¿En qué casos se utilizan las cimentaciones profundas?
Se opta por cimentaciones profundas cuando los esfuerzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo.
Cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales: por hinchamientos y retracciones.
Cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de baja calidad.
En edificios sobre el agua.
Cuando los cimientos están solicitados a tracción; tal como ocurre en edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos, o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo.
Para resistir cargas inclinadas, como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir el impacto de los cascos de barcos durante el atraque.(tablestacado)
Para el recalce de cimientos existentes.
TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS
Las cimentaciones profundas son las siguientes:
Muros Pantalla
Sustitución
Flotación
Pilotes
MUROS PANTALLA
Los Muros Pantalla constituyen un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies.
Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parkings y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras..
El muro pantalla es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno.
Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes.
En las grandes ciudades, para obtener más espacios de uso en edificios, se proyectan sótanos o subsuelos que muchas veces llegan hasta 20 metros de profundidad. Son éstas las soluciones ante los elevados costes de terrenos y la necesidad de obtener mayor superficie.
A estos efectos, se trata de conseguir muros de contención del menor espesor posible conservando una buena calidad y que ofrezcan seguridad y buen diseño.
CONTENIDO
1 Anclajes
2 Sistemas Autoportantes
3 Sistemas Arriostrados
4 Sistema Ascendente-Descendente
5 Artículos Relacionados
Anclajes
Anclaje
Los anclajes son elementos constructivos que ayudan a mantener la estabilidad, ya que estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la profundidad excavada, reciben importantes empujes de la tierra y también los efectos producidos por el agua, de modo que este recurso les permite reforzar y asegurar su estabilidad.
Dentro del diseño de muros pantalla existen varias alternativas a elegir de acuerdo a las características del terreno y de la edificación a construir:
Los Muros Pantalla se realizan previo al vaciado del terreno, cuando debe excavarse a profundidad considerable y, por ende, debe contenerse el empuje de las tierras y de edificaciones lindantes.
SISTEMAS AUTOPORTANTES
Dentro de los Sistemas Autoportantes se encuentran los Muros de Ménsula; estos muros pantalla trabajan a modo de voladizo.
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Esta tipología trabaja contra los empujes del terreno entre dos planos horizontales excavados en distintos niveles, y sirven de soporte por debajo del fondo excavado.
Altura Máxima de Excavación: del orden de 5 a 10 m., para espesores entre 0,50 m. y 1 m.
En caso de excavaciones más profundas, compatibles con el espesor del soporte, se moldean contrafuertes en el suelo logrando la estabilidad mediante empujes pasivos desarrollados por el mismo suelo en la zona empotrada.
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Si los contrafuertes son interiores, ocupan mucho espacio reduciendo la capacidad del sótano.
Si los contrafuertes son exteriores, se aprovecha el rozamiento del terreno contra las superficies del contrafuerte.
Este sistema autoportante tiene el inconveniente que puede llegar a presentar importantes deformaciones perjudicando las estructuras de obras vecinas, con riesgos para las mismas.
SISTEMAS ARRIOSTRADOS
El Sistema de Arriostramiento es uno de los más usados para cimentaciones profundas llegando a profundidades mayores de 20 metros; y se vale de los anclajes del muro en el terreno, con la importante ventaja que no necesita apuntalamientos.
Estos elementos de anclaje logran estabilidad con un muy bajo índice de deformaciones.
Se realizan los anclajes en uno ó mas niveles, a medida que se avanza la excavación mediante cables empotrados con perforaciones pequeñas inyectadas con cemento, luego se tensan al aplicar esfuerzos iguales o superiores a los del terreno sobre el soporte.
SISTEMA ASCENDENTE-DESCENDENTE
El Sistema Ascendente-Descendente consiste en alojar los pilares definitivos de la estructura de los sótanos con perforaciones efectuadas desde la superficie quedando éstos hormigonados en la parte inferior.
Este apoyo creado por la pared de soporte y los pilares colocados, permiten dar base y comienzo de la estructura ascendente simultáneamente con la excavación y forjado de los sótanos.
El dificultoso vaciado y evacuación de tierras queda compensado por la velocidad de la ejecución del conjunto estructural, pues este sistema ofrece una gran seguridad frente a construcciones aledañas al limitar los movimientos a valores muy bajos durante el retiro de tierras, que va compensándose con la construcción soterrada.
A efectos de limitar las deformaciones del soporte y lograr su estabilidad, se recurre a anclarlo en uno o varios niveles, a medida que progresan las excavaciones mediante cables alojados en perforaciones de diámetro pequeño, inyectados con cemento y con posibilidad de tensarse aplicando esfuerzos equivalentes a los empujes del terreno o superiores sobre el soporte.
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CIMENTACION POR SUSTITUCIÓN
Esta cimentación se realiza mediante la excavación del terreno, donde el peso del material excavado y extraído será igual o proporcional al peso de la construcción a realizar; conociendo cada una de las capas que componen dicho suelo (características del terreno) y según las características de la estructura que sustentará y las cargas que actúen sobre la misma.
Procedimiento
Se realiza la excavación hasta llegar a terreno competente y se sustituye el existente por un terreno mejorado y compactado. Esta constituye una solución válida en casos de espesores y cargas uniformes y pequeñas.
Técnicamente, solo se definirán bien las características del material usado en el relleno y terraplenado, la densidad y humedad máximas (Ensayo Proctor) y espesores de material aportado.
Debe realizarse un control con medidas de humedad (in situ) y densidad, y los ensayos correspondientes de placa de carga para evaluar posibles asientos y deformaciones.
Nota
Es muy importante considerar un buen sistema de drenaje en casos de presencia del agua en el terreno, ya que la misma podría provocar alteraciones considerables en el material.
CIMENTACIONES POR FLOTACIÓN
Las Cimentaciones por Flotación se basan en el Principio de Arquímedes que postula lo siguiente:
Todo cuerpo sumergido en un líquido estático experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del liquido desalojado.
Por ello, deberá preverse en este tipo de construcciones que se ejecuten perfectamente impermeables calculando la reacción al empuje ascendente vertical para evitar el hundimiento o el volteo de la estructura.
Pilotes
El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas.
Máquina perforando para pilotaje
Operarios realizando hinca de armadura
Contenido
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1 Casos en que se usan Pilotes
2 ¿Cómo Trabaja el Pilotaje?
3 Materiales Utilizados
3.1 Madera
3.2 Acero
3.3 Hormigón
4 Tipos de Pilotes
4.1 Artículos Relacionados
4.2 Enlaces Externos
Casos en que se usan Pilotes
Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del suelo.
Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcanasientos imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de baja calidad.
Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.
Cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freáticamuy cerca del nivel de suelo.
Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción.
Aquí tenemos varios casos:
En edificios de altura expuestos a fuertes vientos.
En construcciones que requieren de elementos que trabajen a la tracción, como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.
Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de contención de los muelles.
Cuando se deben recalzar cimientos existentes.
En la cimentación por pilotaje deben observarse los siguientes factores de incidencia:
El rozamiento y adherencia entre suelo y cuerpo del pilote.
La resistencia por punta, en caso de transmitir compresiones, para absorber esfuerzos de tracción puede ensancharse la parte inferior del pilote, para que trabaje el suelo superior.
La combinación de ambos.
Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las cargas transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el rozamiento lateral puede ser de importancia según el caso.
Con un terreno mediocre en superficie y fuertes cargas, el rozamiento lateral será menos importante cuanto más débiles sean las capas del terreno atravesadas; por ello conviene emplear este sistema.
¿Cómo Trabaja el Pilotaje?
Por la forma en que trabaja el pilotaje, se lo clasifica en:
Cimentación Rígida de 1er Orden
Cimentación Rígida de Primer Orden.
El pilote trabaja por punta, clavado a gran profundidad.
Las puntas de los pilotes se clavan en terreno firme; de manera que se confía en el apoyo en ese estrato, aún si hubiere una pequeña descarga por rozamiento delfuste al atravesar estratos menos resistentes. Lo cual denota que las fuerzas de sustentación actúan sobre la punta del pilote, y en menor medida mediante el rozamiento de la superficie lateral del pilote.
Es el mejor apoyo y el más seguro, porque el pilote se apoya en un terreno de gran resistencia.
Cimentación Rígida de Segundo Orden.
Cimentación Rígida de 2º Orden
Cuando el pilote se encuentra con un estrato resistente pero de poco espesor y otros inferiores menos firmes.
En este caso se debe profundizar hasta encontrar terreno firme de mayor espesor. El pilote transmite su carga al terreno por punta, pero también descarga gran parte de los esfuerzos de las capas de terreno que ha atravesado por rozamiento lateral. Si la punta del pilote perfora la primera capa firme, puede sufrir asientos diferenciales considerables. Como en los de primer orden, las fuerzas de sustentación actúan sobre la planta del pilote y por rozamiento con las caras laterales del mismo.
Cimentación Flotante.
Cimentación Flotante
Cuando el terreno donde se construye posee el estrato a gran profundidad; en este caso los pilotes están sumergidos en una capa blanda y no apoyan en ningún estrato de terreno firme, por lo que la carga que transmite al terreno lo hace únicamente por efecto de rozamiento del fuste del pilote.
Se calcula la longitud del pilote en función de su resistencia. En forma empírica sabemos que los pilotes cuya longitud es menor que la anchura de obra, no pueden soportar su carga.
Materiales Utilizados
Indicamos los materiales utilizados en pilotaje:
Viviendas lacustres sobre palafitos en Chiloé (Chile)
Madera
La madera se emplea desde la prehistoria; en ese entonces los habitantes lacustres construían sus chozas apoyándolas sobre troncos hincados en el lecho del lago. Estos troncos lograron conservarse mientras las aguas que los rodeaban eran ácidas, es decir de pantanos turbosos.
Los rollizos de madera se conservan más tiempo si se los mantiene permanentemente mojados o secos, pero si se alternan estas condiciones de humedad, se destruyen rápidamente.
Antes de colocar los pilotes se aconseja impregnarlos a presión con una sustancia protectora para evitar el ataque de hongos o insectos que destruyen sus fibras.
Las maderas más usadas, por ser más económicas, son pino y abeto. Si se requiere de mayor resistencia por el ataque de aguas de mar o por impactos, se debe recurrir a maderas más costosas pero de mayor dureza, como por ejemplo la haya o la teca.
Los rollizos naturales son más económicos, pero si poseen sección cuadrada, son mejores para sus posibles empalmes.
El hincado debe realizarse con golpeteo suave sobre la parte más gruesa del tronco.
En pilotes más grandes la carga de trabajo no ha de superar las 25 T. Esta clase de pilotaje se emplea donde el tronco de árbol es un material habitual fácil de encontrar en ese lugar, o cuando se trata de cimentaciones en zonas lacustres.
Acero
Se utilizan con secciones en H o en Cajón.
En tipo cajón pueden rellenarse de hormigón después de haberse colocado.
A veces se constituye el pilotaje con perfiles planos empalmables, es el tablestacado, que se consiguen con secciones de acero laminado en caliente. Se los utiliza como contención de tierras y como barrera del agua en caso de excavaciones para cimentaciones, sótanos. En muelles y zonas ribereñas también suele usarse.
Para evitar la corrosión, el acero puede contener una cantidad importante de cobre , se lo llama acero de oxidación controlada o estar impregnado con pintura bituminosa.
Los hincados en pilotes de acero son más fuertes y vigorosos.
Si es necesario, pueden recuperarse y se les puede hacer variar su longitud por corte o por soldadura.
Hormigón
Los pilotes fabricados de este material se dividen en:
Pilotes Prefabricados
Pilotes Hormigonados In Situ
Tipos de Pilotes
Pilotes Prefabricados
Pilotes Hormigonados In Situ
Pilotes de Desplazamiento
Pilotes con Extracción de Tierras
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Pozos de Cimentación
Descabezado de Pilotes
Enlaces Externos
Directorio de empresas en España y productos de construcción en Catálogo multi-fabricante de Productos y Materiales de la Construcción
Libros sobre Construcción
Artículos técnicos sobre construcción
Cursos sobre Dirección y Gestión de Obras
Directorio de profesionales especializados en construcción
AETESS, Asociación de empresas de la tecnología del suelo y el subsuelo, contiene un Directorio de Empresas Asociadas y Publicaciones Técnicas.
Cimentación por sustitución
También se llaman por compensación, se refiere a que cuando tienes un suelo de baja resistencia, lo que haces es quitar terreno, disminuyendo la presión de ese terreno y lo sustituyes por peso de estructura, supongamos que tienes una construcción que pesa 8 t/m², y la resistencia del terreno es de apenas 5 t/m², y que el suelo pesa 1.5 t/m³ como te hacen falta 3 toneladas, pueses retirar 2 m de altura de suelo y meter tu construcción, quedando satisfecha la capacidad máxima del terreno.
