Mecánica de Suelos I
CIMENTACIÓN Introducción La cimentación es aquella estructura que se encarga de transmitir las cargas al terreno, distribuyéndolas de forma que la presión admisible no debe ser superada en cada parte de la edificación y no produzca cargas zonales, teniendo en cuenta las características del suelo, se va a elegir el tipo de cimentación a desarrollar. Transmiten Transmiten las fuerzas originadas por el peso propio de la estructura y sobrecargas que posteriormente actuarán sobre esta, resiste todas las cargas puntuales y las apoya en el terreno con firmeza, mediante comprensión vertical.
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Definición •
La cimentación es: un elemento de unión que se realiza de acuerdo a las características de un terreno. !e debe "acer un estudio global de la tierra para poder realizar la correcta cimentación
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!e le dice cimentación al con#unto de elementos estructurales cuyo propósito es repartir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que la presión admisible no debe ser superada en cada parte de la edificación y no produzca cargas zonales. $ebido a que el suelo resiste muc"o menos que las columnas o muros que soportara, debe tener una amplia área de contacto entre el suelo y la cimentación %e&cepto en suelos rocosos'.
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La cimentación consiste en un grupo de elementos que soportan toda la estructura %depende de la magnitud de la edificación la profundidad del cimiento' debido a eso es muy importante en una construcción y requiere de muc"a atención en su desarrollo ya que depende al tipo del terreno si es estable o no.
Objetivos (l ob#etivo principal de la cimentación es transmitir las cargas puntuales de la estructura mediante comprensión vertical, "acia la zapata utilizada, reconocida mediante diversos estudios sobre el tipo de suelo y la estabilidad que esta proporciona. (l ob#etivo de la cimentación es sustentar la estructura del edificio dando garantía a la estabilidad e intentando evitar da)os a los materiales estructurales y no estructurales. 2
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Características •
$eben situarse de un modo adecuado para impedir los da)os producidos por "eladas, cambios de volumen, socavaciones, movimientos de nivel freático, da)os producidos por futuras construcciones, etc.
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$eben ser estables: vuelco, deslizamiento, "undimiento, estabilidad general del con#unto, dise)o estructural adecuado.
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$eben ofrecer una seguridad aceptable y suficiente al menor coste posible y utilizando recursos de manera apropiada.
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Los movimientos y vibraciones deben limitarse durante la construcción para que no desfigure o da)e otras estructuras o instalaciones*.
Función de la cimentación La cimentación debe asegurar una distribución pare#a de las cargas, fuerzas, y una base nivelada a la perfección para que la estructura no se vea, luego, comprometida por pesos mal distribuidos ni e&igencias en pilares o en cualquiera de las partes de la construcción. +ara la e&istencia de una buena cimentación, también se debe contar con un terreno bien preparado. (l terreno %la parcela de tierra sobre la que se construye' "a de estar también nivelado, principalmente bien asentado, contando con la composición correcta para evitar 3
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que los azotes meteorológicos, las condiciones climáticas y ambientales lo "agan ceder y perder estabilidad. (l suelo puede complementarse con rellenos, y también puede pisarse*, que es presionarlo con pesos y golpeteos para compactar sus contenidos, "aciéndolo así más firme.
(n toda estructura es necesario distinguir dos partes principales: •
La superestructura, en el caso de edificios, es aquella parte de la estructura que está formada por losas, trabes, muros, columnas, etc.
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La subestructura es la parte de la estructura que sirve para transmitir las cargas de esta al suelo de la cimentación.
Requisitos de una buena Cimentación $eberá cumplir tres requisitos fundamentales: a'. (l nivel de la cimentación deberá estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de "eladas, cambios de volumen del suelo, capa freática, e&cavaciones posteriores, etc. b'. Tendrá unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo. c'. o deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura.
-uc"os suelos, fundamentalmente los que tienen arcillas e&pansivas, varían muc"o de volumen segn su contenido de "umedad. $ic"os suelos deberán evitarse o recurrir a unas cimentaciones más profundas que apoyen en terrenos más estables.
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/tras veces, sin llegar al caso anterior, las alternancias de estaciones secas y "medas o la pro&imidad de árboles caducifolios con riego o la rotura de conducciones de agua generan "inc"amiento del suelo que puede producir el fallo de la estructura.
CLASES DE CIE!"ACI#! −
0imentación !uperficial (s aquella que se apoya sobre los estratos superficiales del terreno, permitiendo estos apoyar el edificio directamente sobre ellos sin producir asientos importantes. (n cualquiera de sus variantes se caracteriza por ser aquella que transmite las cargas a estratos superficiales del terreno.
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0imentación 0iclópea La cimentación ciclópea es aquella que utiliza solamente piedra y concreto en el proceso constructivo. !e compara con las construcciones megalíticas, se diferencian de las anteriores porque tiene algn apare#o que generalmente es más o menos poligonal. (l concreto ciclópeo se construye vaciando concreto en la zan#a y colocando las piedras en forma uniforme sin llegar a saturarlo. (s rentable cuando la profundidad del suelo firme es de 1 a 1.2 metros en la región e&iste disponibilidad de piedras de tama)o de 34 a 54 centímetros.
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6apatas aisladas !e emplean para cimentar un solo pilar, columna o soporte. •
6apata 7le&ible !e le dice zapatas fle&ibles a aquellas en que el vuelo en cualquiera de las dos direcciones es mayor que el canto. 0uando el vuelo má&imo es superior a 3". (stas zapatas se dimensionan para resistir esfuerzos importantes de fle&ión. 5
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6apata rígida !e consideran zapatas rígidas cuando el vuelo má&imo medido en cualquiera de las dos direcciones es menor o igual al canto.
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6apatas conectadas 0uando una columna está ubicada en un límite de propiedad requiere de una zapata e&céntrica8 ésta, ba#o las "ipótesis del análisis clásico, tiene presiones muy elevadas en la zona cercana a la cara e&terna, producto de la distribución triangular de presiones que se produce al considerar la e¢ricidad de la carga actuante.
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6apatas combinadas (n ocasiones se encuentran soportes muy pró&imos con cargas desiguales, si se construyesen zapatas aisladas éstas quedarían prácticamente unidas ocasionando una superposición de los bulbos de presiones, lo que provocaría asientos diferenciales. +ara solucionar este problema se combinan varias zapatas en una sola, obteniéndose una zapata combinada.
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0imentación +rofunda !e consideran cimentaciones profundas cuando el apoyo se encuentra ale#ado de la base y las cargas se transmiten mediante elementos de tipo lineal, como pueden ser pilotes y pozos. (ste tipo de cimentación debe cumplir la relación y debe ser mayor de 14.
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+ilotes 9!9T; (n lugar de prefabricar los pilotes de "ormigón armado "undiéndolos por "inca, atornillado o mediante gatos, es posible "ormigonarlos directamente in situ. (sto se logra produciendo de cualquier modo una cavidad cilíndrica circular del diámetro y la profundidad asignados al pilote, y llenándola después de "ormigón.
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0aisson !on elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud, pues pueden llegar a profundidades "asta de 32 metros. (stos elementos se construyen cuando van a soportar muc"o peso o cuando el terreno donde se va a construir tiene poca capacidad portante8 puede decirse que con la construcción de los caissons se me#oran las condiciones estructurales del suelo que se va a utilizar. •
0aissons estructurales: !on aquellas que forman parte de la cimentación de una estructura, trasmitiendo las cargas a un estrato resistente.
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0aissons de apro&imación: !on aquellas para llegar a una zona de traba#o.
CIE!"ACI#! SE$%! EL "I&O DE S'ELO
0imentación sobre arena La arena se "a empleado bastante como cimentación: (#emplo: depósitos de palastro para gasolina. +ero para ello es necesario que el terreno rena dos características esenciales: que no sea demasiado blando %pues la arena se "undiría poco a poco en el mismo' y que esté al abrigo de corriente de agua, pues la arrastraría. +ara realizar una cimentación de arena se comienza efectuando una e&cavación de unos =2 cm, +osteriormente, ec"aremos la arena por capas sucesivas que se irán apisonando con ob#eto de que la misma se introduzca en las paredes laterales de la zan#a. 7
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0imentación en el agua >sta se realiza mediante ataguías, tablestacas, etc., pero para aquellos lugares en que las profundidades sean e&cesivas, la cimentación se realiza mediante ca#ones sin tapa, llamados ca#ones flotantes, los que son construidos en tierra y botados al agua de forma análoga como cualquier embarcación. (stos ca#ones pueden ser construidos de "ormigón armado y acero. (mplazando el ca#ón que nos referimos en el lugar e&acto, y utilizando arena como lastre, se va sumergiendo mediante una guía de pilotes, con el fin de que llegue al fondo en su posición correcta, donde se le asegurará mediante ancla#es. (l suelo que "aya de soportar el ca#ón deberá ser "orizontal. $ic"o terreno se prepara con e&cavadoras, o bien "aciendo un terraplenado con arena. (n las cimentaciones en el agua también se emplea el sistema denominado sobre escalera, el cual consiste en que una vez realizada la superficie de asiento por medio de dragas, se lanzan al agua bloques de piedras u "ormigón, sobre los cuales se establecen las fundaciones. La cimentación sobre terrenos fangosos, es de especial interés, ya que muc"as veces es necesario afrontarla en labores portuarias. (stos terrenos tienen asientos enormes y a veces verdaderos "undimientos, tales como un dique que se construyó en La !pezia %9talia' el cual se apoyaba en un lec"o de fango y el que, al término de ? a)os, descendía 1@ metros en algunos puntos.
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Terreno Aegetal (s un tipo de terreno absolutamente pro"ibido para cimentar una estructura, por peque)a que sea. !e e&ige siempre su remoción o e&cavación total "asta alcanzar el terreno natural. !e entiende por terreno vegetal a la capa o porción donde alcanza la vida de los vegetales de superficie, o en la que se encuentren las raíces de los mismos. ;n sondeo nos indicará a qué distancia de la superficie de#an de encontrarse raíces vegetales, vivas o en descomposición, y así, conocer e&actamente "asta donde debe e&cavarse para remover la capa de suelo vegetal. 8
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!uelos finos Los suelos finos están también constituidos por materiales detríticos pero en ellos el porcenta#e de elementos finos es superior al 52B en peso. Las tensiones admisibles en estos suelos que se muestran en la tabla siguiente son orientativas y cuando sean suelos finos normalmente consolidados y ligeramente sobre consolidados en los que sean de esperar asientos de consolidación así como en los suelos arcillosos potencialmente e&pansivos deberán ser ob#eto de un estudio especial.
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!uelos e&pansivos (l suelo e&pansivo se "inc"a cuando el contenido de agua aumenta y retrocede cuando el contenido de agua del suelo disminuye. (sto es particularmente problemático para los edificios con cimientos superficiales porque el suelo se retirará de la estructura a medida que se seque. (ste tipo de suelo es también conocido como Carcillas e&pansivasC, Csuelos de contracción e "inc"amientoC y Csuelos ondulablesC, entre otros términos. La contracción u ondulación se produce en la zona activa, que tiene un promedio de 1@ pies %2,2 m' de profundidad. D mayor profundidad, los cambios en el contenido de agua resultan menos problemáticos para los cimientos.
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9-+/ETD09D $( LD 09-(TD09F ( LD! 0/!TE;009/(! La cimentación es el proceso usado por el "ombre transmitir de manera correcta el peso de la vivienda "acia el suelo mediante un sistema de anillo cerrado. (s evidente que para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento razonable "a de contar con una cimentación adecuada. Dunque la cimentación es algo que no llama la atención y para inadvertida por los usuarios de la estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de sus partes suele a veces e&igir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el me#or criterio del que normalmente necesita para redactar el proyecto. La construcción de una cimentación es, a veces, el traba#o más difícil de todos los que se presentan al realizar una obra. La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el que la estudia y proyecta. (l constructor podrá tener problemas para realizar lo que figura en los planos y especificaciones pero no es responsable del mal criterio que se "aya seguido para concebir y dise)ar el proyecto. También los que proyectan la estructura y deben tomar las decisiones vitales "an de enfrentase a problemas comple#os. G
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CO!CL'SIO!ES(
1' La cimentación es la base estructural más importante para cualquier edificación o construcción. (sta soporta las cargas netas en forma vertical que genera dic"a obra. 3' La cimentación se divide en dos grandes grupos, las cuales son, la cimentación superficial que se emplea en construcciones simples y la cimentación profunda, tiene la función de soportar cargas de construcciones pesadas mediante sus dos clases, 0aisson y pilotes. 5' +ara que una cimentación sea adecuada se debe fi#ar primero cuál es su tipo de suelo, es decir debemos considerar cual es el tipo de suelo, si éste es arenoso, o está en el agua, o en el fango, o si es un terreno vegetal, etc. ?' +ara poder considerar que tipo de cimentación es la que vamos a usar debemos tomar en cuenta cual es la tipología del terreno en la que la vamos a realizar, por tanto, es importante el estudio del suelo para usar la cimentación adecuada. 2' La cimentación tiene varias formas de construcción por las cuales necesita diferentes formas de construcción, aquí tenemos "ormigón armado y "ormigón de mesa además de la mampostería que son 5 tipos reforzada, la combinada y la simple. I' La importancia de la cimentación es transmitir de manera correcta el peso de la vivienda "acia el suelo para que esta pueda seguir en pie además resista los movimientos telricos que a"ora se tornaron más frecuentes en los ltimos tiempos, además ofrece seguridad a largo plazo para que la estructura logre preservar a lo largo del tiempo, no solo eso ya que el suelo varia por diferentes regiones y la cimentación ayuda a que la estructura no colapse. J
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