SEMANA 7:

CIMENTACIONES Y LA INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES GEOLOGICAS DEL TERRENO EN EL DISEÑO

1. Introducción:

Las construcciones sean edificios, puentes, diques de represas, etc, descansan sobre terreno a través de lo que se denomina las cimentaciones.

2. Definición:

Es una parte de una estructura que transmite al terreno subyacente su propio peso mas el peso de la superestructura y de otra cualquier fuerza que actué sobre ella, por lo tanto se considera que la cimentación es el elemento de enlace entre la superestructura y el terreno.

3. ¿Por qué se justifica el reconocimiento Geológico para una cimentación?

El reconocimiento geológico para una cimentación es útil para obtener información geológica y geotécnica del terreno donde se va a construir, información necesaria para poder determinar por ejemplo la capacidad portante, la posibilidad de asentamientos u otros factores determinantes del comportamiento mecánico de los suelos o de los macizos rocosos.

4. Objetivos de un estudio geológico – geotécnico para cimentaciones: Conocer la naturaleza de los suelos y de las rocas donde se va construir. Conocer la profundidad de la napa freática y las condiciones hidrogeológicas. Conocer el grado de agresividad de las aguas subterráneas. Detectar la presencia de suelos inestables. Detectar posibles problemas geológicos por ejemplo deslizamientos, fallas geológicas

activas, zonas kársticas Detectar hundimientos. Investigar posibles accidentes durante la construcción por ejemplo desprendimiento de

excavaciones no entibadas. 5. Puntos a considerar en el estudio de un proyecto de cimentación:

El estudio es sencillo y basta con un reconocimiento de campo o bien el terreno puede ser complejo y requiere investigaciones más minuciosas más costosas, puede llevarse estudio geofísicos, perforaciones, pozos, etc

Tipo y destino de la obra a construirse.

Antes del inicio de una cimentación es necesario determinar con bastante exactitud el sistema de fuerzas que van a actuar sobre la cimentación e incluso determinar si se pueden producir subpresiones, son producidas por el empuje de la napa freática; se sabe por ejemplo que la cimentación de un puente no plantea los mismos problemas que las cimentaciones de un edifico o de un muelle, algunas obras solamente ejercen esfuerzos verticales como los muros de los edificios en general, como los pilares de los puentes de vigas horizontales, otros ejercen esfuerzos oblicuos como por ejemplo los estribos de puentes en arcos, los muros de los muelles o los diques de las represas.

Naturaleza del terreno sobre el que se va a construir.

Cada terreno se caracteriza por su resistencia por eso es necesario en el sitio elegido reconocer la naturaleza del terreno se trata de suelo (suelos insitu o transportado) o roca (insitu o un bloque transportado) que se encuentra en superficie o en profundidad, para determinar la capa u horizonte sobre el cual se va a poyar la cimentación, es necesario ejecutar sondeos o pozos para obtener muestras y conocer las condiciones y naturaleza de suelos en profundidad, edificar o construir sin hacer este tipo de investigaciones naturalmente se está cometiendo una grave falta técnica.

Presencia de aguas superficiales y subterráneas

La presencia de agua siempre modifica completamente las condiciones de ejecución y el precio de las obras

Emplazamiento de la obra

Se debe tomar en cuenta las posibilidades los fenómenos de geodinámica interna y externa que puede averiar o afectar la cimentación cuando ya esté terminada, como por ejemplo cuando las cimentaciones de un puente puede ser averiada por infiltración o socavaciones.

6. Poder Portante del suelo de cimentación.

Todos los terrenos poco compactados (sueltos) son susceptibles a sufrir deformaciones apreciables por acción de las cargas que se les aplican, por ejemplo las rocas cuando están sanas las deformaciones son sanas. Las presiones transmitidas por las superestructuras de una obra al suelo de cimentación debe ser inferior a la fuerza portante del suelo, en realidad si esto no fuera así la obra sufriría asentamientos lo que en general resulta intolerable para la superestructura, generalmente se toma como referencia o como fuerza portante 1/3 del poder portante de lo que realmente puede soportar el suelo, una primera aproximación de la fuerza portante de los suelos son los siguientes:

Los suelos de terrenos pantanoso o suelos purgosos(orgánicos) se consideran 0 kg/cm2.

Los terrenos de relleno... 0.5 kg/cm2. Suelos de arena fina de granulometría de hasta 1 mm. . . . .1-2 kg/cm2. Suelos de arena fina de granulometría de hasta 1 a 3 mm. . . . .2-3 kg/cm2. Arena y grava una mezcla grava de hasta 70mm. . . .3-4 kg/cm2. Arcilla o marga húmeda 0 kg/cm2 En el caso de las rocas: Roca de regular resistencia 10 kg/cm2 Rocas de buena calidad 15 kg/cm2 Rocas muy duras en masas muy compactas 30 kg/cm2.

7. Influencia de las condiciones geológicas del terreno en el diseño:

Pueden ser de 3 tipos:

TIPO I: Cuando existe roca firme en superficie o muy cerca de la superficie.

Aflora roca firme o hay una capa de roca firme a 0.5 metro o 1 metro y la cimentación va a descansar sobre roca, para que sea posible cimentar directamente. Los edificios construidos de Grenco (Roca Ígnea) en el Cerro Camacho, el edificio del Planetario en el Morro solar (Roca sedimentaria), hay que tener en cuenta lo siguiente: 1) El tipo de roca. 2) Profundidad de la meteorización. 3) Descripción de las discontinuidades presentes en las rocas, contactos, fallas, diaclasas. 4) Resistencia mecánica a la comprensión simple.

TIPO II: Cuando la roca fuerte esta debajo y es económico llegar hasta ella desde la superficie.

La roca firme está a una profundidad económicamente para llegar a ella, el limitante es la profundidad, para conocer la profundidad de la roca firme o el horizonte resistente se deben ejecutar perforación o sondeos en el lugar que se va a edificar, y mediante esos sondeos se va descubrir si existe o no nivel freático. Si la profundidad no es demasiado grande y el suelo está libre de grandes cantos rodados en este segundo caso el empleo de pilotes es el método más frecuente a seguirse. Pueden ser pilotes de acero, deberán protegerse de la corrosión o pilotes de concreto, investigar en el caso si hay napa freática el contenido de sulfatos. Para este caso II hay dos tipos de pilotes de punto y de fricción, los pilotes de punta desarrollan su capacidad de carga apoyándose directamente en la roca o un estado resistente, mientras que los pilotes

de fricción desarrollan su resistencia por medio de la fricción lateral que se produce entre el pilote y el suelo que lo rodea.

TIPO III: Cuando el horizonte rocoso fuerte está muy alejado de la superficie.

La roca firme se encuentra a una profundidad que no es económica llegar a ella de manera que es necesario asentar la estructura en los materiales sueltos que cubren a la roca firme, este tipo es el más común a nivel mundial, porque las grandes ciudades se han formado al lado de los ríos donde hay depósitos aluviales en Lima más del 95% de la zona urbana esta comprendida en este caso. Se debe realizar investigación del suelo si se desea desarrollar un proyecto de manera satisfactoria de la cimentación, en este tipo de suelo las cargas se van a transmitir a través de plataformas anchas o plateas que descansas sobre la superficie del suelo u horizonte elegido.

8. Selección Preliminar del Tipo de Cimentación:

Los suelos de las cimentaciones pueden estar constituidos por varias capas heterogéneas que pueden dar lugar a asentamientos desiguales o asentamientos peligrosos, Por ejemplo México un suelo muy complejo, por otro lado hay que tener en cuenta que las cimentaciones deben estar defendidas de los procesos de erosión de las aguas superficiales que pueden destruir, esto es común en los puentes, las obras son tanto más delicadas cuanto mayor es la profundidad y puede resultar particularmente difíciles si se encuentran capas acuíferas subterráneas.

9. Influencia del Agua Subterránea:

Cuando las aguas subterráneas están profundas no hay relación con la cimentación de los edificios, pero si existiera napas freáticas cerca de la superficie tienen que estimarse muy en cuenta para la cimentación para impermeabilizarla permanentemente y tomar medidas para evitar su deterioro, también puede suceder que la cimentación sufra por levantamiento hidrostático, empuje hidrostático, puede levantar las losas del piso y malograr los muros. Cuando se construye una obra donde hay presencia de aguas subterráneas interesa al que diseña, al que construye y al propietario de la obra.

10. Cimentaciones de edificios:

Muchos accidentes se han producido por asentamientos excesivos, las obras que se apoyan en roca o directamente en roca a través de pilotes van a sufrir pequeños asentamientos siempre que la roca sea firme, sana y resistente, en este caso los desplazamientos son despreciables, si las obras descansan en terrenos sueltos se van a producir asentamientos muy apreciables a menos que se adopten las medidas correctivas, la practica moderna toma en cuenta estas circunstancias y las cimentaciones se proyectan de manera que los asentamientos se distribuyan uniformemente a fin de evitar peligrosas distorsiones estructurales.3 consideraciones sobre la cimentación, una cimentación puede considerarse asegurada cuando : 1) A sido bien proyectada y distribuye en forma satisfactoria sobre el terreno sobre el cual descansa las cargas que actúan sobre ella. 2) Si el esfuerzo máximo sobre suelo de cimentación es inferior o igual a 1/3 al poder cortante del suelo. 3) Si está libre de socavaciones.

11.Cimentaciones de Puentes:

La cimentación de los estribos y de los pilares de los puentes son parte esencial de estas obras, los puentes rara vez han fallado por carga excesiva, corrientemente han fallado por socavación de los pilares, hay que tener en cuenta el peso entero del puente y la sobrecarga que soporta (camiones, ómnibus, personas, etc.) es resistido en última instancia por el lecho de la cimentación en la que descansa los pilares o los estribos. Cuando se hace investigaciones preliminares para puentes y no se ha realizado observaciones geológicas previamente es muy posible confundir como roca firme un extenso depósito de cantos rodados o grandes bolones, algunos de puentes en el Norte del Perú colapsaron por que descansaban sobre bolones y no

sobre roca firme. Como regla general deben ejecutarse por lo menos una perforación en cada estribo del puente y debajo de cada pilar.

12.Cimentaciones en suelos inestables: 1) Suelos susceptibles a la acción del agua, rocas y suelos expansivos es decir materiales

donde hay arcillas montmorillonitas.2) Suelos sometidos a asentamientos rápidos cuando llegan a saturarse, por ejemplo los

loes.13.Influencia de las vibraciones:

Las vibraciones tienen influencia en las cimentaciones y en las paredes de las construcciones, las vibraciones pueden provocar asentamientos de las cimentaciones especialmente cuando estas descansan sobre suelos gravosos o arenosos.