tipos de cimentacion
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Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ RELACIÓN SUELO- CARGA- CIMENTACIÓN Anchura y profundidad de los cimientos Vamos a presentar un sencillo cálculo para cimientos ordinarios y corrientes, fácil de retener en la memoria. Entenderemos, pues, por cimientos ordinarios, los continuos o por mejor decir y más vulgarmente, los muros encerrados dentro de zanjas previamente abiertas. Con respecto a la carga, la supondremos uniformemente repartida. Para su cálculo se averiguara, en primer lugar, la carga que soporta el muro que debe presionar sobre el cimiento a cuya carga deberá añadirse el peso propio del muro e incluso el del mismo cimiento. Los pesos propios se aumentaran provisionalmente la carga en un 10 por 100, que suele ser aproximadamente el peso propio del cimiento. De éste nos interesa el ancho y la profundidad. El calculo se hace por un metro lineal de cimiento y la profundidad del mismo debe ser tal que asegure la transmisión de toda la carga a la superficie de asiento del cimiento para ello debe tenerse en cuenta que la presión se transmite con una inclinación de 60° y tendremos que llamando “c” a la anchura del cimiento y “e” a la del muro que apoya en el cimiento la profundidad o altura del mismo que llamaremos “h” será: Aclaremos que el numero 0´577 es el valor de la cotangente trigonométrica del ángulo de 60° y, por lo tanto, un coeficiente fijo. Por todo lo que antecede podemos establecer que la profundidad del cimiento deberá ser igual o mayor que la diferencia entre su ancho y la del muro que sostiene. Ejemplo: Un terreno tiene una resistencia de 2´50 Kg. por cm2 ha de soportar un cimiento para un muro de 0´45 m. de espesor cargado con 20.000 Kg. ml. -¿Qué dimensiones tendrá la cimentación? Carga del muro Peso propio del cimiento (10 por 100) Carga total 20.000 Kg. 2.000 Kg. 22.000 Kg. 1 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Como cada cm2 de terreno resiste 2´50 Kg., serán necesarios para los 22.000 Kg. 22.000 / 2´5 = 8.800cm2 Y como es por metro lineal del cimiento, la carga supondrá una anchura de: 8.800 / 100 = 88 centímetros, que, redondeando la cifra, será 90 cm. Conocido el ancho del cimiento sólo nos resta hallar su profundidad. Aplicado el razonamiento anterior, tendremos: 90 – 45 = 45 cm. Resultado por lo tanto, una profundidad mínima de 45 cm. 2 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ TIPOS DE CIMENTACIÓN Aunque hay un gran número de procedimientos distintos, la mayoría de ellos solo son aplicables a casos particulares, de tal forma que en el momento en que se conocen todos los parámetros la solución prácticamente se reduce a una. Los principales tipos de cimentación son los siguientes: Cimentaciones corridas Zapatas Losas Cimentaciones flotantes Pilotes A continuación se da la descripción de cada uno de ellos y sus aplicaciones más frecuentes. Cimentaciones corridas Se trata de un tipo de cimentación de hormigón o de hormigón armado que se desarrolla linealmente a una profundidad y con una anchura que depende del tipo del suelo. Este tipo se utiliza primordialmente para transmitir adecuadamente cargas proporcionales por estructuras de muros portantes. Se usa también para cimentar muros de cerca, muros de contención por gravedad, para cerramientos de elevado peso, etc. En edificios resueltos con estructura adintelada no es aconsejable cimentar los muros de planta baja mediante este procedimiento, ya que al mezclarse dos tipos distintos de cimentación pueden producirse deformaciones diferenciales. Las cimentaciones corridas tampoco son aconsejables cuando el suelo es muy blando: arcillas y limos blandos, turbas y rellenos defectuosos. En el caso de estructuras adinteladas con los pilares muy juntos, es frecuente resolver los cimientos a base de zanja corrida rellenada con hormigón armado ya que ello es más económico que la realización de pozos rectangulares aislados. 3 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Cimentaciones por zapatas En general son de planta cuadrada, pero en la proximidad de los lindes del solar suelen hacerse rectangulares, o bien circulares cuando los útiles de excavación dejan los pozos en esta forma. Pueden construirse de hormigón armado para que sean capaces de distribuir fuertes cargas en una superficie importante. Normalmente se los utiliza como cimiento de pilares o de maquinaria pesada. Losas de cimentación Consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendida a una superficie tal que tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola por ella no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. Para edificios pequeños el espesor de losa puede estar comprendido entre 15 y 22.5 cm.; y para edificios algo mayores se usan espesores de losa comprendidos entre 22.5 y 37.5 cm.En edificios grandes, la losa suele dotarse de unos nervios que unen los pies de los pilares o bien recorren el fondo de los muros; estos nervios, por razones obvias de utilización del edificio, se disponen en la parte inferior de la losa. En el caso de suelos granulares, los nervios deben disponerse por encima, lo que nos lleva a un sistema sándwich, en el que si se dispone de suficiente altura y se comunican los espacios mediante la perforación de los nervios, pueden utilizarse para contener instalaciones, servicios o almacenes. 4 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Cimentaciones flotantes Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio importante, puede suceder que el solar de que disponemos no tenga superficie como para albergar una losa que distribuya la carga; en tal caso es posible construir un cimiento que, a la manera de un barco, flote sobre el suelo. Si el suelo excavado tiene un peso próximo al del edificio que se le dispone encima, se comprende que el incremento de presión sufrido en el plano de cimentación sea casi nulo. Debemos recordar que cuanto mayor es la profundidad, el suelo que allí se encuentra esta mas comprimido y por lo tanto mayor es su capacidad portante. En el caso de las arcillas, este procedimiento puede presentar problemas, ya que tan pronto se ha extraído el terreno superior, éstas empiezan a hincharse. Para evitar esto, muchos constructores convierten la operación del hormigonado de la losa posterior a la excavación, en un verdadero Maratón. Cimentaciones por pilotes Los cimientos, a fin de distribuir la carga, pueden extenderse horizontalmente, pero también pueden desarrollarse verticalmente hasta alcanzar estratos más bajos capaces de soportarla. Este último tipo puede estar constituido por muros verticales profundos de hormigón o por pilares hincados en el suelo. Esta solución es más económica y se le conoce por cimentación por pilotes. Pilotes: Los pilotes se usan: 1. Cuando la carga transmitida por el edificio no puede ser distribuida suficientemente a través de una cimentación superficial y en la solución posible se exceda la capacidad portante del suelo. En este caso debemos incluir la situación en que la capacidad portante no se sobrepase y, sin embargo, los asientos san mayores que lo aceptable. 2. Cuando los estratos inmediatos al cimiento pueden determinar asientos imprevisibles y a cierta profundidad, que con los medios actuales se puede alcanzar económicamente, existe un suelo resistente. Este es el caso de edificios que se deban apoyar sobre fangos o rellenos de baja calidad. 3. Cuando el terreno es susceptible de sufrir, superficialmente, grandes variaciones estacionales: hinchamientos y retracciones. 4. En edificios sobre agua. 5. cuando los cimientos puedan estar solicitados a tracción. Esto ocurre en varias situaciones. a) en edificios altos sometidos a esfuerzos de viento; b) en construcciones que para su equilibrio necesitan de elementos sometidos a tracción: estructuras de cables y en general cualquier estructura anclada al suelo; c) cuando sea presumible un levantamiento del fondo de una excavación por haber extraído un gran volumen de suelo o por haber aumentado considerablemente el contenido de humedad. 6. Cuando sea necesario resistir cargas inclinadas. Tal es el caso de los pilotes inclinados que se disponen en los cimientos de un muro de 5 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ contención y en los de un muelle para resistir el impacto de atraque de los barcos. 7. Para recalzar cimientos existentes. El material a utilizar, el tipo de pilotes y el método de puesta en obra, debe ser seleccionado en función de las circunstancias especiales que inciden en cada caso. Afortunadamente hay donde escoger, ya que se han patentado procedimientos que se adaptan a cualquier situación y además hay una fuerte competencia comercial entre las distintas firmas. Los materiales utilizados para pilotes son los siguientes: Pilotes Madera Acero Hormigón Prefabricados Tablestacas Pilotes columnas In situ El tipo de pilote a utilizar lo seleccionaremos según las condiciones que impone el suelo y el lugar en donde realizaremos el pilotaje. 6 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ TIPOS DE SUELO- CARGAS ADMISIBLES Presiones admisibles para cimentaciones superficiales Las presiones admisibles sobre el terreno son las indicadas por la norma DIN 1054 para cimentaciones superficiales en los casos donde no pueda existir incertidumbre sobre el comportamiento del terreno, es decir, con una estratificación uniforme y prácticamente horizontal, cuando se conozcan las características del suelo y el asiento previsible, pudiendo ser éste admitido por la estructura. Se supone además que no existen experiencias desfavorables en las estructuras próximas y que la presión se distribuye linealmente en la solera de cimentación, pudiendo determinarse según las formulas: Si no se cumplen estas hipótesis, la presión admisible sobre el terreno debe fijarse a partir de cálculos de asientos y cargas de hundimiento. Las características del terreno, en especial su estratificación, modulo de comprensibilidad y resistencia al corte deben obtenerse, en este caso, mediante investigaciones geotécnicas. 7 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ CIMENTACIONES BAJO EL AGUA En este caso se produce en las cimentaciones de obras fluviales o marítimas. Se resuelve por uno de los procedimientos siguientes: a) Creación de una ataguía impermeable que permita agotar. Es la solución clásica en ríos. b) Cimentación sobre macizos de escollera y bloques de hormigón prefabricado. c) Cimentaciones sobre cajones sumergidos. d) Cimentaciones sobre pilotes. e) Cimentaciones con aire comprimido. Cimentaciones con ataguía Lo mas frecuente, si el suelo se presta para ello, será la utilización de tablestacas metálicas. Además será necesario que el terreno de cimentación pueda alcanzarse a una profundidad admisible excavando en el fondo de la ataguía y que las tablestacas puedan hincarse en un terreno impermeable accesible para no tener que agotar más que en las filtraciones entre las uniones de las tablestacas. Conviene estudiar el comportamiento de la ataguía en caso de crecida. Las tablestacas llegarán hasta un nivel tal que las crecidas que lo superen entren, en el caso de fuerza mayor previsto, en el pliego de condiciones, pero con cierto margen de seguridad, apuntalando la ataguía del modo necesario. Cuando las previsiones de crecidas hagan temer que se sobrepase este nivel, hay que inundar el recinto para igualar las presiones interiores y exteriores. Para ello se habrán previsto en la cortina de tablestacas ventanas que se abrirán haciendo deslizar elementos de tablestacas seccionados al nivel conveniente. Si no se hiciera así, se correría el riesgo de que las cortinas se deformaran bajo el empuje de las aguas con acuñamiento de las juntas entre las tablestacas, lo que haría su arrancamiento para la reconstrucción difícil, si no imposible. La construcción de presas en ríos en las que hay que dejar en cada fase de la construcción paso al caudal del curso de agua, plantea problemas frecuentemente complicados en la construcción de ataguías. 8 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Cimentación sobre macizos de escollera y bloques de hormigón prefabricado. Este procedimiento se aplica frecuentemente en trabajos marítimos para cimentaciones de diques o muros de muelle, ofreciendo también una solución satisfactoria en seco en terrenos de pequeña cohesión. Consiste en sumergir en el emplazamiento de la obra un macizo de escollera constituido por elementos de pesos unitarios tales que sean estables cada uno en su nivel. El macizo se interrumpe sobre el nivel del agua en una plataforma sobre la que puede construirse la superestructura en seco. Este caso se da, en particular, en la construcción de las escolleras que protegen los puertos construidos robando terreno al mar. Según se considere el talud del lado marítimo de las escolleras o el talud abrigado del lado del puerto, variara el nivel critico a partir del cual un elemento de peso dado es arrastrado por las olas. La altura es inferior en el lado del mar, como se indica en el esquema adjunto. Por ello, la forma teórica de un macizo de infraestructura de escollera en el mar debería tener el perfil asimétrico que se indica en la figura. Las diversas categorías de escollera tiene pesos unitarios que crecen desde abajo hacia arriba. Cuando la forma y la estabilidad de la obra lo permiten, es posible interrumpir el macizo de escollera a cierta profundidad bajo el agua, prolongándolo hacia la superficie mediante bloques artificiales del hormigón. 9 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Representamos la aplicación que se ha hecho de este procedimiento en los dos esquemas adjuntos, correspondiendo el uno a un dique y el otro a un muro de muelle. Para evitar la utilización en obra de maquinas de colocación de potencia excesiva, pueden utilizarse bloques celulares mas ligeros. Estos bloques sin fondo se apilan uno sobre otros correspondiéndose los huecos, que se llenan después de hormigón vertido bajo el agua armado con perfiles verticales para asegurar el monolitismo. Los perfiles de los diques se estudian generalmente mediante ensayos en modelo reducido. Observemos que la estabilidad de los diques verticales exige precauciones especiales que se estudian en los textos de obras marítimas. Cimentaciones sobre cajones sumergidos. Pueden lograrse bloques de dimensiones muy grandes utilizando cajones sumergidos. Estos cajones se construyen de hormigón armado en un dique seco o en una cala. Después se ponen a flote y se remolcan hasta el lugar de empleo, donde se fondean abriendo válvulas previstas en las paredes laterales. A menudo están tabicados como se indica en el esquema, tanto para mejorar la rigidez del conjunto como para mejorar la seguridad durante el transporte. Una vez fondeados, los cajones se llenan de arena, de escollera o de hormigón, según las exigencias de su estabilidad. Por otra parte, el hormigón puede ejecutarse tambien en seco después de agotamiento de los alvéolos. Este procedimiento puede utilizarse para la construcción de muelles o diques marítimos así como de pilas de puente o de escolleras en ríos. Cimentaciones sobre pilotes. Cuando no se encuentra el terreno de cimentación hasta una profundidad tal que excluye la posibilidad de ejecución de zanjas abiertas o revestidas, o cuando no es accesible más que en el agua o a través de una capa freática abundante que no se presta a la ejecución de agotamientos, puede recurrirse a los pilotes. 10 Trabajo Práctico N°3 Construcciones II Cimentaciones y suelos 5°Cb-2002 ________________________________________________________________________________________ Mediante ellos, puede buscarse apoyo a la profundidad deseada. Existen diferentes tipos de pilotes utilizados (madera, hormigón, metal), así como los métodos empleados para su puesta en obra (pilotes hincados, pilotes atornillados, pilotes moldeados in situ) y hemos indicado las ventajas e inconvenientes principales en cada tipo y de cada método para permitir una elección valida en puntos anteriores (Ver tipos de cimentación). 11
