CIMENTACIÓN PROFUNDA

5/17/2018 CIMENTACI N PROFUNDA - slidepdf.com

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CIMENTACIÓN PROFUNDA

Las Cimentaciones Profundas son un tipo de Cimentaciones; pueden estar constituidas por muros

verticales profundos de hormigón, llamados Muros Pantalla o por pilares hincados en el suelo,conocidos como Pilotes.

En qué casos se utilizan las Cimentaciones Profundas?a.- Cuando los esfuerzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente através de una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidadportante del suelo.b.- Cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales: por hinchamientos yretracciones.c.- Cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a ciertaprofundidad, 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 sometidosa esfuerzos por vientos, o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción paralograr 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 resistirel impacto de los cascos de barcos durante el atraque.

Tipos de Cimentaciones Profundas

1)Muros Pantalla: son un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que

actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayordesarrollo en superficies.

Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un

predio entre medianeras. Es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado

del terreno, y transmite los esfuerzos al terreno.

Para obtener mas espacios de uso en edificios, se proyectan sótanos o subsuelos que muchas

veces llegan hasta 20 metros de profundidad. Son éstas las soluciones ante los elevados costes de

terrenos y la necesidad de obtener mayor superficie.

Estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la profundidad excavada, debido

a los empujes de la tierra y los efectos del agua, requieren de otros elementos constructivos que

colaboren en la estabilidad de los mismos. Tal es el caso de los anclajes.

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Dentro del diseño de muros pantalla existen varias alternativas a elegir de acuerdo a las

características del terreno y de la edificación a construir.

Tipos de Muro Pantalla

Sistemas Auto portantes: En esta clasificación se encuentran los Muros de Ménsula que trabajan

como voladizo. Esta tipología trabaja contra los empujes del terreno entre dos planos horizontalesexcavados en distintos niveles, y sirven de soporte debajo del fondo excavado. Altura máxima deexcavación del orden de 5 a 10 m. para espesores entre 0,50 m. y 1 m. En caso de excavacionesmás profundas, compatibles con el espesor del soporte, se moldean contrafuertes en el suelologrando la estabilidad mediante empujes pasivos desarrollados por el mismo suelo en la zonaempotrada.

Si los contrafuertes son interiores, ocupan mucho espacio reduciendo la capacidad del sótano; si

son exteriores, se aprovecha el rozamiento del terreno contra las superficies del contrafuerte. Este

sistema auto portante tiene el inconveniente que puede llegar a presentar importantes

deformaciones perjudicando las estructuras de obras vecinas, con riesgos para las mismas.

Sistemas Arriostrados: El sistema de arriostra miento es uno de los más usados para cimentaciones

profundas llegando a profundidades mayores de 20 metros; y se vale de los anclajes del muro en

el terreno, con la ventaja de que no necesita apuntalamientos.

Estos elementos de anclaje logran estabilidad con un muy bajo índice de deformaciones. Se

realizan los anclajes en uno ó mas niveles, a medida que se avanza la excavación mediante cables

empotrados con perforaciones pequeñas inyectadas con cemento, luego se tensan al aplicar

esfuerzos iguales o superiores a los del terreno sobre el soporte.

2) Pilotes: Los Pilotes o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual,

que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente que pueda soportar las cargas

transmitidas.

Casos en los que se usan Pilotes: Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden

distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del

suelo. Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan asientos imprevistos y

que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de

baja calidad. Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por

hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas. Cuando la edificación está sobre

agua. Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción. Aquí tenemos varios casos:

En edificios de altura expuestos a fuertes vientos.

En construcciones que requieren de elementos que trabajen a la tracción, comoestructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.



Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de contención de losmuelles.

Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las cargas

transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el rozamiento

lateral puede ser de importancia según el caso.

Con un terreno mediocre en superficie y fuertes cargas, el rozamiento lateral será menos

importante cuanto más débiles sean las capas del terreno atravesadas; por ello conviene emplear

este sistema.

Por la forma en que trabaja el pilotaje, se lo clasifica en:

Cimentación Rígida de Primer Orden: El pilote trabaja por punta, clavado a gran profundidad. Las

puntas de los pilotes se clavan en terreno firme; de manera que se confía en el apoyo en ese

estrato, aún si hubiere una pequeña descarga por rozamiento del fuste al atravesar estratos

menos resistentes. Lo cual denota que las fuerzas de sustentación actúan sobre la punta del pilote,

y en menor medida mediante el rozamiento de la superficie lateral del pilote. Es el mejor apoyo y

el más seguro, porque el pilote se apoya en un terreno de gran resistencia.

Cimentación Rígida de Segundo Orden: Cuando el pilote se encuentra con un estrato resistente

pero de poco espesor y otros inferiores menos firmes. En este caso se debe profundizar hasta

encontrar terreno firme de mayor espesor. El pilote transmite su carga al terreno por punta, pero

también descarga gran parte de los esfuerzos de las capas de terreno que ha atravesado por

rozamiento lateral. Si la punta del pilote perfora la primera capa firme, puede sufrir asientos

diferenciales considerables. Como en los de primer orden, las fuerzas de sustentación actúan

sobre la planta del pilote y por rozamiento con las caras laterales del mismo.

Cimentación Flotante: Cuando el terreno donde se construye posee el estrato a gran profundidad;

en este caso los pilotes están sumergidos en una capa blanda y no apoyan en ningún estrato de

terreno firme, por lo que la carga que transmite al terreno lo hace únicamente por efecto de

rozamiento del fuste del pilote. Se calcula la longitud del pilote en función de su resistencia. Enforma empírica sabemos que los pilotes cuya longitud es menor que la anchura de obra, no

pueden soportar su carga.



Materiales UtilizadosAceroLos perfiles estructurales de acero, especialmente los pilotes H y los perfiles WF, son muy usados

como pilotes para soportar cargas, especialmente cuando se requiere una alta resistencia por lapunta en suelo o en roca. Como el área de la sección transversa es pequeña comparada con laresistencia, se facilita la hinca a través de obstrucciones, tales como las vetas duras cementadas,los viejos troncos de madera y hasta las capas finas de roca parcialmente meteorizada. Los pilotesse pueden obtener en piezas y se pueden cortar o empalmar fácilmente. Los perfiles queordinariamente se hincan son de 8BP36 al 14BP117 y las cargas de trabajo varían de 40 a 150toneladas. Se han usado perfiles de ala ancha de hasta 91.5 cms (36 plg) de peralte y tambiénocasionalmente pilotes formados por canales y rieles de ferrocarril. La longitud la limita la hincasolamente; se han colocado perfiles H de 35.5 cms (14 plg) de mas de 90 m (300 pies) de longitud.

Los perfiles H hincados en roca pueden soportar cargas hasta él limite elástico del acero. En rocasmuy duras algunas veces se refuerza la punta del pilote con planchas de acero soldadas al alma delperfil para evitar pandeo local. Loa pilotes H penetran el suelo produciendo un desplazamientomínimo y produciendo un levantamiento del suelo y presión lateral también mínimos. Cuando lospilotes H se usan para resistir por fricción, como el área entre las alas es tan grande, la falla ocurrepor esfuerzo cortante, en planos paralelos al alma de la sección que pasa por las aristas exterioresde las alas y por fricción contra el metal en las caras exteriores de las alas.

Los perfiles estructurales tienen tres desventajas. Primera, son relativamente flexibles y se desvíano tuercen fácilmente si encuentran obstáculos como piedras grandes o boleos. De hecho algunospilotes H se han desviado tanto que sus puntas han resbalado sobre el estrato resistente en vez depenetrar en él. Segunda, el suelo se empaqueta entre las alas de perfil de tal manera que el áreade rozamiento corresponde al perímetro del rectángulo que circunscribe al pilote en vez de al

perímetro total de la sección del pilote. Tercera, la corrosión reduce el área efectiva de la seccióntransversal. En la mayoría de los suelos es suficiente dejar un margen para corrosión de 1.25 a2.50 mm, porque la dura película de corrosión protege al pilote de futuros ataques. En suelosfuertemente ácidos como los rellenos y la materia orgánica y en el agua de mar, la corrosión esmucho más seria; en estos casos la protección catódica o la inyección de concreto son necesariospara impedir el deterioro del pilote.

Los tubos de acero rellenos de concreto constituyen excelentes pilotes. En la mayoría de los casosse hincan con el extremo inferior cerrado pon una placa plana o una punta cónica. La placa planaes más económica y tiende a formar una punta cónica de suelo a medida que se hinca el pilote.Unas planchas formando una X soldadas al extremo del tubo ayudan al pilote a penetrar la grava ylas capas cementadas y a cortar la capa de roca. Los tubos con el extremo inferior abierto se

emplean cuando es esencial un desplazamiento mínimo. Los tacos de suelo que se vanintroduciendo en el tubo se extraen a intervalos para impedir que se empaqueten y hagan que elpilote se hinque como si estuviera cerrado en la punta.

Tanto los pilotes cerrados como los abiertos se rellenan de hormigón después de hincados (y deextraído el suelo de los abiertos); esto aumenta la resistencia del fuste, porque tanto la resistenciadel acero como la del concreto contribuyen a la resistencia de la columna.Se han hincado tubos desde 27.3 cms (10.75 plg) de diámetro externo y paredes de 4.8 mm (0.188plg) de espesor hasta 91.4 cm (36 plg) de diámetro y paredes de 12.7 mm (0.5 plg) de espesor, con



capacidades desde 50 hasta mas de 200 toneladas. Las longitudes las limita el equipo de hinca; sehan colocado pilotes de tuvo hasta de 60m (200 pies) de largo.

Los pilotes de tubo son ligeros, fáciles de manipular e hincar y se pueden cortar y empalmarfácilmente. Son más rígidos que los pilotes H y no se desvían tan fácilmente cuando encuentran unobstáculo. Tienen además la ventaja de poderse inspeccionar interiormente después de hincados

y antes de colocar el hormigón.

Al hincar los pilotes de acero la masa debe golpear perpendicularmente sobre el centroide de lasección. Un martillo descentrado o que se bambolee "acordonara" el tubo e inclinara el perfilestructural, lo cual destruye la efectividad del golpe. El contenido de carbono del acero del pilotees importante, porque si es muy alto el pilote se rajara y si es muy bajo se deformara. En una obradonde se hincaron en arcilla 161 Km. (100 millas) de pilotes de tuvo de 27.3 cm (10.75 plg) dediámetro y pared de 6.3 mm (0.25 plg) y con longitudes hasta de 49 m (160 pies) se encontró quelos tubos de acero fabricados en frío con el 0.22 por ciento de carbono y el 0.6 por ciento demanganeso eran los que mejor se hincaban.

Los pilotes prefabricados de concreto tienen el fuste de sección uniforme circular, cuadrada y

octagonal, con refuerzo suficiente para que puedan resistir los esfuerzos que se producen durantesu manipulación. Los tamaños más pequeños tienen de 20 a 30 cm de ancho y son generalmentesólidos; los tamaños mayores son sólidos o huecos para reducir el peso. El uso del pretensado enlos pilotes de hormigón permite tener la resistencia necesaria con paredes de espesoresrelativamente delgados; pilotes huecos de 140 cm de diámetro y paredes de 10 cms de espesor,similares a los tubos de hormigón, generalmente se han usado cuando se ha requerido gran rigidezy alta capacidad de carga.

Los pilotes de concreto prefabricados se usan principalmente en construcciones marinas ypuentes, donde la durabilidad bajo condiciones severas de intemperie es importante y donde lospilotes se extienden fuera de la superficie del terreno como una columna sin soporte lateral.

En este último caso el refuerzo se proporciona de acuerdo con su condición de columna. Laslongitudes corrientes de los pilotes sólidos pequeños varían entre 15 y 18 m y para los piloteslargos, huecos, se puede llegar hasta 60 m. La carga típica para los pilotes pequeños esta entre 30y 50 toneladas y para los pilotes grandes hasta más de 200 toneladas.

El uso de los pilotes prefabricados esta limitado por dos factores: primero, son relativamentepesados si se les compara con otros pilotes de tamaño similar. Segundo, es dificultoso cortarlos siresultan demasiado largos y es aun más difícil empatarlos para aumentar su longitud.

Pilotes de Desplazamiento con Azuche: Se utilizan cuando los pilotes poseen diámetros pequeños(se considera entre 30 y 65 cm. aproximados) y el terreno es resistente pero poco estable. Seejecuta la hinca con una entubación que posee un azuche de punta cónica o plana en su extremo

inferior, la entubación puede ser metálica o de hormigón. El azuche posee un diámetro exteriormayor en aproximadamente 5 cm. que el pilote, con la parte superior cilíndrica ya preparada paraintroducir en el extremo inferior de la entubación. Con golpes de maza o martillo se hinca desde laparte superior de la entubación y se encaja hasta la profundidad que se requiere para el pilotaje. Luego se extrae la entubación con la precaución de que quede un mínimo de hormigón igual a 2veces el diámetro interior; de esta manera se impide la entrada de agua por la parte inferior. Laforma de extraer la entubación es con un golpe en la cabeza, logrando el efecto de vibrado delhormigón.



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