UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
CIMENTACIONES ING. Adam Solorzano Montesinos VARGAS DEL CASTILLO ERIKA KARINA
2013-I CUSCO PERÚ PERÚ –
110262
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN A LA GEOTECNIA
ÍNDICE INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………..
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1. CONOCIMIENTOS PREVIOS DEL TERRENO ……………………………………………………….. 3 a. SUELOS…………………………………………………………………………………………. 3 b. ROCAS…………………………………………………………………………………………… 4 c. EXPLORACIÓN EXPLORACIÓ N EN EL SUBSUELO …………………………………………………………. 4 2. CIMENTACION……………………………………………………………………………………………. 6 a. MATERIALES DE DE UNA CIMENTACION CIMENTACION……………………………………………………... 6 b. REQUERIMIENTO PARA PARA UNA CIMENTACION CIMENTACION……………………………………………. 6 c. INFLUENCIA DEL DEL TIPO DE SUELO…………………………………………………………. 7 3. TIPOS DE CIMENTACIÓN………………………………………………………………………………. 8 a. CIMENTACIONES SUPERFICIALES………………………………………………………... 8 b. CIMENTACIONES SEMIPROFUNDAS……………………………………………………… 8 c. CIMENTACIONES PROFUNDAS…………………………………………………………….. 16
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INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN A LA GEOTECNIA
ÍNDICE INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………..
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1. CONOCIMIENTOS PREVIOS DEL TERRENO ……………………………………………………….. 3 a. SUELOS…………………………………………………………………………………………. 3 b. ROCAS…………………………………………………………………………………………… 4 c. EXPLORACIÓN EXPLORACIÓ N EN EL SUBSUELO …………………………………………………………. 4 2. CIMENTACION……………………………………………………………………………………………. 6 a. MATERIALES DE DE UNA CIMENTACION CIMENTACION……………………………………………………... 6 b. REQUERIMIENTO PARA PARA UNA CIMENTACION CIMENTACION……………………………………………. 6 c. INFLUENCIA DEL DEL TIPO DE SUELO…………………………………………………………. 7 3. TIPOS DE CIMENTACIÓN………………………………………………………………………………. 8 a. CIMENTACIONES SUPERFICIALES………………………………………………………... 8 b. CIMENTACIONES SEMIPROFUNDAS……………………………………………………… 8 c. CIMENTACIONES PROFUNDAS…………………………………………………………….. 16
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4. EJECUCION……………………………………………………………………………………………….
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a. CIMENTACIONES SUPERFICIALES………………………………………………………... 21 b. CIMIENTACIONES PROFUNDAS……………………………………………………………. 23 CONCLUSIONES.……………………………………………………………………………………………. 26 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………….. 27
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INTRODUCCION El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno. Debido a que la resistencia y rigidez del terreno suelen ser inferiores a las de la estructura, la cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los pilares y muros portantes (estructura vertical). Para poder realizar una buena cimentación es necesario un conocimiento previo del terreno en el que se va a construir la estructura ya sea consultando libros o sobre todo, extrayendo, examinando y tal vez probando muestras que considere representativas de los materiales. El detalle con el que se describen, prueban y valoran las muestras, depende:
Del tipo de estructura que se va a construir
De consideraciones económicas
De la naturaleza de los suelos
Y en cierto grado del método con el que se hace el muestreo.
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1. CONOCIMIENTOS PREVIOS DEL TERRENO a. Suelos El suelo es un agregado natural de granos minerales que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua. Los principales tipos de suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayor parte de los suelos naturales se componen por la mezcla de dos o más de estos elementos, y pueden contener por añadidura material orgánico parcial o completamente descompuesto.
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De grano grueso
•
De grano fino
•
•
•
Gravas Arenas Limos Arcillas Página 5
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b. Rocas La roca es un agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión. Las propiedades del suelo en conjunto, dependen de la estructura y disposición de las partículas en la masa del suelo.
c. Exploración en el subsuelo: A través de los cimientos son transferidos al suelo el peso de las estructuras, las fuerzas que actúan sobre ellas y las sobrecargas
correspondientes.
Las
estructuras serán estables si las capas de
suelo
que
las
sustentan
son
suficientemente resistentes. La exploración se llevara a cabo excavando
pozos
(calicatas),
convenientemente ubicados en las áreas destinadas a las edificaciones. Donde son expuestas, en CIMENTACIONES
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espesores variables, las diversas capas de suelos, de las que se toman muestras representativas para someterlas posteriormente, a análisis y ensayos en laboratorios de mecánica de suelos. Con los registros tomados en el campo, pruebas “in situ” y ensayos en laboratorios se procede a
elaborar perfiles estratigráficos, en los que se puede apreciar la naturaleza, profundidad y espesor de las diversas capas descubiertas en la excavación de las calicatas. Naturalmente,
de
detectarse
excavaciones
–
agua
–
durante
subterránea,
las
deberá
determinarse el nivel que alcanza y así abatir el nivel de agua freática, por lo que se deberá estar informado con respecto a las propiedades hidráulicas y las características de drenaje de los materiales del subsuelo. Los estudios de los suelos son vertidos en informes utilizados por los ingenieros estructurales para diseñar los cimientos y las estructuras.
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2. CIMENTACION
El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno. Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos , muy inferiores a las de la estructura, la cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los soportes y muros de carga.
a. Materiales de una cimentación El material con el cual se construye todas las cimentaciones es el concreto reforzado con una resistencia a la compresión de 200kg/cm2.
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b. Requerimientos para una cimentación o
Debe de situarse de un modo adecuado para impedir los daños producidos por heladas, cambios de volumen, socavaciones, movimientos del nivel freático, daños producidos por futuras construcciones, etc.
o
Debe de ser estable: vuelco, deslizamiento, hundimiento, estabilidad general del conjunto, diseño estructural adecuado.
o
Los movimientos y vibraciones deben de limitarse para que no desfigure o dañe la estructura o instalaciones.
o
Debe de ofrecer una seguridad aceptable y suficiente al menor coste posible.
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c. Influencia del tipo de suelo Las características más importantes de los edificios a la hora de la cimentación pueden ser:
Existencia de sótanos
Edificios ligeros de poca altura: se usará cimentación superficial
Edificios de poca altura: losas, pilotaje
Edificios de gran altura: Cimentaciones profundas o losas de cimentación
3. TIPOS DE CIMENTACION a. Cimentaciones superficiales: Si la relación ancho profundidad es menor de 1
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Lozas de cimentación: o
Son zapatas de gran tamaño encargadas de repartir lo más uniformemente posible las cargas al terreno.
De espesor reducido en función
o
Cimentaciones y Pilotaje 26 de sus otras dimensiones. o
Son útiles cuando la suma de las superficies de la zapata > 50% de la superficie de la edificación.
o
Se trata de una solución cara por lo que su uso será en terrenos con baja resistencia pues en terrenos heterogéneos reducen asientos diferenciales.
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b. Cimentaciones semiprofundas Si la relación ancho profundidad esta entre 1 y 4
Pozos de cimentación: o
Profundidades de 2 a 5 m.
en
general.
recomendables 3--4 m. o
En
obras
pequeñas
donde no es posible llevar
maquinaria
de
pilotes por tamaño obra o por calles estrechas. En caso de acciones
o
horizontales importantes. En caso de acciones a
o
tracción
para
compensarlo con peso propio. o
Con nivel freático problemas de entibación.
o
Adecuado en arcillas expansivas atravesando la mayor parte de capa activa.
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Arcos de ladrillo
Por lo general se realizan sobre machones de hormigón o mampostería. En zonas donde la piedra es abundante suele aprovecharse esta como material de cimentación de mampostería. Para grandes construcciones es necesario efectuar en un laboratorio de ensayo pruebas sobre la resistencia de la piedra de que se dispone. Tratándose de construcciones sencillas, en la mayoría de casos resulta suficiente efectuar la prueba golpeando simplemente la piedra con una maceta y observando el ruido que se produce. Si este es hueco y sordo, la piedra es blanda, mientras que si es aguda y metálico, la piedra es dura.
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Muros de contención bajo rasante
Se realizan cuando no se considera necesario anclar el muro al terreno, para el sostén de la edificación, debiendo tenerse en cuenta para la ejecución de los elementos de contención, las cargas que les puedan afectar.
Micro pilotes
Son una variante basada en la misma idea del pilotaje, que frecuentemente constituyen una cimentación semiprofunda. CIMENTACIONES
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c. Cimentaciones profundas: Si la relación ancho profundidad es mayor de 5
Pilotes: Caract erísti cas y u so s: o
Las cargas no pueden transmitirse al terreno con una cimentación superficial
o
Asientos imprevisibles pero existiendo terreno profundo resistente
Cuando el terreno de cimentación
o
puede
sufrir
grandes
variaciones
(retracción...) o
Estructuras sobre agua
o
Cargas inclinadas
o
Recalce de cimentaciones existentes
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Forma de trabajo:
Los pilotes tienen tres partes: punta, fuste y encepado o apoyo. Su modo de trabajo depende de la naturaleza del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un estrato resistente. Cuando no resulta técnica o económicamente viable alcanzar un estrato con resistencia adecuada se diseñan los pilotes para su trabajo por fuste, en cuyo caso se denominan flotantes, y transmiten la carga al terreno por rozamiento. Si existe la posibilidad de llegar a una zona de mayor resistencia se considera que el pilote trabaja por punta, con contribución o no del fuste.
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Los encepados se pueden arriostrar cuando resulte necesario mediante vigas centradoras en una o en dos direcciones y/o con un forjado de solera. Materiales:
La construcción de pilotes admite distintos materiales: • Hormigón armado ejecutado “in situ” mediante excavación previa, aunque
también podrán realizarse mediante desplazamiento del terreno o con técnicas mixtas (excavación y desplazamiento parcial) • Hormigón prefabricado que podrá ser hormigón armado (hormigones de
alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado. Hay que tener en cuenta que, si los pilotes son de gran longitud, los armados deben estar previstos para soportar las tensiones derivadas del transporte. • Acero configurado en secciones huecas de forma tubular o con perfiles en
doble U; también perfiles laminados en H. • Madera que se podrá utilizar para pilotar zonas blandas amplias, como
apoyo de estructuras con losa o terraplenes CIMENTACIONES
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• Mixtos, formados de acero tubular rodeados y/o rellenos de mortero Configuración
Se consideran cuatro configuraciones principales:
Pilotes aislados
Grupos de pilotes
Zonas pilotadas
Micropilotes.
Los pilotes aislados son aquellos que están lo suficientemente alejados de los demás pilotes como para que no exista interacción geotécnica entre ellos.
Los grupos de pilotes se encuentran unidos por elementos lo suficientemente rígidos como para que los pilotes trabajen conjuntamente.
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Las zonas pilotadas son aquellas en las que los pilotes no sirven de apoyo directo a los soportes sino que están colocados para reducir los asientos o asegurar la estructura. En estos casos los pilotes son de escasa capacidad portante individual y estar situados a distancias regulares. Por último, los micropilotes son aquellos compuestos
por
una
armadura
metálica
formada por tubos, barras o perfiles colocados en un taladro de pequeño diámetro inyectado con lechada de mortero a presión más o menos elevada. Este tipo de elementos se emplea fundamentalmente en operaciones de recalce de cimentaciones que han sufrido asientos diferenciales de suficiente importancia como para haber producido deterioros en la integridad del edificio.
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4. EJECUCION a. Cimentaciones superficiales Este tipo de cimentaciones admite
dos
ejecución
métodos en
de
función,
principalmente, de la naturaleza del terreno situado sobre la cota de asiento de las zapatas aunque
caben
otras
consideraciones. En primer lugar, en suelos coherentes con poco riesgo de desmoronamiento
de
desmoronamientos se procede a la excavación directa del hueco de la zapata, se coloca una capa de hormigón de limpieza, se sitúan las armaduras y se hormigona directamente actuando la excavación como cajón de encofrado.
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Cuando, por el contrario, el terreno presenta poca cohesión se hace preciso realizar excavaciones más amplias y emplear un encofrado convencional.
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Teniendo en cuenta que estas excavaciones ampliadas pueden dificultar el movimiento de la maquinaria, en ocasiones resulta preferible descalzar el terreno hasta la cota de apoyo de los cimientos, realizar las zapatas encofrando con cajones y, una vez terminada la cimentación, rellenar.
b. Cimentaciones profundas En la colocación de pilotes existen tres técnicas diferentes:
El hincado
La colocación
La ejecución “in situ”.
El hincado consiste en la introducción en el terreno de los pilotes ya formados mediante vibración o percusión con martinetes provistos de mazas. Estos métodos se emplean con pilotes de hormigón prefabricado, de madera o perfiles metálicos provistos, en cualquiera de los casos, de protecciones metálicas adecuadas en la punta (azuches). La maquinaria debe estar dotada de dispositivos de control que impidan el descentrado de las mazas.
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Teniendo en cuenta que esta operación produce desplazamientos laterales en el terreno, el proyecto de hincado debe contemplar una ejecución desde el interior de la obra hacia el exterior.
La colocación se restringe a pilotes metálicos que se introducen en pozos excavados previamente y que, posteriormente, se rellenan con mortero o con hormigón.
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La ejecución “in situ” consiste en
realizar una excavación en pozo con o sin entibado hasta cota de asiento donde se introducen el hormigón y las armaduras. Los pozos se entiban con camisas que se retiran
a
medida
hormigonado
salvo
que
avanza
que
el
existan
condiciones susceptibles de cortar o deteriorar
el
hormigón
(corrientes
subterráneas, suelos deformables) en cuyo
caso
debe
considerarse
el
perderlas. Las ejecuciones sin entibación son admisibles en suelos estables y siempre que no exista riesgo de alteración de las paredes o el fondo del pozo. También cuando se emplea la perforación con barrena continua en la que la entibación la constituye el propio elemento perforante; el hormigonado se produce a través del eje de la barrena a medida que se retira y las armaduras se hincan a posteriori en el hormigón fresco.
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CONCLUSIONES Las cimentaciones son elementos de una estructuras que pasan a conforma una parte esencial de la misma debido a que ellas van a permitir la comunicación de la cargas de la estructuras hacia el terreno, con lo que ayudan al terreno, al suelo, a resistir esta cargas, por lo que el mismo no sufrirá y se comportara idealmente para las condiciones que se está sometiendo. Por lo tanto la cimentación viene a conforma las bases de la estructura y de ahí que el comportamiento de edificación u obra civil va estar forzado a como esta trabaje y se comporte. Debido a la importancia que cobra la cimentación, la misma esta forzada a cumplir con ciertos parámetros geométricos, de presión, de conformación que responde n a las características del suelo y de las cargas de la estructuras y los cuales se esbozaron a lo largo del trabajo. Por lo tanto el diseño de una cimentación no es algo que se realiza de manera intuitiva sino que cumple con una metodología de
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diseño que evalúa desde la forma de la cimentación hasta la profundidad que esta va comprender, así como también las características naturales del suelo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ™González de Vallejo, Luis & Otros (2004). Ingeniería Geológica. Pearson Educación, S.A. Madrid. ™Peck, Ralph & Otros (2004). Ingeniería de Cimentaciones. Editorial Limusa, S.A. de C.V. México, D.F.
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS ™http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentación ™http://es.wikipedia.org/wiki/Código_Técnico_de_la_Edificación ™http://html.rincondelvago.com/cimentacion.html ™http://html.rincondelvago.com/cimentaciones.html ™http://html.rincondelvago.com/cimentacion_pilotaje_construccion.html ™http://inciarco.com/foros/showthread.php?p=22353 ™http://sig.ayto-caceres.es/pgou/documentacion/anejos/Sur/fratres.pdf CIMENTACIONES
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