una cimentación compensada. En ellas el diseño de la edificación incluye la existencia de sótanos de forma que el peso de la tierra que se ha excavado equivale aproximadamente al peso total de la edificación. La losa de cimentación se encarga de distribuir uniformemente las tensiones en toda la superficie, y lo que se quiere lograr con este tipo de cimentación es reducir los asentamientos.

Figura 49. Cimentación compensada con losa de cimentación (MAPFRE, 2015)

En la figura siguiente se puede apreciar la ventaja de una cimentación tipo losa formando un conjunto monolítico con los muros de sótanos con relación a otra de zapatas aisladas. “Al calcular la carga de hundimiento de la losa, en el término relativo a la sobrecarga exterior se puede considerar una altura H, igual a la profundidad del sótano, mientras que para la zapata este valor se reduce al espesor de la misma.” (Llorens, 2011)

Figura 50. Diferencia entre cimentación de zapatas y losas de cimentación. (Llorens, 2011)

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Figura 51. Ejecución en obra de un sótano con losa de cimentación. (Neydosa, 2006)

3.3.1.2 Sótano y pilotes Cuando se desea emprender la construcción de uno o varios sótanos nos vamos a enfrentar a una serie de complejidades como las características que posee el terreno, los costos elevados, las complicaciones constructivas, los requerimientos de seguridad, el confort y la protección contra la humedad. Antes de empezar la construcción de un sótano se deben de realizar una serie de estudios en el terreno para poder elegir el tipo de cimentación que tendrá la edificación correctamente. Se deben considerar los empujes del terreno, el efecto de las cargas y las sobrecargas. Cuando el estrato resistente se encuentre a una gran profundidad del suelo, se debe optar por una cimentación de pilotes, ya que la longitud de los mismos llegará al suelo resistente y le proporcionará estabilidad a la estructura y a la edificación en sí.

Figura 52. Cimentación de sótano con pilotes. (Neydosa, 2006)

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A continuación, para la comprensión del tema, presentaré un ejemplo de una cimentación con sótano y pilotes. El edificio aquí mostrado es del BD Bacatá ubicado en Colombia. Según los estudios realizados previamente, se determinó que el suelo donde se va a situar esta edificación está constituido de limos hasta profundidades de 50 y 60 metros y el nivel freático se encuentra a una profundidad de 12 metros. Por lo que se determinaron tres tipos de posibles soluciones para el proyecto. 

Inyectar mortero en el suelo subyacente para mejorar la capacidad portante y

 

utilizar una placa para apoyo del proyecto. Emplear un pozo de cimentación o Caisson Emplear pilotes profundos

Debido a que los diferentes estratos del suelo estaban conformados por bolos de piedra o cantos rodados iba a existir dificultad en atravesar con pilotes profundos. De esta serie de análisis se desprendió el planteamiento de la utilización de sótanos y pilas cilíndricas excavadas con máquinas de gran envergadura. Se recomendó diseñar una placa de concreto en el nivel del séptimo sótano para que sea capaz de soportar los esfuerzos hidrostáticos generados por el nivel freático.

Figura 53. Sistema constructivo del BD Bacatá (Peréz, 2013)

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Figura 54. Render de los sótanos del BD Bacatá (Peréz, 2013)

“En la fase de fundición de pantallas se construyeron 207 metros lineales de pantallas, modificando gradualmente el movimiento de aguas subterráneas. En la fase del pilotaje se utilizaron 151 pilotes de los cuales 58 eran constructivos, estos pilotes trabajan por punta para transmitir todo el peso de la edificación al estrato más resistente.” (Peréz, 2013)

Figura 55. Armadura de los pilotes para el edificio BD Bacatá (Metrocuadrado, 2013)

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Figura 56. Ejecución de los pilotes para el edificio BD Bacatá (Metrocuadrado, 2013)

La construcción de la cimentación de dividió en tres partes, los muros de contención que protegerán a la estructura de le presión lateral del suelo, el pilotaje y los anillos de contención que constituyen el principio de la estructura definitiva y representan el 60% del primer piso del edificio.

Figura 57. Esquema de la cimentación del edificio BD Bacatá (Metrocuadrado, 2013)

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3.4 Cómo escoger la cimentación más adecuada Me parece importantísimo rescatar esta parte del libro Mecánica de Suelos escrito por Carlos Crespo: “Para la selección del tipo de cimentación más conveniente de acuerdo con las características mecánicas del suelo de desplante, y para que los asentamientos tanto totales como diferenciales queden dentro de los límites permitidos según el tipo de estructura, se puede seguir estos lineamientos: a) Usar zapatas aisladas en suelos de baja compresibilidad y donde los asentamientos diferenciales entre columnas puedan ser controlados, empleando el método de asentamientos iguales; incluyendo juntas en la estructura, o cuando se tenga una estructura con cierta flexibilidad en su comportamiento. b) Cuando se encuentren suelos con compresibilidad media, para mantener los asentamientos dentro de ciertos límites, conviene emplear zapatas corridas rigidizadas con vigas de cimentación. La intensidad de las cargas indicará si se unen las zapatas en una o más dimensiones. c) Cuando las cargas sean bastante pesadas y al emplear zapatas corridas éstas ocupen cerca del 50% del área del edificio en planta, es más económico usar una sola losa de cimentación. d) En aquellos suelos que presenten una compresibilidad mediana, alta o muy alta, y que además tenga baja capacidad de carga, es recomendable el uso de cimentaciones compensadas. e) Cuando la cimentación por compensación no sea económicamente adecuada para soportar las cargas pueden combinarse la compensación parcial y pilotes de fricción. f) Cuando las cargas sean demasiado elevadas conviene, para el caso de suelos de baja capacidad de carga, usar pilotes de punta apoyados en un estrato resistente.” (Crespo, 2004)

4. Aprovechamiento de sótanos La construcción de un sótano en una viviendo o en un edificio es muy ventajoso, sobre todo porque de esta forma se aprovecha al máximo el terreno. A este espacio se le puede sacar mucho provecho ya sea haciendo estacionamientos subterráneos o un lugar para almacenar y reciclar aguas grises que vienen de la misma edificación.

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Figura 58. Corte de edificación con sótanos (Arkiplus, 2015)

Figura 59. Ejecución de sótanos en obra (Barros, 2015)

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Diariamente utilizamos grandes cantidades de agua, ya sea para beber, para el aseo doméstico y personal, para cocinar, entre otros. Muchas veces desperdiciamos una gran cantidad de este recurso, recientemente muchas personas han abierto los ojos ante esta problemática y ha buscado maneras de reciclarla para reutilizarla. Los sistemas de reciclaje de aguas pueden llegar a ahorrar un consumo hasta de un 90% del agua.

Figura 60. Reciclaje de aguas grises (Arkiplus, 2015)

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Figura 61. Reciclaje de aguas grises (Arkiplus, 2015)

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