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Cimentaciones

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan la superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la construcción depende en gran medida del tipo de terreno. 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, 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.

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1. Generalidades .- Son elementos destinados a repartir sobre el terreno el peso de la obra, incluyen cargas de servicio y cargas accidentales. Para que una estructura ofrezca seguridad y trabaje correctamente debe tener una cimentaciĂłn adecuada. El profesional que va a construir una cimentaciĂłn debe estar perfectamente capacitado para interpretar los resultados proporcionados por el estudio de suelos, tener un buen criterio para discutirlo. Se denomina Capacidad Portante o Resistencia del Suelo (kg/cm2 Ăł T)a la carga unitaria bajo la cual el asentamiento deja de aumentar. Esta Capacidad portante se puede determinar por ensayos directos efectuados sobre el terreno o por ensayos de laboratorio mediante la toma de muestras en el campo. 2.- Procedimiento para Realizar una CimentaciĂłn.- 2.1.- Cuando la excavaciĂłn es pequeĂąa se lo harĂĄ manualmente hasta llegar a los niveles del proyecto(cota de cimentaciĂłn). 2.2.- Cuando la cimentaciĂłn es grande se lo puede realizar a mĂĄquina dejando los Ăşltimos 20 cm para realizar a mano, con el objeto de no alterar las propiedades fĂ­sicas y mecĂĄnicas del suelo de cimentaciĂłn.

Fig#109 (ExcavaciĂłn de CimentaciĂłn)

2.3.- Chequeo y verificaciĂłn de la capacidad portante mediante ensayos de laboratorio o pruebas practicas. 2.3.1.- Si

đ?œŽ! ≼ đ?œŽ!"# El suelo es apto para recibir la cimentaciĂłn. Construcciones UCE

134 [CIMENTACIONES] Entonces se realiza el siguiente procedimiento para realizar el cimiento: ! Compactar el suelo ! FundiciĂłn del Replantillo (capa de 5 a 10 cm de espesor de hormigon pobre). ! Colocacion de la armadura y fundiciĂłn del cimiento.

Fig#110 (CimentaciĂłn)

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2.3.2.- Si ! !"# El no es apto para recibir la cimentaciĂłn. Entonces procedemos con las siguientes alternativas: ! RediseĂąar la cimentaciĂłn conciderando

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! Aumentar la profundidad de la excavaciĂłn hasta encontrar un suelo de

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mayor capacidad portante que cumpla:

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Fig#111 (Aumento de profundidad excavaciĂłn de cimiento)

! Sustituir el el suelo de cimentaciĂłn por otro de mayor capacidad portante

que cumpla

đ?œŽ! ≼ đ?œŽ!"#

Este procedimiento se conoce como “Mejoramiento del suelo� .

Fig#112 (Mejoramiento del suelo de cimentaciĂłn)

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136 [CIMENTACIONES] " Lastre, base o sub-base. Mezcla de ripio + arena (1:1), compactado en capas uniformes de 20 cm. " Colocar terrocemento, compactado en capas uniformes de maximo 20 cm de espesor.

Fig#112 (Mejoramiento del suelo de cimentaciรณn)

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3.- Clasificación de las Cimentaciones.-

3.1 Cimentaciones Superficiales.- Se considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar su funcionalidad; de no ser así, se harán Cimentaciones Profundas. 3.1.1.- Cimientos de Paredes.- Estos cimientos son muros de poca profundidad. Esta profundidad depende del empotramiento deseado ó de la distancia hasta encontrar un suelo de mayor resistencia. Estos cimientos se los puede clasificar de la siguiente manera:

a) De mamposteria de Piedra. b) De hormigón Ciclópeo. c) De hormigón Simple. 3.1.1.a).- Cimientos de Mampostería de Piedra.- Materiales: " Piedra Basílica " Mortero 1:4 (Cemento y Arena)

Las piedras basílicas (mampuesto) se colocan por hileras perfectamente alineadas y aplomadas, dispuestas de tal manera que se produzca una “trabazón” con las piedras de las hileras adyacentes. El mortero debe ser colocado en la base, así como en los lados de las piedras con un espesor igual o mayor a 1 cm. La cara más lisa y uniforme de la piedra irá hacia fuera. La mampostería será elevada en hileras horizontales sucesivas y uniformes hasta alcanzar el nivel deseado.

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Fig#113 (Cimiento de Mamposteria )

Fig#114 (Cimiento de MamposterĂ­a y Cadena )

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[CIMENTACIONES] 139 3.1.1.b).- Cimientos de Hormigón Ciclópeo.- Materiales: " Hormigón Simple: F’c = 140 Kg/cm2, proporción 60%. " Piedra Bola (10 cm de diámetro), proporción 40%

Fig#115 (Cimentación de Hormigón Ciclópeo) 3.1.1.c).- Cimientos de Hormigón Simple.- Materiales: " Hormigón Simple: Cemento, Arena, Ripio y Agua " Acero de refuerzo (Cuando se tienen cimientos largos, tal es el caso de cerramientos es conveniente colocar una armadura mínima para minimizar las fisuras que se producen por retracción de fraguado del hormigón. As min = 0.0025*b*h

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Fig#116 (Cimentación de Hormigón Simple) 3.1.2- Plintos.- Los plintos o zapatas se utilizan para distribuir cargas concentradas de columnas sobre una extensión del suelo suficiente para que este pueda soportar las cargas con seguridad. Se los puede clasificar como: a) Plintos de Hormigón en Masa. b) Plintos de Hormigón Armado. 3.1.2.a).- Plintos de Hormigón en Masa.- Se los utiliza para soportar cargas pequeñas, Se lo puede realizar tanto en hormigón ciclópeo como en hormigón simple.

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Fig#117 (Plinto de Hormigรณn en Masa)

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142 [CIMENTACIONES] Ya que hay parte del hormigón que no trabaja se podría realizar el plinto con forma trapezoidal con el objeto de ahorrar material. Sin embargo habría que chequear si el hormigón ahorrado compensa el costo del encofrado. Fig#118 (Plinto Trapezoidal) 3.1.2.a).- Plintos de Hormigón Armado.- Se los utiliza para cargas pequeñas y medianas. Materiales: " Hormigón Simple: Cemento, Arena, Ripio y Agua " Acero de refuerzo. En estos plintos la armadura esta constituida por una “parilla“ de varillas de acero cruzadas ortogonalmente (90˚) cuya separación entre ellas no debe superar los 30 cm. Estas varillas deben tener un recubrimiento igual o mayor a 5 cm para evitar la corrosión, además deben tener un gancho suficiente para minimizar desplazamientos y garantizar agarre entre el acero y el hormigón. Tipos: " De espesor constante " Con paramentos superiores inclinados " Escalonados " Plintos de Hormigón Armado de Espesor Constante.- Son los mas usuales por la facilidad que presentan para su construcción.

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Fig#119 (Plinto de Espesor Constante) Fig.# 120 (Galleta de Mortero)

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∅ ≤ 16 đ?‘šđ?‘š

∅ ≼ 18 đ?‘šđ?‘š

Longitud de la “pataâ€? del doblez = 10 ∅ " Plintos de HormigĂłn Armado con Parametros Superiores Inclinados.- Se usan cuando las zapatas son muy grandes, con el objeto de ahorrar hormigĂłn. Las secciones son mayores donde los esfuerzos de flexiĂłn y corte son crĂ­ticos.

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Fig#120 (Plinto de parametros superiores inclinados) pviera@engineer.com

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đ?›ż ≤ 30Ëš (đ?‘?đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Ž đ?‘›đ?‘œ đ?‘˘đ?‘Ąđ?‘–đ?‘™đ?‘–đ?‘§đ?‘Žđ?‘&#x; đ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘œđ?‘“đ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘‘đ?‘œ)

� � ≤ℎ≤ 3 2

Fig#121 (Corte Plinto con Parametros Superiores Inclinados) Cara de la Columna

Fig#122 (Diagrama de Esfuerzo, Cortante y Momento en la Cimentacion a partir de la Cara de la Columna)

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146 [CIMENTACIONES] " Plintos de HormigĂłn Armado Escalonados.- Se usan generalmente cuando se tienen columnas metĂĄlicas.

Fig#123 (Plinto Escalonado)

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â„Ž ≅ đ?œƒ ≼ 45Ëš

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" Pedestales.- Se usan frecuentemente en la cimentaciĂłn de pĂłrticos de edificios de estructura de acero, cimientos de maquinaria, cimiento para torres de antenas, redes elĂŠctricas, etc. A= Ă rea de la secciĂłn del pedestal. A1= Ă rea de la placa de asiento. đ?‘¨ đ?‘¨ ≤ đ?‘¨đ?&#x;? ≤ đ?&#x;‘ đ?&#x;?

Fig#124 (Pedestal)

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[CIMENTACIONES] 147 Como fijar las columnas metรกlicas a los pedestales de hormigรณn armado? a) Con Pernos.-

b) Con Suelda.-

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Fig#125 (Columna Metalica Fijada a Placa Base)

3.1.3- Vigas de Cimentaciรณn.- Cuando los plintos tienen dimensiones tales que casi se topan en un sentido es preferible unirlos para que formen una zapata continua. Esta zapata que esta destinada a repartir la carga recibida por un grupo de columnas debe reforzarse con una viga en la parte superior . A este conjunto se le denomina viga de cimentaciรณn.

Fig#126 (Viga de Cimentaciรณn)

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[CIMENTACIONES] 149 Se entiende por viga de cimentación aquella sobra la que se apoyan tres o más pilares. De nuevo aquí la sección transversal puede ser rectangular o bien adoptar la forma de “T” invertida con economía de hormigón y acero, pero con un mayor coste de encofrados y mano de obra. La tendencia actual es hacia secciones rectangulares, salvo en grandes cimentaciones, en que las formas más complicadas pueden compensar desde un punto de vista económico.

Fig#127 (Diagrama de Carga, Corte y Momento de Viga de Cimentación)

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150 [CIMENTACIONES] 3.1.3.a- Proceso Constructivo de una Viga de Cimentaciรณn.- Fig#128 (Colocaciรณn de Hierros) Fig#129 (Colocacion de Encofrados)

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Fig#130 (Viga de Cimentacion Terminada)

Las vigas de cimentaciรณn integran las columnas o pilares por medio de vigas en dos direcciones, pudiendo formar una malla de cimentaciรณn.

Fig#131 (Malla de Cimentaciรณn)

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152 [CIMENTACIONES] 3.1.4- Losa de CimentaciĂłn.- Una losa de cimentaciĂłn se define como una estructura que puede soportar varias columnas o muros al mismo tiempo. Se emplean cuando la capacidad de carga del suelo es muy baja y las zapatas aisladas resultan demasiado grandes y juntas para ser una opciĂłn viable.

Fig#132 (Losa de CimentaciĂłn) 3.1.4.a.- Ventajas.- " Disminuye el riezgo de asentamientos diferenciales. " Proporciona un buen enlace a las bases de la obra. " Permite conseguir una estanquedad para el agua.

đ?‘ƒ! ≍ đ?‘ƒ! đ?›ż! ≍ đ?›ż! ? = đ?›ż! − đ?›ż!

Fig#133 (Asentamientos Diferenciales en Plintos)

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[CIMENTACIONES] 153 Fig#134 (Asentamientos en Losa de Cimentación)

Cuando el edificio vaya a disponer de sótanos y se vaya a cimentar por medio de losa, es posible que el peso de las tierras excavadas sea semejante al peso total del edificio, Aligerada, entonces la presión provocada por la estructura es iguala a la preexistente los asientos serán probablemente de pequeños. Esta situación particular se denomina cimentación compensada. 3.1.4.b.- Clasificación.- " Losas de Cimentación de Espesor Uniforme.- Se recominda cuando se tienen cargas menores. Se caracteriza por tener los refuerzos de acero y el espesor determinado por los cálculos sin ningún tipo de alteración. Fig#135 (Losa de Fundación de Espesor Constante)

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154 [CIMENTACIONES] " Losas de Cimentación Aligerada.- Se la conoce tambien como “Losa de Cimentacion en Zapatas Rehundida”, este tipo de losa se caracteriza por disminuir el volumen de concreto a utilizar, debido a que sólo se emplea el espesor determinado en las secciones críticas determinada en el diseño; el resto se disminuirá hasta donde permita el esfuerzo cortante involucrado en el diseño. (Se las usa para cuando se tienen cargas medianas)

Fig#136 (Losa de Cimentación Aligerada) " Losas de Cimentación Nervadas.- A diferencia de la losa aligerada aquí sólo se emplean vigas, las cuales corren sobre los ejes X e Y generando asi cajones entre columnas. Con esta forma se dismunuye mucho más el volumen de concreto a utilizar como se ve en la siguiente figura.

Fig#137 (Losa de Cimentación Nervada)

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[CIMENTACIONES] 155 3.2 Cimentaciones Profundas.- Las cimentaciones profundas son un tipo de cimentaciones que solucionan la transmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del suelo. Se opta por cimentaciones profundas cuando: a) Los esfurzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo. b) Cuando el terreno tiene a sufrir grandes variaciones estacionales: por hinchamientos y retracciones. c) Cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de baja calidad. d) En Edificios sobre el agua. e) Cuando los cimientos están solicitados a tracción; tal como ocurre en edificios altos sometidos a esfurzos por vientos, o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo. f) Para resistir cargas inclinadas, como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir el impacto de los cascos de barcos durante el atraque. g) Para el recalce de cimientos existentes. 3.2.1.- Cimentaciones Sometida a Sub-presiones.- Cuando una obra se sitúa por debajo de la capa de agua queda sometida a un empuje hidráulico. Este empuje actúa perpendicularmente a los muros y de abajo hacia arriba en la losa de cimentación , y se denomina “sub-presión”. El valor de la sub-presión depende de la altura del nivel del agua sobre el punto considerado y es independiente del volumen de agua en contacto con la obra. Fig#138 (Diagrama de Sub-presiones)

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156 [CIMENTACIONES] La sub-presiรณn tiende a levantar la obra y en consecuencia disminuye la solicitaciรณn sobre el terreno. Tenemos 2 casos tรญpicos: a) Cuando la subpresiรณn ejercida por el agua es igual la solicitaciรณn transmitida por la losa de cimentaciรณn , la presiรณn sobre el terreno se anula y la obra se apoya sobre el agua, es decir flota. Fig#139 (Diagrama de Sub-presiones)

b) Cuando la subpresiรณn es mayor que la solicitaciรณn transmitida por la losa, se corre el riezgo que la obra sea levantada desde su asiento. Este fenรณmeno generalmente no ocurre en edificios debido a su elevado peso propio, pero puede suceder en el caso de piscinas, tanques, alcantarillas, canales (especialmente cuando estos estan vacios), conviene entรณnces a estas estructuras anclarlas o sobrecargarlas. Soluciรณn 1: Aumentar el espesor de la losa de fundaciรณn

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[CIMENTACIONES] 157 Soluciรณn 2: Sobrecargar la estructura (sacos de arena) Soluciรณn 3: Anclaje de la estructura. Soluciรณn 4: Colocar tubos de PVC para que el agua salga al aumentar la carga.

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158 [CIMENTACIONES] 3.2.2.- Cimentaciones sobre Pilotes.-Los pilotes son piezas largas, cilíndricas o prismáticas de madera, hormigón o metálicas que hundidos en el suelo sirven de soporte de las estructuras.

Fig#140 (Secciones Comunes de Pilotes de Concreto)

Fig#141 (structura Soportada por Pilotes)

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[CIMENTACIONES] 159 Resisten por efecto de la punta en contacto con una capa de suelo duro o por acciรณn de las fuerzas de rozamiento que se desarrollan en la superficie de contacto o por ambas causas a la vez. Fig#142 (Pilotes Apoyados por Punta)

Fig#143 (Pilotes de fricciรณn)

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160 [CIMENTACIONES] 3.2.2.a- Pilotes de Madera.- En nuestro país se utiliza la madera de “mangle” para construir pilotes. Esta madera se conserva bien si esta totalmente en contacto con el agua o en terrenos húmedos. La parte de pilote que no esta en contacto con el agua tiende a descomponerse por lo que se debe proteger esta superficie con un recubrimiento previo de hormigón, acero o sustancias alquitranadas. Estos pilotes pueden ser de sección rectangular o circular. Los primeros se emplean poco debido a la tendencia a “alabearse” durante el hincado, los mas comunes son los de sección circular, entonces se requieren troncos con poca variación en su diámetro. Su parte inferior termina en punta, cuya longitud varía desde su propio diámetro al doble del mismo . A la misma se le adapta unas chapas de acero en la forma que puede verse en la figura 144. La parte superior esta protegida con una arandela de acero con el fin de que cuando se proceda a su hinchamiento, el martinete no desgaje la madera. Fig#144 (Pilotes de Madera) 3.2.2.b- Pilotes de Hormigón Armado.- Pueden ser prefabricados o moldeados en el terreno. " Pilotes prefabricados.- Son los más comúnes, se los fabrica en plantas industriales o en patios contiguos a las obras. Son piezas monoliticas de hormigón armado de sección constante.

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[CIMENTACIONES] 161 Fig#145 (Pilotes de Hormigón Armado) El acero de refuerzo de los pilotes se calcula para resistir los esfuerzos provocados durante las operaciones de maniobra e hincado. Así, el refuerzo principal de confinamiento se coloca en los extremos, ya que ahí se concentran los esfuerzos generados durante el hincado y en donde se recibe el impacto, en la punta por ser las zonas de contacto con el terreno que lo puede romper. Los pilotes prefabricados se hincan en el terreno verticalmente, o bien inclinados

Fig#146 (Armado Pilotes de Hormigón ) Los pilotes prefabricados de concreto reforzado o bien, los de concreto pres forzado, f’c= 200 a 300 Kg/cm2, sección máxima del orden de 60 x 60 cm. Se cuelan de una sola pieza o en segmentos, pueden unirse en obra mediante juntas de diversos tipos, o bien mediante la soldadura de las placas ancladas en cada extremo de los tramos a unir.

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Fig#146 (Proceso de Hincado de Pilotes Prefabricados) " Pilotes Moldeados en el Terreno.- Se definen como cimentaciones por pilotes de hormigón armado moldeados in siyu las realizadas mediante pilotes de hormigón armado, cuya ejecución se efectúa perforando previamente el terreno y rellenando la excavación con hormigón fresco y las correspondientes armaduras. Se consideran los siguientes tipos de pilotes moldeados in situ atendiendo al modo de sostener las paredes de la perforación: ! Pilotes con entubación recuperable. -La entubación se extrae a medida que se hormigona el pilote; y es siempre de acero. ! Pilotes con entubación perdida.- La entubación constituye la protección exterior o forro del pilote. ! Pilotes perforados con lodos bentoníticos.- Son los pilotes en los que se utiliza, como contención de las paredes de perforación, lodo bentonítico. ! Pilotes perforados sin sostenimiento.- Pilotes en los que no se utiliza ningún sistema de contención de las paredes de perforación por permitirlo el terreno, sin que se prevea presencia de agua. ! Pilotes perforados con barrena continua.- Pilote perforado con una hélice continua de fuste hueco, a través del cual se procede al hormigonado a medida que se extrae la hélice.

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Fig#147 (Pilote fabricado con Barrena Continua)

Fig#148 (Pilote con Entubacion Perdida)

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Fig#148 (Pilote con Entubacion Recuperable)

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[CIMENTACIONES] 165 BIBLIOGRAFIA

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166 [CIMENTACIONES] http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2012/04/zapatas-corridas-y-losasde-cimentacion.html

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