Cimentaciones profundas

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Análisis y diseño de Cimentaciones LL Cimentaciones Profundas Página 1 DEDICATORIA El presente trabajo dedicamos a Dios, porque gracias a él tenemos todo lo necesario, y por colmarnos de bendiciones, y a nuestros padres que siempre nos apoyan en nuestras decisiones y por el esfuerzo que ellos hacen para nuestra formación profesional que nos servirá para ser útil en la sociedad.

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DEDICATORIA

El presente trabajo dedicamos a Dios, porque gracias

a él tenemos todo lo necesario, y por colmarnos de

bendiciones, y a nuestros padres que siempre nos

apoyan en nuestras decisiones y por el esfuerzo que

ellos hacen para nuestra formación profesional que

nos servirá para ser útil en la sociedad.

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PRESENTACION

El presente trabajo pretende dar a conocer el tema de CIMENTACIONES

PROFUNDAS, clasificación y tipos así como el proceso constructivo, su

utilización en los diferentes tipos de obras estructurales que es de mucha

consideración para el análisis y diseño de cimentaciones.

En este trabajo se podrá ver como se realizaron las investigaciones y análisis del

tema a presentar, también las fuentes de donde se obtuvieron datos para la

elaboración de este trabajo.

El presente trabajo, de carácter definitivo, es el resultado de los trabajos de grupo

que se tuvo que adjuntar varios apuntes obtenidos de diferentes medios de

información y bibliografías.

Dicho esto presentamos el presente trabajo denominado CIMENTACIONES

PROFUNDAS al cual moderadamente ponemos a su disposición ,esperando

siempre que si existe algunos errores fue sin ninguna intención más por el

contrario se desarrolló con la mayor preocupación.

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AGRADECIMIENTO

Damos las gracias sobre todo a nuestros padres, quienes son el principal apoyo

para que podamos estudiar en la universidad, ellos Proporcionaron el material y

nos brindaron la comprensión por el tiempo que dedicamos al presente trabajo.

Desde luego agradecemos al ing. Wilson Gómez, Docente de la Asignatura de

Analisis y diseño de Cimentaciones II; quien aporto en nuestro desarrollo del

aprendizaje del curso, y nos guió para mejorar la calidad de nuestros

conocimientos, mediante sus explicaciones en el Aula.

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INDICE

INTRODUCCION………………………………………………………. 3

I.- OBJETIVOS…………………………………………………………..7

II.- MARCO TEORICO………………………………………………….7

2.1 PILOTES……………………………………………………8

2.2 FUNCION DE LOS PILOTES……………………………8

III.- CLASIFICACION DE LOS PILOTES..…….…………………….10

IV.- CALCULO DE PILOTES………………………………………….11

V.- TIPOS DE PILOTES.……………………………………………….13

5.1-EN FUNCION DE LA MAQUINARIA UTILIZADA…….13

5.2-SEGÚN LA FORMA DE TRABAJO…………………….16

5.3-SEGÚN SU PERFIL LONGITUDINAL………………….18

5.4-POR EL TIPO DE MATERIAL…………………….…….19

5.5-CONSTITUIDOS POR NUEVOS MATERIALE……….21

5.6-POR EL TIPO DE PROCESO CONSTRUCTIVO…….23

VI.- OTROS TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS……….28

VII.- CONCLUSIONES..……………………………………………….28

VIII.- BIBLIOGRAFIA….……………………………………………….29

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INTRODUCCION

La cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las cargas

que soporta una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la

capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean

Admisibles para la estructura.

Por tanto, para realizar una correcta cimentación habrá que tener en cuenta las

características geotécnicas del suelo y además dimensionar el propio cimiento

como elemento de hormigón, de modo que sea suficientemente resistente.

El uso de pilotes es una de las técnicas más antiguas del hombre para superar las

dificultades de la cimentación de estructuras en suelos blandos. Antes del siglo

XIX, el tipo de cimentación más común en los edificios eran zapatas continuas, y

sólo si el terreno era incapaz de soportar las presiones que ejercían las zapatas,

se usaban pilotes. El diseño de estas cimentaciones estaba basado en la

experiencia o simplemente dejado a la divina providencia.

En sus inicios, los pilotes eran todos de madera por su abundancia y su fácil

maniobrabilidad, así que para dar seguridad a una estructura se hincaban pilotes

en forma abundante, sin ninguna norma y a criterio del constructor. De esta

manera, la capacidad de carga del pilote estaba limitada por el grosor de la

madera y su capacidad de soportar el peso del martillo sin astillarse. Es así que en

un principio se crearon reglas primitivas mediante las cuales la carga admisible de

un pilote se basaba en la resistencia al golpe de un martillo de peso y altura de

caída conocidos. Como el tipo de estructura de esa época no sufría grandes

asentamientos, no surgió otro material que lo reemplace.

A medida que el desarrollo industrial aumenta, se crea una demanda de

estructuras pesadas en lugares de terreno blando; surge entonces el pilote de

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concreto como una solución que supera largamente al pilote de madera, debido a

que podía ser fabricado en unidades de las mismas dimensiones que el pilote

hecho de madera, pero capaz de soportar compresiones y tensiones mucho

mayores. Además que puede moldearse en cualquier forma estructural de acuerdo

a las solicitaciones de carga y del tipo de suelo sobre el que se hinca. Con el

desarrollo de las máquinas de gran eficiencia de perforación a gran profundidad y

diámetro, se reemplazó parcialmente los pilotes hincados por los pilotes

moldeados in-situ. Posteriormente el acero, por su fácil maniobrabilidad y gran

resistencia de hincado a grandes profundidades, empezó a tener auge, siendo los

problemas de corrosión solucionados con la introducción de capas de pinturas

durables y resistentes. Conforme el costo de las cimentaciones piloteadas toma

importancia, surge la necesidad de determinar un número de pilotes que no fuese

mayor que el necesario para proporcionar seguridad a la estructura; se llega

entonces a especulaciones teóricas que dan por resultado fórmulas de hinca,

aunque posteriormente se determina que éstas adolecían de grandes defectos,

haciéndose usual determinar la carga admisible del pilote ejecutando ensayos de

carga sobre un pilote de prueba y determinando el número de pilotes mediante el

cociente de la división de la carga total entre la carga admisible por pilote.

Algunas estructuras resultaron satisfactorias, sin embargo, otras fallaron, de lo

cual se deduce que el asentamiento de una cimentación no está necesariamente

relacionado con el asentamiento de un pilote de prueba, aun cuando la carga por

pilote fuese igual a la carga del pilote de prueba. De cualquier forma, es necesario

conocer la capacidad de carga de un pilote porque forma parte de la información

para desarrollar un proyecto de cimentaciones piloteadas.

Para tener una cabal comprensión del comportamiento de pilotes, se debe

conocer todos los tipos de pilotes y los métodos de instalación existentes. El

diseño y la construcción de cimentaciones piloteadas es un campo de la mecánica

de suelos en la que se requiere el criterio de un ingeniero que no se confíe en el

discutible valor de una fórmula y que sepa hacer uso de su experiencia, sentido

común e intuición del comportamiento de los materiales.

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1.- OBJETIVOS

1.1.- OBJETIVO GENERAL

Conocer y/o aumentar el conocimiento sobre el tema de CIMENTACIONES

PROFUNDAS.

1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Conocer los tipos de cimentaciones profundas.

- Conocer sus diferentes usos en los diferentes y consideraciones que se

debe tomar en cuenta.

2. MARCO TEORICO

2.1 CIMENTACIONES PROFUNDAS

Para poder diferenciar una cimentación superficial con una cimentación

profunda tenemos la siguiente relación:

Superficiales: cuando el nivel de cimentación es inferior a cuatro veces la

dimensión menor del cimiento.

Profundas: cuando el nivel es superior a diez veces la dimensión menor.

Entre ambos grupos evidentemente hay gran cantidad de casos intermedios.

Dentro de las cimentaciones profundas el caso más común y más usado en

las estructuras es el de pilotes, pero a la vez también podemos encontrar lo

que se denomina pantallas, los piquetes, o “picots” los cajones y pozos de

cimentación las columnas de grava o de terreno inyectado, estabilizado, etc.

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2.1.1 PILOTES

El pilote es un elemento estructural que forma parte de la infraestructura de

la edificación, su utilización es cuando se tienen circunstancias especiales:

• Cuando el terreno firme para cimentar se halla a mucha profundidad. (Más

de 5 m).

• Cuando la obra vaya a tener cargas muy fuertes o concentradas y el terreno

no tenga suficiente resistencia.

• Se justifica su utilización luego de evaluar y concluir que el terreno no

permite cumplir económicamente con los requisitos mecánicos

fundamentales, utilizando cimentaciones superficiales, como en los casos

de la existencia de suelos blandos, sueltos, y/o expuestos a socavación,

típica de los cauces de los ríos.

• Se utiliza únicamente cuando resulta más barato que retirar el terreno de

poca capacidad portante y sustituirlo por otro más resistente.

• Evita asientos e incremento de tensiones sobre edificios vecinos.

2.1.2 FUNCIONES DE LOS PILOTES

a) Transferir cargas de la superestructura y del resto de la infraestructura a

través de estratos débiles o compresibles, a través del agua o aire,

hasta estratos inferiores con la suficiente capacidad de carga como para

soportar la estructura, comportándose el pilote como una extensión de

columna o pilar. Estos estratos inferiores pueden ser rocas, arcillas

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duras o suelos de baja compresibilidad. Al pilote que reposa sobre estos

estratos se le denomina "pilote de punta".

b) Transferir o repartir la carga sobre un suelo relativamente suelto a través

de la fricción de superficie entre el pilote y el suelo. Este tipo de pilote se

le denomina "pilote de fricción" y a su vez se puede subdividir, según

Terzaghi, en pilotes de fricción en suelos de grano grueso muy

permeable y pilote de fricción en suelos de grano fino o de baja

permeabilidad. En la naturaleza es difícil encontrar estratos de suelos

homogéneos, por lo que no existe un límite real entre estas categorías.

c) En situaciones donde el suelo alrededor de un pilote lo mueve hacia

abajo, a esto se le denomina "fricción negativa", esta fricción tiende a

hundir el pilote y si éste no puede penetrar más, en la punta del pilote se

generará una presión concentrada. Este caso se puede presentar

cuando se hinca un pilote en un estrato blando en cuya superficie se

coloca un relleno que consolide el terreno, entonces éste al consolidarse

generará en las caras del pilote unas fuerzas de fricción hacia abajo que

se denominan fricción negativa.

d) Proporcionar anclaje a estructuras sujetas a subpresiones, momentos de

volteo o cualquier efecto que trate de levantar la estructura. Las fuerzas

horizontales se resisten por pilotes en flexión o por grupos de pilotes

verticales e inclinados que actúan como un sistema estructural,

combinando las resistencias axiales y laterales de todo el grupo.

e) Alcanzar con la cimentación profundidades que no estén sujetas a

erosión, socavaciones u otros efectos.

f) Para evitar los daños que puede producir una futura excavación a la

cimentación de una edificación adyacente; en este caso el pilote lleva la

carga de la cimentación debajo del nivel de excavación esperado

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g) En áreas de suelos expansivos o colapsables, para asegurar que los

movimientos estacionales no sucederán.

h) Proteger estructuras marinas como muelles, atracaderos, contra

impactos de barcos u objetos flotantes.

i) Soportar muros de contención, contrafuertes o cimentaciones de

máquinas.

j) Compactar el suelo.

3.- CLASIFICACION DE PILOTES

Se pueden clasificar en los siguientes tipos:

a) pilote aislado: aquél que está a una distancia lo suficientemente alejada

de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos.

b) grupo de pilotes: son aquellos que por su proximidad interaccionan entre

sí o están unidos mediante elementos estructurales lo suficientemente

rígidos, como para que trabajen conjuntamente.

c) zonas pilotadas: son aquellas en las que los pilotes están dispuestos con

el fin de reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las

cimentaciones. Suelen ser pilotes de escasa capacidad portante individual

y estar regularmente espaciados o situados en puntos estratégicos.

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d) micropilotes: compuestos por una armadura metálica formada por tubos,

barras o perfiles introducidos dentro de un taladro de pequeño diámetro,

pudiendo estar o no inyectados con lechada de mortero a presión más o

menos elevada.

4.- CÁLCULO DE PILOTES

Factores que se toman en cuenta:

a) Su construcción. Se calcula la sección del hormigón y del hierro de que

está compuesta su armadura; así como también la transmisión de fuerzas

por frotamiento con el terreno y presión de la punta.

b) El transporte del taller a la obra por las vibraciones que sufre el material.

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c) Su levantamiento por grúa.

d) Su hinca.

d) Las cargas a soportar. Como regla general, el cálculo se basa

principalmente, en los esfuerzos que sufre durante su transporte y la

tensión producida al ser izado por la grúa para prepararlo a la hinca. Se

determina el número de pilotes, colocándolos según la forma de la losa

sobre la que irá la construcción, así como los momentos y la reacción que

el pilote ejerce en su eje, pues es necesario tener muy en cuenta el

esfuerzo cortante a que está sometida la losa. Se obtienen las medidas de

las losas para cimentaciones con pilotes.

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5.- TIPOS DE PILOTES

5.1 TIPOS DE PILOTES EN FUNCIÓN DE LA MAQUINARÍA UTILIZADA

- CON ENTUBACIÓN Y TRÉPANO

• Formación de pilotes hincados por percusión sin extracción de tierras

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- CON CUCHARA BIVALVA

•Excavación, entubación, armadura, colado y extracción de entubación.

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- CON BARRENA HELICOIDAL

• Excavación, armado con separadores y colado.

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5.2 TIPOS DE PILOTES SEGÚN LA FORMA DE TRABAJO

a) pilotes por fuste: en aquellos terrenos en los que al no existir un nivel

claramente más resistente, al que transmitir la carga del pilotaje, éste

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transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. Se

suelen denominar pilotes “flotantes”

b) pilotes por punta: en aquellos terrenos en los que al existir, a cierta

profundidad, un estrato claramente más resistente, las cargas del pilotaje se

transmitirán fundamentalmente por punta. Se suelen denominar pilotes

“columna”.

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5.3 TIPOS DE PILOTES SEGÚN SU PERFIL LONGITUDINAL

- De sección uniforme. Son los más comunes.

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- Troncos cónicos. Permiten un fácil hincado pero tienen la tendencia a hundirse

con el paso del tiempo, debido a su forma de cuña. Son pilotes que trabajan por

fricción.

- Escalonados. Llamados también telescópicos, pueden construirse por tramos,

para una más fácil ejecución.

- De bulbo. Presentan un ensanchamiento en la base, que mejora notablemente

su resistencia por punta.

5.4 TIPOS DE PILOTES POR EL TIPO DE MATERIAL

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a) hormigón “in situ”: se ejecutarán mediante excavación previa, aunque

también podrán realizarse mediante desplazamiento del terreno o con

técnicas mixtas (excavación y desplazamiento parcial).

b) hormigón prefabricado: podrá ser hormigón armado (hormigones de alta

resistencia) u hormigón pretensado o pos tensado.

c) acero: de secciones tubulares o perfiles en doble U o en H. Los pilotes

de acero se deben hincar con azuches (protecciones en la punta)

adecuados.

d) madera: se usan para pilotar zonas blandas amplias, como apoyo de

estructuras con losa o terraplenes.

e) mixtos, como los de acero tubular rodeados y rellenos de mortero.

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5.5 PILOTES CONSTITUIDOS POR NUEVOS MATERIALES

Fibra de vidrio: Tubos de fibra de vidrio de alta resistencia que se rellenan de

concreto después del hincado. Su uso más común es para estructuras marinas

(diques, atraco de embarcaciones, muelles)

Tablestaca SuperLoc: De polímero reforzado con fibras. Resiste impactos,

deformación a largo plazo, rayos ultravioleta e intemperismo mejor que las

tablestacas de PVC. Su instalación es similar a las tablestacas metálicas.

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Pilotes térmicos: Consiste en extraer energía térmica del suelo a través de la

cimentación profunda y proveer los sistemas apropiados (sondas) que permitan

que sea utilizada en las edificaciones. Puede ser usado para calefacción o

enfriamiento. En Alemania se ha usado por más de 20 años. Las condiciones de

diseño involucran las propiedades de conductividad térmica del suelo

estratificado, la geometría de la cimentación y la distribución en planta de los

elementos.

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Pilote Soilex: Utiliza una bolsa expandible que funciona como una ampliación de

la base después de instalar el pilote, inyectando concreto o mortero. De esta

manera, se forma un bulbo, 5 a 10 veces más grande que el diámetro original.

Dado que es capaz de tomar esfuerzos de compresión y tensión, se puede utilizar

como pilote de punta, o como ancla.

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5.6 TIPOS DE PILOTES POR EL TIPO DE PROCESO CONSTRUCTIVO:

a) pilotes prefabricados hincados: la característica fundamental de estos

pilotes estriba en el desplazamiento del terreno que su ejecución puede

inducir, ya que el pilote se introduce en el terreno sin hacer excavaciones

previas que faciliten su alojamiento en el terreno.

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LAS FORMAS DE HINCAR PILOTES PUEDEN SER:

• Por vibración

• Percusión con golpes de maza

Los pilotes hincados podrán estar constituidos por un único tramo, o por la unión

de varios tramos, usando juntas. La resistencia a flexión, compresión y tracción del

pilote nunca será superior a la de las juntas que unan sus tramos. Se pueden

construir aislados siempre que se realice un arriostramiento (rigidizar o poner

soportes) en dos direcciones ortogonales y que se demuestre que los momentos

resultantes en dichas direcciones son nulos o bien absorbidos por la armadura del

pilote o por las vigas riostras.

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b) pilotes hormigonados “in situ”: son aquellos que se ejecutan en

excavaciones previas realizadas en el terreno.

Se diferencian los siguientes tipos:

Pilotes de desplazamiento con azuche,

Pilotes de desplazamiento con tapón de gravas,

Pilotes de extracción con entubación recuperable,

Pilotes de extracción con camisa perdida,

Pilotes de extracción sin entubación con lodos tixotrópicos,

Pilotes barrenados sin entubación,

Pilotes barrenados,

Hormigonados por el tubo central de la barrena y

Pilotes de desplazamiento por rotación.

PILOTES DE CONCRETO VACIADO EN CAMISAS NO RECUPERABLES

Se coloca en el terreno de forma permanente, un tubo de pared delgada

ondulada y reforzada, de forma cilíndrica o troncocónica, y se llena de

concreto armado o sin armar.

Deben ser llenados inmediatamente luego de colocados, cuando se retira el

mandril o núcleo central que se inserta dentro del tubo para mantener su

forma durante la puesta en obra pues si no, la presión lateral del suelo puede

deformar o abollar el tubo delgado, obstruyéndolo, especialmente en suelos

arenosos densos.

El tubo que sirve de molde no cumple funciones estructurales o resistentes,

sino que evita que el suelo esté en contacto directo con el concreto del pilote.

Entre 13 pilotes de este tipo se pueden mencionar los siguientes: Pilotes

Raymond Escalonados Normales, Pilotes Punta de Botón, Pilotes Cobi ,

Pilotes Urilon Monotube.

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Se usan en caso de suelos con agua subterránea, o suelos agresivos, para

evitar que las sustancias corrosivas entren en contacto con el concreto

fresco.

Su costo generalmente es más elevado que el de los pilotes con camisa

recuperable.

PILOTES DE CONCRETO VACIADO PUESTO EN OBRA CON TUBO

RECUPERABLE

Son los pilotes que son vaciados dentro de un tubo forma o camisa metálica que

se hinca en el terreno por percusión y luego se va extrayendo a medida que se

vacía el concreto dentro.

De esta forma, la camisa puede rehusarse en nuevos pilotes.

Entre los diferentes tipos de pilotes fabricados mediante esta técnica se pueden

mencionar los siguientes:

Pilotes Simplex

Pilotes Express

Pilotes Vibro

Pilotes Franki

Consideraciones:

diámetro < 0,45 m: no se deben ejecutar pilotes aislados, salvo en

elementos de poca responsabilidad en los que un posible fallo del

elemento de cimentación no tenga una repercusión significativa;

0,45 m < diámetro < 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados siempre

que se realice un arriostramiento en dos direcciones ortogonales y se

asegure la integridad del pilote en toda su longitud.

diámetro > 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados sin necesidad de

arriostramiento siempre y cuando se asegure la integridad del pilote en

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toda su longitud y el pilote se arme para las excentricidades permitidas y

momentos resultantes.

6.- OTROS TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS:

Los cajones y pozos de cimentación.

Los paneles de pantalla, simples o combinados en forma de +, H, T, etc.

Los piquetes, o «picots», elementos de forma troncocónica en los que el

hormigón se comprime contra el terreno por la misma pieza que,

hincada, sirvió para abrir el hueco hormigonado en el terreno.

Los pilotes de base ensanchada o acampanada (zapilotes), o con bulbos

a lo largo del fuste.

Las columnas de grava o de terreno inyectado, estabilizado, etc.

7.- CONCLUSIONES

El proyecto de una cimentación de pilotaje es análogo al de cualquier

otra parte de una estructura. Se suponen unas dimensiones y se

comprueba si con las dimensiones propuestas se tiene la seguridad

necesaria y se revisa sucesivamente hasta que se encuentre que el

proyecto es satisfactorio. Se comparan varios proyectos y al final se

selecciona uno, basándose esta selección en el costo y en el tiempo

necesario para su construcción.

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El colocar pilotes en una cimentación puede ser inútil en algunos lugares

y bajo ciertas condiciones puede ser muy perjudicial. Por ejemplo: una

capa; la de un suelo bastante firme situada sobre otra capa profunda de

suelo blando, pudiera actuar como una losa natural para distribuir la

carga de una cimentación poco profunda. La hinca de pilotes en la capa

firme puede romperla o reamasarla; el resultado final seria la

concentración de cargas en un estrato blando con el correspondiente

asentamiento excesivo.

8.- BIBLIOGRAFIA

Arnau Rodríguez, J.M., Fernández Tadeo, c. Y Correa Lloreda, l.

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Schmitt, h. Y Heene, a. Tratado de construcción. Gustavo Gili, 1988.

Calculo practico de estructuras de edificios - Ing. José Calavera Ruíz -

segunda edición

- Editorial INTEMAC (Instituto Técnico de Materiales y Construcciones).

Colegio de Ingenieros Civiles de México A.C ”La Ingenieria Civil de

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Jiménez Salas, J. A. Et al “Geotécnia y Cimientos I, II y III” Ed.Rueda,

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Lambe. T. Y Whitman, R. “Mecánica de Suelos” John Wiley, 1996

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