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1MASTER EN REHABILITACIÓN ARQUITECTONICA.- INSPECCIÓN Y RECALCE DE LAS CIMENTACIONES

E.T.S. ARQUITECTURA DE A CORUÑA – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – Juan Pérez Valcárcel

TÉCNICAS BÁSICAS DE RECALCES

TÉCNICAS BÁSICAS DE RECALCES.

JUAN PÉREZ VALCÁRCEL

Catedrático de Estructuras

E.T.S.A. de La Coruña




EL RECALCE EN LA EDIFICACIÓN

Conceptos generales.

Recalces superficiales.

Recalces profundos.

Recalces atípicos.




CAUSAS DE UN RECALCE

Defecto de proyecto.

Defecto de ejecución.

Variaciones en el entorno. - Excavaciones.- Vibraciones- Alteraciones del nivel freático.

AumentoDisminución

Alteraciones de la estructura.- Incremento de plantas.- Incremento de cargas por cambio de uso.- Excavación de nuevos sótanos.




FASES DE UN RECALCE.

Refuerzo y apoyo provisional de la estructura, si se precisa.

Transferencia de cargas de la cimentación primitiva al apoyo provisional.

Análisis de la estabilidad del terreno ante la excavación.

Construcción de la nueva cimentación.

Transferencia de las cargas a la nueva cimentación.




REFUERZO Y APOYO PROVISIONAL.

EDIFICIOS ANTIGUOS.

Puede ser complejo y costoso.

Puede exigir grandes operaciones auxiliares. - Refuerzo de muros.- Zunchado de columnas.- Relleno o arriostrado de huecos.

EDIFICIOS MODERNOS.

Apeos interiores.

Apuntalamientos exteriores.




LAS ESTRUCTURAS AUXILIARES DE SUJECCIÓN EN LA EDIFICACIÓN

C Sirven para sostener el edificio durante la ejecución de la obra, el refuerzo o el recalce.C Permiten trabajar en razonables condiciones de seguridad y evitar daños en la edificación colindante.C Precisan un diseño sumamente cuidadoso. ö No pueden quedar sin estudio.

Problema principal ö Deben ser capaces de sostener el edificio si falla el apoyo.

C Dimensiones importantes.C Contrapeso.

Durmiente

Riostras

Ejión

Puntales

Velas




TIPOLOGÍAS DE APEOS.

Apuntalamientos.C Apoyados en el terreno.C Con contrapeso.C Anclados.

Acodalamientos.C Acodalamiento entre edificios.C Acodalamiento entre edificio y

terreno.

Apeos.C Con tornapuntas.C Con puntales. C Con vigas aguja.




Tipos de estructuras de sujección.

Velas

Puntales

Riostras

Durmiente

Ejión Velas

SopandasexistenteEdificio

existenteEdificio

Jabalcones

Codales

Viga de cabeza

Cruces de San Andrés

Viga de pie

Riostras

Apuntalamiento.

Acodalamiento.

Apeo.




Patología por deslizamiento de ladera en la iglesia de San Román das Encrobas.




Puntales 4x10 cm

Ø 20

Ø 20

10x510x10

15x5

15x5

ejión 5x5x10

Puntales 5x10 cm

Tirante 2 tablones 3x15 cm

Puntales 3x15 cm

Plantillas3x10 (min)

Puntal3x10

Tablas e=1,5 cm

Tableado sobre doscimbras e=1,5 cm

2,5 m 2,00 m

1,50 m

2,60 m

4,10 m

Las

cota

s ve

rtic

ales

se

aju

star

n a

las

real

es

Puntales 4x10 cm

Ø 20

Ø 20

10x510x10

15x5

15x5

ejión 5x5x10

Puntales 5x10 cm

Tirante 2 tablones 3x15 cm

Puntales 3x15 cm

Plantillas3x10 (min)

Puntal3x10

Tablas e=1,5 cm

2,5 m 2,00 m

1,50 m

2,60 m

4,10 m

Las

cota

s ve

rtic

ales

se

ajus

tar

n a

las

real

es

Sistema de apuntalamiento para la iglesia de San Román das Encrobas.




Esquema de apuntalamiento con contrapeso.




Sistema de apuntalamiento con contrapeso de hormigón.




Sistemas de apuntalamiento.




Esquema de apuntalamiento de fachadas.




Sistema de apuntalamiento con contrapeso de cajones de arena.




Sistema de apuntalamiento con contrapeso de cajones de arena. Sujeción interior.




Sistema de acodalamiento manteniendo las vigas. (Muy ineficaz).




Sistema de acodalamiento manteniendo las vigas. (Muy ineficaz).




Sistema de acodalamiento con celosías con tornillos de apriete.




Sistema de apuntalamientos para sostener una edificación antigua.




Sistema de acodalamientos para sostener una edificación antigua.




APEOS.

Tienen por objeto descargar la cimentación para permitir un trabajo seguro.

Deben dimensionarse con coeficientes de seguridad altos.

Hay que cuidar que no modifiquen la forma de trabajo de la estructura introduciendo esfuerzos inadmisibles.




Sistema de apeos.

TornapuntasPuntal

Sopanda

Durmiente

Viga aguja

Apeo con tornapuntas.

Es el más efectivo si el plano de apoyo es sólido.

Apeo con puntales.

Modifica seriamente la ley de momentos de la viga superior al introducir dos apoyos nuevos.

Apeo con vigas aguja.

Permite un cedimiento del pilar que puede ser excesivo.




Sistema de apeos.




Sistema de apeos.




Sistema de apeos.




Sistema de apeos.




Apeos meritorios.




Apeos meritorios.




TRANSFERENCIA DE CARGAS DE LA CIMENTACIÓN PRIMITIVA AL APOYO PROVISIONAL.

SISTEMAS DE TRASFERENCIA.

Cuñas.

Gatos hidráulicos.

Complejo

Caro

Se puede controlar la carga aplicadaGatos hidráulicos

No se puede controlar la carga aplicada

Sencillo

EconómicoCuñas

InconvenientesVentajas




CONSTRUCCIÓN DE LA NUEVA CIMENTACIÓN.

ESTABILIDAD DE LA EXCAVACIÓN.

Aproximación por bataches.Aproximación por pozos.

ESTABILIDAD DE LA ESTRUCTURA Y DEL CIMIENTO ANTIGUO.

El material más empleado es el hormigón.Debe retirarse la madera de la entibación si no se afloja el terreno.Algunos autores lo consideran innecesario: Las fibras de celulosa de la madera se petrifican y permanecen in situ.




ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DEL TERRENO ANTE LA EXCAVACIÓN.EXCAVACIONES Y BATACHES PRÓXIMOS A CIMENTACIONES.ESTABILIDAD DE TALUDES Y CIMIENTOS.

Talud sin carga en coronación.- Modelo de Taylor.

H cr

ucr

R

3,85 CH =

γ ⋅ γ

Cu = Resistencia al corte sin drenaje

uu

R

qC =

2= coef. seg.

= peso específico

γγ

γR = 1,5 (Situaciones persistentes o transitorias)

γR = 1,1 (Situaciones extraordinarias)




EXCAVACIONES Y BATACHES PRÓXIMOS A CIMENTACIONES

Talud sin carga en coronación.- Modelo de Taylor.


Tipo de terreno Pesoespecífic

o

cu (t/m2) Hcr (F=3) Hcr (F=2)

Arcilla 1,9 5 a 10 3,37 a 6,75 5,05 a 10,1

Arcilla difícil de amasar, dura 2,1 2,5 a 5 1,53 a 3,06 2.29 a 4,59

Arcilla fácil de amasar, blanda 1,8 1 a 2,5 0,71a 1,78 1,06 a 2,66

Marga arenosa, rígida 2,3 20 a 70 11,16 a 39,05 16,74 a 58,59

Arcilla arenosa, dureza media 1,8 5 a 10 3,56 a 7,13 5,34 a 10,68

Arcilla arenosa, blanda 1,7 1 a 2,5 0,75 a 1,89 1,12 a 2,81

Limo 1,8 1 a 5 0,71a 3,56 1,06 a 5,34

Fango orgánico blando, pocoarcilloso

1,4 1 a 2,5 0,92 a 2,29 1,38 a 3,45

Fango blando muy arcilloso conabundante materia orgánica

1,3 1 a 2 0,99 a 1,97 1,49 a 2,97





Talud al borde de una zapata corrida.

F = γR (coef. Seguridad)


H cr

crq

B

R cr= (H H)c

γγ ⋅ −

ucr

R

3,85 CH =

γ ⋅ γ

Siendo

F 3≅F 1≅0,25 1,20 2,00

1,80

1,600,60

0,900,50

1,00

B/Hcrq /c q /cu cr u





crq

β

H

A B

Talud de ángulo cualquiera próximo a una zapata corrida.

0.7 0.8

15º

15º

45º

90

45º

90º

0.4 0.5 0.60.1 0.30.2

6.0

8.0

0.0

2.0

4.0

0.0

10.0

A Y H/c=0

1.00.9

0.4 0.5 0.70.60.1 0.80.30.2

6.0

8.0

0.0

2.0

4.0

0.0

10.0

A Y H/c=0

1.00.9

15º45º

45º

90º

90º

A Y H/c=0

1.00.9

10.0

0.0

8.0

6.0

0.0 0.60.50.4 0.7

90º45º

90º

45º15º

15º

2.0

4.0

0.20.1 0.3 0.8

PR

ES

IÓN

CR

ÍTIC

A R

ELA

TIV

A

DISTANCIA NORMALIZADA AL BORDE

ZAPATA CORRIDA

F=3

F=1

Zapata corrida: B/H = 0,25


F=1

F=3

F=3

F=1


A/H

q

/ c

cr




Talud de ángulo cualquiera próximo a una zapata corrida.

0.7 0.8

15º

15º

45º

90

45º

90º

0.4 0.5 0.60.1 0.30.2

6.0

8.0

0.0

2.0

4.0

0.0

10.0

A Y H/c=0

1.00.9

10 0PR

ES

IÓN

CR

ÍTIC

A R

ELA

TIV

A Zapata corrida: B/H = 0,50

F=1

F=3

q

/ c

cr





Talud vertical próximo a una zapata corrida.

Datos del terreno:

γ = 1,8 t/m3

c = 10 t/m3

2m

0,5m1m

crq

( ) ( )

cr

cr

cr

3,85 cH = = 21,38

1,8F = H - H = 21,38 - 2 = 3,48

c 10qA 0,5

= = 0,25 = 2,75H 2 c

⋅γ

γ ⋅ ⋅

⇒

2 2crq = 2,75 10 = 27,5 t/m = 2,75 kp/cm⋅

Según ábacos




EXCAVACIONES Y BATACHES PRÓXIMOS A CIMENTACIONESBataches de aproximación.

En función del parámetro N se define la proporción del batache B/H

Ab

L

H

Batache

B

Cimiento rígido Hormigón armado H< 4m

Ladrillo macizo B<0,3m

Cimiento flexible Mampostería

Ladrillo normal

a=0,8 piedra en seco

a=0,6 mampostería a=0,4 hormigón pobre

u

HN=

Cγ ⋅

u

H+ qN=

Cγ α ⋅

N

10

4

6

3

2

0,48

0,32

0,18

1,00

0,10

B/H





Talud al borde de una zapata aislada.

F = γR (coef. Seguridad)

Solo en casos inevitables

B

H

Siendo

≅3,00

1,80

1,901,00

0,50

0,25

B/H

3,20

3,20

3,00

F 1

crq /c

F 3≅q /cu cr u

R cr= (H H)c

γγ ⋅ −

ucr

R

3,85 CH =

γ ⋅ γ





crq

β

H

A B

Talud de ángulo cualquiera próximo a una zapata aislada.

A Y H/c=0

45º

45º

90º

90º

15º

0.30.20.10.0 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0.0

45º

45º

90º

90º

15º

15º

45º

90º

90º

A Y H/c=1.3

A Y H/c=0

1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

10.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

A Y H/c=0

A Y H/c=1.3

1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

10.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Zapata cuadrada

F=3

F=1

B/H = 1,00

Zapata cuadrada

B/H = 0,50

F=3

F=1

Zapata cuadrada

B/H = 0,25

F=1

F=3

PR

ES

IÓN

CR

ÍTIC

A R

ELA

TIV

A

q

/ c

cr

ZAPATA CUADRADA

A/HDISTANCIA NORMALIZADA AL BORDE





4m

1m2m

crq

2m

Talud vertical próximo a una zapata cuadrada.

Datos del terreno:

γ = 1,9 t/m3

c = 7 t/m3

Según ábacos( ) ( )

cr

cr

cr

3,85 cH = = 14,18

1,9F = H - H = 14,18 - 4 = 2,76

c 7qA 0,5

= = 0,25 = 7,2H 2 c

⋅γ

γ ⋅ ⋅

⇒

2 2crq = 7,2 7 = 50,4 t/m = 5,04 kp/cm ⋅




DESCALCE PARCIAL DE UNA ZAPATA CORRIDA

Estabilidad de las paredes del batache

α = L/(L-B) cimientos rígidos

α = 1,4 cimientos semirrígidos

α = 1,8 cimientos flexibles

H

B

u

H+ qN=

Cγ α ⋅

En función del parámetro N se define la proporción del batache B/H

N

10

4

6

3

2

0,48

0,32

0,18

1,00

0,10

B/H

H < 4 m

B < 30% L




DESCALCE PARCIAL DE UNA ZAPATA CORRIDA

Comprobación del puente formado por la zapata B’ = B + 2m

m = 0 cimientos flexibles sobre terreno muy rígido

m = 0,3 ÷ 0,5 casos intermedios

m = 1 cimientos rígidos

m = 1,50 cimientos rígidos sobre terreno blando

H

B

B

B' = B+2m

2ct ct ck2

1 M 6 MM = q B́ = = f 0,1 f

12 W b h

⋅⋅ ⋅ ⇒ σ ≤ ⋅⋅




DESCALCE PARCIAL DE UNA ZAPATA AISLADA

En general poco recomendable

Es preciso un cuidadoso apuntalamiento

A

B

Recordar que qcr = P/(A.B)

crF = (H H)c

γ ⋅ − ucr

3,85 CH =

F ⋅ γSiendo

≅3,00

1,80

1,901,00

0,50

0,25

B/H

3,20

3,20

3,00

F 1

crq /c

F 3≅q /cu cr u




TRANSFERENCIA DE CARGAS A LA NUEVA CIMENTACIÓN.

SISTEMAS DE TRASFERENCIA.

Lajas de pizarra. (Sistemas antiguos)

Cuñas.Mismas ventajas e inconvenientes

Morteros expansivos

Gatos hidráulicos.

Hay que esperar a que se estabilicen los asientos.- Nuevas cuñas- Dar presión a los gatos.

Suelos granulares → Asiento rápidoSuelos coherentes → Asiento más lento




RECALCES SUPERFICIALES

C Aumentar las dimensiones del cimiento.C Aumentar la profundidad de su plano de apoyo para transmitir las cargas a un estrato más resistente.C Actuación sobre el terreno para mejorar su capacidad portante.

Problema principal ö Holgura entre recalce y estructura.

C Retracción del hormigón.C Descenso del terreno.




TIPOLOGÍAS DE RECALCES.

Recalces superficiales.C Ensanche de zapatas en su plano.C Ensanche de zapatas puenteadas.C Creación de losas.C Profundización del plano de apoyo.C Refuerzo de zapatas por inyección.C Refuerzo de zapatas por confinamiento.C Construcción de zapatas nuevas.

Recalces profundos.C Pilotes atravesando las cimentaciones existentes.C Pilotes adosados a la cimentación.C Pilotes puestos en carga de forma controlada.C Recalces de pilotajes.

C Inyecciones.C Confinamiento.C Entrecruzado de micropilotes.




Hormigón de limpieza.

Pilar

Armadura existente.

Llaves Ø16c/20 cm.tomadas conepoxi

Armadura del recalcetomada con epoxi (si es posible)tomada con epoxi

Armadura del recalce

zapata existenteLlaves talladas en la

Armadura existente.

Pilar


Recalces por ensanchamiento de zapatas.

Se emplea en los siguientes casos:

Zapatas insuficientes.

Zapatas degradadas

Aumentos de cargas

RECALCES EN ZAPATAS AISLADAS

Problema: Adherencia zapata-recalce.




RECALCES EN ZAPATAS AISLADAS.- EL PROBLEMA DEL RASANTE

Hormigón 2

Hormigón 1

Hormigón 2

Hormigón 1 Hormigón 1

Hormigón 2

τ ≤ τr,d r,u ⎛ ⎞τ β ⋅ ⋅ ⋅ ≤ ⋅β ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠

ckr,u ctd ctd

f= 1,30 - 0,30 f 0,70 f

25Siendo

β Factor que adopta los siguientes valores:

0,80 en superficies de contacto rugosas de secciones compuestas en cola de milano o similares.

0,40 en superficies intencionadamente rugosas, con rugosidad alta.

0,20 en superficies no intencionadamente rugosas, con rugosidad baja.

fck Resistencia característica a compresión del hormigón más débil de la junta.

fct,d Resistencia de cálculo a tracción del hormigón más débil de la junta.

Compresión Tracción Rasante




RECALCES EN ZAPATAS AISLADAS.- EL PROBLEMA DEL RASANTE

b

a

a

b

a

aτ

τ.a/4 τ.a/4

τ

MM

NN

( )τ⋅ ⋅

dr,d

N =

2 a + b h

τ ⋅ ⋅ ⋅ τ ⋅ ⋅

τ ⋅ ⋅ τ ⋅

τ⋅

d

2

dr,d 2

a aM = b a + 4 =

4 3

a = b a +

3M

= a

b a + 3




RECALCES EN ZAPATAS DE MEDIANERÍA.

CONSTRUCCIÓN VIGA CENTRADORA* ANCLAJE Ø NEGATIVOS EN TALADROS RELLENOS CON EPOXI

= 40 cm

* = 15 cm

PILAR

RECALCE

Esquema constructivo

C Excavación zanja perimetral.C Colocación de armadura de rasante en taladros rellenos de epoxi.C Encofrado y armado de la viga centradora.C Anclaje del armado de negativos sobre la zapata.C Pintado con epoxi de las superficies de unión.C Hormigonado del conjunto.




RECALCES EN ZAPATAS DE MEDIANERÍA.

PRETENSADO.

Es una buena solución si no hay viga centradora y la zapata es suficiente.

Esquema constructivo

C Colocación de la armadura longitudinal en taladros rellenos de epoxi.C Pinzado de la armadura para introducir un pretensado.C Colocación de la armadura para una solera superior.C Pintado con epoxi de las superficies de unión.C Hormigonado del conjunto. l1

d

l2

dN

P

RF = P

( )

i 1

2 2f 1 2 2

2 22 2

2 22 2

1 1

Longitud inicial l = l

Longitud final l = l - 2 l +2 l + d

l = 2 l + d - 2 l

E A 2 E AP = l = l + d - l

l l

⋅ ⋅

∆ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅⋅ ∆




RECALCES EN ZAPATAS DE MEDIANERÍA. PRETENSADO.













Anillo prismático atirantado

taladro

zapata original

resina anillo perimetral devigas corridas de hormigón

barra de anclaje

recorte de cuña anillo piramidal unión dentada




Recalces por puenteo de zapatas.

Adherencia pilar- viga puente.

Pilar

tomada con epoxi (si es posible)


Armadura del recalce

Armadura existente.

Zona de contacto

Pilar

Armadura existenteZapata suplementaria.

Recalces por suplemento de zapatas.

Retracción del hormigón.- Asiento suplementario.

RECALCES EN ZAPATAS AISLADAS.- SISTEMAS DE PUENTEO Y SUPLEMENTO.




Muro existente

Cimentacion del muro

Recalce

Muro existente

Cimentación del muro

por inyección

Zona mejorada

Recalce

por inyección

Zona mejorada

RECALCES EN ZAPATAS CORRIDAS.- SISTEMAS DE PUENTEO.




viga pasante de acero

cosido de refuerzo

placa de reparto

carrera de hormigón

viga pasante de hormigón

gatos

armaduras pasantescarreras de hormigónrelleno de hormigón

inyección del terreno o relleno de hormigón

solera

junta dentada

tirante

RECALCES EN ZAPATAS CORRIDAS.- SISTEMAS DE PUENTEO.




RECALCES EN ZAPATAS.- SISTEMAS DE PUENTEO.




Arriostrado de los ensanches de zapatas. Recalce de la catedral de Essen (Schultze, 1970)

SECCIÓN

PLANTA

0'0

limos-1'5

-2'0

esquistos




tirante ensanches de hormigón

terreno compactado o inyectado

ensanches de hormigón


terreno compactado o inyectadoterreno compactado

o inyectado


terreno compactado o inyectado

viga pasantecuñas

Ensanche de zapatas corridas con mejora local del terreno (Ciesielski y Fuksa, 1980)




Recalces por creación de losas.

Se emplea en los siguientes casos:

Zapatas insuficientes.

Zapatas degradadas

Aumentos de cargas

Disminuye la tensión media que se trasmite al terreno lo que mejora los asientos encapas superiores muy compresibles.

Aumenta el bulbo de presiones → Asientos fuertes si las capas inferiores son compresibles





cajeadoapeo

barras soldadas a la armadura del pilar

resina

pasadoresesperas resina

CREACIÓN DE LOSA SOBRE CIMENTACIONES EXISTENTES.




Recalce

Muro existente

Cimentacion del muro

4 1 7 5 2 8 6 3

RECALCE POR BATACHES.




TALUD

BATACHE NORMAL

ß

b

0.85(b-b )

b0

0H

B

RECALCE POR BATACHES.

Entibación del terreno.




NIVEL DE CALLE

Carreras metálicas o de madera entre bataches VIGA DE ATADO

CODALES

POZOS DE RECALCE (BATACHES)

VIGA DEATADO

RECALCE DISCONTINUO RECALCE CONTINUO

ALZADO SECCIÓN

RECALCE POR BATACHES CONTINUOS Y DISCONTINUOS.




Sustitución de cimientos.




Sustitución de cimientos.

VIGA PASANTE

CARRERA

PUNTALES PARA RECARGAR EL NUEVOCIMIENTO

GATOS HIDRÁULICOS

VIGA PASANTEAPOYO PROVISIONAL

490 KN 220 KN

Ø 36 Ø 26Ø 26

CON PÓRTICO DE APEO SOBRE GATOS (PIEPER, 1983)




FINTÉCNICAS BÁSICAS DE RECALCES

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