AGOTAMIENTO DE ZANJAS

CLASES DE CIMENTACIONES

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INTRODUCCIN

A travs de las cimentaciones se trasmiten las cargas de la obra a terreno firme; segn la situacin de ste, es necesario cimentaciones superficiales o profundas.

CIMENTACIN SUPERFICIAL: Cuando la obra descansa directamente sobre terreno firme

CIMENTACIN PROFUNDA: Cuando slo se encuentran capas de terreno firme de suficiente espesor a cierta profundidad, las cargas de la obra deben trasmitirse a dichas capas.

Si no se puede alcanzar capas de terreno firme por medios econmicos, la nica solucin es la CIMENTACIN FLOTANTE.

Esto nos indica la incidencia de los costos de la cimentacin, dejando en duda, en algunos casos, el emplazamiento de la obra.

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NORMA SE-CM (geotecnia y cimentaciones)

6. Cimentaciones

6.1 Generalidades y metodologa general para diseo de cimentacin

NORMA SE HM (Estructuras de hormign armado)

9.4.1. Excavacin y cimentacin

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CIMENTACIONES SUPERFICIALES

La capacidad de carga del terreno por lo comn, inferior a la del material de construccin sustentante, a excepcin de la roca.

Es necesario repartir sobre una mayor superficie de terreno la carga de la obra a soportar mediante ensanchamientos en forma de zapatas o losas de cimentacin situadas debajo de los muros y de la estructura sustentante.

Se distinguen cimentaciones superficiales:

1. Cimentaciones corridas, bajo muros

2. Cimentaciones aisladas, debajo de pilares

Cimentaciones en forma de losas o placas y emparrillados para mejorar el reparto de cargas

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Materiales para cimentaciones superficiales

Tener en cuenta que los bloques de cimentacin se encuentran expuestos permanentemente a la humedad y en muchos casos a la accin de sustancias qumicamente agresivas

Cimientos sencillos: hormign vibrado (a profundidades sin peligro de congelamiento), bloques de hormign ordinario (ciclpeo), piedra natural, ladrillo cocido, bloques de cal - hormign.

Los aglomerantes son hidrulicos, porque tienen que fraguar y endurecerse bajo la accin de la humedad, y con frecuencia dentro del agua

Cuando es mampostera con humedad normal, basta con mortero de cal hidrulica o de cal y cemento.

Para trabajos bajo el agua, nicamente se emplea mortero de cemento

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Base de la cimentacin superficial

La base no debe estar expuesta a heladas (enterradas preferible de 80 a 150 cm.)

La base es normalmente una superficie horizontal, y nicamente se inclina cuando sobre la obra actan esfuerzos horizontales importantes, entonces se inclina perpendicularmente al esfuerzo resultantes de las cargas. En un terreno en pendiente es posible escalonar la excavacin.

Por regla general, se coloca debajo de la base de la cimentacin, una capa de 5 a 10 cm de espesor como seguridad contra el debilitamiento de la seccin y el ensuciamiento procedente del terreno, que puede ser de hormign, arena, gravilla, ladrillo.

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Cimentaciones corridas y en bloques aislados

Cimentaciones corridas se aplican normalmente a muros y las de bloques aislados a pilares

El ancho de los bloques de cimiento estn en relacin con la carga inducida. Adems se tendr en cuenta la profundidad de cimentacin, asentamientos admisibles, etc.

Cuando el ancho necesario de los cimientos es conocido, la altura de los bloques se determina as:

El ngulo de reparto de las presiones en hormign es 60;

El ngulo de reparto de las presiones en ladrillos de cal y arena, y mortero de cemento portland es 45

Altura mnima de los cimientos de hormign es 30cm

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Las zapatas corridas se presentan en forma de franja y, en general, se colocan simtricamente debajo del muro que soportan. Las zapatas aisladas son, con frecuencia, carpetas cuadradas simples que soportan una sola columna. Cuando las columnas estn muy cercanas entre s o en el extremo de un edificio, se pueden usar zapatas especiales que soportan ms de una columna aislada.

El cimiento para muros representa el caso de una losa invertida en voladizo, con carga de gran intensidad ejercida por la presin del terreno y repartida uniformemente. Estos cimientos solo llevan acero de tensin en un sentido (acero perpendicular al muro); adems llevan acero paralelo al muro para absorber las contracciones y los cambios de temperatura

A medida que se incrementa la carga sobre el muro, el incremento del ancho necesario de la zapata, para controlar el esfuerzo en el suelo, produce, a la larga, cortante y flexin transversales significativos en la zapata. En algn punto, esto determina el espesor requerido para la zapata y para el refuerzo necesario en la direccin transversal. Si la zapata no est reforzada en la direccin transversal, el esfuerzo predominante es el flexionante por tensin transversal en el concreto. Si la zapata cuenta con refuerzo transversal, el esfuerzo predominante en el concreto es el cortante

Las zapatas aisladas se emplean para recibir las cargas de una columna (apoyo aislado). Por lo general son de seccin cuadrada o tambin rectangular, y su trabajo a flexin es en dos direcciones, llevando, por lo tanto, refuerzo de acero espaciado uniformemente en ambos sentidos. La columna podr apoyarse sobre una pilastra o dado, y ste a su vez sobre la placa de la zapata, o bien, colocarse directamente sobre la zapata; si se utiliza el dado, se recomienda que su seccin sea, como mnimo, igual a la de la columna y su altura no mayor de tres veces el lado menor del dado.

Para alturas mayores, se puede dar forma escalonada a sus caras, teniendo en cuenta siempre el ngulo de reparto de las presiones.

Estos cimientos de hormign, la mayor parte de las veces, pueden ser fundirse sin necesidad de encofrado, con caras bien verticales de la excavacin y capas no mayores a 30cm.

Si a pesar del escalonado, el bloque de cimientos resulta muy grande, se deber pensar en placas o losas de cimentacin.

Si la capacidad soportante del terreno estn en diferentes planos superficiales, los cimientos pueden asentarse a diferentes profundidades (escalonamientos verticales de cimentacin.

Uniendo las fajas de cimentacin formando un emparrillado y enlazando ste con los muros de hormign armado que van encima, se puede aumentar la rigidez, con el fin de forzar asentamientos uniformes

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Cimentaciones de losas o placas

Se utilizan cuando:

Cuando la base de cimientos calculada resulta de un ancho tal que la trasmisin de la carga vertical a 45 (para la distribucin uniforme sobre el terreno) implica una profundidad excesiva

Cuando son previsibles asentamientos irregulares por ser el terreno de estratificacin desigual

Cuando se requiere construir una edificacin en terreno flojo de gran espesor y una cimentacin sobre pilotes rgidos implicara un gasto excesivo por la exagerada longitud de los pilotes.

As la carga total del edificio se reparte sobre la placa de hormign armado que la trasmite a la superficie total del terreno y de este modo pueden evitarse o reducirse asentamientos importantes o desiguales.

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Estas losas llevan armadura principal en la parte superior para contrarrestar la contrapresin del terreno y el empuje del agua subterrnea, y una armadura inferior (debajo de las paredes portantes y pilares) para excluir la produccin de flechas desiguales.

A mayores luces mayores espesores

a mayores luces nervaduras de rigidizacin

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Vertidos de arena, grava y piedra

Para suelos pantanosos, aguas subterrneas, se puede conferir al terreno mayor firmeza o reducirse la profundidad de cimentacin, mediante vertido de arena, grava o piedra.

Se excava la porcin de terreno inadecuado, y se reemplaza por el vertido o relleno. En caso de aguas subterrneas, se debe proteger los desplazamientos laterales con tablestacados.

Los vertidos de piedra en terrenos pantanosos y en agua al descubierto, se hunden por su propio peso hasta encontrar un fondo resistente.

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CIMENTACIONES PROFUNDAS

Cuando el terreno firme para cimentar se halla a mucha profundidad, se tratar de llegar a esa capa mediante pilotes o de pozos.

Se quiere evitar las excavaciones y entibacin de zanjas y pozos por sus elevados costos y demorados procesos.

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Cimentacin sobre pilotes

Dos tipos: cimentacin rgida y la cimentacin flotante.

CIMENTACIN RGIDA DE PRIMER ORDEN: las puntas de los pilotes se clavan en una capa de terreno blando o flexible. Las fuerzas de sustentacin actan sobre la punta del pilote (pilotes de punta comprimida), y en menor proporcin por la accin del rozamiento de la superficie lateral del pilote con el terreno. Es la mejor y ms segura forma de cimentacin sobre pilotes.

CIMENTACIN FLOTANTE: los pilotes no se apoyan sobre ningn terreno firme, sino que permanecen sostenidos slo por el rozamiento en capas de terreno fuertemente compresibles. Se debe contar siempre con asentamientos de larga duracin. Deben estar hincados los pilotes lo ms profundo posible. Cuando el ancho es mayor a su longitud, el pilote no soporta su carga.

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Dimensionamiento de cimentaciones sobre pilotes

Cargas verticales sean trasmitidas al terreno slo a travs de los pilotes. Las cargas horizontales importantes pueden contrarrestarse inclinando los pilotes (grupo de pilotes) o mediante anclajes (placas, muros, etc.)

Los pilotes deben cargarse preponderantemente en la direccin de su eje

Deben estar hincados en terreno firme y a profundidad suficiente (ejem. Grava y arena compactas o semicompactas unos 3 m)

Debe procurarse que la profundidad de cimentacin sea lo ms regular posible; si no puede evitarse el escalonamiento de pilotes contiguos, los ms profundos deben hincarse primero.

Pilotes aislados deben estudiarse con respecto a su seguridad contra el pandeo

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La resistencia de un pilote depende de:

Clase de terreno y propiedades

Existencia de agua subterrnea

Longitud del hincado en las capas firmes

Espesor de las capas de cubierta

Forma y superficie de la seccin del pilote

Del material del pilote

Estado de la superficie lateral y de la configuracin de la punta

Posicin del pilote

Distancia a los dems pilotes

Manera de hincarlo

Rozamiento lateral negativo, cuando capas superiores del terreno se asientan

Cargas laterales

Influencia del tiempo (puede aumentar el rozamiento)y de la solicitacin dinmica

NEC SE-CM

8.2. Estado lmite de falla: capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte

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Confeccin de pilotes

Pueden ser prefabricados u hormigonados en obra

PILOTES PREFABRICADOS: Antiguamente hechos de madera, actualmente son de acero y hormign armado de elevada capacidad sustentante y resistentes a la putrefaccin; son hincados a golpes o a presin, se introducen al chorro de agua o se atornillan al terreno.

Las hincas de pilotes deben ir precedidas de perforaciones de exploracin hechas con todo cuidado para precisar la posicin exactas de las capas firmes

Estn condenados al fracaso si las puntas de los pilotes tropiezan con grandes fragmentos de roca o capas duras intermedias de escaso espesor.

De acero, por su elevado costo, son rara vez utilizados; los de hormign armado (macizos o huecos para grandes longitudes), pretensados en su mayora de casos para aminorar el riesgo de grietas durante los procesos de transporte e hincado.

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PILOTES HORMIGONADOS EN OBRA: Se ejecutan in situ, en un agujero previamente realizado por hinca o perforacin. Ofrecen la ventaja primordial de poder ajustar sus dimensiones de acuerdo con la resistencia de la hinca o con el estado de las capas perforadas; queda suprimido el difcil transporte de los prefabricados.

Tienden a aumentar la capacidad portante:

- Mejora de la capacidad portante del terreno bajo la punta por compactacin o consolidacin

- Fresado de una zapata

- Inyeccin del hormign de relleno a alta presin para crear una zapata y una superficie lateral de pilote ms ancha, con lo cual al propio tiempo queda compactado el terreno circundante

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Grfico de pilotes hormigonados en obra

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PILOTES HORMIGONADOS EN OBRA HINCADOS O INTRODUCIDOS A PRESIN: Se hinca a golpes o a presin un tubo-funda provisto de punta de pilote o de tapn de hormign, con lo cual se obtiene el agujero para el pilote y el sostn del terreno, quedando compactado bajo la punta del pilote y empujado lateralmente. Introduciendo finalmente hormign apisonado en el hueco y tirando simultneamente del tubo-funda se logra un rozamiento perifrico mayor que el de los pilotes prefabricados.

PILOTES DE PERFORACIN O BARRENADOS: Una ventaja adicional a los hincados en obra, porque exigen como aparato de perforacin un sencillo caballete trpode, sin necesidad de pesadas mazas, evitando vibraciones, pudiendo con esto ser empleados en proximidades a construcciones adyacentes.

Los trozos de roca de capas intermedias no constituyen obstculo, ya que se pueden atravesar con herramientas perforadoras. Se requiere un lquido tixtropo de sostenimiento de las paredes basta, incluso con presencia de aguas subterrneas.

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EMPARRILLADO DE PILOTES: Es el conjunto de pilotes dispuestos debajo de una obra. Las cabezas de stos soportan las cargas, sea directamente o a travs de una estructura de cimentacin que las distribuya.

La armadura de los pilotes y la de los elementos que constituyen los cimientos (losas, bloques aislados) deben estar entrelazadas.

Por regla general se disponen verticalmente, pero cuando son de grandes longitudes y los esfuerzos horizontales son importantes (ms del 3% de las cargas verticales) se disponen inclinados

PILOTES BARRENADOS DE GRANDES DIMETROS: Adems de costos de fabricacin ms bajos por Mpa de capacidad portante, stos ofrecen tambin mayor seguridad para absorber esfuerzos horizontales y momentos flectores. La excavacin se realiza con dragas de cuchara y para terrenos duros, mediante trpanos de cada libre.

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