CIMENTACIONES

GEOLOGÍA APLICADA CIMENTACIONES I.

INTRODUCCION El presente trabajo se refiere al tema

de las cimentaciones de

estructuras que lo podríamos definir como la parte de la estructura cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que 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). Las Cimentaciones son las bases que sirven de sustentación al edificio; se calculan y proyectan teniendo en consideración varios factores tales como la composición y resistencia del terreno (suelo de fundación), las cargas propias del edificio y otras cargas que inciden, tales como el efecto del viento o el peso de la nieve sobre las superficies expuestas a los mismos. II. RESUMEN El presente trabajo, nos informara de los diversos tipos de cimentaciones que se pueden aplicar en una construcción de acuerdo al tipo del suelo de fundación. Primeramente se partirá desde un enfoque teórico para poder conocer e identificar el tipos o clases de cimentaciones existentes para de este modo llevarlo al campo de la practica ya que en la carrera o ejercicio cotidiano del ingeniero civil se sabe que la cimentación de una edificación es de suma importancia ya que constituye el punto de inicio de una obra y la mas esencial ya que de ello dependerá la resistencia de toda la estructura. Las cimentaciones de pueden clasificarse de un modo general en cimentaciones superficiales, poco profundas y profundas. A partir de esta clasificación general comenzaremos por ahondar el estudio de las cimentaciones. Una metodología para elegir una cimentación adecuada sería un estudio minucioso del suelo de fundación en donde se llevara a cabo la construcción ya que el análisis de los resultados nos indicaran los parámetros con los cuales se llevara a cabo el diseño de la cimentación pertinente . Para nuestro caso, en la práctica de campo, visitamos las edificaciones de la UNC determinando que dichas construcciones tienen un tipo particular y único de cimentación, las zapatas conectadas, que por teoría nos indican

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GEOLOGÍA APLICADA que es un tipo de cimentación superficial óptima para la construcción de un sistema a porticado. Finalmente se concluye que las cimentaciones juegan un papel muy importante y por no decirlo hasta indispensable en la diseño de una edificación.

III. OBJETIVOS OBJETIVO PRINCIPAL - Estudiar y conocer los diversos tipos de cimentaciones OBJETIVOS ESPESCIFICOS - Determinar el tipo de cimentación para cada tipo de suelo

de

fundación

IV. ALCANCES El siguiente informe se realizo con el fin de afianzar la teoría de cimentaciones y su respectivo uso en las construcciones. De esta

manera reforzar y actualizar sus conocimientos en el curso. V. METODOLOGIA La metodología utilizada fue el tipo analítico y lógico; utilizando el método deductivo e inductivo. Recopilamos algunas bibliografías para el mayor entendimiento acerca del tema. VI. MARCO TEORICO TIPOS DE CIMENTACIÓN 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

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GEOLOGÍA APLICADA 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 1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES. 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 estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se producirán deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en: 1.1CIMENTACION CICLOPEA En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con parámetros verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo

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. Este es un sistema que ha quedado prácticamente en desuso, se usaba en construcciones con cargas poco importantes; exceptuando las construcciones auxiliares como vallas de cerramiento en terrenos suficientemente

resistentes.

El

hormigón

ciclópeo

se

realiza

añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonado 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. 1.2 ZAPATA AISLADA

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GEOLOGÍA APLICADA Es aquella zapata en la que descansa o recae un solo pilar. Encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso se denomina “zapata ajo pilar en junta de diapasón”. La zapata no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras si 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. Importante es saber que además del peso del edificio y las sobrecargas, hay que tener también en cuenta el peso de las tierras que descansan sobre sus vuelos. 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. 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 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 5 cm de espesor, antes de colocar las armaduras.

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GEOLOGÍA APLICADA 1.3 ZAPATA CORRIDA Se trata de cimentar un elemento continuo queremos homogeneizar los asientos de una alineación de pilares y nos sirve para arriostramiento queremos reducir el trabajo del terreno para puentear defectos y heterogeneidades del terreno por la proximidad de las zapatas aisladas, resulta más sencillo realizar una zapata corrida 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.¬Las zapatas corridas pueden ser bajo muros, o bajo pilares, y se define como la que recibe cargas lineales, en general a través de un muro, que si es de hormigón armado, puede transmitir un momento flector a la cimentación. Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están indicadas cuando: 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 mas 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 tres pilares. 2. SEMIPROFUNDAS

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GEOLOGÍA APLICADA 2.1.- 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. 2.2.- ARCOS DE LADRILLO: Sobre machones de hormigón o mampostería. 2.3.- MUROS DE CONTENCIÓN BAJO RASANTE: no es necesario anclar el muro al terreno. 2.4.- MICROPILOTES: son una variante basada en la misma idea del pilotaje,

que

frecuentemente

constituyen

una

cimentación

semiprofunda. 3. PROFUNDAS 3.1.- 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. 3.2.- PANTALLAS: es necesario anclar el muro al terreno. 3.2.1. PANTALLAS ISOSTÁTICAS: con una línea de anclajes 3.2.2. PANTALLAS HIPERESTÁTICAS: dos o más líneas de anclajes. PARTES DE UNA CIMENTACIÓN POR PILOTAJE: - Soporte o pilar: Elemento estructural vertical. - Encepado: Pieza prismática de hormigón armado similar a una zapata aislada, encargado de recibir las cargas del soporte y repartirlas a los pilotes. -

Vigas

riostras: Elementos

de

atado

entre

encepados.

Son

obligatorias en las dos direcciones si el encepado es de un solo pilote. En encepados de dos pilotes es obligatorio el arrostramiento en al menos una dirección, la perpendicular a la dirección de su eje de menor inercia. - Fuste del pilote: Cuerpo vertical longitudinal del pilote. Las cargas son transmitidas al terreno a través de las paredes del fuste por

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GEOLOGÍA APLICADA efecto de rozamiento con el terreno colindante. - Punta del pilote: Extremo inferior del pilote. Transmite las cargas por apoyo en el terreno o estrato resistente Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una sección transversal de 2-4 mts, pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 2000 TN PILOTES DE MADERA

Venecia es quizás uno de los ejemplos más notables de la cimentación por medio de pilotes de madera.

La madera es uno de los materiales mas usados para pilotes, porque es barata, fácil de obtener y fácil de manipular. Algunas clases de maderas apropiadas para pilotes se encuentran disponibles en casi todas partes del mundo. El abeto, el pinabeto y el pino, pueden tener hasta 30 m de longitud, el roble y otras maderas duras hasta 15 m, el pino del sur hasta 25 m y el palmito; todas estas maderas se emplean comúnmente para pilotes. Los pilotes de madera no sometidos a tratamiento alguno, que esté completamente embebidos en el suelo debajo del nivel del agua, se conservan sanos y duran indefinidamente. Cuando en 1902 se derrumbo el campanil de San Marcos en Venecia se hallo que los pilotes de madera que tenían mil años estaban en tan buenas condiciones que se dejaron en su lugar y se usaron como soporte de la nueva torre. Los pilotes de madera sanos, que han estado bajo el agua por muchos años se deben dejar secar antes de volverlos a hincar, porque cuando se secan las fibras de madera se vuelven enjuntas y frágiles. INGENIERIA CIVIL - UNC

GEOLOGÍA APLICADA La madera que no haya sido sometida a tratamiento y esté situada por arriba del nivel freático se pudre y arruina por las termitas y otros insectos. En agua salada la madera puede ser atacada por horadadores marinos. Hay muchos tipos de horadadores marinos, la mayoría pertenece a los crustáceos (langostas y cangrejos) o a la de las ostras y almejas. La limnoria, que es un crustáceo de la familia del cangrejo, destruye la madera de afuera hacia adentro, dejando el pilote como si fuera una aguja de madera. El teredo, que es un molusco, de la familia de las almejas, destruye la madera de adentro hacia afuera; se introducen en el pilote por una pequeña abertura y destruye su interior dejándolo hueco. Se puede hacer que los pilotes de madera duren mas sometiéndolos a un tratamiento con cloruro de zinc, sulfato de cobre y otros productos químicos patentados. La impregnación con creosota es uno de los procedimientos más eficaces y de más duración para la protección de los pilotes de madera. Generalmente se emplea de 200 a 400 Kg. de creosota por m3 de madera (12 a 25 libras por pie cubico) que se introducen por un procedimiento de vacío y presión. En las áreas donde el ataque de los organismos marinos es muy severo, se protegen

los

pilotes

sometiéndolos

a

un

tratamiento

que

es

una

combinación de arseniato de cobre seguido por alquitrán de hulla y creosota; ambas substancias, aplicadas bajo calor y presión, son necesarias para que los pilotes se conserven en agua salada entre 15 y 25 anos. Los pilotes de madera sufren grandemente por un exceso de hinca; en la cabeza se separan las fibras y el fuste puede llegar a rajarse o romperse, cuando encuentran una gran resistencia a la hinca. En la construcción de una esclusa en el río Mississippi fue necesario hincar varios miles de pilotes de madera a través de un estrato de arena cementada que no se había descubierto. Una excavación posterior puso en relieve que muchos de los pilotes se habían astillado y roto. Fue necesario, posteriormente, perforar con una viga de acero el estrato cementado antes de hincar los pilotes de madera. Los pilotes de madera pueden soportar con seguridad de 15 a 30 toneladas por pilote. Se han utilizado pilotes de madera para cargas de 45 toneladas métricas o más y los ensayos de carga han demostrado que pueden soportarlas con seguridad. El problema principal, en estos casos, es que hay que estar seguro que la calidad estructural de la madera es uniforme y alta para que no haya peligro de que se rompan durante la hinca. El bajo costo

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GEOLOGÍA APLICADA del material y la hinca, se hacen a menudo del pilote de madera la cimentación más barata por toneladas de carga. PILOTES DE CONCRETO FABRICADOS IN SITU Los pilotes de hormigón fabricados "in situ" son los que más se usan para cargas entre 30 y 60 toneladas. Estos tipos de pilotes se pueden dividir en dos grupos: pilotes con camisa o tubo de entibación en los que un tubo de metal de paredes delgadas se hinca en el terreno y sirve de molde y pilotes sin tuvo de estibación, en los que el hormigón se coloca en un agujero hecho previamente en el suelo, quedando el hormigón finalmente en contacto directo con el suelo. Hay muchas clases de cada uno de estos pilotes y será instructivo para el ingeniero estudiar los catálogos de los constructores de obras de pilotaje, para ver los diferentes métodos de construcción. Pilotes tipo Franki: esta hecho de concreto simple, es un pilote vaciado a presión in- situ con bulbo o ensanchamiento en su base de apoyo. Son dos las particularidades más saltantes que distinguen al pilote FRANKI de los otros tipos de pilotes. La primera de ellas, el "vaciado a presión in-situ", esta referida al procedimiento constructivo, el cual permite construir una columna dentro del suelo inyectando concreto con gran energía. La segunda particularidad, el "bulbo", está referida a la forma del pilote, el cual tiene en la base un ensanchamiento que permite obtener una mayor área de contacto pilote-suelo, lo cual a su vez redunda en una mayor

capacidad de carga del pilote. El pilote Raymond normal es uno de los primeros tipos de pilote con tubo de entibación. Es un tubo de metal de pared delgada de 20 cm (8 plg) de

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GEOLOGÍA APLICADA diámetro en la punta, que aumenta a razón de 3.3 cm por metro de longitud (0.4 pulg por pie) se hinca en el terreno por medio de un mandril al que se ajusta al tubo perfectamente; después se extrae el mandril y el agujero cónico recubierto por el tubo se rellena de concreto. Este pilote se emplea para longitudes hasta de 12 metros y cargas de 30 a 40 toneladas. El pilote Raymond escalonado consiste en una serie de tramos de tubos cilíndricos hechos de laminas corrugadas de metal; cada tramo tiene 2.40 m (8 pies) de largo y un diámetro de 2.54 cm (1 pul) mayor que el del tramo inferior y se enroscan para formar un tubo continuo. El diámetro mínimo en la punta es de 22 cm (8 5/8 pul), pero se pueden usar puntas de diámetro hasta 34 cms (13 3/8 pul) empezando el pilote con tramos cilíndricos mayores. El pilote se hinca con un mandril que no queda ajustado al tubo y que empuja contra la punta del pilote y el anillo que se forma en la unión de cada tramo. Se usa en longitudes hasta de 29m (96 pies) y cargas de 40 a 75 toneladas, dependiendo del diámetro de la punta. En el pilote cobi y en el pilote Hércules se emplea un tubo cilíndrico de metal corrugado similar a un tubo para drenaje, de 20 a 53 cm (8 pul a 21 pul de diámetro interior). El tubo se hinca por medio de un núcleo cilíndrico de acero que puede expansionarse para sujetar firmemente el interior del tubo y sus corrugaciones. El núcleo del pilote tipo Cobi se expansiona por presión de aire en un tubo de goma, mientras que en el tipo Hércules la expansión se produce por acuñamiento mecánico. Son posibles longitudes hasta 30m (100 pies). El pilote Unión Monotube consiste en un tubo de acero de fina pared estriada que se hinca en el terreno sin la ayuda de núcleo o mandril. El estriado de la fina pared del tubo le da suficiente resistencia para que pueda soportar los esfuerzos de la hinca sin pandeo. Se emplea en longitud hasta de 37 m (125 pies) y cargas de 30 a 60 toneladas. Son especialmente apropiados para trabajos pequeños, porque no requieren equipos especiales de hinca, como es el mandril.

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Banco de Bogotá: La estructura es de acero remachado, cimentada sobre pilotes de concreto

I. CONCLUSIONES. •

Se logro reconocer los diferentes tipos de cimentaciones que existen y su respectiva aplicación en el diseño estructural.

•

Se llego a determinar en la práctica que para un suelo pobre es necesario usar zapatas conectadas.

I. RECOMENDACIONES •

Es necesario un estudio exhaustivo del tipo de suelo para determinar el tipo de cimentación adecuada.

I. BIBLIOGRAFIA ✔ Juárez Badillo – Rico Rodríguez, Mecánica de suelos – Tomo III – Editorial Limusa - 2000 ✔ http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentación ✔ http://img156.imageshack.us/img156/5231/bancodebogota036li.jpg ✔ http://www.construaprende.com/t/03/T3paG19.php

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