INTRODUCCION La cimentación es la parte estructural del edificio , encargada de transmitir las cargas al terreno , el cual es el unico elemento que no podemos elegir , por lo que la cimentacion la realizaremos en funcion del mismo . Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso sera otro motivo que nos influye en la decision de la eleccion de la cimentacion adecuada . Gran parte de los edificios que se construyen hoy en día presentan una estructura compuesta por vigas y pilares. Las vigas reparten hacia los pilares el peso de cada planta del edificio, es decir el peso de la propia estructura, las personas que lo habitan, los muebles, etc. Los pilares concentran en su escasa superficie el peso de todo el edificio transmitiéndolo hacia el terreno. El suelo, al ser menos resistente que el material de los pilares, requiere la existencia de un elemento intermedio que reparta las cargas concentradas en los pilares a una mayor área de terreno; este elemento intermedio son las zapatas. Por tanto, tras efectuar el cálculo de las cargas que el edificio va a transmitir al terreno, se obtiene el área que ocuparían las zapatas necesarias. La superficie de las zapatas será mayor en la medida que vayamos a construir sobre terrenos de poca calidad o en el caso de edificios que transmitan grandes cargas. Cuando la superficie ocupada por las zapatas equivale a más de la mitad de la superficie del edificio, el arquitecto debe considerar la posibilidad de diseñar una losa de cimentación; es decir, sustituir el sistema convencional, en el que se utilizan tantas zapatas como pilares, por una superficie continua de hormigón debajo de la estrucutra del edificio. La elección de una solución u otra, zapatas o losa, depende de cúal de ellas resulte más sencilla y económica; si las zapatas a realizar son muy grandes, la losa es más fácil de ejecutar al excavarse toda la superficie del edificio a poca profundidad, en lugar de excavar las zapatas en varias zonas del edificio con tamaños y profundidades distintos. Como se ha dicho, la losa ocupa una superficie mayor que las zapatas; pero la excavación necesaria es menos profunda; es decir, su espesor es menor que el de las zapatas y por tanto puede suponer también un ahorro en cuanto a la cantidad necesaria de acero y de hormigón. La losa de cimentación, a diferencia de la cimentación por zapatas, no se limita a repartir la carda de cada pilar en cada zona de terreno por separado, sino que logra un funcionamiento conjunto de todas las zonas de la cimentación compensando las deformaciones que se producen en las zonas donde las cargas son mayores con las de las zonas menos cargadas, por lo tanto puede resultar adecuada para cimentar en solares en los que exista una zona de terreno más blanda que el resto, puesto que el conjunto de la estructura colabora para reducir la deformación de la losa en la parte del edificio que se apoya en la zona más blanda. En este aspecto conviene aclarar que este funcionamiento solidario de la losa se produce sólo cuando el proyectista lo ha previsto en el diseño y cáldulo de la losa, disponiendo los refuerzos oportunos en la zona afectada; por tanto, si el terreno resulta ser muy heterogeneo, los refuerzos de la losa no bastarán para resolver la inestabilidad de la estructura. El cálculo de una cimentación por losa es bastante más complejo que el de una cimentación convencional; por un lado es necesario un estudio de las características del terreno a mayor profunidad y además se debe conocer detalladamente la estructura a cimentar para evaluar cómo reaccionará ante las deformaciones de la losa. En algunas ocasiones se opta por la losa de cimentación por motivos que no responden ni a la naturaleza de las cargas que transmite el edificio ni a la resistencia del terreno. Es el caso de los edificios en los que se pretende impermeabilizar. La losa forma con los muros perimetales del sótano un conjunto impermeable para las aguas subterráneas; es el mismo principio con el que construyen los vasos de las piscinas con muros de hormigón, apoyados sobre una losa. CLASIFICACION Las cimentaciones se clasifican . -Cimentaciones superficiales -Cimentaciones profundas -Cimentaciones especiales Las cimentaciones supericiales engloban las zapatas en general y las losas de cimentacion . Los distintos tipos de cimentacion superficial dependen de las cargas que sobre ellas reacen Puntuales --------- Zapatas aisladas Lineales ----------- Zapatas corridas Superficiales ------ Losas de cimentacion Aisladas : - Aislada propiamente dicha - Centrada - Combinada - Medianeria - Esquina * Corrida : Bajo Muro - Bajo pilares - Bajo muro y pilares Emparrillados : limite de ciemtacion por zapatas corridas antes de entrar en el campo de las losas Placas o losas Tipos de cimentación. Cimientos de piedra: Los cimientos de piedra son los apoyos de una construcción. Sirven para cargar el peso de toda una vivienda, repartiéndolo uniformemente en el terreno sobre el que se encuentra construida. La cimentación es necesaria en cualquier construcción aunque en el caso de que esta se haga por partes. Cimientos de mampostería: En zonas donde la piedra es abundante suele aprovecharse esta como material de cimentación. Para grandes construcciones es necesario efectuar en un laboratorio de ensayo pruebas sobre la resistencia de la piedra de que se dispone. Tratándose de construcciones sencillas, en la mayoría de casos resulta suficiente efectuar la prueba golpeando simplemente la piedra con una maceta y observando el ruido que se produce. Si este es hueco y sordo, la piedra es blanda, mientras que si es aguda y metálico, la piedra es dura. Cimentaciones profundas: este tipo de cimentación se utiliza cuando se tienen circunstancias especiales: -Una construcción determinada extensa en el área de austentar. -Una obra con una carga demasiada grande no pudiendo utilizar ningún sistema de cimentación especial. -Que terreno al ocupar no tenga resistencia o características necesarias para soportar construcciones muy extensas o pesadas. Cimentaciones superficiales: Son las ya antes mencionadas como la mampostería la de zapatas aisladas también la zapata corrida la de concreto cicopleo y la losa de cimentación. Las cimentaciones profundas son las siguientes: * Sustitución * Flotación * Pilotación *Por sustitución: Básicamente esta cimentación es material extra excavación en el terreno y en el proporcional de la construcción se debe conocer el tipo de estado coincidencial el peso volumétrico de cada una de las capas que se construyen en el terreno a excavar, para que el peso sea perfecto, se deben nivelar con el de la construcción perfectamente conocida. *Por flotación: Esta clase de cimentación se basa con el principio de Arquímedes que dice que todo cuerpo sumergido en el liquido experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del liquido desalojado. Por este caso las construcciones se deben ejecutar perfectamente impermeables calculando el centro de corquedad de las construcciones y la reacción el empuje ascendente vertical para evitar el hundimiento o el volteo. *Por pilotación: se tienen tres formas de pilotes: -Pilotes trabajando con apoyos directos. -Pilotes que trabajas mediante fricción. -Sistema mixto. Las cimentaciones basado en pilotes tienen por objeto transmitir cargas de la estructura a capas mas profundas con la resistencia necesaria. El trabajo puede flotar por fricción se despreciara pero existirá el peligro de una sobrecarga precisamente por fricción en este caso deberá tomar el aumento de cargas que sufra por el terreno que cuelga o adhiere en cada pilote y se considera y una carga promedio por el mismo apoyo friccionado o mixtos de 40 o 50 ton. En ocasiones , cuando comenzamos a realizar la excavacion para la ejecucion de una obra , podemos encontrarnos diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar . O simplemente se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno sin firme , o dificilmente accesible por metodos habituales . En estos casos se recurre a la solucion de cimentacion profunda , que se constituye por medio de muros verticales profundos , los muros pantalla o bien a base de pilares hincados o perforados en el terreno , denominados pilotes . En cualquier caso el objetivo es adoptar una solucion constructiva que reuna las siguientes condiciones : Facilidad en la ejecucion Garantia en el comportamiento resistente Cuando la relacion que existe entre la profundidad y el ancho de la base de un cimiento es mayor que 5 , calificamos a la cimentacion como profunda . Denominamos pilote a un soporte , normalmente de hormigon armado , de una gran longitud en relacion a su seccion transversal , que puede hincarse o construirse “ in situ “ en una cavidad abierta en el terreno . Constituye un sistema constructivo de cimentacion profunda al que denominaremos : cimentacion por pilotaje . Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una seccion transversal de 2-4 mts , pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 2000 t . El empleo de cimentaciones mediante pilotaje esta indicado en los siguientes casos : Cuando la carga transmitida por las estructuras no puede ser distribuida en el terreno de forma uniforme mediante el empleo de sistemas de cimentacion directa como zapatas o losas . Cuando el nivel del firme no puede ser alcanzado de forma sencilla o se encuentra a gran profundidad Cuando los estratos superiores del terreno son poco consistentes hasta cotas profundas , contienen gran cantidad de agua o bien se necesita cimentar por debajo del nivel freatico Cuando se prevea que los estratos inmediatos a la superficie de cimentacion pueden determinar asientos imprevisibles de cierta importancia Si se quiere reducir o limitar los posibles asientos de la edificacion En presencia de grandes cargas y concentradas Si las distintas capas superficiales de los terrenos pueden sufrir variaciones estacionales como hinchamientos , retracciones , etc... En edificaciones sobre el agua. CLASIFICACION DE LOS PILOTES Según su forma de trabajo : a) Pilotes rigidos de primer orden Aquellos cuya punta llega hasta el firme transmitiendole la carga aplicada a la cabeza . La accion lateral del terreno elimina el riesgo de pandeo . b) Pilotes flotantes Aquellos cuya punta no llega al firme , quedando hincado en el terreno suelto y resistiendo por adherencia , su valor resistente es funcion de la profundidad , diametro y naturaleza del terreno . Se situan en terrenos de resistencia media baja , y transmiten su carga por rozamiento , a traves del fuste . c) Pilotes semi-rigidos Aquellos cuya punta llega hasta el firme , pero este esta tan profundo , o es tan poco firme , que el pilote resiste simultaneamente por punta y por adherencia . Según su forma de ejecucion : a) pilotes de hinca prefabricados Se hincan en el terreno mediante unas maquinas a golpe de mazas , con martillo neumatico y son prefabricados , constituidos en toda su longitud mediante tramos ensamblables . Son relativamente caros ya que estan fuertemente armados para resistir los esfuerzos durante el transporte y el hincado en el terreno . Una vez hincado en el terreno , este ejerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral , una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando mas pilotes en las proximidades , pudiendo conseguir mediante este procedimiento , una consolidacion del terreno . Es importante indicar que la operación de hincado del pilote debe de realizarse siempre de dentro hacia fuera . b) Pilotes hormigonados in situ : Su tecnica de ejecucion es similar a la de una zapata profunda , realizada mecanicamente desde la superficie . Los pilotes in situ se subdividen : 1pilotes de hinca o apisonados , realizados con entubacion , recuperable , disponiendo un tapon perdido o azuche en la punta . 2- pilotes perforados , mediante la utilizacion de cucharas especiales , que permiten realizar perforaciones en el terreno , pudiendo utilizar o no , una entubacion recuperable . 3- pilotes barrenados , en el que se introduce el hormigon a la vez que se extrae el terreno . 4- pilotes perforados por helice o berbiqui , sin entubacion ; hormigonados con trompa desde el fondo de la perforacion . 5- pilotes de entubacion perdida , normalmente empleados cuando el nivel freatico existente , es de considerable importancia . Generalmente se ejecutan con doble entubacion , una recuperable , la que sirve de guia y otra perdida . Según el sistema constructivo : a) Pilotes prefabricados hincados , o apisonados , ejecutados a base de desplazamiento del terreno . b) Pilotes excavados o perforados , ejecutados a base de extraccion de tierras y relleno de hormigon armado . Según el diametro del pilote : a) micropilotes : diametro menor de 200 mm . Se emplean en obras de recalce . b) pilotes convencionales : de 300 a 600 mm c) pilotes de gran diametro : diametro mayor de 800 mm d) pilotes pantalla , de seccion pseudorrectangular e) pilotes de seccion en forma de cruz . TIPOS DE ESFUERZOS. Cuando una carga, como es el peso de una estructura, se coloca sobre la superficie de una masa de suelo, el suelo se deforma, produciendose el asentamiento de una estructura. Esta no es una propiedad esclusiva de los suelos, sino que es compartida por todos los materiales. De la misma manera que la flecha de una viga puede ser un factor de limitacion en el proyecto estructural, el asentamiento del suelo producido por las cargas es con frecuencia el factor predominante en el proyecto de las cimentaciones. el asentamiento del suelo producido por la carga proviene de dos causas: el cambio de la relacion de vacios del suelo o roca y la distorsion o cambio de formas del suelo inmediatamente debajo de la carga. Al primero se le llama asentamiento por compresión y al segundo asentamiento por distorsion o por contacto. Ambos asentamientos dependen de los esfuerzos que se producen en el suelo por la cimentación o por otras cargas en la superficie. Haciendo suposiciones simplificadoras de las propiedades fisicas de los suelos, se pueden calcular los esfuerzos por la teoria de la elasticidad; basado en esto se pueden hallar los asentamientos por los esfuerzos producidos, usando las propiedades fisicas del suelo determinadas en laboratorio. Efuerzos debidos al peso del suelo. El esfuerzo efectivo vertical inicial en una masa de suelo, antes que se construya la estructura, es aproximadamente igual al peso del suelo menos el esfuerzo neutro. A una profundidad Z en un suelo homogeneo de 7:lb tenemos: Si el suele se corrompe de diferentes estratos, cada uno con peso especifico diferente, el esfuerzo vertical a cualquier nivel es igual a la suma de sus pesos menos el esfuerzo neutro. Los cambios en el esfuerzo neutro pueden jugar un papel importante en el asentamiento de una estructura. Al deprimir el nivel freatico en un lugar se puede aumentar el esfuerzo efectivo y producir asentamientos comparables a los producidos por el peso de un edificio. Un descenso tipido de nivel freatico de .50 a 1 m es equivalente al peso de un edificio de un piso. Se han producido graves asentamientos que se han extendido mucho mas haya de los limites de un edificio, por las obras de drenaje y por lo tanto estas deben ser incluidas en culquier evaluación del asentamiento. Esfuerzos debidos a cargas en la superficie. Cuando se aplica una carga en la superficie de una asa de suelo, los esfuerzos verticales dentro de la masa de suelo aumentan. Si el suelo fuera una serie de columnas independientes, la carga seria soportada por las columnas situadas inmediatamente debajo de la carga y las otras no dufririan cambio alguno; pero en suelo es una masa coherente en que las columnas de suelo están interconectadas elasticamente. La carga que se aplica en un punto se transmite a trabes de toda la masa del suelo, extendiendose lateralmente a medida que aumenta la profundidad. En una aproximación muy tosca se puede suponer que la carga se extiende a trabes de la masa del suelo como si ella estuviera soportada por una pirámide truncada, como en la figura. Los lados de la pirámide tienen una pendiente de 2 (vertical) a 1 (horizontal), lo que significaque la base de la pirámide aumenta un metro en largo y en ancho por cada metro de aumento en la profundidad. El aumento de esfuerzo promedio en el suelo ala profundidad de Z por debajo de una cimentación de dimensión L y B y cuya carga sea Q y la presion unitaria Q es: Esta aproximación es util en el estudio preliminar del asentamiento. Puede ser erronea por que no indicala variación del esfuerzo en distintos puntos que estén a la misma profundiad y no indica los esfuerzos en el suelo fuera de la pirámide. Una representación mas exacta de la distribución de los esfuerzosdentro dela masa de suelo se puede obtener por varias teorias de elasticidad, Estas teorias demuestran que una carga aplicada al suelo aumenta los esfuerzos verticales en toda la masa : el aumento es mayor directamente debajo de la carga como se representa en la figura.pero se extiende infinitamente en todas direcciones. A medida que aumenta la profundidad, disminuye la concentración, de esfuerzo directamente debajo de la carga, pero si a una profundidad determinada fueran integrados los incrementos de esfuerzos en el área en que son aplicados , la fuerza total seria igual a la carga aplicada Q. Cerca de la superficie la distribución dl esfuerzo depende del tamaño del área cargada y de la distribución del esfuerzo depende del tamaño del área cargada y de la distribución de la presion por contacto, pero a profundidades mayores de dos veces el ancho del área cargada, la distribución del esfuerzo es prácticamente independiente de cómo se aplica la carga a Q. PESO VOLUMETRICO DE DISTINTOS MATERIALES. MATERIALES Pesos volumétricos 1.- PIEDRAS NATURALES Máximo ton/m³ Arcillas 2.50 Areniscas (chilucas y canteras) 2.45 secas 2.50 saturadas Basaltos (p. braza, laja, etc.) 2.60 secos 2.65 saturados Granito 3.2 Mármol, piedras calcáreas 2.6 Riolita 2.55 Pizarras 2.85 Tepetates 1.95 Tezontles 1.55 Calizas 2.85 Mínimo ton/m³ 1.75 2.- SUELOS Arena de grano de tamaño uniforme Arena bien graduada Arcilla típica del valle de México Caliche Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³ 2.10 1.85 2.30 1.50 2.10 1.95 1.2 1.7 Máximo ton/m³ Mínimo ton/m³ 1.60 1.60 2.95 1.50 1.50 --- 2.20 2.00 2.40 2.20 3.- PIEDRAS ARTIFICIALES Y MORTEROS Adobe Argamasa Fraguada Cemento Portland fraguado Concreto simple con agregados de peso normal Concreto reforzado 1.75 2.0 2.35 2.45 2.4 2.55 2.05 2.35 1.3 1.15 2.45 Mortero de cal y arena Mortero de cemento y arena Aplanado de yeso Tabique macizo hecho a mano Tabique macizo prensado Bloque hueco de concreto ligero Bloque hueco de concreto intermedio Bloque hueco de concreto pesado Bloque de Vidrio para muros Prismáticos para tragaluces Vidrio plano 4.- MADERA Álamo seco Caoba saturada Cedro blanco seco Cedro rojo seco saturado Oyamel Encino saturado Pino saturado Fresno seco Ocote seco Palma real seca Roble blanco seco Roble rojo o negro seco Roble (otras especies) seco 5.- RECUBRIMIENTOS Azulejo Mosaico de pasta Granito 40x40 Loseta asfáltica o vinílica 1.50 2.10 1.50 1.50 2.20 1.30 1.40 1.90 1.10 1.30 1.60 0.90 1.70 1.30 2.20 1.25 2.00 3.10 2.00 0.65 1.50 2.80 Máximo ton/m³ 0.59 1.00 0.38 Mínimo ton/m³ 0.39 0.70 0.32 0.55 0.70 0.40 0.50 0.65 1.00 1.00 0.95 0.80 0.70 0.80 0.70 0.95 0.55 0.80 0.80 0.57 --0.60 ----0.85 Máximo Kg/m² 15 35 65 10 Mínimo Kg/m² 10 25 55 5 6.- METALES Aluminio Acero, Hierro Cobre fundido laminado Latón, fundido laminado Plomo Zinc, fundido laminado Máximo Ton/m³ Mínimo Ton/m³ 2.75 2.55 7.85 7.85 9.00 8.80 8.70 8.40 11.35 --7.20 6.90 7.- PRODUCTOS ORGÁNICOS Asfalto Carbón antracita Carbón butaminoso Carbón turba, seca Carbón vegetal de pino Petróleo crudo Petróleo refinado Petróleo bencina Petróleo gasolina Máximo ton/m³ 1.50 0.92 0.86 0.65 0.44 0.90 0.82 0.75 0.69 Mínimo ton/m³ 1.10 0.75 0.72 0.55 0.28 --0.79 0.73 0.66