UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS PUEBLA
MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN
SECCIÓN 1
CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y PROFUNDAS
EQUIPO 3 ERNESTINA CARACHURE SALAS AIRAM GUTIÉRREZ ALMANZA SANTIAGO QUIROZ RODRÍGUEZ
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………… 2 CIMENTACIONES SUPERFICIALES ………………………………………………………… 3 • Zapatas aisladas …………………………………………………………………………. 4 • Zapatas corridas …………………………………………………………………………. 5 • Losa de cimentación …………………………………………………………………… 8 • Cajón de cimentación o cimentación parcialmente compensada… 11 CIMENTACIONES PROFUNDAS ……………………………………………………………. 14 • Pilas …………………………………………………………………………………………… 16 • Pilotes (de punta, de fricción y de control) …………………………………… 17 • Muro Milán ………………………………………………………………………………… 19 CONCLUSIÓN ……………………………………………………………………………………… 20 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………….. 21 1
INTRODUCCIÓN Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificacion o elementos apoyados en este al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen una serie de valores maximos del terreno de apoyo, ni produzcan concentraciones de cargas diferenciales. Cuando una estructura transmite sus cargas al terreno a través de la cimentación, se producen inevitablemente deformaciones (fundamentalmente asientos). El arte de cimentar consiste en obtener, a partir de las características tanto del terreno como de la estructura, las condiciones más favorables de apoyo, de manera que los asientos no resulten perjudiciales. Existen diversos tipos: superficiales, profundas y mixtas. Estas pueden estar fabricadas de concreto simple, concreto armado, mamposteria, in situ y prefabricados. A continuacion en los siguientes apartados se podra conocer a detalle cada una de estas.
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Son aquellas en las que el plano de contacto entre la estructura y el terreno está situado bajo el terreno que la rodea, a una profundidad que resulta pequeña cuando se compara con el ancho de la cimentación. Esta va desde 0.50 m. y 4 m. de profundidad Para comportarse de modo aceptable las cimentaciones superficiales deben tener dos características elementales: • La cimentación debe ser segura frente a una falla por corte general del suelo que la soporta • La cimentación no deber experimentar un asentamiento excesivo (el adjetivo excesivo depende de varias consideraciones, como las estructurales propias de la edificación).
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ZAPATAS AISLADAS Las zapatas aisladas, son elementos estructurales de concreto armado, que sirven para repartir las cargas de la columna al suelo, de tal manera que la resistencia del suelo las soporte. Se deduce que suelos de buena resistencia tendrán zapatas de menor dimensión, con respecto a las construidas en suelos de menor resistencia. Se emplean sobre todo en la cimentación de casas o pequeños edificios o en las pilas de puentes.
(s.f). Fig.1. Zapatas Aisladas. Software geotecnico GE05 from https://www.finesoftware.es/softwaregeotecnico/soluciones/cimentaciones-superficiales/zapatas-aisladas/
Para evitar desplazamientos laterales, las zapatas aisladas se unen comúnmente con vigas de atado o losas arriostrantes, siendo de especial importancia en zonas sísmicas. En las vigas de atado deben considerarse cualquier tipo de movimiento que puede presentar esfuerzos sobre las vigas y sobre todo cobra especial importancia en arcillas expansivas o terrenos colapsables donde no es recomendable el apoyo de dichas vigas sobre el terreno. 4
(2020). Fig.2. Cimentación zapatas aisladas. Geotecnia Facil https://geotecniafacil.com/tipos-cimentaciones-superficiales-odirectas/
Para su diseño consiste en calcular, la forma y dimensiones del concreto, así como la cantidad y tipos de acero de la zapata. Se necesita como datos conocer: la carga axial de la super estructura, la sección y aceros de la columna que soporta, y la resistencia admisible del suelo sobre el que se diseña la zapata. Elemetos basicos: • Dimensiones en planta de la zapatas •
Dimensiones en planta de la columna
•
Longitud del volado de la zapata
•
Peralte de la zapata
Serquen, W. (s.f.). Fig.3. Elementos para el diseño de zapata aislada. ACADEMIA https://www.academia.edu/35441685/DISE%C3%91O_DE_ZAPATAS_AISLADAS
ZAPATAS CORRIDAS Las zapatas corridas se utilizan para soportar muros de concreto, piedra o tabique (apoyo corrido), su trabajo se efectúa en un solo sentido (Pérez, 1993). Se utiliza como plataforma sobre la cual se construye el muro. Por lo tanto, se establece un ancho mínimo para la zapata según el espesor del muro, por lo que, en general, se hace un poco más ancha que el muro. El ancho adicional exacto que se requiere para esta finalidad es una cuestión de criterio (Parker y Ambrose, 1996).
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Las zapatas están formadas por dos elementos: zapata y trabe de repartición
(2012).Fig.4. Zapatas corridas de concreto armado - Detalles constructivos. Constructor Civil https://www.elconstructorcivil.com/2012/05/zapatas-corridas-de-concreto-armado.html
Hay dos tipos: Central y colindante El primero se utiliza en el interior o donde no haya construcciones vecinas. Mientras que el segundo se emplea cuando existe una construccion vecina.
ZAPATA CENTRAL
(2012).Fig.5. Zapatas corridas de concreto armado - Detalles constructivos. Constructor Civil https://www.elconstructorcivil.com/2012/05/zapatascorridas-de-concreto-armado.html
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ZAPATA COLINDANTE
(2012).Fig.6. Zapatas corridas de concreto armado - Detalles constructivos. Constructor Civil https://www.elconstructorcivil.com/2012/05/zapatascorridas-de-concreto-armado.html
Suele recurrirse a este tipo de cimentación continua cuando la capacidad portante es ligeramente menor como para adoptar zapatas aisladas, cuando por la propia distribución de los pilares de la estructura sea más ventajoso unir las cimentaciones de varios pilares próximos entre sí o porque las cargas por pilas sean tan elevadas que de lugar a zapatas aisladas muy próximas o solapadas. Su uso es muy frecuente para la cimentación de muros, estribos de puentes o muros de carga.
(2020). Fig.7. Cimentacion de Zapatas combinadas y corridas. Geotecnia Facil https://geotecniafacil.com/tipos-cimentaciones-superficiales-odirectas/
También es común su uso para evitar asientos diferenciales excesivos en terrenos heterogéneos, en estructuras con diferencias de cargas importantes o en pilares que dan lugar a grandes excentricidades.
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Las losas de cimentación se utilizan cuando la carga del edificio es tan alta, que las zapatas aisladas y zapatas corridas no podrían soportar el peso o su empleo sería ineficaz. Además, la losa de cimentacion ayuda a reducir los asentamientos variables causados por la construcción en suelos no homogéneos o distribución de carga irregular en la zapata.
GEO 5 (2016). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de https://www.finesoftware.es/software- geotecnico/soluciones/cimentacionessuperficiales/losa-de-cimentacion/
El diseño de la losa puede ser contínua, con un mismo espesor, de sección constante; o también, una losa más delgada con refuerzos en los apoyos de los pilares mediante capiteles en forma de setas invertidas; de allí viene la denominación de fungiformes. Pueden ser también vigas longitudinales y transversales que enlazan los apoyos portantes que soportan una losa más delgada.
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Supervisión de estructura de concreto y acero (2013). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de https://sites.google.com/site/construyetuingenio2013/construccion-de-estructuras-de-concreto- reforzado/Cimentacin-superficial/losas-decimentacion
La cimentación en losa debe tener un canto mínimo de 30 cm. sobre base de hormigón pobre o de limpieza. Aunque habitualmente las losas tienen unos cantos que van desde 50 a 120 cm, según el tipo de edificio que soportan. Las Cimentaciones por Losa actúan a través de una superficie de apoyo contínua que iguala las presiones y forma un arriostramiento en todos los puntos de apoyo.
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Constructor, Civil. (2010). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de http://notasconstructorcivil.blogspot.com/2011/05/losas-de- cimentacion-por-contacto.html
Estas cimentaciones se construyen en hormigón armado preparado para reducir los posibles asientos. Esta estructura responde en forma óptima en suelos con estratos sensiblemente homogéneos y cuando el edificio reparte los esfuerzos sobre la losa con una retícula que guarda simetría geométrica. También se opta por ella cuando se quiere construir un sótano en seco en una obra asentada sobre una capa freática (excavación en forma de cubeta). Esta alternativa se da a través de la disposición en plataforma o tablero de cimentación que transmite las cargas del edificio al terreno mediante una superficie igual o superior a la de la obra. Puede conseguirse máxima rigidez con poco consumo de material procediendo tal y como es frecuente en los forjados de piezas huecas: envolviendo en hormigón un sistema de piezas huecas o de relleno.
HABITISSIMO (2016). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de https://fotos.habitissimo.es/foto/losa-de-cimentacion_1165422
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Es una estructura que hundida a través del terreno o del agua permite colocar la cimentación a la profundidad de proyecto, y que posteriormente pasa a formar parte de la estructura definitiva. Las losas de flotación y los sótanos (o cimentaciones de cajón) se diseñan con los mismos principios que una losa de cimentación, pero tienen una función adicional e importante en la que se utiliza el principio de flotación para reducir la carga neta en el suelo. El asentamiento total de la cimentación se reduce y esto hace que el asentamiento diferencial también disminuya (Tomlinson, 1996). Los cajones se dividen en tres tipos principales:
Son pilas de concreto que permanecen abiertas en sus partes superior e inferior durante la construcción.
Tomlinson, M. J.; Cimentaciones: diseño y construcción; 1a Edición, Editorial Trillas, México, 1996, pp. 181, 183, 188, 189.
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Son estructuras con fondo cerrado y se construyen en tierra y luego se transportan al sitio de la construcción. Se entierran gradualmente en el sitio llenando su interior con arena, balasto, agua o concreto.
Tomlinson, M. J.; Cimentaciones: diseño y construcción; 1a Edición, Editorial Trillas, México, 1996, pp. 181, 183, 188, 189.
Se usan generalmente para profundidades de entre 50 y 130 pies (15—40 m). Este tipo se requiere cuando una excavación no logra mantenerse abierta porque el suelo fluye al área excavada más rápidamente de lo que puede ser removido.
Tomlinson, M. J.; Cimentaciones: diseño y construcción; 1a Edición, Editorial Trillas, México, 1996, pp. 181, 183, 188, 189.
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Estas se llevan a cabo cuando el terreno es muy disgregado, sometido a vibraciones, presiones mayores de las normales o cimentaciones submarinas.
Son aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base, pero pueden contar, además, con rozamiento en el fuste.
Cabe aclarar que estas cimentaciones constan de elementos como pilotes, cilindros o cajones de grandes dimensiones (todos con funcionamiento estructural), y se emplean para transmitir eficientemente las cargas de la super- estructura a los estratos profundos del terreno de apoyo. Hay cuatro métodos principales de construcción de sótanos: a) En excavaciones con lados inclinados; b) En excavaciones soportadas por madera (como tabla-citacas) o placas apiladoras; c) En excavaciones soportadas por un muro de diafragma de concreto reforzado construido previo a la excavación principal; d) En excavaciones soportadas por un muro de pilote barrenado construido previo a la excavación principal.
HABITISSIMO (2016). cajón de construccion. [losa]. Recuperado de https://fotos.habitissimo.es/foto/losa-de-cimentacion_1165422
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Este tipo de cimentación es usada principalmente en estructuras pesadas desplantadas sobre materiales poco competentes en lo que se refiere a la capacidad de carga, de tal manera que asegure una cimentación optima, algunos ejemplos de este tipo son: los pilotes de punta, pilotes de fricción, pilotes secante, pilotes tangente, etc. Las propuestas de cimentación que se hagan para cada proyecto deberán pasar por las revisiones que marca la norma local que los rige, siempre cuidando que sea una propuesta fácil de ejecutar y económica para el cliente. Ovacen.(2012) Tipos de cimentació n en edificios, caracterı́ sticas y 9 Guı́ as imprescindibles de lesiones (cimentació n). Recuperado de: https://ovacen.com/cimentacion/
Se usan en el momento que necesitas transferir la carga de una estructura hasta un estrato más profundo que tenga la capacidad portante adecuada o que sea suficientemente competente para soportar las cargas de la estructura que se piensa construir.
Es decir que el terreno que se encuentra cerca de la superficie es inadecuado para soportar la carga de dicha estructura y por tal razón se debe realizar una excavación de con mayor profundidad, más no superficial, con el fin de encontrar un estrato con una optima capacidad portante. 14
Cortequipos, (2018). Cimentaciones profundas: sus diferentes tipos y usos. (cimentación). Recuperado de: https://cortequipos.com/pilotes-ycimentaciones/cimentaciones-profundas/
CIMENTACIÓN POR SUSTITUCIÓN La cimentación por sustitución se realiza por medio de la excavación del terreno, en donde el peso que tiene el material que va a ser extraído y excavado tendrá la misma proporción con respecto a la construcción que se desea realizar; es importante que se conozcan cada una de las capas del suelo, las características con las que cuenta la estructura que va a sustentar y las cargas que van a actuar sobre la cimentación.
CIMENTACIONES POR FLOTACIÓN Las cimentaciones por flotación se sustentan en el principio que postuló Arquímedes, según él los cuerpos que se sumergen en algún liquido estático van a experimentar un empuje vertical ascendente idéntico al peso del volumen del liquido que le es desalojado.
CIMENTACIÓN PROFUNDA CON PILOTES El sistema de cimentaciones profundas con pilotes o pilotaje se caracteriza por ser por ser uno de los diferentes tipos de cimentaciones de tipo puntual, este sistema se instala en el terreno utilizando diferentes técnicas que son capaces de encontrar, a grandes profundidades, el estrato del suelo que se caracteriza por ser capaz de soportar las cargas que una estructura le transmite.
CIMENTACIÓN PROFUNDA CON MICROPILOTES Los micropilotes son elementos de gran uso en la construcción de cimientos, estos se encargan reforzar y soportar diferentes estructuras gracias a la carcasa de acero que se encuentra en su interior.
Cortequipos, (2018). Cimentaciones profundas: sus diferentes tipos y usos. (cimentación). Recuperado de: https://cortequipos.com/pilotes-ycimentaciones/cimentaciones-profundas/
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Las pilas son elementos que se usan en cimentaciones profundas mayores a los pilotes las cuales transmiten la carga de una estructura al subsuelo con el propósito que el conjunto este estable.
• Las pilas son construidas directamente en el subsuelo • Pueden ser construidas de casi cualquier material. Los mas comunes son cal, grava, mortero y concreto armado, dependiendo de la calidad del subsuelo depende el material con el que se armara. • La sección mas utilizada es la circular, su diámetro no puede se menor a los 60cm hasta los 3 metros • También hay pilas de secciones rectangulares como “T” y “H”
(2012). CIMENTACIONES PROFUNDAS: Pilas y sus características. . Constructor civil https://www.elconstructorcivil.com/2012/02/cimentaciones-profundas-pilas-y-sus.html
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Los pilotes son construidos a través de excavaciones y se hunden los metros que sean necesarios, es imposible reconocer de forma clara un pilote de un pilar ya que ambos tienen muchas características en común. Los pilotes se usan desde la prehistoria, los habitantes de suiza en ese entonces clavaban postes de madera en los fondos de los lagos para sobre de ellos construir su hogar alejado de lo animales. Hoy en día la cimentación por pilotes es la más común cuando las situaciones de suelo son des considerables. Se utiliza cuando quieres transferir cargas a una profundidad en un material de fricción a través de la fricción de la piel a lo largo de la superficie del pilote. 17
(2020). Pilotes y tipos de pilotes. GEOLOGIAWEB https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/pilotes/
Los pilotes de punta tienen casi toda su capacidad de carga de la roca o suelo que esta en la punta y lo poco
restan ante del suelo que rodea el fuste del pilote.
(2020). Pilotes y tipos de pilotes. GEOLOGIAWEB https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/pilotes/
Estos pilotes en vez de estar conectados a la cimentación la atraviesan libremente y están ligados a ella, Con este mecanismo se pueden controlar los movimientos del edificio.
(2020). Pilotes y tipos de pilotes. GEOLOGIAWEB https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/pilotes/
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El muro Milán es un muro hecho de hormigón principalmente para construcciones bajo tierra. Se utilizan con frecuencia como muros de construcción, estos muros al principio de la construcción tiene la función de muro de apuntalamiento para posteriormente convertirse en los muros del sótano. Tienes diferentes clasificaciones o dimensiones de profundidad, alcanzando hasta los 40 metros y el grosor varia entre los 40, 60 y 80 centímetros.
(2018). Muro pantalla o muro Milán proceso constructivo. Cortequipos https://cortequipos.com/pilotesy-cimentaciones/muro-pantalla-o-muro-milan-proceso-constructivo
¿Cuando hacer un muro Milán? Estos muros se usan cuando quieres sacar un volumen de tierra muy grande, en excavaciones donde sea necesario tener paredes circundantes como lo es un estacionamiento subterráneo, también es importante recalcar que los muros Milán son principalmente de apoyo a las cimentaciones.
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(2018). Muro pantalla o muro Milán proceso constructivo. Cortequipos https://cortequipos.com/pilotes-ycimentaciones/muro-pantalla-o-muro-milan-proceso-constructivo
CONCLUSIÓN
Para concluir con los temas previamente presentados, se debe mencionar que la cimentación tiene un papel fundamental en la estructuración de muchos proyectos, su propósito principal es dar estabilidad a la estructura, distribuyendo el peso y que esta no este en riesgo de colapsarse. Otra de sus funciones es distribuir la flexión y tensión de la estructura, aunque los cimientos sean solidos, deben tener cierto movimiento con la superficie, esto para evitar que si el terreno se mueve la columna se imponga estática y pueda ocasionar una fractura en la cimentación, del mismo modo trata de aislar a la estructura de factores como humedad y circulación de agua. Esta parte puede volverse una de las mas difíciles de construirse a lo largo del proyecto, ya que depende de muchos factores el tipo de cimentación adecuado para cada construcción, por eso es importante que la gente que trabaja en la rama de la construcción tengan un conocimiento detallado de las mismas para poder tomar la mejor decisión posible para cada proyecto. Para saber que tipo de cimentación usar se necesita saber sobre que suelo que se va a trabajar, para ello hay ciertos procedimientos que se deben de llevar acabo como lo son los levantamientos topográficos, estudios de mecánica de suelos entre otros. Los cimientos no se ven y no parece que juegan un papel importante en el diseño y edificación de un proyecto, sin embargo cualquier error en su diseño constructivo o calculo puede afectar directamente la estructura y comprometer toda la planificación.
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BIBLIOGRAFÍA CEMEX (2000). Manual de autoconstruccion y mejoramiento de la vivienda. P.60-89. Constructor, Civil. (2010). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de http://notasconstructorcivil.blogspot.com/2011/05/losas-de-cimentacion-por-contacto.html Cortequipos, (2018). Cimentaciones profundas: sus diferentes tipos y usos. (cimentación). Recuperado de: https://cortequipos.com/pilotes-y-cimentaciones/cimentaciones-profundas/ HABITISSIMO (2016). cajón de construccion. [losa]. Recuperado de https://fotos.habitissimo.es/foto/losa-decimentacion_1165422 HABITISSIMO (2016). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de https://fotos.habitissimo.es/foto/losa-decimentacion_1165422 (2018). Muro pantalla o muro Milán proceso constructivo. Cortequipos https://cortequipos.com/pilotes-ycimentaciones/muro-pantalla-o-muro-milan-proceso-constructivo Ovacen.(2012) Tipos de cimentación en edificios, características y 9 Guías imprescindibles de lesiones (cimentación). Recuperado de: https://ovacen.com/cimentacion/ (2020). Pilotes y tipos de pilotes. GEOLOGIAWEB https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/pilotes/ Parker, Harry y Ambrose, James; Diseño simplificado de concreto reforzado; 3ª Edición (6ª Edición del inglés), Editorial Limusa, México, 1996, pp. 211-213, 217-219.
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Supervisión de estructura de concreto y acero (2013). Losa de Cimentación [losa]. Recuperado de https://sites.google.com/site/construyetuingenio2013/construccion-de-estructuras-de-concretoreforzado/Cimentacin-superficial/losas-de-cimentacion. Serquen, W. (s.f.). DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS. ACADEMIA https://www.academia.edu/35441685/DISE%C3%91O_DE_ZAPATAS_AISLADAS Tipos de cimentaciones superficiales o directas (zapatas, losas y pozos cimentación). (26 de Mayo de 2020). Geotecnia Facil https://geotecniafacil.com/tipos-cimentaciones-superficiales-o-directas/ Tomlinson, M. J.; Cimentaciones: diseño y construcción; 1ª Edición, Editorial Trillas, México, 1996, pp. 181, 183, 188, 189. Villanueva, G. (s.f.). Cimentaciones superficiales. Universidad Nacional de San Marcos, Escuela de ingenieria https://es.slideshare.net/jhongesellvillanuevaportella9/cimentaciones-superficiales Zapatas corridas de concreto armado - Detalles constructivos. (28 de mayo de 2012) Constructor Civil https://www.elconstructorcivil.com/2012/05/zapatas-corridas-de-concreto-armado.html
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