Cimentaciones superficiales y profundas

TEMA 11 – Cimentaciones
superficiales
Cimentación: ente o sistema que soporta la estructura y sus cargas.
Tipos de cimentaciones:
-
superficiales: nos apoyamos en cotas someras.
profundas: nos apoyamos en estratos profundos.
En las cimentaciones superficiales vemos el terreno desde la cota inferior de nuestra obra,
aunque sea a cotas muy bajas.
En las cimentaciones profundas transmitimos los esfuerzos indirectamente a cotas profundas.
Hay otro tipo de cimentaciones que son las denominadas semiprofundas, en las que
excavamos y rellenamos la oquedad con un material seleccionado. A continuación, sobre éste
realizamos una cimentación superficial.
Los condicionantes que nos inclinarán por un tipo de cimentación u otra serán económicos y
de la morfología del terreno.
Tipos de cimentaciones superficiales
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Zapatas aisladas: en ellas se apoya un solo pilar.
Zapata combinada: en las que apoyamos varios pilares. Dentro de este tipo están las
zapatas centradas, las medianeras y las de esquina.
Las zapatas medianeras y aún más las de esquina tienen una pérdida de efectividad
frente a las normales, pues para sujetar el mismo axil necesitaríamos más zapata.
Viga de cimentación: zapata que recoge las cargas de varios pilares alineados.
Vigas riostra: sirven para atar zapatas y evitar movimientos en horizontal. Se usan en
terrenos con facilidad de aparición de terremotos. No tiene función de asumir trabajos
verticales, como sí hacen las vigas de atado.
Zapata/viga corrida o continua: aquella que recibe los cargas de un muro longitudinal.
Emparrillado: ahorramos hormigón, pero es costoso el encofrado en mano de obra y
tiempo. Una buena alternativa puede ser construir una losa.
Tipos de cimentaciones profundas
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Pilotes: elementos verticales longitudinales. Elementos rígidos de mucha menos
sección que longitud.
Pilas de cimentación: su forma de trabajar es intermedia entre una cimentación
superficial y una profunda.
Micropilotes: no son pilotes pequeños. Tienen un diámetro menor pero su filosofía de
trabajo es muy distinta, pues éstos “se agarran” al terreno.
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Diseño de cimentaciones
A la hora de diseñar una cimentación, hemos de seguir los siguientes pasos:
1. Determinar la situación.
2. Evaluar la capacidad portante del suelo.
3. Estimar los asientos que se producirán.
1. Determinar la situación
Se debe evitar siempre realizar una cimentación sobre estratos vegetales o con abundante
materia orgánica, pues son poco resistentes y muy compresibles.
Si es previsible que se pueda helar el suelo (de forma estacional o permanente) se debe
estimar la profundidad de terreno afectada. Hemos de evitar siempre realizar un apoyo sobre
un estrato susceptible de sufrir heladas, pues el comportamiento de los suelos es susceptible
(en mayor o menor medida a las heladas).
Si se detecta en los reconocimientos del terreno previos al diseño de la cimentación que
alguna de las capas del subsuelo es potencialmente expansiva o colapsable, deberá estudiarse
con detalle:
-
el grado de expansividad o de colapsabilidad esperable
la presencia de posibles fuentes de humedad (árboles de hoja caduca, zonas sin
aceras, fugas en canalizaciones, etc.)
Es conveniente estudiar el entorno en el que se va a ejecutar una cimentación, identificando
las características de las estructuras colindantes.
Se debe proteger la cimentación de erosiones y socavaciones por acción hidrodinámica.
La posición del nivel freático puede ser determinante por:
-
la aparición de subpresiones, que provocan sifonamientos
la disminución del ángulo de rozamiento del terreno.
Asimismo, deberán estudiarse los posibles defectos subterráneos, como karstificaciones,
canalizaciones, antiguos túneles, bodegas, etc.
2. Evaluar la capacidad portante del suelo
Se define como carga de hundimiento a la tensión que, transmitida al terreno, produce su
rotura generalizada (se vence el rozamiento entre partículas).
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La carga de hundimiento la calculamos con la siguiente expresión, que es una simplificación de
la fórmula de Brinch-Hansen para suelos homogéneos, zapatas cuadradas y éstas a nivel del
terreno:
ܲ௛ = ܿ ∙ ܰ௖ + ‫ܰ ∙ ݍ‬௤ +
1
ߛ ∙ ‫ܰ ∙ ܤ‬ఊ
2
ܲ௛ : carga de hundimiento
ܿ : cohesión
‫ ݍ‬: cargas adyacentes del terreno
ߛ ∙ ‫ ܤ‬: efecto confinante del terreno
ܰ௜ : factores de carga que dependen exclusivamente del ángulo de rozamiento del terreno
Puede que la zapata no sea continua, esté enterrada o exista un estrato rígido a determinada
profundidad. También puede que las cargas no sean exclusivamente verticales. Estas opciones
cambian las condiciones del problema planteado y, para incluir estas variaciones, incluimos en
nuestra fórmula los coeficientes sc, sq, sγ.
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TEMA 12 – Cimentaciones profundas
Tipos de pilotes
1. Pilotes prefabricados
- de madera
- metálicos
- de hormigón armado
- de hormigón pretensado
2. Pilotes moldeados in situ
2.1. Hincados de desplazamiento
- con azuche
- con tapón de gravas
2.2. Excavados
2.2.1. De extracción
- con entubación recuperable
- con camisa perdida
2.2.2. Perforados sin entubación con lodos tixotrópicos
2.2.3. Barrenados
- sin entubación
- con hormigonado por el tubo central de la barrena
Utilización de los pilotes
Recurrimos al uso de pilotes en los siguientes casos:
-
Nuestro terreno no tiene suficiente capacidad portante.
Los asientos que se pueden producir son mayores que los tolerables.
Trabajamos sobre terrenos con variaciones volumétricas.
Construcción de edificios sobre el agua.
Tenemos cargas inclinadas u horizontales de importancia.
Nuestra cimentación está solicitada a tracción.
Queremos recalzar los cimientos existentes.
Pilotes prefabricados
Este tipo de pilotes se realizan con azuche para proteger su extremo inferior.
Los empalmes se realizan con juntas o dispositivos metálicos.
La hinca de pilotes prefabricados puede hace por percusión, con rosca o mediante gatos.
De las ventajas que presentan este tipo de pilotes, destacamos:
- Presentan un menor plazo de ejecución.
- Con la hinca del pilote compactamos el terreno.
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-
El hormigón del pilote estará en mejores condiciones, pues no presentará segregación
y tendrá mayor resistencia a un ambiente agresivo.
Tienen mayor capacidad resistente frente a esfuerzos horizontales.
La obra resulta ser más limpia y se realiza en un ambiente más despejado.
En cambio, los pilotes prefabricados no son adecuados si estamos trabajando en un terreno
con grandes bolos o sobre capas cimentadas profundas intercaladas.
Pilotes moldeados in situ
Este tipo de pilotes, frente a los estudiados anteriormente, presentan las siguientes ventajas:
-
Su transporte y la maquinaria precisada son más sencillos.
Existe la posibilidad de atravesar capas duras o con bolos.
No se desaprovecha material.
Nos permiten seguir trabajando si el estrato resiste sobre el que queremos trabajar
resulta estar más profundo de lo esperado.
Solo empleamos la armadura necesaria.
Producimos menos ruidos y vibraciones.
Evitamos posibles daños al terreno en el proceso de hinca.
Podemos mejorar la capacidad portante.
Carga de hundimiento
Es el esfuerzo que, aplicado en la cabeza del pilote, provoca la rotura del terreno. Los podemos
calcular de las siguientes formas:
1. Por fórmulas estáticas. Este método consiste en aplicar parámetros resistentes
(cohesión, ángulo de rozamiento interno) y, en la práctica, resulta difícil de valorar.
2. Mediante resultados de ensayos realizados in situ.
3. En pilotes hincados, a partir de la resistencia a la hinca.
4. Mediante pruebas de carga.
Cuando hemos determinado que para introducir un pilote 1-2 cm hemos necesitado 10-20
golpes, diremos que el pilote rechaza. Está empotrado en terreno firme.
La carga de hundimiento de un pilote se calcula con la siguiente suma:
ܳ௛௨௡ௗ = ܳ௣௨௡௧௔ + ܳ௙௨௦௧௘
Sea ‫ݍ‬௣ la resistencia unitaria por punta y ߬௙ la resistencia unitaria por fuste. Entonces
definimos:
ܳ௣௨௡௧௔ = ‫ݍ‬௣ ∙ ‫ܣ‬௣
‫ܣ‬௣ : área de la punta
ܳ௙௨௦௧௘ =
ර ߬௙ ∙ ݀ܵ௟௔௧௘௥௔௟
ௌ೗ೌ೟೐ೝೌ೗
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Aplicando un factor de seguridad a la carga de hundimiento, definimos la carga admisible
como:
ܳ௣ ܳ௙
ܳ௛
=
+
ܳ௔ௗ௠ =
ߛ௚
ߛ௣ ߛ௙
ߛ௚ : coeficiente de seguridad global. Para nuestros cálculos tomaremos ߛ = 3.
A continuación estudiamos cómo calcular ‫ݍ‬௣ y ߬௙ .
Resistencia por la punta
Para suelos granulares, utilizaremos la siguiente expresión:
‫ݍ‬௣ = σ′୴ ∙ ܰ௤
Resistencia por el fuste
PROBLEMA 15
PROBLEMA 16
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