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Cimentaciones Superficiales (zapatas y losas)                                 

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Cimentaciones Superficiales (zapatas y losas)                                 

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Cuando a nivel de la zona inferior de la estructura, el terreno presenta características adecuadas desde los puntos de vista técnico y económico para cimentar sobre él, la cimentación se denominará superficial o directa. Las cimentaciones superficiales estarán constituidas por zapatas, vigas y placas, o por combinaciones de estos elementos.

La influencia del tipo de edificio a ejecutar también es importante en la selección de la cimentación. Las características más importantes de los edificios a la hora de la cimentación pueden ser:

a) Existencia de sótanos
b) Edificios ligeros de poca altura: se usará cimentación superficial
c) Edificios de poca altura: losas, pilotaje
d) Edificios de gran altura: Cimentaciones profundas o losas de cimentación

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Las zapatas corridas son un tipo de cimentación poco profunda. Son cimientos extendidos que, por si fuera poco, se utilizan mucho en el sector de la construcción. Se denominan así porque se construyen mediante un método de excavación abierta. Por otra parte, las zapatas corridas hacen que la base de una estructura se expanda o se extienda para dar un soporte individual a todo el inmueble.

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Son un tipo de Cimentación Superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite.

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Las zapatas combinadas se diseñan de modo que el centroide del área de la zapata coincida con la resultante de las cargas de las dos columnas. Esto produce una presión de contacto uniforme sobre la totalidad del área y evita la tendencia a la inclinación de la zapata.

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El objetivo es transmitir las cargas a estratos profundos que tengan una mayor capacidad portante y de resistencia. Son consideradas aquellas que tiene una longitud mayor de seis metros, o bien que la relación entre la altura y la anchura del cimiento supere el valor de cinco.

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Son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles que se introducen en un taladro de pequeño diámetro, y que pueden estar inyectados con una lechada de mortero.

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Es un pilote alejado suficientemente de otros para no interactuar con aquellos. Si los pilotes se hormigonan “in situ”, no se permiten pilotes aislados para diámetros menores a 450 mm, mientras que entre 450 y 1000 mm de diámetro se pueden utilizar si se arriostran lateralmente. Si los pilotes son prefabricados hincados se podrán construir aislados siempre que se arriostren en dos direcciones ortogonales y se demuestre que los momentos resultantes en dichas direcciones se anulan o se absorben por la armadura del pilote o por las vigas riostras.

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Son pilotes de escasa capacidad portante individual, regularmente especiados o situados en puntos estratégicos, que sirven para reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones.

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El objetivo principal de una cimentación es transmitir las cargas de la estructura a los estratos resistentes del suelo, de tal manera que sea estable y que los asentamientos sean permisibles de acuerdo a las normas que rigen el sitio de construcción, pero, ¿en qué se debe basar el ingeniero Geotecnista para decidir qué tipo de cimentación es el adecuado? En el manual de cimentaciones profundas expedido por la SMIG menciona como factores que más influyen en la elección del tipo de cimentación los descritos a continuación:
• Cargas
• Técnica y economía
• Suelo

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Para el diseño de la cimentación de cualquier construcción se deberán efectuar análisis que involucren el efecto de las acciones permanentes (incluyendo el peso propio), variables (incluyendo la carga viva) y accidentales (incluyendo el sismo y viento). Una vez conocido estas acciones, es necesario saber su distribución y los esfuerzos aplicados al suelo.

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El estudio del suelo sobre el que se desplantará la construcción deberá proveernos de información acerca de las propiedades índices, mecánicas e hidráulicas del subsuelo. Estos estudios servirán de base para la correcta selección de los estratos de apoyo y de los elementos que trasmitirán las cargas al subsuelo.

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Al ser elegido un tipo de cimentación, es necesario definir el procedimiento de construcción, cuyas características deberán ahorrarnos en gran medida tiempo y dinero, respetando las especificaciones geotécnicas y estructurales, preservando constantemente la calidad de los elementos de cimentación.

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Son las inclinaciones de un terreno o de un muro.

Los taludes se caracterizan por su cabecera, pie y su ángulo de talud. El estudio se dirige a lograr la estabilidad de los taludes.

En el diseño se ha de considerar la posibilidad de deslizamientos naturales.

1. El análisis de la estabilidad se lleva a cabo mediante:

Cálculo del equilibrio límite. No se tienen en cuenta las deformaciones, únicamente se utiliza la Estática mediante las fuerzas que actúan en las componentes horizontal y vertical.

Estudio de Bishop simplificado. Sólo se consideran las fuerzas horizontales entre dovelas y se desprecian las fuerzas de cortante

2. Medios de estabilización de un talud:

Disminución de la inclinación del talud.

Eliminación del peso de la cabecera del talud.

Incremento del peso del pie del talud.

Utilización de anclajes lo más estéticos posibles con el entorno en las laderas del talud.

Empleo de muros de contención.

Drenaje del talud.

Utilización de gunita.

Escalonado del talud.

3. Excavación de taludes:

Mediante pala excavadora y cargadora, mototrailla, ripadoras, utilización de voladuras.

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Aquella en la que se busca reducir el incremento de carga aplicado al suelo por la estructura mediante la excavación del suelo y el desplante de la cimentación a una profundidad tal que el peso del suelo removido sea equivalente al peso de la estructura o a una parte sustancial de ella.

Se entiende por cimentaciones compensadas aquéllas en las que se busca reducir el incremento neto de carga aplicado al subsuelo mediante excavaciones del terreno y uso de un cajón desplantado a cierta profundidad.

Según que el incremento neto de carga aplicado al suelo en la base del cajón resulte positivo, nulo o negativo, la cimentación se denomina parcialmente compensada, compensada o sobre–compensada, respectivamente.

Para el cálculo del incremento de carga transmitido por este tipo de cimentación y la revisión de los estados límite de servicio, el peso de la estructura a considerar será: la suma de la carga muerta, incluyendo el peso de la subestructura, más la carga viva con intensidad media, menos el peso total del suelo excavado. Esta combinación será afectada por un factor de carga unitario.

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La estabilidad de las cimentaciones compensadas sev erificará como lo señala las normas. Se comprobará además que no pueda ocurrir flotación de la cimentación durante ni después de la construcción. De ser necesario, se lastrará la construcción o se instalarán válvulas de alivio o dispositivos semejantes que garanticen que no se pueda producir la flotación.

En la revisión por flotación, se considerará una posición conservadora del nivel freático.Se prestará especial atención a la revisión de la posibilidad de falla local o generalizada del suelo bajo la combinación de carga que incluya el sismo.

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Las cimentaciones profundas son una clase de cimentación pensada para solucionar la transmisión de cargas a los sustratos más resistentes del suelo. El desarrollo de este tipo de cimentación requiere de una maquinaria específica así como de técnicas de excavación y evacuación del material obtenido.

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Es el tipo de cimentación profunda más utilizada en edificios de gran altura, por este motivo está muy presente en grandes núcleos urbanos, en edificios con sótanos, aparcamientos, en túneles, carreteras o como medio de contención de aguas.

Gracias a nuestro equipo técnico y a la maquinaria disponible, Posada Perú es capaz de desarrollar excavaciones para muros de pantalla de hasta 20 metros de profundidad.

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En estas excavaciones el material o terreno extraído es proporcional al peso de la construcción que se pretender edificar.

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Se trata de una clase de  cimentaciones profundas que utilizan el principio de Arquímedes.

Para su planificación es necesario que la construcción sea totalmente impermeable y requiere de un cálculo previo de la reacción de empuje ascendente.

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Este tipo de cimentación se emplea ante determinadas necesidades técnicas: cuando el terreno es de baja calidad o está expuesto a variaciones como hinchamientos o retracciones. También en caso de edificaciones de gran altura que sufren la acción de fuertes vientos o edificaciones que requieren de elementos de tracción o sostenimiento.

En estas situaciones es necesario excavar hasta encontrar terreno firme que dé sustento suficiente al pilotaje.

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Los pilotes son anteriores a la historia que conocemos. Hace 12000 anos los habitantes neolíticos de Suiza hincaron postes de madera en los blandos fondos de lagos poco profundos para construir sus casas sobre ellos y a alturas suficiente para protegerlos de los animales que melodeaban y de los guerreros vecinos. Estructuras similares están actualmente en uso en las junglas del sudeste de Asia y de la América del Sur. Venecia fue construidas sobre pilotes de madera en el delta pantanoso del río Po, para proteger a los primeros italianos de los invasores del este de Europa y, al mismo tiempo, para estar cerca del mar y de sus fuentes de subsistencia.Los descubridores españoles dieron a Venezuela ese nombre, que significa pequeña Venecia, porque los indios vivían en chozas construidas sobre pilotes en las lagunas que rodean las costas del lago Maracaibo. En la actualidad las cimentaciones de pilotes tienen el mismo propósito: hacer posible las construcciones de casas y mantener industrias y comercios en lugares donde las condiciones del suelo no son favorables.

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Los pilotes se usan de muchas maneras. Los pilotes de carga que soportan las cimentaciones son los más comunes. Estos pilotes transmiten la carga de la estructura a través de estratos blandos a suelos más fuertes e incompresibles o a la roca que se encuentre debajo o distribuyen la carga a través de los estratos blandos que no son capaces de resistir la concentración de la carga de un cimiento poco profundo. Los pilotes de carga se usan cuando hay peligro de que los estratos superiores del suelo puedan ser socavados por la acción de las corrientes o las olas o en los muelles y puentes que se construyen en el agua.

Los pilotes de tracción se usan para resistir fuerzas hacia arriba, como en las estructuras sometidas a subpresion, tales son los edificios cuyos basamentos están situados por debajo del nivel freatico, las obras de protección de presas o los tanques sorterrados. También se emplean para resistir el vuelco en muros y presas y como anclaje de los cables que sirven de contravientos en las torres o retenidas en los muros anclados y en las torres.

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Los pilotes hincados se utilizan como apoyos puntuales para cimentaciones de edificaciones sobre terreno sin capacidad portante y se hincan en el terreno con maquinaria pesada hasta alcanzar una capa con suficiente capacidad portante o un estrato de rocas.

Poseen una armadura interior y una armadura exterior en espiral para soportar las tracciones transversales generadas por el proceso de hinca; los pilotes también se fabrican pretensados. La cabeza del pilote es plana, el pie en punta. Un ejemplo clásico de una cimentación con pilotes es la cuidad de Venecia, que a lo largo de los siglos fue construida sobre innumerables pilotes.

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video de colocacion de pilotes hincados

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Estudio Geotécnico PASOS PREVIOS - Estudio de Gabinete - Visita de Reconocimiento - Geofísica - Ensayos insitu - Calicatas

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¿Cuáles son las 5 cosas debemos hacer antes de arrancar con los sondeos o perforaciones de un estudio de suelos?

Tip Geotécnico 021

En este vídeo de YouTube, exploramos las 5 cosas que se deberían hacer antes de empezar un estudio geotécnico para el diseño de fundaciones. Se explican los pasos que debemos dar antes iniciar con sondeos mecánicos, los ensayos spt, o las pruebas in situ. 

Los pasos previos son:

Estudio de Gabinete
Visita de Reconocimiento Previo
Prospección Geofísica
Ensayos in situ sencillos, (DCPs, esclerómetro, placa de carga, vane test manual, penetrómetro de bolsillo
Calicatas

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Ingeniería Geológica, Luis I. de Vallejo - http://amzn.to/2vV12Tz

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ICE Manual of Geotechnical Engineering Vol 1 (ICE Manuals) - http://amzn.to/2ihwFn2

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ICE Manual of Geotechnical Engineering Vol 1 y Vol 2 (ICE Manuals) - http://amzn.to/2fYjGpy

Geotechnical Site Investigations for Underground Projects: Volume 1 (v. 1 & 2) - http://amzn.to/2fWBGkp

Referencia para DESCARGAR

Cuadro de Información a Consultar durante la fase de Estudios Previos - https://drive.google.com/file/d/0B11e9h5cpLwUajRZMy1rVG5hUEU/view?usp=sharing

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Como corrientemente debajo de las cimentaciones los pilotes se colocan en grupo, relativamente con poca separación entre ellos, es necesario considerar la acción del grupo de pilotes. Esto es esencialmente importante cuando se usan pilotes de pura "fricción" y cuando los suelos subyacentes al estrato resistente, en que descansan las puntas de los pilotes resistentes por la punta, son más compresibles.

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La capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula suponiendo que el grupo de pilotes forma una cimentación gigantesca, cuya base esta al nivel de las puntas de los pilotes y cuyo ancho y largo son el ancho y largo del grupo de pilotes. La capacidad del grupo es la suma de la capacidad de carga de la base de la "cimentación", mas la resistencia a esfuerzo cortante a lo largo de las caras verticales del grupo que forma la "cimentación".

La capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula usando la formula general de capacidad de carga. Se usan los factores para cimentación profunda cuando la longitud del pilote es por lo menos diez veces el ancho del grupo y cuando el suelo homogéneo; en todos los casos, se usan los factores para cimentaciones poco profundas. El esfuerzo cortante alrededor del perímetro del grupo de pilotes, es igual a la resistencia del suelo, determinada sin tener en cuenta ningún aumento de presión lateral debido al desplazamiento producido por el pilote, multiplicada por él arrea de la superficie lateral del grupo. Aunque los ensayos en modelos indican que la verdadera capacidad del grupo es siempre ligeramente menor que la calculada, la diferencia esta ampliamente comprendida dentro del factor de seguridad de 2.

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La capacidad admisible de los pilotes se calcula de acuerdo a su resistencia por punta mas la del fuste pero los piloteros calculan la capacidad por lo que soporta el concreto. Se estima aproximadamente un 20 % de la tension cedente del concreto f'c, que seria para 210 kg/cm2, entre 45 kg/cm2 o 50 kg/cm2; la capacidad entonces seria igual a esta tension multiplicada por el area del pilote. Pero estos numeros de donde salen? Cual es su base?

Encontre una tabla de Soletanche que se refiere a la capacidad maxima de pilotes excavados, donde se mencionan los estandares DTU y CCBA (?), y ahi establece que la maxima carga de trabajo a compresion simple es de 5 Mpa osea como 50 kg/cm2.

Cuando queremos saber cuanto soporta un pilote por su seccion de concreto lo estudiamos como si fuera una columna corta donde el Pu=Ø(0.85Agf'c+AsFy), pero esto esta lejos de lo comentado anteriormente.

Estara la diferencia en la teoria empleada. Puede ser que inicialmente se estudio este caso bajo la teoria elastica pero ahora todos trabajamos bajo la teoria de rotura.

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video de capacida de carga de un pilote.

parte 1

parte 2

nota. oprimir (parte1 y parte2)para abrir el archivo video.

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Las pruebas de carga en pilotes se realizan para comprobar que los pilotes tienen la capacidad requerida para soportar la estructura a construir. Aplicando una carga en un pilote instrumentado con sensores, estas pruebas son capaces de determinar el desplazamiento del pilote frente a la carga, definiendo así la curva de carga-asiento.

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Prueba de carga dinámica en pilotes realizada por G-Octopus y ICM Engineering (ESP)

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Pruebas de carga rápida

La necesidad de un método eficiente, fiable y preciso para la pruebas era aún una prioridad. StatNamic, una abreviación de STATic y dynNAMIC, se desarrolló en Canadá en 1985. Se trata de un método nuevo de pruebas de carga para pilotes de alta capacidad, que combinó las ventajas de las pruebas estáticas y de las dinámicas, sorteando la mayoría de sus limitaciones: la prueba de carga rápida. En 1988, algunos ingenieros de Allnamics, trabajando en ese momento en el instituto de investigación holandés TNO, se unieron a la investigación. Junto con la corporación Berminghammer, crearon en 1989 el primer dispositivo StatNamic.

El método StatRapid
Las pruebas StatRapid son pruebas con una velocidad rápida de aplicación de carga, pero que dinámicamente es lenta. La carga se aplica dejando caer un peso muerto sobre el pilote. Debido al sistema de muelles dispuesto previamente en la cabeza del pilote, que están diseñados específicamente para las pruebas StatRapid, se empuja el pilote suavemente en el terreno. La amortiguación sobre la cabeza genera tensiones en el hormigón muy bajas, siendo idóneas para pilotes in situ, los cuales tienen generalmente hormigón de menor resistencia, lo que muchas veces hace que no puedan resistir las tensiones del impacto de las pruebas dinámicas.

El dispositivo StatRapid

El dispositivo StatRapid consiste en un bastidor principal, unos pesos modulares, y el sistema de muelles y amortiguación diseñado específicamente. Toda la configuración se transporta en sólo unos camiones. Se necesitarán más o menos pesos modulares dependiendo de la carga máxima de prueba. Se utiliza una grúa para un montaje rápido y fácil del dispositivo StatRapid. Una vez montado, el dispositivo es autosustentable.

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CAUSAS INTRÍNSECAS

Errores de proyecto:

1. Cimentación insuficiente o falta de capacidad
portante del terreno
2. Distribución heterogénea de las cargas o
excesiva excentricidad

Defectos de ejecución:

1. Lavado del hormigón por presencia de aguas en
movimiento
2. Rotura de pilotes hincados o corte de pilotes
entubados
3. Errores de replanteo

CAUSAS EXTRÍNSECAS

Modificación de las condiciones de entorno

por la actividad humana:

1. Disminución de la capacidad de carga del

cimiento o excesiva deformación del

suelo debido a excavaciones en terrenos

colindantes

2. Alteraciones generales provocadas por la

presencia de cargas adyacentes

Variación de las hipótesis iniciales de proyecto:

1. Incremento del número de plantas sobre o bajo

rasante.
2. Variación de la actividad funcional (y

consecuentemente de cargas)

3. Incrementos de sobrecargas de uso

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Se logra de las siguientes maneras:

1. Mediante recubrimientos metálicos

2. Impregnando la madera con substancias

antisépticas

3. Construirlos mixtos, con una prolongación superior

de concreto armado, el pilote de madera se hinca

de modo que quede continuamente sumergido,

mientras que la extensión de concreto se prolonga

en la altura donde el nivel freático oscila. Se conjuga

de esta forma la ventaja económica del bajo costo

de los pilotes de madera, con la durabilidad de los

de concreto.

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Las pilas son elementos estructurales colados en el sitio, que presentan una sección transversal considerable y que se encargan de transmitir la carga proveniente de la superestructura (edificación, puente, etc.) a un estrato que sea capaz de soportarla.

Las pilas son cimentaciones profundas de gran capacidad de carga, que se diferencian de los pilotes en sus dimensiones. Las pilas tienen usualmente sección transversal circular u oblonga y por lo general llevan armadura longitudinal y transversal.

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Las características de las pilas y sus ventajas son las siguientes: Pueden resistir cargas axiales superiores a las 500 TN, pueden construirse bajo el nivel freático, soportan cargas horizontales e inclinadas, con buena resistencia a flexión, su construcción no afecta los edificios circundantes, pues no se producen vibraciones por lo cual se pueden ubicar próximas a colindancias, el lapso de servicio es prácticamente ilimitado, aun en medios agresivos, tal como ocurre con las construcciones costeras, o en pilas de puentes sobre ríos, Transfieren las cargas a estratos profundos, lo cual es especialmente ventajoso cuando existe el peligro de socavación por las corrientes fluviales y marítimas, o las mareas, y pueden construirse sin cabezales, o con cabezales de reducidas dimensiones.

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Pilas de Cimentación - Procesos y Técnicas de Construcción

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Las pilas, en forma similar a los pilotes, pueden ser excavadas o perforadas, y trabajan por punta o fricción lateral. Si las pilas descansan en roca dura, solo se toma en cuenta su resistencia por punta, despreciándose su resistencia por fricción lateral. Pero cuando el suelo es homogéneo de gran profundidad, la resistencia a fricción alcanza magnitudes importantes. Debido a sus grandes dimensiones, las pilas suelen sufrir asentamientos, los cuales deben considerarse en el diseño.

Para construir las pilas excavadas existen tres métodos diferentes.

-Método en seco.

-Método con ademe metálico.

-Método con lodos estabilizadores.
Las fases de ejecución de una pila son básicamente tres:

1.- Realización de la perforación

2.- Colocación de armado de acero.

3.- Colocación de concreto.