teoria final cimentaciones

Teoría Final
Cimentaciones
Alumno: Nuñez, Federico Nicolas
CX: 10-0152-9
PROGRAMA ANALITICO DE LA ASIGNATURA
CIMENTACIONES
TEMA 1: PLANEAMIENTO DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
Reconocimiento del suelo y estudio geotécnico- Metodología de un estudio de suelosElección del Método – Utilización de antecedentes y fotografías aéreas- Establecimiento del
programa: cantidad de sondeos, profundidad de exploración, densidad de los ensayos
geotécnicos – Informe Técnico relativo a las posibilidades de fundación de una ObraEstudios preliminares, definitivos y complementarios.
TEMA 2: LA EXPLORACIÓN DE SUBSUELO
Métodos directos- Excavaciones y Sondeos. Pozos a Cielo Abierto. Galerías. Equipos a
utilizar. Barrenadores manuales y mecánicos- Perforación por percusión. Obtención de
muestras representativas de suelo, su acondicionamiento. Distintos tipos de Muestreadores.
Métodos indirectos para explorar el subsuelo. El Método Dinámico. Método de Resistividad
Eléctrica. Disposición de Wenner y de Watson. Método Sísmico. Prueba de Penetración de
Cono. Ensayo de Penetración Standard- Presiómetros. Piezómetros.
TEMA 3: EXCAVACIÓN DEL RECINTO DE FUNDACIÓN
Generalidades- Diferentes casos. Supuraciones. Excavación de recintos en seco- Tablestacas
de madera, de Hº Aº y metálicas. Detalles. Profundidades de hinca. Excavación en arcillas y
en arenas. Entibaciones- Excavaciones de recintos por debajo del freático. Depresión de
Napas. Posibilidades de Bombeo. Tablestacas e inyecciones. Congelación del suelo. La
excavación de recintos en agua libre, el empleo de Cofferdams. Su montaje. Detalle. Pantallas
de Hormigón: Introducción. Proyecto y ejecución, diferentes etapas.
TEMA 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Elección del tipo de cimentación. Fajas continuas de hormigón simple o armado. Zapatas
ubicadas sobre medianeras, aisladas, vinculadas por medio de vigas o tensor. Diseño y
cálculo. Detalles de armado. Vigas con solera, simples y continuas. Diseño cálculo y
dimensionado, distintos métodos, disposición de armaduras. Plateas de cimentación, distintos
tipos, rígidas y flexibles, su cálculo, detalles.
TEMA 5: CIMENTACIONES PROFUNDAS – PILOTES
Clasificación de los pilotes de acuerdo a tu forma de trabajo: pilotes de pie de primer orden,
de pie de segundo orden, de pie medio fijo, de fricción, de tracción y de consolidación.
Descripción y detalles. Clasificación de los pilotes en función del material de fabricación:
pilotes de madera, de hormigón armado y de acero. Criterios de selección. Pilotes ejecutados
in situ. Detalles. Pilotes Franki, Vibro, Raymond. Pilotes con camisas hincadas por medio de
vibradores. Pilotes excavados con lodos bentoníticos. Cortina de pilotes- Equipos de
excavación e hinca- Capacidad de carga de pilotes, fórmulas estáticas y dinámicas. Fórmulas
semiempíricas. Capacidad de carga de un conjunto de pilotes o pilotaje, fórmula de
verificación de Terzaghi. Pruebas de carga. Pilotes sometidos a acciones laterales exteriores.
Fricción negativa. Cabezales, diseño y cálculo, disposición de armadura.
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 6: FUNDACIONES PROFUNDAS- CILINDROS Y CAJONES
Fundaciones con cajones abiertos: Pozos y Cilindros- Detalles. Verificación de sus
dimensiones y Proceso de ejecución. Cálculo. Teoría de Bloque Rígido y del Pilote Corto.
Distintos tipos de solicitaciones. Cierre inferior de los cilindros, su ejecución. Fundaciones
con cajones cerrados: cajones flotantes; su empleo; ejemplos. Cajones neumáticos, su
instalación en obra. Equipo. Precauciones a tener en cuenta. Hormigonado bajo agua.
TEMA 7: EL MEJORAMIENTO DEL SUELO DE FUNDACIÓN
Propiedades a mejorar. Metodología de mejoramiento. Incorporación de Aditivos.
Cimentación. El mejoramiento por reemplazo de capas impropias o de suelo inadecuado para
fundar. La sustitución por gravedad y con ayuda de explosivos. El mejoramiento de rellenos
arenosos por medio de vibraciones. Compactación de suelos por rodillado. Mejoramiento de
suelos arcillosos por medio del método Osmótico Eléctrico. Drenes de consolidación. El
empleo de quemadores, limitaciones. Inyecciones. Generalidades. Inyecciones de
consolidación y de impermeabilización. Inyecciones de suspensiones de arcilla y cemento en
agua. Inyecciones de soluciones de sustancias químicas. Inyecciones de productos
bituminosos. Equipos y modos de inyección. Empleo de Geotextiles.
TEMA 8: FUNDACIONES SOMETIDAS A VIBRACIONES:
Fundaciones para máquinas y motores. Efectos dinámicos en las fundaciones. Resonancia.
Coeficientes de vibración y fatiga. Concepto de fuerzas estáticas equivalentes. Coeficiente de
ampliación dinámica. Caso de esfuerzos periódicos e impactos aislados. Cimentaciones
Macizas. Adjudicación de las armaduras. Aspectos constructivos y de diseño. Fundaciones
aporticadas. Fundaciones Sismorresistentes. Acciones sísmicas. Interacción suelo-estructura.
Casos de fundación superficial y profunda. Aplicación de la normativa nacional en la materia.
Dimensionado de Riostras.
TEMA 9: PATOLOGÍA DE LAS FUNDACIONES. RECALCES:
Efecto de la construcción de cimentaciones sobre las edificaciones linderas. Fallas en las
construcciones, relación causa efecto – Algunos ejemplos – Fisuras y grietas, distintas formas.
Asentamientos, expansión y deslizamiento de suelos. Seguimiento a través del tiempo. Efecto
producido por la hinca de pilotes. Movimientos producidos como consecuencia del descenso
del nivel piezométrico. Movimientos producidos durante la excavación de los recintos de
fundación. Recalces de estructuras de hormigón armado. Análisis de la transferencia de cargas
a estructuras provisorias y definitivas. Empleo de pilotes y micropilotes, inyecciones. Empleo
de gatos para restituir la posición original.-
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 1 PLANEAMIENTO DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
INTRODUCCIÓN
Antes de planificar o emprender cualquier obra de ingeniería, se deben conocer las características
y propiedades del suelo en el cual se apoyara. Para ello se debe organizar un plan de exploración
que depende de la magnitud de la obra y de la naturaleza del suelo. Los métodos de
reconocimiento se pueden dividir en 2 grandes grupos


Reconocimiento de la superficie
Exploración del subsuelo
R ECONOCIMIENTO
DE LA SUPERFICIE
El reconocimiento de la superficie involucra una amplia gama de información que permite tener
una idea general de las características del subsuelo.
Esta etapa inicial abarca:
 Información geológica de la región
 Actividad sísmica potencial
 Inspección visual
 Fotografías aéreas
 Observación de construcciones existentes
La información geológica se obtiene de estudios previos que se hayan realizado en la región. Esta
información nos permite determinar la naturaleza del suelo, potenciales fallas geológicas,
cavernas subterráneas, zonas inundables, etc.
Es importante saber de antemano que tipo de suelo tenemos ya que no es lo mismo excavar en
un suelo que en una roca.
La actividad sísmica la obtenemos de mapas (Tucumán zona sísmica 2), es un factor determinante
en la elección del tipo de edificación y sus bases
La inspección visual aporta datos sobre la topografía, erosión, presencia de taludes y corrientes
de agua.
El uso de fotografías aéreas es más común en obras de gran envergadura. Estas fotografías
permiten analizar todo el conjunto para obtener datos topográficos, datos de erosiones,
afloramientos de roca, acumulaciones salinas, análisis de cuencas, etc.
La observación de estructuras existentes o vecinas nos permitirá tener una idea del tipo de
cimentaciones empleadas en el lugar, tipo de suelo y sus valores de resistencia, ubicación de nivel
freático, etc.
La presencia de grietas, asentamientos diferenciales y filtraciones nos permiten tener una idea
de posibles problemas futuros que debemos evitar desde el primer momento.
Nuñez, Federico Nicolas
Una vez concluida la etapa de exploración visual, continuaremos con la exploración del subsuelo.
Para saber qué tipo de estudios realizaremos debemos conocer:
 Características del terreno
 Tipo de obra
 Funcionalidad de la obra
 Tipo y magnitud de la carga
 Experiencia local y propia
El tipo de obra nos definirá la cantidad de sondeos que debemos realizar. La profundidad del
sondeo es aproximadamente 1,5 a 2 veces la dimensión de la base. (Activa bulbo de presión)
Nota: Existen distintos tipos de obras:
 Puntuales (Edificio, Pozo de petróleo)
 Lineales (Líneas de tensión, camino)
 Superficial (barrio, presa, fabrica)
Una vez terminadas las tareas de campaña (exploración, perforación y extracción de muestras)
se realizan las tareas de laboratorio:
 Clasificación de suelos: Humedad, LL, LP, granulometría
 Ensayos específicos: Triaxial, edometrico, permeabilidad
Todos los resultados son volcados a un informe técnico.
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 2 EXPLORACIÓN DE SUBSUELO
INTRODUCCIÓN
El objetivo de la exploración del subsuelo es darle al ingeniero información para:







Seleccionar el tipo de profundidad de la cimentación, adecuada para una estructura dada
Evaluar la cantidad de carga de la cimentación
Estimar el asentamiento probable de la estructura
Detectar los problemas potenciales de las cimentaciones como pueden ser, suelos
expansivos, suelos colapsables, relleno sanitario, etc.
Determinar la ubicación del nivel freático
Predecir el empuje lateral del terreno en estructuras como los muros de contención,
tablestacados, etc.
Establecer métodos de construcción para condiciones cambiantes del subsuelo
Directa
Exploración del subsuelo
Indirecta
In Situ
Galerías
Excavaciones
Sondeos visibles (calicatas)
Sondeos
Exploración Directa
(Para obtención de muestras)
Exploración Indirecta
(Para obtener propiedades mecánicas)
Método Gravimétrico
Método Magnético
Método Sísmico
Método Eléctrico
Estáticos CPT
Dinámicos SPT
Ensayos
“In situ”
Ensayos de penetración
Ensayo de placa
Ensayo de presiometro
Ensayo de molinete
Ensayo de corte
Pilotes
Ensayo de carga
Fundaciones Superficiales
Ensayos para determinar coeficiente de permeabilidad K
Nuñez, Federico Nicolas
EXPLORACIÓN DIRECTA
Excavaciones o sondeos que tienen por objeto la extracción de muestras representativas del
suelo, en condiciones alteradas o inalteradas.



Excavaciones y galerías: En función de la disponibilidad de equipos, se practican en el
suelo galerías, túneles, zanjas o pozos de poca profundidad, pero gran volumen.
 Ventajas:
o Inspección visual de estratificación
o Grandes muestras representativas
o Obtención de muestras tipo bloque en suelos
coherentes
 Desventajas:
o Aplicable solo a suelos cohesivos por arriba del nivel
freático
Calicatas: Son pozos cilíndricos excavados manualmente de 1,20 m de diámetro
aproximadamente. Es un sondeo visitable que tiene las mismas ventajas y desventajas de
las galerías, solo que estas pueden alcanzar profundidades de 12 m. (Nota: La desventaja
se puede mejorar con bombeo y entibaciones, usualmente no pasan de los 4 m por
seguridad del operario)
Sondeos: Son perforaciones de pequeño diámetro 3’’ a 7’’ que permiten conocer la
naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno, incluso la posición del nivel
freático
Por rotación
Manuales
Mecánicos
Por percusión
Mecánicos
Con inyección de agua
Sin inyección de agua
Sondeos
S ONDEOS
MANUALES
:
S ONDEOS
M ECÁNICOS :
Para la localización de una base rocosa próxima, identificación del suelo
o determinación del nivel freático.
No se utilizaran en arenas sueltas, pues pueden fluir al extraer el
equipo, ni tampoco cuando existan gravas de tamaño superior a la
mitad del diámetro
Sirven para la obtención de muestras del terreno y para la realización
de algunos ensayos in situ.
Tienen alto costo y producen perturbación a la estructura del suelo
En suelos blandos son a presión, en gravas y materiales cementados a
percusión y en rocas/suelos duros a rotación
Nuñez, Federico Nicolas
La perforación con barreno es el método más simple de efectuar sondeos de exploración,
estos barrenos pueden ser manuales o mecánicos.
1. BARRENO HELICOIDAL MANUAL: no deben usarse para excavaciones de más de
3 o 5 m de profundidad, por lo que se usan en estructuras pequeñas.
Se utilizan para la localización de una base rocosa próxima, identificación del
suelo o determinación de nivel freático
No se recomienda para suelos no cohesivos o con baja cohesión, debido a
que las paredes de la perforación no son estables.
2. BARRENO DE PERFORACIÓN CONTINUA: Cuando se dispone de energía eléctrica
son los más convenientes. La energía para efectuar el trabajo se suministra
desde torres de perforación montadas en un camión o tractor. De esta
manera se efectúan fácilmente perforaciones de 60 a 70 m de profundidad.
Están conformados por segmentos de 1 a 2 m de longitud los cuales se
adicionan a medida que se avanza con la perforación, estos barrenos
pueden ser solidos o huecos.
La punta del barreno se conecta a una cabeza cortadora. Durante la
perforación la hélice del barreno lleva el suelo suelto desde el fondo del
agujero hacia la superficie. El perforista puede detectar cambios en el tipo
de suelo si nota variaciones en la velocidad y sonido del taladro
Cuando se usan barrenos sólidos, estos deben retirarse en intervalos
regulares para obtener muestras de suelo y realizar algunos ensayos como
el de penetración estándar. Los barrenos huecos tienen una ventaja sobre
los sólidos ya que no tienen que ser retirados para efectuar el muestreo o
realizar algún ensayo, un obturador o tapón removible está unido al fondo
del barreno por medio de un vástago central, durante la perforación, el
obturador puede ser extraído junto con el barreno y puede entonces
llevarse a cabo el muestreo
Nuñez, Federico Nicolas
3. PERFORACIÓN R OTATIVA : es un procedimiento en el cual trépanos rotatorios
de perforación corta y muele el suelo profundizando la perforación, existen
varios tipos de trépanos según el tipo de suelos, se utiliza en arena, arcilla
y roca (a menos que este muy fisurada)
El agua o lodo de perforación se inyecta a presión hacia abajo por las barras
de perforación hasta los trépanos y el flujo de retorno lleva los recortes a la
superficie.
El lodo de perforación es una mezcla de agua y bentonita, se usa
generalmente para evitar desmoronamientos.
Cuando se requieren muestras de suelo, la barra perforadora se eleva y el
trepano se reemplaza por un tubo muestrador
4. PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN: es un método alternativo que se utiliza en rocas
y suelos duros. Un trepano pesado sube y baja para cortar el suelo duro. Las
partículas de suelo cortado son llevadas a la superficie por circulación de
agua. Este tipo de sondeo puede requerir de un tubo de camisa
Nuñez, Federico Nicolas
5. PERFORACIÓN CON INYECCIÓN DE AGUA : usado en suelos finos poco coherentes.
Se hinca un tubo camisa de 3’’ de diámetro. El suelo se retira por medio de
un trepano cortante unido a un vástago perforador.
El agua es inyectada a través del vástago perforador y sale a muy alta
velocidad, por los agujeros en el fondo del trepano, rompiendo y removiendo
suelo.
A medida que se inyecta el agua se penetra en el suelo, haciéndolo girar.
Cada 15 cm o cuando se observa un cambio en el color del agua, se suspende
la inyección y se toma una muestra con un sacatestigo
P ROCEDIMIENTO
DE MUESTRO DEL SUELO
Dos tipos de muestras de suelo se obtienen durante la exploración del subsuelo, muestras
alteradas e inalteradas.
Las muestras alteradas pero representativas son usadas para los siguientes ensayos de
laboratorio:
 Análisis granulométrico
 Determinación del LL y LP
 Peso especifico
 Contenido de materia orgánica
 Clasificación del suelo
NO se deben usar muestras alteradas para ensayos de consolidación, corte o permeabilidad.
Una muestra inalterada es aquella que conserva la estructura, humedad y propiedades mecánicas
del suelo in situ.
TIPOS DE MUESTRADORES
1. Sacatestigos simple: Se utilizaran para suelos coherentes de consistencia blanda a media.
El sacatestigo es hincado por golpes hasta su tope, se limpia alrededor y se extrae la
muestra. Luego se enraza y se coloca parafina para conservar la humedad. La muestra se
embolsa y etiqueta (obra, pozo, profundidad).
Nuñez, Federico Nicolas
El grado de alteración dependerá del espesor y filo del tomamuestras (a menor espesor,
menor alteración)
El ser hincado por golpes genera gran alteración, mientras que si lo hinca de forma rápida
a una velocidad constante, se obtienen buenos resultados
2. Muestreo tipo bloque: Se utiliza en suelos coherentes de consistencia media a dura.
Con una cuchara se talla un bloque de 25 x 25 cm aproximadamente, se lo baña en
parafina y se embolsa con su respectiva etiqueta.
El transporte de bloque se realiza dentro de un cajón de madera, rellenando los espacios
vacíos con arena.
Nuñez, Federico Nicolas
3. Muestrador de media caña: se utilizan para obtener muestras que están alteradas pero
aún son representativas.
Consiste en una zapata de hincado de acero, un tubo de acero dividido longitudinalmente
en 2 y un cople en la parte superior, el cual conecta el muestrador con la barra de
perforación
Cuando se llega a una cierta profundidad se retiran las herramientas de penetración y se
baja el muestrador.
El penetrometro se hinca por medio de golpes en la parte superior de la barra de
perforación, los golpes se dan con la caída de un molinete (140 lb) desde una altura de
(30”),el número de golpes darán indicios de la consistencia del suelo y Cu.
Cuando se retira el muestrador, la muestra se coloca en un recipiente de vidrio y es
enviada al laboratorio.
Las muestras se toman cada 1,5 mts aproximadamente, cuando el material encontrado
es arena fina de bajón nivel freático el muestreo con media caña es difícil y se debe
colocar un suplemento llamado extractor de núcleos de manantial.
4. Cucharon rascador: cuando los depósitos de suelo están constituidos por arena mezclada
con guijarros (piedra lisa y redondeada), la obtención de muestras con media caña no es
posible y se debe usar cucharon rascador.
El muestrador es hincado y girado en el suelo y el suelo lateral desprendido cae dentro
del cucharon. La muestra es alterada pero representativa
Nuñez, Federico Nicolas
5. Tubos de pared delgada o shelby: están hechos de acero sin costura y se usan para
obtener muestras inalteradas en suelos arcillosos y arenas secas, los más usados tienen
un diámetro de 2” y 3”.
El tubo tiene un extremo afilado que se hinca y el otro se une a la barra perforadora.
Una vez extraída la muestra se tapan los 2 extremos y se la lleva al laboratorio para
conservar la humedad. Estas muestras sirven para ensayos de consolidación y corte.
6. Muestrador de pistón: cuando las muestras inalteradas son muy blandas o tienen un
diámetro mayor a 3” tienden a salirse del muestrador, para estos casos son útiles estos
muestradores.
Consiste en un tubo de pared delgada con un pistón, al principio el pistón cierra el
extremo del tubo de pared delgada, se baja el tubo y este se hinca hidráulicamente más
allá del pistón, la presencia del pistón impide el aplastamiento del suelo que entra al no
admitir suelo adicional, obteniendo mejores resultados que el tubo Shelby
7. Técnicas de perforación en roca (tubos sacatestigo): poseen en su extremo inferior una
herramienta cortante (corona de corte) que permite el avance del sondeo y la extracción
del testigo, definiendo las secciones de los mismos con sus diámetros interiores y
exteriores.
El material abrasivo de la corona es diamantina o widia en pastillas
Tipos
a. Simple: no hay tubo interno, aplicable a rocas insensibles al agua
b. Doble: tubo externo + interno que aloja el testigo cortado para protegerlo de la
corriente del fluido de perforación que circula en el espacio anular
c. Pitcher: 2 tubos concéntricos. El externo posee una corona cortante para
perforar la roca, el interno es un tomamuestras de pared delgada, provisto de un
resorte extremo superior que permite adaptarse a la consistencia del suelo
Nuñez, Federico Nicolas
d. Denison: El tubo mayor diámetro está provisto de dientes cortantes en la parte
inferior. A medida que se perfora el tubo exterior rota.
El tomamuestras consta de una camisa de diámetro delgado dentro de la cual se
aloja la muestra que puede ser retirada (tiene además un retén de resorte)
EXPLORACIÓN INDIRECTA
Consiste en medir ciertas propiedades del terreno a partir de mediciones de magnitudes físicas
realizadas en la superficie, estas mediciones se correlacionan y contrastan con los resultados
obtenidos en la exploración directa. La exploración indirecta (métodos geofísicos) solo sirve como
un complemento de la información obtenida de los testigos extraídos en la exploración directa
Las ventajas de estos métodos son
 Permite un relevamiento global del ambiente, previo a mediciones directas
 Permiten extender a espacios mayores los datos de mediciones directas, las cuales
brindan información puntual
 Son relativamente económicos y de rápida ejecución
Los métodos geofísicos se clasifican en:
I.
Gravimétrico (mayor utilización en la geología y en minería):
Se basa en la medición de anomalías en el campo gravitacional terrestre aprovechando
las diferencias de gravedad en distintos sectores (ya que grandes cuerpos mineralizados
aumentan la gravitación por su gran densidad)
Se utilizan balanzas de altísima precisión.
II.
Magnético (mayor utilización en la geología y en minería):
Se basa en la medición de la intensidad del campo magnético terrestre. Se busca,
mediante brújulas de precisión, lugares en donde haya una desviación del norte
magnético, lo que ocurre en presencia de materiales pesados.
III.
Método Eléctrico:
Mide la resistividad del suelo, para determinar la clase ya que cada tipo tiene una
resistencia característica. Esto se logra midiendo el paso de una corriente continua a
través del suelo, que se induce a circular por los poros del mismo, midiendo la caída de
potencial entre dos puntos en estudio.
La resistividad del suelo depende de:
 La humedad del suelo
 La porosidad
 Composición mineralógica
 Salinidad del agua en los poros del suelo
Este método además de no ser destructivo es económico
Se utiliza cuando queremos saber si el suelo es homogéneo entre sondeos contiguos.
Sirve en obras tanto lineales como de superficie
También nos indica la presencia de la 1° napa y sirve para encontrar los planos donde el
suelo cambia
Nuñez, Federico Nicolas
Tipo de suelo
Rocas cristalinas
Areniscas,
arenas y gravas
secas
Lutitas, arcillas y
limos secos
Arcillas y limos
duros
parcialmente
saturados
y
arenas y gravas
saturadas
Arenas con agua
algo salada
Arcillas y limos
orgánicos algo
saturados
Arcillas y limos
resistividad
[Ωm]
5000-10000
200 -1500
Los valores dados en la tabla son obtenidos por Bertrand en
base a la siguiente formula:
0,80
𝜌𝑇 = 2 𝜌𝑤
𝜂 𝑆𝑟
100 -500
50 -150
𝜂: Porosidad del suelo
𝜌𝑤 : Resistividad del agua que ocupa
los poros
10 -100
𝑆𝑟 : Grado de saturacion
10 – 50
2 -20
Esquema del método:
Para aplicar el método, se hace pasar una corriente eléctrica generada por la batería N,
entre los electrodos extremos A1 y A2.
A continuación se mide la caída de potencial en la masa, entre los electrodos internos B1
y B2, conocido el potencial de la corriente y la separación D entre electrodos, la
resistividad 𝛒 en ohm-mts se obtiene:
𝐸
𝜌𝑇 = 2𝜋𝐷
𝐼
Los resultados son para una profundidad de ¾ D, siendo D aproximadamente 50 cm.
De acuerdo a la disposición de los electrodos puede tener los siguientes casos:
Nuñez, Federico Nicolas
i.
Sondeo Eléctrico o investigación a profundidad
Este método sirve para determinar la
posición de la napa freática, o el
cambio de estrato a otro.
Consiste en mantener fijo el punto
“0”, aumentando en forma paulatina
la separación entre electrodos, de
manera de ir midiendo para cada
valor de D la resistividad “ 𝜌𝑇 ”
correspondiente.
Como la profundidad de estudio
depende de “D”, podemos encontrar
la variación de 𝜌𝑇 vs Z.
Cuando la gráfica acusa un punto de
inflexión estamos en presencia de un
cambio en el tipo de suelo o de la
napa
ii.
Investigación en superficie
a. Disposición de Wenner
Se utiliza cuando se deben realizar
sondeos lineales de gran longitud escasa
profundidad
Se repite la disposición de electrodos a lo
largo de una línea y se determina la
homogeneidad del suelo a lo largo de la
misma.
Sirve para ver si hay o no continuidad del
suelo entre dos sondeos puntuales
realizados
b. Disposición de Watson:
Se
utiliza
para
hacer
sondeos
superficiales, para generar un gráfico
tridimensional del perfil
Nuñez, Federico Nicolas
IV.
Método Sísmico:
Se basa en medir la velocidad de propagación de las ondas elásticas, generadas por un
foco emisor, que se propagan por el terreno. La velocidad de propagación Vp depende
de:
 Densidad del suelo
 Contenido de humedad
 Vacíos y discontinuidades
 Módulo de elasticidad dinámico Ed
 Módulo de poisson dinámico μd
Las ondas sísmicas elásticas se dividen en
 Longitudinales o compresión “p”
 Transversales o de corte “s”
Para la exploración sísmica usamos las ondas longitudinales
Los métodos de análisis son:
o Refracción sísmica (usamos en ingeniería civil)
o Reflexión sísmica
Método de Refracción Sísmica
Son útiles para obtener información preliminar acerca del espesor de los estratos de
suelo y de la profundidad a la que se encuentra la roca o el suelo firme.
El método consiste en generar ondas promedio de impactos en la superficie (golpe de
martillo o explosivos), las cuales serán detectadas por geófonos que transforman las
vibraciones en señales eléctricas medibles. Los geófonos se alinean a distancias
crecientes desde el origen de impacto y permiten determinar el tiempo de viaje de las
ondas a través de un sismógrafo.
Algunas ondas (directas) viajan directamente desde el origen, por el estrato superior,
hacia los geófonos.
Nuñez, Federico Nicolas
Si el subsuelo está formado por 2 o más estratos, algunas ondas viajan hacia el estrato
más bajo y son refractadas por la superficie. Si el estrato de abajo es más denso, las ondas
refractadas viajan más rápido
A medida que la distancia desde la fuente a los geófonos aumenta, las ondas refractadas
alcanzan el geófono antes que las ondas directas.
Las velocidades de las ondas, indicaran el tipo de suelo
𝐸𝑠 𝑔
𝑉=𝑐√
𝛾
Es: módulo de elasticidad del suelo
g: aceleración de la gravedad
c: cte. adimensional que considera el coef de poisson γ
γ : peso específico de la masa del suelo
La profundidad del estrato puede determinarse como:
𝐻1 =
𝑑𝑐 𝑉2 − 𝑉1
√
2 𝑉2 + 𝑉1
dc: distancia crítica, punto en el cual las ondas primarias y secundarias alcanzan la
superficie simultáneamente.
Este método tiene las siguientes limitaciones:
 No se puede usar en suelo duro sobre blando (no habrá refracción o sea tampoco
se usa sobre hormigón, asfalto, hielo)
 Las discontinuidades alteran los resultados al igual que la presencia de nivel
freático
 Las ecuaciones del método suponen V1<V2<V3
V.
Método Dinamico:
Modo Cross-hole: se realizan 2 perforaciones a una longitud L se crea un impulso vertical
en una de las perforaciones por medio de una barra de impulso y se calcula la velocidad
de la onda a través del suelo Vs = L/t
Nuñez, Federico Nicolas
Luego se puede determinar el módulo de corte del suelo Gs
𝐺𝑠
𝑉𝑠 = √𝛾
⁄𝑔
γ: peso específico del suelo
Gs es útil para el diseño de cimentaciones de maquinas
Modo Down-hole: El emisor se coloca dentro de la perforación la desventaja de este
método comparado al cross-hole es que da una velocidad promedio de los estratos
ENSAYOS IN – SITU
Para determinar las características de un suelo, relacionadas a resistencia, deformabilidad y
permeabilidad, es necesario obtener una muestra y ensayarla en el laboratorio, esto tiene sus
complicaciones:




Es difícil no alterar las muestras
Obtener muestras representativas, en algunos casos
Se anulan las tensiones totales
Dificultad para reproducir en laboratorio condiciones reales
Por estas razones, en las etapas iniciales, es conveniente realizar ensayos in – situ.
Esta clase de ensayos tienen sus ventajas y desventajas:
Ventajas:
o No se daña el suelo en el muestreo
o El ensayo depende de la estructura natural del suelo
Desventajas:
o Puede ser elevado el costo
o Se presenta un problema de escalas de carga
o Se anulan las presiones de confinamiento
Nuñez, Federico Nicolas
Prueba de corte con veleta
Se utiliza durante la perforación para determinar in situ la resistencia al corte no drenado “Cu”
en suelos arcillosos.
El dispositivo consiste en 4 paletas en el extremo de una barra.
La veleta se hinca en el fondo de la excavación donde está el suelo casi sin alterar y se lo hace
girar, aplicando un momento torsor Mt y a una velocidad de 0,1 °/s hasta la talla.
𝐶𝑢 =
𝑀𝑡
𝐾
Mo [Nm]
Cu [Kn/m2]
K constante que depende de las dimensiones de la
veleta y forma rectangular o trapezoidal.
Este ensayo es rápido y económico. Los errores en el
ensayo pueden ser causados por:
 Mala calibración
 Veleta dañada
 Velocidad no controlada
Para el diseño real, los valores obtenidos son altos y se deben corregir Cu´=λ Cu, λ= fn(LL ± P)
A la resistencia al corte con veleta Cu, también se le puede relacionar con la presión de
preconsolidacion 𝜎𝑝
𝑂𝐶𝑅 = 𝛽
𝐶𝑢
𝜎𝑜´
si
Cu
𝜎𝑝 ´
Cu
OCR
Ensayo de corte in – situ para rocas (análogo a corte directo en laboratorio)
Se talla un bloque en la base o pared de una galería, se aplica una presión vertical y otra horizontal
(con gatos hidráulicos) y se miden los desplazamientos en las 4 esquinas de la cara superior del
bloque.
Una variante es el ensayo de corte con saturación previa usado preferentemente en obras
hidráulicas
Ensayo de placa de carga
Permite determinar las características de deformación y, a veces, la resistencia de un terreno.
Consiste en colocar una placa de 1 𝑝𝑖𝑒 2 (30 x 30 cm) sobre el terreno, aplicar una serie de cargas
y medir las deformaciones. El resultado se presenta en un diagrama presión-asentamiento
(σ vs Ɛ)
Se excava un agujero con longitud 4B como mínimo a una profundidad Df (profundidad de la cota
de fundación), la placa se coloca en el centro del agujero, la carga tiene una magnitud de ¼ de la
carga última estimada y se aplica la carga paulatinamente por medio de un gato hidráulico.
Nuñez, Federico Nicolas
Durante cada etapa de aplicación de carga el asentamiento se mide con un extensómetro, debe
transcurrir por lo menos 1 hs entre cada etapa de aplicación de carga
La prueba debe conducirse hasta la falla o hasta que la placa se haya asentado 25 mm (1´)
Resultados:
 Para suelos arcillosos 𝑞𝑢 (𝑓) = 𝑞𝑢 (𝑝) la capacidad de carga ultima es independiente de
la placa

𝐵
Para suelos arenosos 𝑞𝑢 (𝑓) = 𝑞𝑢 (𝑝) 𝐵𝑓
𝑝
(ancho de la cimentación/ancho de la placa)
Limitaciones:


Los resultados obtenidos se refieren a una profundidad especifica
El ensayo tiene un problema de “escala”, ya que el campo de validez está
relacionado con las dimensiones de las placas y puede ser que no está
detectando la existencia de un suelo blando ubicado a una profundidad
mayor a la afectada por la zona de estudio.

Se pueden determinar los módulos de deformación para calcular los
asentamientos ΔZ
Se puede ensayar cualquier tipo de suelo y a distintas profundidades si el
suelo es homogéneo
Ventajas:

𝛥Ơ
𝛥𝑍
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑘𝑔

Se puede determinar el coeficiente de balasto 𝐾 =

Se pueden aplicar cargas horizontales para determinar 𝐾ℎ
[𝑐𝑚3 ]
Nuñez, Federico Nicolas
Ensayos Presiometricos
El ensayo consiste en medir la presión necesaria para dilatar una célula (agujero) cilíndrica dentro
del terreno.
1) K𝑜̈ gler propuso descender un tubo revestido de otro tubo de goma y aplicar la presión
mediante aire tenía muchos inconvenientes, medición de volumen del gas, estado
tensional introducido al suelo muy complejo.
2) Ménard introdujo una variante, un sistema de medición por agua y además disponía de
3 células rígidas (la central para medición y las extremas de guarda), se logra un estado
plano de tensiones (presiones netamente radiales)
3) Presiometro autoperforador: soluciona un inconveniente de los 2 anteriores, que es la
alteración (por descompresión) de las paredes del sondeo entre su ejecución y la
colocación del aparato y la dificultad de preparar el barreno con el diámetro adecuado.
Este aparato realiza ENSAYO + PERFORACION
4) Presiometro de Cambridge: mejora el procedimiento. Penetra en el terreno lentamente
abriéndose paso mediante un cortado rotatorio en su parte inferior. Una corriente de
agua circula y extrae los detritos. Lleva además unas células de medida de presión lateral
de las tensiones horizontales del terreno.
Procedimiento de ensayo:
Se aplica un aumento de presión de manera escalonada (cada 60 seg) midiendo volúmenes a 30
y 60 seg.
Se observa en la curva presión 3 zonas
I.
II.
III.
AJUSTE: fase inicial de ajuste el aparato al terreno (compactación de la parte
descomprimida)
FASE PSEUDOELASTICA: deformaciones sensiblemente lineales, a pesar de lo cual se
produce ya una zona plástica anular alrededor del aparato. Pf (presión de fluencia)
FASE PLASTICA: las deformaciones aumentan más rápidamente que la presión. La curva
tiende a una asíntota que define la presión limite (PL)
Resultados:


Presión limite (que se relaciona con la carga de hundimiento del terreno)
Módulo Presiometrico que caracteriza su deformabilidad (estimación de los
asentamientos)
Nuñez, Federico Nicolas
Ensayo de Penetración
Son los más usados para la exploración de subsuelo y la obtención de datos acerca de la
profundidad de los estratos, composición del suelo, resistencia, etc.
El procedimiento es rápido, económico y aplicable a la mayoría de los suelos.
La resistencia que opone un suelo a ser penetrado se determina mediante aparatos que se
denominan penetrometros.
Existen dos técnicas diferentes para introducir un penetrometro en el terreno, conocidas como:
_ Penetracion Estática (CPT)
_ Penetración Dinámica (SPT)
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA – ENSAYO DE PENETRACIÓN DE CONO (CPT):
Este ensayo se utiliza en suelos cohesivos blandos y arenas finas.
Consiste en un tubo en cuyo interior se aloja una varilla que lleva en la punta un cono (60°
determina un área de 10 cm2) y que se hinca mediante gatos hidráulicos o mecánicos (presión
estándar)
Existen variantes:
 Puntas con faldón: posee cierta conicidad, para atenuar el roce y la adherencia del mismo
terreno. De no usarse, el suelo penetra entre el cono y la funda, alterando el ensayo
 Manguito de fricción (o de Begemann): permite medir la resistencia lateral en un trozo
corto y definido, cercano a la punta, pero no inmediato a ella, para no ser afectado por
el estado tensional cercano.
Procedimiento:
Se empuja el conjunto en 50 cm en el terreno a una velocidad entre 1 y 3 cm/seg y se mide la
resistencia para la hinca del mismo. A partir de dicho punto se hinca únicamente la varilla central
y se mide la resistencia que ofrece el suelo a la punta del aparato
Este proceso se repite en profundidad y se registra la presión ejercida en el vástago en función
de Z.
La medida de la resistencia por el fuste es de poca precisión
 Integra la resistencia en toda la longitud (poca exacta la medición a una profundidad
determinada)
Nuñez, Federico Nicolas
 En ciertas ocasiones se acodala, y otras rompe la adherencia lo que hace que en ciertos
momentos, la resistencia por el fuste baje (lo que es imposible). Se recurre al manguito
de fricción.
Esta prueba es recomendada para suelos cohesivos y depósitos arcillosos blandos y limosos.
Los golpes de impacto pueden alterar las condiciones naturales del suelo
Correlaciones
Debido a la gran difusión de estos métodos se ha buscado obtener de ellos la mayor información
posible estableciendo correlaciones con base puramente estadística
1. Terrenos Arcillosos saturados blandos
Se liga la resistencia de punta (𝑞𝑐 = 𝑞𝑝 ) para cada clase de terrenos con su resistencia a
la compresión simple (𝑞𝑢 ):
𝑞𝑐 = 4,5𝑞𝑢 = 9𝐶𝑢
𝐶𝑢 : Resistencia al corte en ensayo rápido (condición no drenada)
Sin embargo esta expresión no tiene en cuenta la adherencia y fricción que sufre el
faldón. En consecuencia la expresión se modifica en función del dispositivo de
penetración
2. Identificación de tipo se suelos según Begeman:
Realiza una correlación entre la resistencia por la punta y el rozamiento medido en el
manguito para los distintos tipos de suelo
Nuñez, Federico Nicolas
3. Suelos Granulares:
Las correlaciones para suelos granulares limpios indican relación entre la resistencia por
la punta del penetrometro y la densidad relativa (Dr) o el Angulo de fricción interna (Ø´)
Iii - Correlación con el módulo de elasticidad:
Recibió gran atención de los investigadores, pues resulta complicado determinar
parámetros de deformabilidad de otras maneras (sobre todo en arenas)
𝐸 = 𝛼 𝑞𝑐
Arenas: α = 2 según schmertmann
α = 1,9 según meyerhoff
Nuñez, Federico Nicolas
STANDART PENETRATION TEST (SPT):
Es mucho más rápido, barato y manejable que el CPT, porque no necesita de anclaje de reacción
que este último posee. Consta de un equipo de sondeo, cuchara normalizada de Terzaghi y un
equipo de hinca.
Procedimiento: consiste en 2 etapas


Se avanza como un sondeo normal
Se alcanza el punto que se desea ensayar, se introduce la cuchara normalizadora de
Terzaghi hasta el fondo y se hinca 15 cm mediante el golpeo de una masa o martinete de
65 kg y caída libre desde una altura de 75 cm. No se cuenta el número de golpes para
introducir esos 15 cm (se supone que el suelo en esa zona esta alterado). Si se cuenta el
número de golpes necesarios para introducir los siguientes 30cm = 𝑁𝑆𝑃𝑇
Observación:
 Dentro de la cuchara se recupera una muestra, que si bien es alterada (paredes de tubo
gruesa), permitirá conocer la composición granulométrica y su humedad
 Es normal que se efectué tan solo un ensayo c/2m o cuando cambiasen las características
del terreno
 En estratos arenosos es recomendable el ensayo SPT, pues es el mejor medio para
obtener una idea de su compacidad (es muy difícil obtener una muestra inalterada de
arena)
 En estratos de rocas se cambia la cuchara, pues la punta afilada se dobla, se sustituye por
una punta de palmer, maciza, de forma cónica y de acero endurecido superficialmente.
Nuñez, Federico Nicolas
Correcciones:
a. Suelos debajo de la napa freática, la penetración dinámica evita la disipación de presiones
de poro
(𝑁 − 15)⁄
𝑁∗ = 𝑁 +
2 𝑠𝑖 𝑁 > 15
∗
𝑁 = 𝑁 𝑠𝑖 𝑁 ≤ 15
b. Influencia de la profundidad. El estado tensional aumenta con la profundidad, influyendo
20
𝑁 ∗ = 0,77𝑁 log ( ´ )
𝜎𝑣𝑜
∗
c. Cuando se usa punta de palmer: 𝑁 = 0,7𝑁
Interpretación de resultados:
En suelos cohesivos, fenómenos como viscosidad, tixotropía, etc., alteran los resultados de
resistencia por tratarse de un ensayo dinámico. En suelos granulares los resultados son mejores.
Otra vez la interpretación es semicuantitativa, basada en correlaciones estadísticas, que tienen
validez solo para tipos específicos de suelos, lo que lleva a la necesidad de conocer la naturaleza
de los estratos atravesados (sondeos o calicatas). De cualquier manera, dada su rapidez y bajo
costo el método es de gran utilidad
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 3 EXCAVACIÓN DEL RECINTO DE FUNDACIÓN
Cuando se excavan se modifican los estados de tensión y deformación.
Si se excava no debemos dejar pasar mucho tiempo con la excavación abierta antes de fundar,
porque se producen levantamientos del terreno, lo ideal es excavar y fundar sin dejar pasar
tiempo, el tiempo depende del tipo del suelo, en Tucumán (limos y arcillas) no más de 4 meses.
PARA DISEÑAR UNA BUENA EXCAVACIÓN
1. Perfil topográfico
a. Características geotécnicas del suelo
b. Niveles freáticos, hay que conocer sus fluctuaciones, hay gran diferencia cuando
se trabaja con suelo seco en vez de con agua
c. Agresividad del suelo y de las aguas
2. De los edificios próximos se necesita conocer
a. Estado de conservación
b. Tipo de estructura y fundación (conocer cotas)
c. Situación, tipo y cargas de las cimentaciones
3. De las obras subterráneas secas se necesita conocer
a. El rastreo de las tuberías de gas, agua, corrientes existentes.
4. De la obra que se proyecta
a. Profundidad de la excavación
b. Acciones de la estructura
c. Condiciones constructivos y funcionales
P LANO DE REPLANTEO
Se eligen 2 ejes ortogonales que sean visibles y fáciles de materializar, visibles a lo largo de la
obra. La cota de referencia (0,0) debe ser visible durante toda la obra y por lo general se la ubica
en el cordón cuneta.
En el plano de replanteo debe indicarse:
 Cota de fundación
 Cotas progresivas entre elementos
 Denominación de columnas, vigas de fundación con sus
dimensiones
 Cortes transversales
Existen otras alternativas de replante que dependen de la envergadura de la obra y pueden
requerir de más precisión, en este caso se usan estaciones totales.
También para un replanteo claro y evitar la formación de barro, se puede tirar un hormigón de
limpieza en el terreno.
Nuñez, Federico Nicolas
E XCAVACIÓN DEL SUELO
La maquinaria utilizada será función de la cantidad de suelo a mover y tipo de suelo.
Puede usarse una pala en obras chicas como ser una casa, cargador frontal y retroexcavadora
para un edificio o explosivos en caso de haber roca.
La excavación debe proyectarse para que sea económica y segura.
Hay ciertas consideraciones que se deben tener en cuenta
 Tipo de suelo
 Tiempo de apertura
 Grado de riesgo de derrumbe
Estabilidad en suelos cohesivos
En una excavación abierta en arcilla normalmente consolidada (suelos que nunca estuvieron
sometidos a presiones efectivas mayores que las actuales), se puede excavar hasta una altura
critica 𝐻𝑐 =
4𝑐
𝛾
𝑀𝑢𝑦 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 → 𝐻𝑐 = 4 𝑚 (𝑐 ~ 0 𝑎 17,5 𝐾𝑁⁄ 2 )
𝑚
𝐾𝑁
𝐵𝑙𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 → 𝐻𝑐 = 4 𝑎 8 𝑚 (𝑐 ~ 17,5 𝑎 35
⁄𝑚2 )
𝐹𝑖𝑟𝑚𝑒𝑠 → 𝐻𝑐 = 8 𝑎 16 𝑚 (𝑐 ~ 35 𝑎 70 𝐾𝑁⁄ 2 )
𝑚
Estas alturas rara vez pueden adoptarse ya que la presión de poros varía al liberarse el terreno
lateral, además no consideran cargas en la superficie.
Para excavaciones a largo plazo debe recurrir a Bishop o Taylor
Estabilidad en suelos no cohesivos
En arenas y gravas secas, tomando su ángulo natural de reposo se podrá excavar a cualquier
profundidad.
Arena o grava
Mal gradada (uniforme)
Bien gradada
Suelta
28°
34°
densa
33°
46°
Cuando la arena o la grava tiene humedad, posee una cohesión aparente que le permite realizar
una excavación con talud vertical pero en un tiempo reducido
Generalización suelos secos
Haciendo una generalización de los suelos cohesivos y friccionales diremos que la altura
máxima de excavación, con talud vertical, surgirá de afectar la expresión de suelos
cohesivos con un factor de seguridad.
Z90 adm =
Donde 𝐹𝑠 ≅ 1,5
𝜑: 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
4c
φ 1
cotg (45 − )
γ
2 Fs
Esta expresión no considera cargas en la superficie
Nuñez, Federico Nicolas
Casos posibles y soluciones
Profundidad de excavación
a. 𝐻 < Z90 adm → caso mas favorable, el suelo sirve como encofrado y no se excava mas
b. 𝐻 > Z90 adm → caso mas desfavorable
i. Excavar con un ángulo de talud menor (debo
tener disponibilidad de espacio y es más
costoso debido a que es mayor el movimiento
del suelo), se calcula con Bishop o Taylor
ii. Entibaciones, son estructuras temporáneas
que soportan los empujes producidos por el
suelo
Estabilidad de pendientes en Roca
Depende de:


Planos de estratificación
Grado de rompimiento de una roca no solida
Nuñez, Federico Nicolas
E STRUCTURAS DE CONTENCIÓN
Una forma de clasificarlas es según el tiempo:
 Temporaria
 Permanente
La diferencia fundamental se basa en los coeficientes de seguridad que establecen las normas
según el caso.
En la estructura permanente analizare a corto y a largo plazo.
La temporaria será de menor costo porque hay que usar un coeficiente menor
C ONDICIONES DE DISEÑO
 Situacion adecuada en planta y elevacion
 Tener resistencia estructural (puede fallar la estructura o el suelo)
 No debe hundirse
 Asientos y deformaciones compatibles con la estructura que soporta
 Movimientos del terreno circundante admisibles para el entorno (edificaciones vecinas)
V ERIFICACIONES DE DISEÑO
 Estabilidad de la pantalla frente a empujes
 Estabilidad de los elementos de arriostramiento (Estructura de sujeción y equilibrio en la
construcción de edificaciones mediante contrafuertes, arbotantes o tirantes metálicos o
de madera)
 Riesgo de daños en las edificaciones proximas
 Estabilidad general (debe trabajar en conjunto, no puede fallar por partes)
 Estabilidad frente a eventualidades como ser sismo, viento, etc.
 Estabilidad de fondo de excavación por rotura o sifonamiento
 Verificacion de desplazamientos (verticales y horizontales
(se comportan
como bloque
rígido, no interesa
la deformación)
Muros
Mampostería
Piedra
Hormigón
Mixtos
Cribados
Tierra armada
Suelo reforzado
Rigidos
Estructuras
de
Contención
Tablestacas
Flexibles
Pantallas
In situ
Premoldeados
H° en masa
H°A° ejecutado insitu
H°P°premoldeador
Continuos
Discontinuos (pilotes)
Entibaciones
Nuñez, Federico Nicolas
TABLESTACAS
Se llama tablestaca a una pieza prefabricada, recta, en que la dimensión longitudinal es muy
superior a las otras, de sección transversal constante y alargada cuyos extremos están dotados
de juntas para su unión a otras tablestacas idénticas.
El acoplamiento entre tablestacas se hace por deslizamiento de una pieza con relación a la
contigua, a lo largo de la junta.
Su empleo es por hinca sucesiva en el terreno, en el sentido de su longitud, para formar pantallas
continuas, que reciben el nombre de tablestacados. La hinca es en vertical generalmente. El
material de las tablestacas es impermeable y las juntas, en principio dificultan el paso del agua
F UNCIÓN
Un tablestacado es un muro de contención con una doble función:


Impide que el agua avance sobre el terreno y, en
casos que el agua ya avanzo
Permite recuperar el terreno permitiendo nivelarlo
Es fundamental para lograr delimitar espacios y funciones en terrenos con desniveles.
Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en el terreno mediante
vibración o golpeo.
Se emplean ampliamente en obras tierra. Casi siempre están relacionadas con sostenimiento
lateral del terreno y, a veces, en presencia del nivel freático.
La forma de la tablestaca la elegiremos en función de la rigidez y el momento de inercia que
necesitemos
A PLICACIONES MÁS FRECUENTES
•Pantallas a lo largo del perímetro de recintos a excavar
• Muelles portuarios (pantallas ancladas)
• Cajeros de diques secos
• Esclusas de navegación y canales
• Protección de márgenes
• Pantallas de impermeabilización
• Protección de pilas de puentes
T IPOS DE TABLESTACAS



Madera
Hormigón
Acero (más usadas)
Nuñez, Federico Nicolas
TABLESTACAS DE MADERA
Tablestacas más antiguas donde su empleo en la actualidad es muy limitado, habiendo sido
sustituidas por tablestacas de HºAº y de acero.
En pequeñas obras o para lugares alejados y en regiones ricas de madera puede resultar una
solución conveniente.
Son por lo general estructuras temporarias y pueden ser tratadas con Creosotas (compuesto
químico protector) para evitar el ataque de hongos o bien para evitar la descomposición de la
misma
Hay que tener en cuenta que la putrefacción de la madera se ve acentuada si la madera sufre
ciclos de humedad y de secado
Están constituidas por tablones de 8 a 15 cm de espesor y 25 a 35 cm de ancho, que se hincan
juntos para constituir tableros continuos. Estos tableros están reforzados por pilotes que
soportan vigas entre las que se deslizan las tablestacas terminan en cuña de forma que la hinca
las apriete unas contra otras.
L IMITACIONES
• Dimensiones reducidas, especialmente en longitud (menor de 10m)
• Escasa resistencia y alta deformabilidad
• Otra limitación es la profundidad a la que se puede realizar el hincado de la misma, que puede
ser entre 8 y 10 m como máximo
C OLOCACIÓN
Para facilitar el hincado de la tablestaca de madera se
le coloca una punta de acero que ayuda a la
penetración de la misma en el extremo donde se
golpea se coloca una protección a fin de evitar el
astillamiento de la madera al golpearla
Nuñez, Federico Nicolas
TABLESTACAS DE H°A° O H°P°
Son elementos prefabricados, con un curado adecuado (a vapor) con el fin de darle una mayor
durabilidad.
No están sometidas a la corrosión por los que se las prefiere en ciertas obras permanentes,
especialmente de navegación interior (contención de orillas de ríos o muros de pies de canales)
sin embargo en ciertos medios agresivos el hormigón puede ser atacado. Pueden ser de sección
llena o hueca.
Sección transversal de forma rectangular alargado, salvo en entrantes o salientes de la junta, y
sus dimensiones van de 10 a 40 cm (excepcionalmente pueden llegar hasta 70 cm) en ancho y de
30 a 120 cm de longitud.
Su sección también puede ser de forma perfil T de ala ancha, cuando se necesitan grandes inercias
transversales.
Puede ser de H°A° o H°P° en función del uso y las solicitaciones, en este sentido la armadura
proyectada para resistir los esfuerzos durante el manejo (izado), hincha y servicio como pantalla
(empujes del terreno y agua)
L IMITACIONES
• Peso: Dificultad en el transporte y en el izado de la tablestaca en obra
• Frágiles
• Longitud: Las longitudes son preestablecidas y podrían no adecuarse a las medidas en la obra.
En el peor de los casos puede quedar corta, dificultándose la realización de un empalme
• En general no son recuperables quedan formando parte de la obra definitiva
C OLOCACIÓN
• La punta de tablestaca suele ser afilada y estar provista de azuche para facilitar la hinca y evitar
su rotura ante terreno duro.
• Refuerzos de armadura en cabeza y punta para evitar fisuras y roturas por golpeo con la maza.
• La cabeza debe protegerse con sombrerete y sufridera.
• Aplicación reciente de tablestacas de Hº A º es la construcción de pantallas prefabricadas. Las
piezas no se instalan por hincas, sino que se colocan en zanjas perforadas previamente con
equipos de excavación, empleando lodo de bentonita-cemento.
Nuñez, Federico Nicolas
Se les puede realizar pretensado, mejorando diversos efectos (menos grietas y mayor
impermeabilidad)
Raramente se las extrae y se las recupera. Su uso queda limitado a aquellos casos en que quedan
formando parte de la obra definitiva.
Tipo de sección, en la cual
se puede verter un
producto bituminoso
TABLESTACAS METÁLICAS
Elementos de acero laminados de perfiles diversos que se encajan los unos a los otros mediante
juntas deslizantes que se hincan por percusión o vibración.
V ENTAJAS
• Instalación sencilla, y de rápida ejecución.
• Piezas livianas y de gran resistencia a la flexión.
• Fácil manejo, debido a su reducido peso.
• Fácil de hincar, al tener bordes afilados.
• Su longitud es de fácil adaptación ya que pueden ser cortadas o soldadas.
• Recuperables o de fácil extracción.
• No tiene limitaciones con respecto a la profundidad de hincado.
L IMITACIONES
• Elevado costo económico.
• Fácilmente oxidables (produce perdida de sección), para ello se emplea una protección
catódica.
Protección contra corrosión:
a. Aleación de cobre
b. Protección con pintura epoxi
Nuñez, Federico Nicolas
c. Tratamiento catódico:
Consiste en hacer circular una corriente de
baja intensidad, colocando anados y catados
de Al, que atraen los iones que producen la
corrosión, corroyéndose ellos (catados de
sacrificio)
d. Espesor de sacrifico
Consiste
en
sobredimensionar
el
tablestacado considerando la corrosión a lo
largo de su vida útil
T IPOS DE T ABLESTACAS
1) Tablestacas Planas:
Principal aplicación en recintos celulares o “cofferdams”
Resistencia a flexión, perpendicular a su plano, muy
reducida por lo que son inadecuadas para formar pantallas
de contención de tierras.
Trabajan a tracción en su plano entre juntas
Aplicables para defensas de riberas o márgenes de ríos y
canales.
2) Tablestacas Modulares:
Son aquellas que ensambladas unas con otra, dan lugar a
pantallas onduladas de elevada resistencia a flexión (más
adecuadas para resistir empujes)
Pueden clasificarse de acuerdo a la forma por:
 Tablestaca “S”

 Tablestaca “U”

Tablestaca “Z”

Doble T
El diseño de las juntas debe garantizar:


Grado efectivo
Resistencia a tracción a
lo largo de las juntas
Nuñez, Federico Nicolas


Estanquidad
Capacidad de giro
relativo, que permite
adaptarse a contornos
no rectilíneos
Cofferdams
Tipo de construcción impermeable diseñada para facilitar los proyectos de construcción en áreas
que normalmente se encuentran sumergidas, tales como puentes y muelles. Un cofferdams se
instala en el área de trabajo y el agua es bombeada para exponer el lecho del cuerpo de agua
para que los trabajadores pueden construir estructuras de soporte, promulgar las reparaciones,
o realizar otros tipos de trabajo en un ambiente seco. También se usa como ataguías (desvió
cauces)
Constituidos por tablestacas curvas unidas entre si y relleno hidráulico, preferiblemente suelo
arcilloso, para aumentar la estabilidad y mejora estanquidad
JUNTAS
Consiste en un elemento macho que se aloja en un elemento hembra. En la mayoría de los casos,
cada tablestaca lleva en un borde la parte macho y en el otro la hembra. En otros ambos extremos
son macho y se unen entre si por piezas intermedias doble hembra
Nuñez, Federico Nicolas
La posición de las juntas en la pantalla es un aspecto importante dependiendo del tipo de
tablestaca empleado las juntas se sitúan en:



Fibra neutra (Tablestacas U y S)
Fibras extremas (Tablestacas Z)
Una de las fibras extremas (Tablestacas U)
Es diseño de las mismas obedece a diversas consideraciones, entre las que cabe destacar:




Guiado efectivo y buen deslizamiento
Resistencia a tracción a lo largo de la junta
Estanqueidad
Capacidad de cierto giro relativo
ACERO PARA TABLESTACAS
El acero tiene que ser capaz de resistir a:



Esfuerzos estáticos producto de las solicitaciones de la obra
Esfuerzos dinámicos tienen lugar durante la hinca
Corrosión, protección catódica
Un acero muy resistente, con elevada tensión admisible, reduce el espesor disminuyendo el peso
de la tablestacas. Un acero muy duro y poco elástico presenta el riesgo de que se fisuren, mientras
que un acero blando puede conducir a un aplastamiento.
Contienen un determinado porcentaje de carbono, que con un simple enfriamiento al aire
durante el laminado, le confiere ductilidad, buenas características mecánicas y una adecuada
plasticidad. Las calidades más comúnmente empleadas en la fabricación de tablestacas son:
HINCA DE TABLESTACAS
i.
GOLPEO O PERCUSIÓN:
Golpeando sobre las cabezas de las tablestacas se consigue
introducirlas en el terreno, desplazando lateralmente en el
suelo el volumen de la pieza.
La hinca a percusión o por golpeo puede hacerse mediante
mazas de caída libre, martinetes de simple efecto, martinetes
de doble efecto y martillos Diesel.
Nuñez, Federico Nicolas
a. Mazas de caída libre:
Consiste en una masa pesada, colgada de un cable y
guiada, se deja caer desde una cierta altura sobre la
cabeza de la tablestaca a hincar, que va provista de un
sombrerete que la protege. La energía cinemática de la
maza se transmite a la tablestaca y se emplea en vencer la
resistencia del terreno a la penetración de la punta y,
sobre todo, los rozamientos laterales.
El peso de la maza es variable y puede llegar a 3 o 4 tn, con
alturas de caída del orden de un metro. Se recomienda
adoptar mazas cuyo peso sea del 70% al 150% de los
elementos a hincar.
El ritmo de golpeo de las mazas de caída libre es pequeño,
alrededor de 20 a 30 golpes por minuto.
b. Martinetes de simple:
Se emplean para la hinca de pilotes, sobretodo para los
más pesados. Consisten en un pistón que se mantiene
apoyado sobre un sombrerete y un cilindro que
constituye la masa pesada, que sube por la acción de un
fluido a presión y golpea la tablestaca al caer
c. Martinetes de doble efecto o trepidadores:
Se emplean más en la hinca de tablestacas, consisten en
una masa pesada que es directamente el pistón, el que
se mueve hacia arriba y hacia abajo dentro de un cilindro
y por acción, en ambos casos del movimiento de un
fluido a presión.
Nuñez, Federico Nicolas
d. Martillos Diesel:
Consiste en un pistón pesado, que sube y baja dentro de
un cilindro que dispone de un depósito de gasoil y una
bomba de inyección de combustible. El pistón, en su libre
descenso, acciona la palanca de la bomba de inyección,
que envía el gasoil a la base esférica de la culata. El pistón
al golpear sobre esta además de provocar la hinca de la
tablestaca, pulveriza el combustible y lo envía hacia la
cámara de combustión en donde tiene lugar la explosión.
La energía liberada origina una alta presión que actúa
sobre la culata e hinca la tablestaca, al tiempo que se
hace elevarse al pistón. El ciclo se completa con la
expulsión de gases quemados atreves de los orificios de
escape.
e. Sombrerete:
Pieza de acero fundido en molde que permite repartir la
energía del golpe en toda la sección de la tablestaca. En
su cara inferior posee unos nervios para el ajuste de las
cabezas de las tablestacas, y en la parte superior un
alojamiento para la sufridera (madera o resina alternada
con láminas metálicas) que evita el golpe directo del
metal y amortigua el ruido
ii.
VIBRACIÓN:
Técnica más utilizada y eficaz en la hinca de tablestacas.
Se produce una transmisión de la vibración al suelo a través del elemento
a hincar (tablestaca),las partículas del suelo junto a la tablestaca reciben la
vibración y se debilitan las fuerzas que las mantienen unidas (el suelo
puede alcanzar un estado casi liquido) facilitando así la hinca. Se reduce el
rozamiento lateral a lo largo de las tablestacas
Nuñez, Federico Nicolas
iii.
HINCA HIDRÁULICA:
En suelos granulares la hinca por percusión y vibración es muy
difícil, por lo que resulta conveniente reforzarla con hinca
hidráulica, la cual consiste en utilizar chorros de agua a presión.
Consiste en una tubería de acero que termina en una punta afilada
o lanza, que esta unida a una tubería flexible, la lanza debe
desplazarse verticalmente para evitar que se acuñe, se consigue
así descompactar el terreno, facilitando entonces la penetración
de la tablestaca.
CORROSIÓN EN TABLESTACAS METÁLICAS
Debido a la corrosión las tablestacas tienen como principal inconveniente la perdida de sección
Corrosión: Es la transformación por la que el metal pasa del estado elemental al de combinación
perdiendo sus cualidades resistentes. Puede darse por:
• Corrosión por acción del oxígeno en medio electrolítico
Continua, en agua dulce o salada
Discontinua, en presencia de humedad
• Corrosión por electrolisis
La oxidación va acompañada de un considerable aumento de volumen, o sea la pérdida del
volumen de metal con el volumen. de oxidación es de 1 a 10.
Ej. Un espesor de 1mm de oxidación supone una pérdida de 0.1mm de metal.
De ahí que la corrosión sea más aparente que real.
La velocidad de corrosión depende:
 La concentración de oxigeno
 Contenido de sales del agua
 La acción mecánica de las olas y corrientes
 La temperatura del agua
 La flora y otros organismos
 El tipo de acero
 La forma de los perfiles
Nuñez, Federico Nicolas
TIPOS DE APOYO
1. VOLADIZO (CANTILEVER)
H
Z
Requiere secciones considerables y así
también el empotramiento Z.
Cuando H < 6 m (poco frecuente). Por lo
general están dotadas de algunos niveles de
apoyo, bien sean puntuales o anclajes
2. APUNTALADO
Se reduce la longitud de empotramiento,
pero invade la zona de trabajo
3. PLACA DE ANCLAJE
En función de las solicitaciones las placas
pueden ser continuas o no (empuje pasivo).
Si disminuye Z
La placa se dimensiona con Ea, Ep y T.
“T” debe ser tal que los momentos en tramo
y apoyo sean iguales
4. BLOQUES DE ANCLAJE
Se desarrolla el empuje pasivo y fricción del
bloque con el suelo.
Importa el peso del bloque ayuda al equilibrio
Nuñez, Federico Nicolas
5. MICROPILOTES CON CABALLETE
Pilote
comprimido
Pilote
traccionado
Pueden adicionarse a los bloques de anclaje
Colocación:
1. Se excava hasta el inicio de
los pilotes
2. Se colocan los pilotes
3. Se colocan los bloques de
anclaje
4. Se coloca el suelo en capas,
compactando
ANCLAJES
Son elementos que trabajan a tracción, con los cuales se trata de mejorar las condiciones de
equilibrio de una estructura o de un talud. Normalmente están constituidas por armaduras
metálicas que se alojan en perforaciones practicadas en el terreno.
Ventajas:




Evita interferencias molestas en el interior de la obra
Los anclajes colaboran en la absorción de los empujes del suelo contra el muro,
optimizando su diseño estructural
Los anclajes “cosen” los diferentes estratos del suelo colaborando con su estabilidad
general
Tecnología de sencilla ejecución
PARTES DE UN ANCLAJE
•Zona de anclaje: Es la parte solidaria al terreno en profundidad, encargada de transferir los
esfuerzos
•Zona libre: Es la parte de la armadura que se encuentra independizada del terreno que la rodea,
de manera que puede deformarse con total libertad
• La cabeza es el elemento de unión de la armadura y la placa de apoyo, sobre la que se descarga
la acción exterior
Anclaje por
friccion
Nuñez, Federico Nicolas
CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA DE TRABAJO
1) ANCLAJE PASIVO:
Se los coloca sin tensión y entran en carga cuando el tablestacado está
sometido a los empujes del terreno. No se tensa la armadura después
de la instalación
Con respecto a los anclajes activos:




Tienen capacidad de carga inferior
Siguen utilizándose por ser más económicos
De ejecución más simple
Mayor duración en el tiempo
2) ANCLAJE ACTIVO:
Aquel que una vez instalado, se pretensa la armadura hasta llegar a
su carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido entre la
zona de anclaje y la placa de apoyo de la cabeza.
Cuando actúa la carga exterior, se produce la descompresión del
terreno, pero apenas mueve la cabeza del anclaje en tanto no se
rebase el esfuerzo de pretensado, por lo que no varía sensiblemente
la tensión del tirante
3) ANCLAJE MIXTO:
Tienen un comportamiento intermedio entre los dos anteriores. La
armadura se pretensa con una tensión inferior a la admisible.
Quedando una parte de su capacidad resistiva de reserva para
posibles movimientos aleatorios de la estructura o el terreno.
POR SU FORMA DE INSTALACIÓN Y TRABAJO SE DISTINGUEN:
1) ANCLAJE PASIVO:
Transmiten su esfuerzo a un cuerpo
de anclaje
Son muy adecuados en el caso que
el terreno del trasdós sea de relleno.
También en el caso que el punto de
apoyo se encuentre cerca de la
cabeza, requiriendo una excavación
pequeña.
Nuñez, Federico Nicolas
 Pantalla continua o discontinua de
tablestacas
 Placa de HºAº in situ prefabricada
 Bloque de hormigón en masa o
¨muerto¨

Caballete de pilotes inclinado
La figura muestra las cuñas de empuje activo sobre el tablestacado y de empuje pasivo sobre la
placa o bloque de anclaje. Toda estructura dispuesta como refuerzo estructural de la pantalla,
debe situarse fuera de la zona de falla del Empuje Activo de Rankine. De no suceder esto, el
anclaje no cumple la función deseada. Para aprovecharse integralmente la resistencia pasiva a
Nuñez, Federico Nicolas
efectos del anclaje, ambas cuñas deben ser independientes y no solaparse (90º) lo que
proporciona un criterio para la longitud del anclaje.
2) ANCLAJE INCLINADOS:
Transmiten su esfuerzo al terreno por rozamiento en el fuste. Se
realiza una perforación previa que luego se rellena de mortero de
cemento (anclajes inyectados)
•Se toma 0.15H para que no se transfieran las tensiones (bulbo de presión) a la cuña de
deslizamiento del terreno
• Desde la superficial se toma una distancia mayor a 5m para evitar el levantamiento de la tapada
• Se toma una separación mayor a 4d para que cada anclaje trabaje Individualmente, y si uno
falla no arrastre al otro.
• El ángulo de inclinación se adopta para que pueda escurrir el hormigón
Nuñez, Federico Nicolas
3) ANCLAJES A PLACA PIVOTANTE:
Por su forma de trabajo corresponden al grupo de anclajes
horizontales, pero por la forma de instalación y la inclinación
corresponde al segundo grupo
DISPOSICIÓN DE LOS ANCLAJES (TIEMPO DE SERVICIO)
Puede efectuarse para actuar durante un tiempo de servicio más o menos prolongado, por lo que
se distinguen:


Anclajes provisionales: Proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura
durante el tiempo necesario para disponer de otros elementos resistentes que los
sustituyen.
Cuando han finalizados los trabajos del mismo, el anclaje queda fuera de servicio y
aunque la corrosión afecte sus paredes metálicas, este carece de importancia porque su
función ha sido cumplida
Anclajes permanentes: Sujetan un muro de manera definitiva. Se dimensionan con
mayores coeficientes de seguridad, y deben estar proyectados y ejecutados para hacer
frente a los peligros de la corrosión.
A estas barras de acero se les efectúa un tratamiento o anticorrosivo para evitar su
deterioro
Nuñez, Federico Nicolas
CARACTERÍSTICAS DE LOS ANCLAJES
Existen una gran variedad de anclajes de acuerdo a:



Tipo de armadura que utilice
La forma de construir la zona de anclaje
La disposición de la cabeza
La armadura puede ser metálica o no
Por razones de ejecución y economía se utilizan los siguientes tipos:



Alambres de acero de alta resistencia
Cordones construidos por alambres de acero de alta resistencia
Barras de acero especial
Diámetros: 5 – 8 mm, hasta 12 mm para alambres de alta resistencia
Para la fabricación de cordones, se usan Ø= 2 a 4 mm, son cordones de 7 alambres
trenzados que se utilizan aisladamente o en grupos de 12, en incluso 36 cordones
16 -40 mm para barras de acero especial
Es importante que todos los tipos de acero sean dúctiles
El sistema de abroche de la armadura a la placa de apoyo puede estar constitución por tuercas,
remachando o como macho – hembra que bloquean la armadura por rozamiento
DISEÑO Y CALCULO
1. PLACAS DE ANCLAJE
Se dimensiona “t” como una placa
rectangular de apoyo.
Se dimensiona a flexión para Mmax
Nuñez, Federico Nicolas
∑ 𝐹𝐻 → 𝐸𝑃 − 𝑇 − 𝐸𝑎 = 0
Ep y Ea en función de ancho y alto de la placa.
Adopto a=f(b) asi determino a y b
Ka y Kb se afectan con un coeficiente de seguridad, pues están calculados para la rotura y no
queremos alcanzar ese estado
𝑡𝑔 𝜑 ′ =
𝑡𝑔 𝜑
1,5
Además se afecta Ep de un coeficiente de minoración η = 1,5 – 1,6
𝐸𝑃
− 𝑇 − 𝐸𝑎 = 0
𝜂
𝑇=
𝐸𝑃
− 𝐸𝑎
𝜂
Si h1 < H
Anclaje poco profundo o superficial
h1 > H
Anclaje profundo


En el caso de anclaje profundo, se puede admitir que la movilización de empujes tiene lugar
como si la pantalla llegase hasta la superficie
En el caso de sobrecarga, no se la considerara en el cálculo del empuje pasivo
2.
ANCLAJES INYECTADOS
a. Tensor: se dimensiona el Ø cable, trabajando a tracción simple, a partir del valor
“ T ” obtenido del cálculo de la tablestaca
𝑇 = 𝑇𝑎𝑑𝑚 = 𝑇lim 𝛼
Nuñez, Federico Nicolas
Siendo
𝑇lim = 𝐴 𝜎𝑙𝑖𝑚
σ que corresponde a Ɛ=2%
(estos aceros no poseen
escalón de fluencia)
Con α = 0,6 anclajes permanentes
α = 0,75 anclajes provisionales
b. Zona de anclaje: deben hacerse 2 verificaciones
i. Adherencia tensor-lechada
ii. Adherencia suelo-lechada
Perímetro
𝑇𝑡𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 = 𝑇𝑍𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑛𝑐𝑙𝑎𝑗𝑒 = 𝜋 × ∅ × (𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑎𝑛𝑐𝑙𝑎𝑗𝑒) × 𝝉
Resistencia
media la
deslizamiento
Para el predimensionado
se obtiene de tabla en
función del tipo de suelo
Realizar ensayos In – Situ con la carga de servicio para obtener 𝝉
La formula de Ttensor tiene un coeficiente de minoración según sea permanente
o temporario
1⁄ , 𝑐𝑜𝑛 𝛽 = 2,5 𝑎 3 (𝑝𝑒𝑟𝑚𝑎𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠)
𝛽
𝛽 = 1,75 𝑎 2 (𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠)
Ejecución:
1. Se construye el hueco con cierto Ø e inclinación
2. Se coloca la armadura
3. Se coloca H° de agregado grueso pequeño a alta presión (25 atm
aproximadamente).
Se busca generar gran fricción entre lechada-suelo
Nuñez, Federico Nicolas
TIPO DE FALLAS
La inestabilidad de la tablestaca puede producirse por:
• Penetración insuficiente de la pantalla por debajo del fondo de excavación
• Fallo del anclaje o sistema de apuntamiento
• Fallas en el suelo debido a un mal diseño. Se produce a
una escasa longitud de empotramiento y poca cantidad de
suelo de tapada
• Fallas en el suelo debido a un mal diseño. Se produce
a una poca cantidad de suelo de tapada
• Fallas en el suelo debido a un mal diseño.
Se produce una falla global debido a una
escasa longitud de anclaje (el anclaje queda
dentro de la zona de falla).
• Fallas estructurales de la pantalla debido al momento
máximo en la misma.
Nuñez, Federico Nicolas
ESTABILIDAD DE TABLESTACA
Condiciones a tener en cuenta:

R ESISTENCIA ESTRUCTURAL ( FLEXIÓN ):
La sección resistente del tablestacado ha de ser
suficiente para soportar, en condiciones de
seguridad y con tensiones admisibles por el
material, los esfuerzos de flexión a que se ve
sometido en servicio. Los fallos se producen más
por el agotamiento de la resistencia a momento
flector que a esfuerzo cortante y conducen a
roturas del tipo 4 y 5

E STABILIDAD GENERAL ( SUELO FIRME ):
Es preciso asegurarse de que no exista una
superficie de inestabilidad general en del terreno
que pase por debajo del pie de la pantalla, lo que
podría suceder, por ejemplo, de haber una capa
de terreno blando y poco resistente a cierta
profundidad. El problema apenas difiere del de la
comprobación de la estabilidad de un talud
vertical

E STABILIDAD DE FONDO (S IFONAMIENTO Y TUBIFICACIÓN ):
En el caso de tablestacados entibados a varios
niveles las reacciones de los puntales o anclajes
pueden equilibrar a los empujes del terreno en el
trasdós, haciendo aparentemente innecesario el
empotramiento de la pantalla. No obstante, la
falta de empotramiento puede acarrear una
rotura de fondo por agotamiento de la resistencia
al corte del suelo.
Cuando la excavación profundiza bajo el nivel
freático se crea una filtración de abajo arriba,
hacia su fondo. En suelos finos no cohesivos, si el
gradiente de filtración alcanza su valor crítico,
tiene lugar el fenómeno de sifonamiento
Dentro de los fallos de fondo de excavación cabria
hacer referencia también al fenómeno de erosión
interna. Si se bombea agua del fondo sin las
debidas precauciones en terrenos dispersivos o
susceptibles de ser erosionados, se produce el
arrastre de las partículas más finas y una perdida
Nuñez, Federico Nicolas
continúa de material. En suelos con cohesión
pueden, incluso, formarse tubificaciones y hasta
grandes socavaciones, con posibles consecuencias
desastrosas en estructuras próximas

R ESISTENCIA A LOS AGENTES EXTERNOS ( CORROSIÓN ):
La oxidación del acero de las tablestacas
constituye, quizá, su principal inconveniente a la
hora de emplearlas en obras definitivas, sobre
todo, o casi únicamente, cuando la cara externa
del tablestacado ha de quedar parcialmente bajo
el agua.
Nuñez, Federico Nicolas
METODO DE CALCULO EN PANTALLAS




Métodos clásicos
Métodos semi-empíricos
Métodos de interacción pantalla-terreno
Métodos de cálculos numéricos en elementos finitos
1) MÉTODOS CLÁSICOS
Son una aplicación de la teoría de Rankine de empuje lateral a estructuras flexibles.
Condición de equilibrio límite: la estabilidad de la pantalla se analiza suponiendo que sus
desplazamientos han movilizado los Ea y Ep
El efecto debido a la flexibilidad de la pantalla no se tiene en cuenta más que de una forma
cualitativa, a través de dichas condiciones de deformación.
Se desprecia la fricción entre suelo y la tablestaca
Por forma de trabajo, cabe distinguir entre:



Pantalla en voladizo
Pantalla con anclaje a un nivel
Pantalla con anclaje a varios niveles
P ANTALLA EN VOLADIZO ( VÁLIDA PARA H < 6
M)
Hipótesis:



Suelo granular seco
Sin sobrecargas
Pie libre
H
Z
d
0,2 Z
Nuñez, Federico Nicolas
Suponemos que el muro falla rotando en torno a un punto “A” ubicado a una distancia Z´ de la
superficie. Suponemos que los empujes pasivos y activos están en equilibrio uno con otro. El
empuje pasivo Ep1 se desarrolla al frente de la pantalla, pero también debemos considerar el
empuje pasivo Ep2 ubicado por debajo del punto “A”, que es el encargado de no permitir el giro
de la pantalla
La profundidad de empotramiento requerida para que pueda desarrollarse R es d = 1,2 Z
En esta situación efectuamos la siguiente simplificación: Reemplazamos los empujes producidos
por debajo del punto “A” por una única fuerza equivalente (R) aplicada en el punto “A”. Con esto
reducimos el análisis a una longitud (H + Z).
Las simplificaciones se realizan para poder llegar a un sistema isostático, ya que el inicial era
hiperestático

Como se analiza en estado limite, con el factor de
seguridad aplicado al terreno, los empujes resultan
semejantes a los de servicio

FS: en función de la envergadura de la obra
𝑡𝑔𝜑
𝑡𝑔𝜑´ =
1,5
𝜑´⁄
2)
𝜑´
𝐾𝑎 = 𝑡𝑔2 (45° − ⁄2)
𝐾𝑝 = 𝑡𝑔2 (45° +
Ep, Ea



Tomando ∑ 𝑀𝐴 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "𝑍"
Tomando ∑ 𝐹𝐻 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 “𝑅”
Con los esfuerzos en pantalla determinados, se
procede al dimensionado
𝑀𝑚𝑎𝑥 → 𝑊𝑛𝑒𝑐 → 𝑊𝑎𝑑𝑜𝑝 → 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙
Nuñez, Federico Nicolas
P ANTALLA CON ANCLAJE ( VÁLIDA PARA H > 6
M)
Hipótesis:
 Suelo granular seco
 Sin sobrecargas
A. Bajo grado de empotramiento (apoyada inferiormente)
h
C
H
Z
B
Hip
Suponemos que toda la parte empotrada se desplaza hacia el lado de la excavación, por lo tanto
de un lado habrá Ep y del otro Ea
El problema será isostático (2 incognitas, 2 ecuaciones de equilibrio)

Propongo “ h “ (tratando de que Mtramo = Mtramo, para que el ancho de la placa sea
constante)


∑ 𝑀𝑐 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "𝑍"
∑ 𝐹𝐻 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "𝑇"
Nuñez, Federico Nicolas
B. Alto grado de empotramiento (empotrada en la base)
H
h
B
A
El sistema es hiperestático, con 3 incógnitas (se suma R) y solo 2 condiciones de equilibrio, se
hace necesario introducir una hipótesis adicional para obtener la solución, la cual podemos
adoptar a la hipótesis de BLUM (aplicable solo a suelos no cohesivos) que relaciona la profundidad
del punto de Momento flector nulo con el ángulo de rozamiento interno del terreno. Divide el
sistema hiperestático en 2 sistemas independientes isostáticos.
T
Fx
Fx
Nuñez, Federico Nicolas
Se supone X = f (𝜑) de tabla
Se propone considerar la tablestaca como 2 vigas independientes con un apoyo común, ubicado
a la profundidad X (punto de inflexión)



∑ 𝑀𝐵 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "𝑇"
∑ 𝑀𝐴 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "h"
∑ 𝐹𝐻 = 0 → 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑔𝑜 "𝑅"

¿Dónde está el Mmax para el dimensionado de la tablestaca?
Donde el corte sea cero - Q = 0

¿Dónde se ubica el Q = 0?
En el punto donde la resultante de Epasivo se anule con la del Eactivo

¿Qué implica que estos métodos se basan en la condición de equilibrio limite?
Que se generan empujes activos y pasivos porque se producen cuñas
de desplazamientos (si no fuera asi tendría que trabajar con Ko)
P ANTALLA ANCLAJES A VARIOS NIVELES
Dependiendo del número de apoyos y si son excesivamente rígidos se puede suponer que en toda
la altura de la pantalla está sometido a Ea, y en la parte empotrada a Ep.
Partiendo de los empujes conocidos, las reacciones en los apoyos y los esfuerzos en las pantallas
se determinan mediante “métodos de resistencia de materiales”.
M ÉTODOS SEMI - EMPÍRICOS
Están basados en análisis experimentales de modelos. En general se emplean ábacos y cartas
I NTERACCIÓN PANTALLA - TERRENO
Es una aplicación de la teoría de la Elasticidad, considerando al suelo como un medio elástico
aplicando la ecuación diferencial que relaciona las tensiones con las deformaciones. Se plantea la
ecuación diferencial de la deformación de la pantalla en función de las presiones del terreno.
Nuñez, Federico Nicolas
M ÉTODO DE LOS E LEMENTOS F INITOS
Tanto el terreno como la pantalla son divididos en un número de elementos finitos. Es lo que se
conoce como discretizacion del continuo. Se determina los esfuerzos de cada uno de estos
elementos y por medio de un ensamblaje se determinara los esfuerzos tanto en la pantalla como
todo el terreno contenido
ENTIBACIONES
La entibación es un tipo de estructura de contención temporal muy flexible, instalados a mano o
con elementos mecánicos poco importantes, se empleada habitualmente en construcción e
ingeniería civil.
Este sistema se emplea en excavaciones que permiten apuntalar una pared contra la opuesta,
transmitiéndose los empujes de las tierras de una a otra a través de los puntales y resultando
compensados entre sí, en excavaciones de profundidad mayor a
4𝐶
∅
𝑍90 𝑎𝑑𝑚 = 𝛾 𝑐𝑜𝑡𝑔 (45° − 2) 1⁄𝐹𝑠 , 𝐹𝑠 ≈ 1,5 (no considera sobrecargas en la parte superior)
Se construye mediante tablones de madera o elementos metálicos y placas cuadradas, de
dimensiones que rondan 1 m por 1 m. Hay también paneles de mayores dimensiones ya
montados
Desde el punto de vista técnico, la necesidad de entibar y los empujes a considerar en el cálculo
de las entibaciones, estas depende de:
• La profundidad y anchura de la excavación.
• Las características del suelo.
• La presencia o existencia de nivel freático.
• La proximidad de edificios y otras estructuras.
• La proximidad del tráfico y cualquier otra fuente de vibraciones.
• Del lugar donde se deposita el material excavado y otras sobrecargas.
• Las posibles condiciones o imposiciones locales de diseño o cálculo.
Nuñez, Federico Nicolas
Caso de terrenos secos y firmes
La entibación puede reducirse a la de la de la figura con tablones, de más anchura (o mayor
número) a medida que se profundiza, sujetos por codales separados de 1,5 a 2 m y constituidos
por rollizos de madera sana, de unos 15 cm de grosor. En estos casos puede excavarse el fondo
de las zanjas, dándoles ya la forma de la sección a recibir.
Entibación con tablas horizontales
Caso de terrenos es suelto
Cuando el terreno es suelto (no presenta la suficiente cohesión) y no se mantiene sin
desmoronarse en una altura igual a la anchura de un tablón, existe la necesidad de proceder
a la entibación vertical en la forma indicada en la figura con acodalamientos reforzados.
Nuñez, Federico Nicolas
ENTIBACIÓN CON TABLAS VERTICALES
Caso de terrenos superiores sueltos sobre otros compactos
Cuando existen terrenos superiores sueltos sobre otros compactos y, sobre todo (como es
frecuente en las calles), la capa superior es de relleno y la inferior compacta, puede hacerse una
entibación parcial, apuntalada en la parte superior. Con ello queda libre la zona de trabajo
propiamente dicha, que no suele presentar entibación o ésta puede ser mínima.
Caso de terrenos saturado de agua
Si el terreno está saturado de agua o se sobrepasase el nivel freático se puede hacer descender
el nivel de agua u optar por el tablestacado. El descenso del nivel freático puede hacerse por
simple drenaje natural por los laterales del fondo de zanja o por rebaje de la misma mediante
bombeo.
Independientemente de que la entibación se realice con tablas horizontales o verticales, éstas
podrán cubrir totalmente las paredes de la excavación (entibación cuajada), el 50% (entibación
semicuajada) e incluso menos de esta proporción (entibación ligera), según las características de
cohesión del terreno
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
EMPUJES SOBRE LAS ENTIBACIONES
El hecho característicos de las entibaciones de que el revestimiento va colocándose a medida que
se excava y que el apuntalamiento va haciéndose de arriba hacia abajo, según avanza la
excavación, determina unas condiciones de deformación del terreno que nada o muy poco tienen
que ver con las correspondientes a muros. Esto trae como consecuencia que los empujes sobre
el revestimiento tenga una distribución sensiblemente diferente a las clásicas leyes triangulares.
Las diferencias fundamentales son:


La forma de la distribución tiene aspecto parabólico, en vez de triangular.

Como consecuencia de la disminución de empujes en la zona inferior, la parte
superior, que esta apuntalada desde el principio, se sobrecarga con relación a la ley
triangular.
Los empujes no crecen monótonamente con la profundidad, sino que se estabilizan
y hasta decrecen y se anulan en el fondo de la excavación.
Nuñez, Federico Nicolas
EXCAVACIÓN BAJO EL NIVEL FREÁTICO
El agua subterránea es uno de los grandes problemas en excavaciones, entre ellos

Inestabilidad de los taludes
o
El descenso de estabilidad es del orden del que le
corresponde a una reducción del 50% del Ø
o

Puede ser
solucionado con
entibaciones o
tablestacados
Inestabilidad de fondo
Las filtraciones por el fondo de
la excavación pueden conducir
el sifonamiento
o Disminuye
la
resistencia pasiva de
las cuñas
o Ponen en peligro la
estabilidad de las
pantallas
Incluso antes de llegar al sifonamiento el fondo de la excavación estará muy blando, dificulta
trabajo de personas y maquinas
Obs: el sifonamiento ocurre en suelos de arena uniforme (no asi en suelos graduados)

Asentamiento en estructuras adyacentes: consolidación por desecación del suelo al
bombear el agua
MÉTODO DE CONTROL DEL AGUA SUBTERRÁNEA
1) PRESENCIA DE ESTRATO MÁS TABLESTACADO
Procedimiento
a. Hincado de tablestacas
b. Bombeo de agua contenida
c. Excavación en seco
Nuñez, Federico Nicolas
Inyecciones:
En caso de no existir un hidropapoyo puede recrearse esta situación mediante el auxilio de
inyecciones impermeabilizantes alrededor de la tablestaca
 Agua
 Cemento (estabilizante)
 Benonita (impermeabilizante)
Siempre se debe verificar el sifonaje en estos casos (es decir que Z sea suficiente)
2) AGOTAMIENTO PERIÓDICO






Método más utilizado aplicable a la mayoría de los suelos y rocas y con costos de
instalación y mantenimiento bajos (muy usado en Tucumán ya que hay poca diferencia
entre la napa y la cota de fundación y debido al tipo de suelo)
Se presentara problemas si el tipo de suelo es fino con poca o ninguna cohesión, ya que
producirá un flujo ascendente y si el gradiente es mayor que el crítico, es suelo pierde
toda capacidad de carga
Si se trata de un suelo poco permeable o impermeable (arcillas), se puede producir
destape de fondo de excavación debido a la subpresion
Si hay arcillas normalmente consolidadas se puede presentar:
 Se produce la rotura de esta zona debido al peso de la base que
empuja el fondo produciendo el destape
 En arenas finas se puede producir la “ubicación” debía al
arrastre de partículas
La velocidad de bombeo deberá ser baja
La profundidad más grande que puede ubicarse la bomba es 8 metros
Tiene como desventaja que el agua fluye hacia la excavación, entonces con un gradiente
alto hay peligro
3) MÉTODO DE SIEMMENS (POZOS PROFUNDOS)
Se basa en la perforación de pozos de suficiente diámetro para alojar una bomba sumergida
Diseño: Método de pozo equivalente
1) Se diseña como si fuera un único pozo y se
calcula Qnecesario para deprimir la napa
2) Se distribuye dicho Q entre distintos pozos
No hay límite para su profundidad
Nuñez, Federico Nicolas
4) MÉTODO DE WELL POINT (POZOS PROFUNDOS)
Consiste en hincar en el terreno un número considerable de tubos delgados (Ø de 5cm a 10cm).
Todos ellos se conectan a una tubería que está unida a una bomba. Luego el agotamiento se hace
por aspiración
En suelos duros para facilitar la penetración de los puntos drenantes, se los provee de una válvula
de agua que expele agua a presión para ablandar el suelo
En un estrato de arcilla es conveniente taladrarlo primero
El filtro de arena funciona como dren y filtro
Separación de los puntos drenantes
Tiene como desventaja que la altura de separación máxima es de 6 metros aproximadamente
5) DESAGÜE DEL SUELO POR ELECTROÓSMOSIS
Se aplica en suelos limosos y arcillosos, la formación del cono de depresión, si se quisiese
bombear, tomaría meses o años
Nuñez, Federico Nicolas
Principio de funcionamiento:
Se introducen tubos metálicos de menor diámetro en el suelo (ánodos y cátodos), se produce
movimiento de las moléculas de agua induciendo un campo eléctrico, el agua viaja hacia los
cátodos. El flujo electroosmico es 20 a 100 veces más rápido que el gravitatorio, luego se bombea
el agua atraída a los cátodos
Desventaja: balance energético muy desfavorable que produce enormes pérdidas, procesos
electroquímicos aumentan la temperatura del terreno
Por estos motivos no tiene mucha difusión, solo en situaciones de emergencia
6) PROCESO DE CONGELAMIENTO
Se adopta a cualquier forma, tamaño o profundidad de excavación.
Se usa principalmente para excavaciones muy profundas (la presión del agua es muy alta) y en
rocas cuando sus fisuras son muy finos para inyectar
Solo se utiliza en lugares fríos sino sería muy antieconómico
Principio de funcionamiento:
Convertir el agua intersticial en hielo (aporta mayor resistencia, se vuelve impermeable)
 Circuito cerrado: se establece una red de sondas (tubos) de congelación por las que se
hace circular un fluido refrigerante
 Circuito abierto: se inyecta nitrógeno líquido al suelo
Desventaja: es muy costoso por el gran número de perforaciones necesarias, tiempo de
instalación, equipo frigorífico
Elección del procedimiento según LAMP
Permeabilidad K [𝑐𝑚⁄𝑠]
𝑘 < 10−7
10−7 < 𝑘 < 10−6
Procedimiento recomendado
Excavación en seco (prácticamente
impermeable
Agotamiento periódico desde fondo (2)
10−6 < 𝑘 < 10−2
Electrosmosis (5)
10−2 < 𝑘 < 10
Pozos Profundos (3)
Well Point (4)
Agotamiento directo si la excavación no
penetra mas de 3 m debajo del N.F.
No es posible rebajar N.F. (el Q a agotar es
demasiado grande)
10 < 𝑘 < 103
𝑘 > 103
Nuñez, Federico Nicolas
SUBMURACION
Estructura que se ubica debajo del muro medianero y permite transmitir las cargas a una
profundidad mayor a la de excavación (es un cambio de plano de apoyo de la cimentación)
A diferencia de la pantalla de H°, esta última no tiene la carga vertical del muro medianero
Es riesgoso ya que consta de una operación lenta, costosa y delicada
La estructura vecina solo puedo usarla de terminación
Obs: En Tucumán no se puede excavar antes de tener el proyecto de submuracion aprobado
Aplicaciones:
1. Soportar una estructura que se hunde o inclina debido al asentamiento del terreno
o a la inestabilidad de la superestructura
2. Resguardo ante un posible asentamiento de la estructura cuando se excava cerca o
debajo del nivel de cimentación
3. Soportar estructura mientras se altera su cimentación
Información preliminar:
 Perfil estratificado
 Características geotécnicas ((𝜑, 𝑐, 𝛾)
 Niveles freáticos
del terreno
Proceso constructivo
Consiste en excavar agujeros rectangulares (patas) en intervalos bajo la cimentación de la
zapata corrida existente.
Los agujeros se rellenan con H° o enladrillados hasta la superficie inferior de la cimentación
existente
La separación entre excavaciones varía entre 1,2 a 2,0 metros en función de:
 Tipo de suelo
 Estado y constitución del muro a sostener
 Tipo de fundación
El espacio entre cimiento y
submuracion se rellena con
“grout” (pegamento a base de
cementicio, como poxipol)
Se colocan planchas de telgopor
para independizar la
submuracion de la futura
estructura
Nuñez, Federico Nicolas
Bajo ninguna circunstancia deberá librarse más del cuarto de la longitud total de la
estructura.
Procedimiento:
1. Se excavan los espacios (1) a pico y pala y se encofra y se hormigonea
2. Se espera que frague y adquiera resistencia el H°
3. Se procede de igual manera con las troneras (2) y luego (3)
Obs: se hormigonea con la armadura secundaria doblada, luego se endereza para generar
un elemento monolítico
Limitación: En profundidades considerables deberá trabajarse en etapas, siempre que las
condiciones del terreno lo permitan (1- Excavacion horizontal, 2- Excavacion vertical)
Distintas situaciones de linderos
Nuñez, Federico Nicolas
Alternativas
Nuñez, Federico Nicolas
PANTALLAS CONTINUAS DE H°A°
Son paredes que se construyen antes de efectuar una excavación (excavaciones profundas
próximas a otras estructuras o por debajo del nivel freático)
Tiene como función:
 Contener el terreno
 Impermeabilizar la excavación
 Limitar el movimiento del terreno adyacente
 Soportar cargas verticales (nueva estructura)
Ventajas:
 Construir el muro antes de excavar lo hace más seguro, ahorra tiempo y dinero (no
necesito la aprobación del proyecto de submuracion)
 Uso de encofrado al suelo
 Formará parte de la estructura
Aplicaciones



Sótanos de edificios
Estacionamientos subterráneos
Comunicación subterránea (túneles urbanos, obras marítimas o portuarias)
Ejecución
1. Construcción de muros guías
 Separación ligeramente superior al espesor de pantalla
 Altura 75cm a 1m
 Espesor de 25 a 30 cm
Sirven como guía de la maquinaria de excavación y medio de mantenimiento del
lodo bentonitico
2. Excavación
Con máquinas dotadas de cucharas o otros útiles de perforación por módulos o
paneles alternos
 Longitud de 3 a 6 m
 Altura: pueden llegar a los 35 – 40 metros
 Espesor de 45 cm a 1 metro
Para mantener las paredes de la excavación se usa lodo bentonitico (50kg de
bentonita por m3 de agua)
3. Colocación de los elementos para moldear juntas
 Asegurar la impermeabilidad de la pantalla
 Dar trabazón a los distintos paneles entre si
Se calcula de manera de soporte al corte
4. Colocación de armadura
Suspendidas sobre los topes de los muros guías y bien centrada mediante
separadores/rigidizadores
 Separación mínima 10 cm
 Recubrimiento 7 cm
Nuñez, Federico Nicolas
5. Hormigonado
Se hormigona de abajo hacia arriba a través de tubos. El hormigón inicial es
contaminado con pentonita, pero se extrae al seguir hormigoneando por diferencia
de presión
6. Extracción de los elementos para moldear las juntas,, siempre que el H° haya
alcanzado su resistencia
Nuñez, Federico Nicolas
Muros de contención
Sin
contrafuerte
Estabilidad externa
Se debe verificar seguridad al:



Vuelco
Deslizamiento
Presiones de contacto
Y luego las mismas verificaciones considerando cargas gravitatorias + acción sísmica
(Fuerza lateral) x Cv = Fsismo
(Ea,Ep), Cv=0,5C con C=2 Co (depende de la zona sismica)
Factor de seguridad
Vuelco
 1,5 para cargas permanentes
 2 para cargas sísmicas
Nuñez, Federico Nicolas
Deslizamiento
 1,5 para cargas permanentes
 2 para cargas sísmicas
Presion de contacto
 ≥3


Para cálculo de fundaciones, muros de contención, etc. Se utilizan cargas de servicio
Para dimensionado estructural se utilizan cargas mayoradas
Deslizamiento
2
( ∅)
3
Vuelco
Obs: en talud no vertical, si la resultante R es volcante, no puedo considerar la componente
vertical estabilizante y la horizontal como volcante, porque la original es volcante
Presión de contacto
Nuñez, Federico Nicolas
Dimensionado
A. Sin contrafuertes:
Pantalla como losa en voladizo y de espesor variable, se
consideran como vigas de ancho b=1m. Se considera el peso
del suelo
1) Se mayoran las cargas U = 1,4D
U = 1,2D + 1,6L
U =1,2D + 1,0 L +1,0 E
Y se elige el estado de carga mas desfavorable
2) Verificación al corte
𝑉𝑐
> 𝑉𝑛
2
1 1
𝑉𝑢
,
∅ = 0,75
( 𝑏𝑑√𝑓´𝑐) ≥
2 6
∅
3) Dimensionado a flexión
𝑑
𝑀𝑛
𝐾𝑑 =
→ 𝐾𝑒 → 𝐴𝑠 = 𝐾𝑒
𝑑
√𝑀𝑛
𝑏
Se dimensiona como una losa en 2 direcciones
 Cuando Lmax/Lmin < 2
 Cuando apoya en 2 lados adyacentes
Lx separación de contrafuertes
i. Se mayoran las cargas
Nuñez, Federico Nicolas
ii. Se analiza por separado las distintas cargas
de pozzi azaro 𝑀𝑢 = 𝛼 𝑞 𝑙2 → 𝑀𝑛 =
𝑀𝑢
∅
𝑉𝑢 = 𝛽 𝑞 𝑙2 → 𝑉𝑛 =
𝑉𝑢
∅
iii. Verifico al corte
iv. Dimensionado a flexión
v. Verificar cuantía mínima (𝜌 = 0,0018)
Y armadura secundaria 𝐴𝑠𝑒𝑐 = 20%𝑛𝐴𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙
Talón y pie
A. Con contrafuertes:
Se dimensiona como una viga en voladizo, empotrada en el pie del muro
Se busca que la separación de los contrafuertes sea tal que la losa trabaje a dos
direcciones:


Si la separación L es
muy chica la losa
trabaja en 1 dirección,
donde predominara el
esfuerzo
Si la separación L es
muy grande se
aproximara a un
voladizo empotrado,
donde predominara el
esfuerzo
Nuñez, Federico Nicolas
El contrafuerte puede ser:
Trabajo como
viga placa,
apoyo
indirecto
Trabajo como
viga
rectangular,
apoyo directo
Procedimiento:
I.
Con las reacciones de las losas analizo el estado de carga de la viga
II.
De aquí obtengo Vu y Mu en las secciones elegidas (ya que es de altura variable)
Verificó al corte
1 1
𝑉𝑢
,
( 𝑏𝑑√𝑓´𝑐) ≥
2 6
∅
∅ = 0,75
𝑉𝑐
> 𝑉𝑛 → 𝑛𝑜 𝑒𝑠 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 → 𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑜 𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛
2
1
𝑏𝑠
𝐴𝑠 min =
√𝑓´𝑐
16
𝑓´
𝑉𝑐
𝑠𝑖
< 𝑉𝑛 → 𝑉𝑠 = 𝑉𝑛 − 𝑉𝑐 → 𝐴𝑠
2
𝐴𝑠
𝑉𝑠
=
, 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑡𝑎𝑟 𝑆𝑚𝑖𝑛
𝑆
𝑓𝑦 𝑑
Dimensionado a flexión
Defino ancho colaborante b
𝑑
𝐾𝑑 =
→ 𝑐 = 𝐾𝑐 × 𝑑 → 𝑎 = 𝛽1 𝑐
𝑀𝑛
√
𝑏
a. 𝑎 ≤ ℎ𝑓 → 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑏
𝑠𝑖
III.
b. 𝑎 > ℎ𝑓 → 𝐴𝑠 = 𝐾𝑒
𝑀𝑛𝑤
𝑑
+
𝑀𝑛𝑓
ℎ𝑓
(𝑑− 2 )𝑓𝑠
+
𝑁𝑓
𝑓𝑠
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 4 CIMENTACIONES SUPERFICIALES
INTRODUCCIÓN
Las fundaciones directas apoyan en toda el área de la base sobre el terreno, en un estrato no
mayor a 5 metros de profundidad, y en donde el suelo ofrezca la suficiente capacidad portante
para soportar las cargas impuestas por las superestructuras, con moderados asentamientos. La
acción del suelo la reducimos solo al plano de contacto entre el sistema de fundación que estemos
utilizando y el suelo (solo nos interesa que sucede en la superficie de contacto, el resto lo
despreciamos).
Clasificación:





Fundaciones Aisladas: Ensanchamiento de la columna para disminuir las tensiones en el
plano de fundación.
Fundaciones continuas: transmiten las cargas de los muros, mamposterías, etc.
Fundaciones combinadas: apoyo de 2 columnas cercanas, evitando la superposición de
las bases aisladas
Fundaciones conectadas: soportan cargas excéntricas aplicadas en las columnas y al
unirlas con vigas o tensores, eliminan el volcamiento
Plateas de fundación: se realizan cuando las áreas en planta de las bases aisladas, resulta
casi la misma que la superficie del terreno. Tienen un espesor considerable
Antes de realizar cualquiera de estas cimentaciones, se recomiendo hacer un hormigón de
limpieza, para el recinto de fundación, de unos 10 a 15 cm de espesor
Para el cálculo de las cimentaciones superficiales hay 2 etapas:
1. Análisis de la cimentación: Se refiere a la determinación de su forma y dimensiones en
planta. Este paso se realiza con cargas de servicio y tensiones admisibles del suelo
La forma y dimensiones dependen de la magnitud de las cargas de servicio, σadm del
suelo, profundidad del estrato donde se apoyara y del espacio admisible
2. Diseño de la cimentación: se refiere a la determinación de la altura útil, y de la cantidad
y distribución de la armadura. Este paso se realiza con cargas mayoradas y resistencia
minorada
La determinación de la forma y dimensiones en planta depende:




Magnitud de cargas de servicio que debe resistir la base (Ps)
Cantidad de suelo de fundación y sus esfuerzos admisibles(σadm )
Profundidad del estrato en el cual apoya la base
Espacio disponible en planta para utilizarla
Dimensiones en planta:
Se realiza con cargas de servicio y esfuerzos admisibles del suelo
Nuñez, Federico Nicolas
Diseño de la base:
Se realiza con cargas mayoradas (Pu) y resistencias minoradas (Mn, Vn).
Las cargas mayoradas nos permite obtener una reacción ficticia del suelo "𝑞𝑢 "
que nos permite determinar Mu y Vu, para luego dimensionar la armadura.
Cargas de servicio:




Pesopropio de la superestructura
Sobrecargas
Peso del suelo sobre la base aislada
Efecto Viento y sismo
Zona sísmica:
Se permite incrementar los esfuerzos admisibles en un 33% para el suelo de
fundación
Criterios a aplicar
a. Tomar las combinaciones de carga, excluyendo el sismo y verificar
σadm suelo
b. Tomar las combinaciones de carga, incluyendo sismo y verificar que
no supere σadm suelo incrementado un 33%
Si tenemos cargas excéntricas las podemos solucionar usando:
 Vigas cantiléver (viga voladizo) conectando así diferentes bases
 Centrando la base donde actúa la carga
 Dándole más ancho a la columna (menos estético)
BASES AISLADAS
Son fundaciones de un volumen considerable que transmiten las cargas de las columnas al suelo
por compresión pura y muy limitada flexión
El Reglamento CIRSOC 201-2005, Capítulo 15, contempla solo las zapatas rectangulares de
fundación. En nuestro medio, sin embargo, es común la construcción de bases que tienen su
parte superior en forma tronco-piramidal.
Las hipótesis generales que plantea el Reglamento para las zapatas rectangulares, permiten
encarar el análisis en flexión y punzonado de las zapatas tronco-piramidales con ajustes menores.
No ocurre lo mismo en el caso del corte.
Características:





Planta cuadrada o rectangular y sección tronco-piramidal (Ahorro un poco de hormigón,
usado en Argentina)
Permiten asentamientos independientes de las columnas
Escasa resistencia al giro y desplazamientos horizontales
Requiere suelo de resistencia media a alta, sin estratos blandos intercalados en los bulbos
de presión
Situación ideal
Nuñez, Federico Nicolas

 El suelo posee cohesión suficiente para dar verticalidad a la
excavación
 No existe afluencia de agua
 El nivel de apoyo no se halla a más de 1,50 mts
Opcional el uso de riostras (encadenados que vinculan bases)
Diseño:
a) Se deben conocer cargas de servicio y mayoradas (combinación
de cargas)
b) Perfil del suelo con sus tensiones admisibles de los distintos
estratos
c) Elegir profundidad de apoyo en base a ensayos
d) Determinación forma y tamaño de cada una de las bases en
función de las cargas de servicio
e) Diseñar las bases con las cargas mayoradas, respetando espesores
mínimos
Pedestales:
Son ensanchamientos de la parte inferior de la columna, permiten incrementar el área de carga
hasta llegar a la base
Objetivos:
 Transmitir más uniformemente las cargas
 Disminuir los momentos flector y corte en la bases generado por la reacción
del suelo
 Dar mayor estabilidad al conjunto
Alturas aproximadas 1 a 1,5 mts
VIGAS RIOSTRAS
Las bases aisladas deben conectarse entre sí y con el resto de la estructura, con vigas riostras que
cumplen la función de encadenado.
Se conectan en la parte inferior de las columnas o en la parte superior de las zapatas.
Nuñez, Federico Nicolas
La finalidad de las vigas riostras es absorber las posibles acciones horizontales que pueden recibir
los cimientos bien de la estructura bien del propio terreno, evitando de esta forma el
desplazamiento horizontal relativo de uno respecto a otro.
Las vigas de riostra pueden encofrarse o vaciarse directamente en una excavación en el terreno,
tipo zanja. Cuando se encofran, su sección transversal mínima será cuadrada, de 25cm de lado,
con recubrimiento libre igual o mayor a 4cm. Cuando se vacían en el terreno y permanecen
siempre en contacto con el mismo, la sección mínima será cuadrada de 40 cm de lado y el
recubrimiento libre igual o mayor a 7 cm.
Se aconseja colocar una capa de hormigón de limpieza de 10cm de espesor (permite dotar de
rigidez, limpieza, uniformidad y nivelación adecuada a la superficie inferior de la cimentación)
Se estima que las vigas riostra son capaces de resistir cargas axiales de tracción o compresión de
magnitud igual al 10% o 15% de la carga axial de la columna más cargada de las dos que conecta.
Adicionalmente, las vigas de riostra resistirán momentos flectores transmitidos por las columnas
o pedestales.
Si solo resisten cargas axiales entonces se diseñan como un tensor donde el acero soporta todos
los esfuerzos y el hormigón sirve solo de recubrimiento.
Se debe cumplir que:
∅𝐴𝑠 𝑓𝑦 ≥ 0,1 𝑜 0,15 𝑃𝑢 𝑚𝑎𝑥
Pu: sale de la combinación de cargas
Ø = 0,7
Cuando se desee tomar en consideración la colaboración del concreto para resistir los esfuerzos
Tensión a tracción
de tracción, se adoptara:
𝑓´𝑐𝑡 = 0,1 𝑓´𝑐
del hormigón
Tensión a compresión
del hormigón
Cuando la viga de riostra se encofra fuera de la excavación realizada en el terreno, está libre de
pandear. Para evitar el pandeo, se debe respetar la siguiente relación para el lado mínimo de la
sección transversal:
Nuñez, Federico Nicolas
𝑏≥
𝑙
20
En ausencia de pandeo, la riostra, considerada como columna (funciona a compresión) debe
cumplir:
∅(0,85𝐴𝑐 𝐻𝑐 + 𝐴𝑠 𝑓𝑦 ) ≥ 0,10 𝑎 0,15 𝑃𝑢
Se exige además:
𝐴𝑠 ≥ 0,01 𝐴𝑐
𝑓´𝑐
𝐴𝑠 ≥ 0,015 𝐴𝑐
𝑓𝑦
Cuantías
Mínimas
Las vigas riostra se armaran con un mínimo de 4 barras longitudinales, con las cuantías mínimas
anteriores y un Ømin = 12 mm
Separación de estribos
𝑠≤
30𝑐𝑚
12𝑑𝑏 (𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙)
La armadura longitudinal debe anclarse en las bases o pedestales, cumpliendo con las longitudes
de anclaje mínimas
.
BASES AISLADAS SIN ARMADURA DE TRACCIÓN
Son fundaciones de considerable volumen que transmiten al suelo cargas de las columnas por
compresión pura y muy limitada flexión
Son de concreto simple, de gran altura. Debido a la reducida flexión que soportan, los elementos
Tensión de trabajo
traccionados cumplen con:
𝑓𝑡 ≤ 𝑓´𝑐𝑡 = 0,1𝑓´𝑐
Nuñez, Federico Nicolas
D IMENSIONADO
Dimensionamos a flexión y verificamos corte y punzonado
Como criterio para el análisis y diseño, se buscara que las bases tengan una altura suficiente para
resistir el esfuerzo de corte y punzonado sin la necesidad de armadura de corte, además se debe
evitar la armadura doble de flexión. (No confundir armadura doble con armadura en dos direcciones)
Adicionalmente se considera evitar asentamientos absolutos (dañan construcciones vecinas) y
relativos (generan solicitaciones adicionales)
D ISEÑO
DE BASES AISLADAS
Consideramos como hipótesis que la base tiene una rigidez suficiente para suponer una
distribución de tensiones de contacto uniforme y lineal
Datos:
 Cargas
 De servicio para la determinación de la superficie de contacto (no se
toman mayoradas porque el estudio de suelos entrega 𝜎𝑎𝑑𝑚 , el cual
ya tiene un factor de seguridad
 Mayoradas para dimensionado y verificación
𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
En función del tipo de suelo y el
 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 [
⁄𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 ]
criterio utilizado : terzaghi, terzaghi
 Cota de fundación
modificado
 Dimensiones de columna (Cx, Cy)
3
 Hormigon
 Tipo de base
Tipo de bases:
Posee excentricidad
Posee doble excentricidad
como
Condición resistente

Resistencia requerida ≤ Resistencia de Diseño
(cargas mayoradas)

Resistencia Diseño = Ø Resistencia Nominal (de la sección)
Nuñez, Federico Nicolas
Siendo:
Ø Coeficiente de reducción de resistencia
Flexión Ø = 0,9
Punzonado Ø = 0,75
Corte Ø = 0,75
Dimensiones
h : altura
bx y by : donde apoya el encofrado de la
columna, seria cx+5cm y cy+5cm (2,5cm
de cada lado)
cx y cy : dimensiones de la columna
lx e ly : longitudes en dirección x e y de la
base
kx : sirve para ver la zona en donde se
generaría el corte y vale (lx-cx)/2
S ECCIONES C RÍTICAS
Las secciones críticas para flexión son planos verticales que pasan por las caras de la columna.
Se trata en definitiva de líneas de rotura que pasan tangentes a las caras de la columna.
Consideramos sección comprimida de ancho constante para trabajar con tablas Kd (son solo para
secciones comprimidas rectangulares)
Nuñez, Federico Nicolas
A NÁLISIS
DE FLEXIÓN
1) Calculo del área necesaria de la base aislada: Esto lo haremos con cargas de servicio
(cargas sin mayorar). Esta carga es a pie de columna, por lo que se debería sumar el peso
del suelo y el peso de la base, para esto incrementamos entre un 10% y 20% la carga
𝑃𝑑 + 𝑃𝑙
𝐴𝑛𝑒𝑐 = 1,1 𝑎 1,2
𝜎𝑎𝑑𝑚
Obs: Al dividir en 𝜎𝑎𝑑𝑚 estamos considerando que la tensión de contacto es uniforme en
toda la base (hipótesis), base con comportamiento rígido, no depende del tipo de suelo ni
de la base, sino del comportamiento relativo de ambos en cuanto a sus rigideces (en
nuestro medio consideramos usualmente rígido)
Ya calculado 𝐴𝑛𝑒𝑐 adopto lados (redondeamos a 5cm) y elijo el 𝐴𝑎𝑑𝑜𝑝 , no se debe
exagerar 𝐴𝑎𝑑𝑜𝑝 < 2𝐴𝑛𝑒𝑐
2) Dimensionado de la base (a flexión), determino
 Altura útil “h”
 Armadura necesaria
a. Determinamos una tensión ficticia de contacto que solo será para el
dimensionado
𝑃𝑢𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑞𝑢 =
𝐴𝑎𝑑𝑜𝑝
Combinación de cargas: 1,4 D
1,2 D + 1,6 L
.
.
Obs: Para calcular 𝑃𝑢 no considero el peso del suelo y la fundación (10% a 20%).
Si no, al momento obtenido le deberíamos restar el momento debido al suelo y
el peso de la base y asi que directamente no lo consideramos.
b. Calculamos el momento requerido en las secciones criticas
Brazo de
palanca
Fuerza
𝑀𝑢𝑥 = 𝑞𝑢 𝐿𝑦 𝐾𝑥
𝑀𝑢𝑥 = 𝑞𝑢 𝐿𝑦
𝐾𝑥
2
𝐾𝑥 2
2
Análogamente
𝑀𝑢𝑥 = 𝑞𝑢 𝐿𝑦
𝐾𝑥 2
2
Tomando ancho unitario
𝐾𝑥 2
𝑀𝑢𝑥 = 𝑞𝑢
2
c. Calculamos los momentos nominales
Mn =
𝑀𝑢
0,9
Ø=0,9 para flexión
controlada por
tracción
Nuñez, Federico Nicolas
d. Para obtener una altura útil “d”, adoptamos un Kd alto, esto nos permitirá
que no necesitemos armadura de corte y punzonado (aumenta Kd,
aumenta h)
Adopto Kd
Kd =
𝑑
Recubrimiento
𝑀𝑛
√ 𝑏𝑦
ℎ = 𝑑 + 5𝑐𝑚
3) Verificamos que “d” sea suficiente para resistir corte y punzonado (antes de calcular la
armadura por un tema de plasticidad)
A NÁLISIS DE C ORTE
Para el análisis de corte se toma de forma similar al análisis de viga. Es decir, la fisura se genera a
una distancia “d” (altura útil) del filo de la columna.
Como el elemento no tiene armadura de corte, la resistencia al corte está dada por:
 El aporte de la zona de hormigón comprimido
 El efecto pasador de las armaduras de flexión (dowel action)
 El efecto de engranamiento de agregados en la zona fisurada (aggregate interlock)
Área que aporta el
corte
Simplificacion
Hipotesis:
Como la sección tiene un ancho variable, se lo simplifica tomando como 𝑏0 ancho equivalente.
bo
Nuñez, Federico Nicolas
Por que no hay
armadura de
corte
Se debe cumplir la condición de resistencia
𝑉𝑢
Ø
≤ 𝑉𝑛 ,
Ø = 0,75
Si verifica avanzo, si no cambio d (aumento)
Notas:
A NÁLISIS DE P UNZAMIENTO
El punzonado es un efecto de corte en el perímetro de la columna (en las dos direcciones) en este
caso también se acepta que la fisura se produzca a 45°, formando un tronco piramidal.
La columna perfora la base si esta es muy delgada, los perímetros críticos se toman a d/2 del
perímetro de las columnas
Se admite no redondear los perímetros críticos alrededor de las esquines de las columnas.
Nuñez, Federico Nicolas
La carga efectiva del punzonado puede
calcularse de dos maneras:
1)
La reacción del suelo que se encuentra
fuera del perímetro critico
2)
La carga de la columna, menos la
reacción del suelo dentro del perímetro
crítico.
𝑃𝑢 = 𝑃𝑢 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 − 𝑞𝑢 (𝐶𝑥 + 𝑑)(𝐶𝑦 + 𝐷)
Se debe cumplir la condición resistente
𝑃𝑢
≤ 𝑃𝑛 , Ø = 0,75
Ø
Vn
Nuñez, Federico Nicolas
𝑉𝑐 > 𝑉𝑛 =
Nota: 𝑃𝑛 = 𝑉𝑐 = 𝑓𝑛
𝑉𝑢
0,75
(f´c, perímetro sección crítico, relación
de lados de la columna, tipo de base, d)
Una vez verificado el corte y punzonado, debemos dimensionar la armadura
D IMENSIONADO
DE LA ARMADURA
Según CIRSOC 201:



L = lado mayor de la base
B = lado menor de la base
Base cuadrada o trabaja a 1 dirección se distribuye uniformemente en todo el ancho
Armadura paralela al lado mayor se distribuye de manera uniforme
Armadura paralela al lado menor, se divide en 3 fajas. La faja central (longitud del ancho
menor) tiene una distribución uniforme de una armadura igual a 𝐴𝑠 × 2⁄(𝛽 + 1) de la
armadura total, 𝛽 = 𝐿⁄𝐵 . Las fajas laterales tienen una distribución igual 𝐴𝑠 × [1 −
2⁄
(𝛽 + 1)]
Obs: debo verificar que 𝑃𝑏𝑎𝑠𝑒 + 𝑃𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑎𝑟𝑟𝑖𝑏𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 ≤ 10 − 20%(𝑃𝐷 + 𝑃𝐿 )
Nuñez, Federico Nicolas
B ASES CONTINUAS O ZAPATA CORRIDA
Soportan cargas lineales de muros, donde el largo ≥ 10 ancho
Tipos:
 Hormigon Simple (cargas reducidas)
 Hormigon Armado (cargas importantes)
Se considera que la distribución de los esfuerzos en el suelo es uniforme.
 Armadura principal paralela a la dirección del muro
 Armadura secundaria dirección perpendicular al muro y es acero para retracción y
temperatura
a)
Zapata corrida de Hormigon Simple
Dimensionamos la base (cargas de servicio)
1×𝑏 =
𝛾𝑃
, 𝛾 = 1,1 𝑎 1,3 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎
𝜎𝑎𝑑𝑚
La altura “h” del bloque la determinamos de manera que
la biela de compresión cumpla con 1< tgα < 1,6 (45° < α
< 60°)
𝑡𝑔 𝛼 =
ℎ−𝑎
2ℎ
despejo h
Nota: todos los esfuerzos los soporta el hormigón, solo lleva armadura para refracción.
b)
Zapata corrida de Hormigon Armado
Se sigue el mismo procedimiento que para bases aisladas, tomando una profundidad de
1 metro.
a. Ancho necesario
b.
𝑏 = 1,1 𝑎 1,2
𝑃𝐷 +𝑃𝐿
𝜎𝑎𝑑𝑚
…
Nuñez, Federico Nicolas
B ASES AISLADA CON CARGAR EXCÉNTRICA
a. TOTALMENTE COMPRIMIDA


La carga cae dentro del núcleo central
Eje neutro fuera de la sección
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜
𝑁 𝑀
𝑞𝑀,𝑚 = ±
𝐴 𝑊
𝑞𝑀,𝑚 =
𝑃
𝑃×𝑒
± 2
𝐵 𝐿
𝐵𝐿
6
b. PARCIALMENTE COMPRIMIDA



La carga cae afuera del núcleo central
Eje neutro corta la sección
Para viento o sismo extraordinario
Nuñez, Federico Nicolas
Dimensionado
1) Propongo B y L
2) Según “e”. Calculo 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑚𝑎𝑥
3) Calculamos 𝑞𝑎𝑑𝑚 (𝜎𝑎𝑑𝑚 ) a partir de la base efectiva
Capacidad Carga Última (Meyerhoff)
Los factores dependen de Ø, B, L y Df.
𝑞𝑎𝑑𝑚 =
𝑞𝑢
𝐹. 𝑆. (= 3)
4) Comparamos 𝑞𝑀 con 𝑞𝑎𝑑𝑚
𝑞𝑀 < 𝑞𝑎𝑑𝑚 , 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑚𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜
𝑞𝑀 > 𝑞𝑎𝑑𝑚 , 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜𝑠 𝐵 𝑦 𝐿
5) Continua el diseño ídem a las bases aisladas (con cargas centradas)
B ASES AISLADA
CENTRADA CON CARGA EXCÉNTRICA EN
2
DIRECCIONES
Nuñez, Federico Nicolas

Si hay mucha excentricidad, hay mal diseño de la base
Nuñez, Federico Nicolas
Para determinar 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝑞𝑢 ´ = 𝑓𝑛(𝐵´, 𝐿´) [Rectángulo equivalente centrado
en el punto de aplicación] se presentan 4 casos:
Caso I
eB ≥ 𝐵⁄6
eL ≥ 𝐿⁄6
𝐵

𝐵1 = 3𝑎𝑏 = 3 ( 2 − 𝑒𝑑 )

𝐿1 = 3𝑎𝑑 = 3 (2 − 𝑒𝐿 )
𝐿
𝐵´ = 𝐵1
𝑞𝑢 ´
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐 =
𝐿´ = 𝐿1
Caso II
𝐿1 𝑦 𝐿2 → 𝐴𝑏𝑎𝑐𝑜 𝑓𝑛(
eB < 𝐵⁄6
eL < 0,5𝐿
𝑞𝑢 ´
𝐵´ =
𝐵´𝐿´
2
𝑒𝐵 𝑒𝐿
; )
𝐵 𝐿
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐
𝐿´
𝐿´ = 𝑀𝑎𝑥{𝐿1, 𝐿2}
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐 =
𝐵(𝐿2 + 𝐿1)
2
Nuñez, Federico Nicolas
Caso III
eB < 0,5𝐿
eL < 𝐿⁄6
𝐵1 𝑦 𝐵2 → 𝐴𝑏𝑎𝑐𝑜
Caso IV
𝐵2 𝑦 𝐿2 → 𝐴𝑏𝑎𝑐𝑜
eB < 𝐵⁄6
eL < 𝐿⁄6
𝐿´ = 𝐿
𝑞𝑢 ´
𝐵´ =
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐
𝐿´
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝐿2 𝐵 + 𝐵2 (𝐿 − 𝐿2 ) + (𝐵 − 𝐵2 )(𝐿 − 𝐿2 ) 1⁄2
1
2
3
Nuñez, Federico Nicolas
B ASES E XCÉNTRICA SOBRE MEDIANERA
“En toda base excéntrica hay un momento impuesto por la base de la columna”
El momento real aplicado en la columna será: 𝑀 = 𝑁1 𝑖 ,siendo i (excentricidad real)
Obs: si la columna ya tenía un M, se le adiciona el impuesto por la base
EXCENTRICIDAD REAL DE LA CARGA (I)
𝜑𝑐𝑜𝑙 = 𝜑𝑏𝑎𝑠𝑒
Columna
𝜑𝑐𝑜𝑙 =
𝑀ℎ
𝑁𝑖ℎ
=
3𝐸𝐼 3𝐸𝐼
Base
𝜑𝑏𝑎𝑠𝑒 =
𝛿𝑐 −𝛿𝑑
𝐵
σ=
𝜎
, 𝛿=𝐾
, 𝑘 𝐶𝑜𝑒𝑓 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑠𝑡𝑜
𝑁
𝑀
𝑁
𝑁(𝑒 − 𝑖)
±
=
±
𝐵2 𝐿
𝐴 𝐵2𝐿 𝐵 𝐿
6
6
𝑁
6(𝑒 − 𝑖)
=
(1 ±
)
𝐵𝐿
𝐵2
𝜑𝑏𝑎𝑠𝑒 =
𝜎𝑐 (+)
𝜎𝑑 (−)
𝜎𝑐 − 𝜎𝑑
1 𝑁 12(𝑒 − 𝑖)
=
(
)
𝐾𝐵
𝐾 𝐵𝐿
𝐵2
12𝑁(𝑒 − 𝑖)
=
𝐾 𝐿 𝐵3
𝜑𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝜑𝑏𝑎𝑠𝑒
𝑵𝒊𝒉
=
𝟑𝑬𝑰
𝟏𝟐 𝑵 (𝒆−𝒊)
𝑲 𝑳 𝑩𝟑
→ 𝒊=
𝒆
𝒉 𝒌 𝑳 𝑩𝟑
𝟏+
𝟑𝟔 𝑬 𝑰
Nuñez, Federico Nicolas
𝐸 → 𝐻°
𝐼 → 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
CONCLUSIONES
1)
𝐾 → ∞ (𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑑𝑢𝑟𝑜) , 𝑖 → 0 ∴ resultante N se ubica debajo de la N aplicada sobre
la columna (Diagrama de presión de contacto triangular, no gira)
2)
𝐾 → 0 (𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜) , 𝑖 → 𝑒 ∴ reacción del suelo uniforme en toda la base
3)
I depende de la columna (h, E, I ) y de la dimensión de la base (B y L)
Para tratar de dimensionar el M aplicado por la base (M=Ni) tenemos 3 maneras.
1. Dimensionar la columna con ese M
a. Es el más sencillo. En realidad, le adiciono el M=Ni que ya tenía la columna
b. La desventaja seria que debería aumentar la dimensión de la columna (la
columna puede salir de la pared) en la dirección perpendicular al eje medianero
2. Reducir el momento a la mitad a partir de la disposición de un tensor
a. Consiste en usar el encadenado antisísmico (riostra) como un tensor ( se le agrega
a la armadura mínima del reglamento a la armadura necesaria, para que soporte
el efecto).
Debemos determinar la solicitación sobre el tensor
b. Para la riostra se exige
i. 𝐴𝑠𝑚𝑖𝑛 = 4∅12
0,9 (tracción)
𝑃𝑢
ii. 𝐴𝑠𝑓𝑠 ≥ (10% 𝑎𝑙 15%) ∅
1.5
0,5
+ )
ℎ1
ℎ2
1,5
0,75
𝑀𝑢 ( ℎ1 + ℎ2 )

Caso Viga Debil: fuerza de tracción en el encadenado 𝐹𝑢 = 𝑀𝑢 (

Caso Viga Fuerte: fuerza de tracción en el encadenado 𝐹𝑢 =
𝐹𝑛
𝐹𝑢
Le sumamos a la armadura del encadenado 𝐴𝑠 = 𝑓𝑦 = 0,9𝑓𝑦
Nuñez, Federico Nicolas
Observaciones
 El momento en el apoyo interno vale M/2 (tiene que ver con cross, induce la
mitad al otro extremo). También porque el punto de inflexión cae justo en H/3
 Para usar un tensor debo tener una columna cerca (4 – 5 m)
o Si está muy lejos el tensor no se comportara
como apoyo fijo (se deformara mucho)
o No tengo columna cerca, ancla a bloque de H°
que absorba esfuerzo mediante empuje pasivo
del suelo, ídem anclaje tablestaca)
5. Eliminar completamente el momento mediante viga de equiibrio (cantiléver)
Consiste en vincular la base medianera a la base interior más próxima mediante una
viga rígida, capaz de absorber completamente el Mflector producido por la base
Se utilizan cuando la base excéntrica soporta cargas muy elevadas (un tensor seria
poco eficaz)
Dimensionado
A. Área de contacto
PL
Pd
Reaccion2
Reaccion1
1,2(𝑃𝑑+𝑃𝑙)
𝜎𝑎𝑑𝑚
1)
𝐴 𝑛𝑒𝑐 =
adopto Lx, Ly. Adopto 𝐴𝑎𝑑𝑜𝑝 ≥ 𝐴𝑙𝑜𝑠𝑎
2)
∑ 𝑀𝑏 = 0 → 𝑅1𝑢 =
3)
4)
∑ 𝐹𝑣 = 0 → 𝑅2𝑢 = 1,2(𝑃1𝑢 + 𝑃2𝑢 ) − 𝑅1𝑢
𝑉𝑒𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 → 𝑃2𝑢 > 3𝑅2𝑢
1,2 𝐹1𝑢 𝑙
𝐶
𝑙
𝑙+ 2𝑥 − 2𝑥
(Es decir, que la reacción de la viga R2
no levante la cota)
Continuo
Disminuyo Lx
Nuñez, Federico Nicolas
B.
Vigas de equilibrio
1) Calculamos carga ficticia: 𝑞𝑢 =
1,2(𝑃1𝑑+𝐺𝑠)+1,6𝑃1𝑙
𝑙𝑥 𝑙𝑦
2) Linealizamos 𝑞𝑢 para la viga 𝑞𝑢 𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑞𝑢 𝑙𝑦
Por esto reducimos la
sección de la viga

𝑀𝑛 =

𝑉𝑛 =
𝑀𝑢
0,9
𝑉𝑢
0,75
→ 𝐾𝑑 → 𝐾𝑒 → 𝐴𝑠 = 𝐾𝑒
𝑀𝑛
𝑑
estribado
Caballete
invertido
Armadura de piel
Nuñez, Federico Nicolas
C.
Losa (trabajo como voladizo)
1) Condición de voladizo:
𝑴𝒖 =
𝑞𝑢 × (
𝐿𝑦 − 𝐶𝑦⁄ 2
𝑀𝑢
2)
→ 𝑴𝒏 =
→ 𝐾𝑑 → 𝐾𝑒 → 𝐴𝑠
2
0,9
2) Verifico corte:𝑉𝑢 = 𝑞𝑢 (
𝐿𝑦−𝐶𝑦
2
𝑉𝑢
− 𝑑) → 𝑽𝒏 = 0,75 < 𝑉𝑐
1
𝑑 𝐿𝑥 √𝑓´𝑐
6
Obs: no se verifica a punzonado
𝑉𝑛 < 𝑽𝒄 =
Nuñez, Federico Nicolas
B ASES C OMBINADAS PARA 2 COLUMNAS
Soportan 2 columnas próximas
CASOS
1) Bases aisladas muy próximas (riesgo de desmoronarse al cavar)
2) Limitación de espacio (superposición de bases)
3) Bases excéntricas cargadas (de modo que al combinarlas en 1 sola, se compensan las
excentricidades)
4) Superestructura sensible a asientos diferenciales
PREMISA FUNDAMENTAL
Mantener una distribución uniforme de tensiones
 Es necesaria una geometría de base tal que la resultante de las cargas verticales (punto
de paso) pase por el centro de gravedad (o muy cerca), o por lo menos que la resultante
de carga pase por el núcleo central
 Dependiendo de las cargas las bases serán de planta:
 Rectangular (P1 = P2)
 Trapecial (P1>P2)
 2 rectangulos (P1>> P2)
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
1) Determinamos 𝜎𝑎𝑑𝑚 en función de la capacidad portante del suelo
2) Calculo área necesaria en planta
(𝑃1 + 𝑃2 )
𝑨𝒏𝒆𝒄 = (1,2 𝑎 1,4)
𝜎𝑎𝑑𝑚
3) Encuentro el centro de presiones de las 2 columnas
𝑿𝒄𝒑 =
𝑃2 𝐿
𝑃1 + 𝑃2
De servicio
sin mayorar
De servicio
sin mayorar
4) Adopto área en planta en función del área necesaria y tal que su centro de gravedad
coincida (o próximo) al centro de presiones de las cargas de las columnas (rectangular,
trapecial o 2 rectangulos según la situación)
5) Mayoramos las cargas y calculamos 𝑞𝑢 (carga ficticia)
𝑃1𝑢 + 𝑃2𝑢
𝑞𝑢 =
𝐴𝑎𝑑𝑜𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎
6) Consideramos la base como una viga apoyada en las columnas con una carga uniforme
(centro de gravedad coincide con centro de presiones) o lineal (centro de gravedad no
coincide con el centro de presiones)
Nuñez, Federico Nicolas
𝑞𝑢𝑣𝑖𝑔𝑎 = 𝑞𝑢 𝐵𝑗
𝑞𝑢1 = 𝑞𝑢 𝐵𝑦 (1 +
𝑞𝑢2 = 𝑞𝑢 𝐵𝑦 (1 −
6𝑒𝑥
)
𝐵𝑥
;
6𝑒𝑥
)
𝐵𝑥
7) Calculemos los esfuerzos y dimensionamos
a. Viga ancha
b. Viga central y losa en voladizo
A.
B.
Nuñez, Federico Nicolas
S OLERAS O B ASES C ONTINUAS
Se utilizan en casos de:
 Solape de bases
 Evitar asientos diferenciales
Se compactan como vigas de fundación apoyadas sobre un medio elástico (el suelo)
En suelos blandos y deformables conviene poner una viga longitudinal en la base asi la sección
son más rígidas y trabaje como una viga T invertida.
Para determinar la rigidez de una base corrida se usa la teoría de viga sobre fundación elástica
Considerando la longitud elástica efectiva Le.
4 4 𝐸𝑐 𝐼
𝐿𝑒 = √
𝑘𝐵
Siendo 𝐸𝑐 = 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐻°
𝐼 = 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
𝐾 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑠𝑡𝑜
𝐵 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑧𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎
𝑠 ≤ 𝜋⁄2 𝐿𝑒
Columnas próximas
Cimentación rígida
Cargas de columnas no difieren más del 20%
Luces no varían más del 20%
Distribución de tensiones uniforme
Base Rígida
Suelos uniformes (asentamientos pequeños)
1. Si




Nuñez, Federico Nicolas
Calculo
1) Área de apoyo (cargas de servicio)
2) Dimensionado A° (cargas mayoradas)
M1
Mi
N1
Ni
𝜎𝑚𝑎𝑥 < 𝜎𝑎𝑑𝑚
𝜎𝑚𝑎𝑥 =
𝑁𝑅 𝑁𝑅 𝑒
+
𝑏 𝑙2
𝐴
6
𝑠 > 𝜋⁄2 𝐿𝑒
La base no es rígida
Método Flexible
Suelos Compresibilidad Variable
Calculo con Abaco para viga con cargas uniformemente separadas
2. Si
Nuñez, Federico Nicolas
P LATEAS DE F UNDACIÓN
Una platea es una losa armada en una o dos direcciones ortogonales.
Sirve de cimiento para columnas, muros y tabiques
Se usan cuando
 Se necesita mayor rigidez del conjunto
𝑃𝑒𝑑𝑖𝑓

El suelo tiene poca capacidad de carga 𝐴𝑛𝑒𝑐 = 𝜎


Reducir asentamientos generales y diferenciales
Apoyo de columnas o muros muy cargados (bases ocupan un área considerable)
𝑎𝑑𝑚 (𝑏𝑎𝑗𝑎)
Por lo general:
 𝐴𝑛𝑒𝑐 ≈ 30% 𝐴𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 → 𝐵𝑎𝑠𝑒𝑠 𝐴𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠
 𝐴𝑛𝑒𝑐 ≈ 10% 𝐴𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 → 𝑃𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑠
Se comportan como losas en las cuales la reacción del suelo es la carga que la solicita y las
columnas se comportan como apoyos fijos
Tipos de Losas

Losas planas :
o Edificios Ligeros
o 𝑒𝑙𝑜𝑠𝑎 ≈ 0,15 𝑎 0,2 𝑚
o Armadura en dos direcciones
o Verificar:
 𝜎𝑎𝑑𝑚
 Flexión
 Corte
 Punzonado
Si no se verifica el corte y punzonado, aumento d

Losa de borde rígido:



Casas de 1 o 2 pisos
Suelos compresibles débiles
Losas y vigas:



Edificios pesados
Evita distorsión excesiva de estructura
Pueden ser vigas superiores o inferiores
CALCULO DE PLATEAS
Para el cálculo dependerá si la platea se comporta como rígida o flexible.
Para que sea rígida debe cumplir
 Solicitaciones contraladas por corte y punzonado
 e de la placa debe ser el necesario para que le H° resista el corte y punzonado
 Las cargas de las columnas no deben variar entre si más del 20%
Nuñez, Federico Nicolas

Espaciamiento entre columnas no debe variar más del 20%
𝑠 ≤ 𝜋⁄2 𝐿𝑒 + 𝑏,
𝑏 = 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
Trataremos de trabajar con plateas rígidas
1) Determino las dimensiones de la platea (cargas de servicio)
a. Determino la resultante de todas las cargas de columnas ∑ 𝑃
∑𝑃
b. Con 𝜎𝑎𝑑𝑚 del suelo determino el área necesaria 𝐴𝑛𝑒𝑐 = 𝜎
𝑎𝑑𝑚
c. Determino el centro de gravedad de la platea y de las cargas de columnas
d. Calculo el núcleo central de la platea y verifico que ∑ 𝑃 caiga adentro para que
toda la platea este comprimida
e. Determino las tensiones Max y Min
Se verifican las tensiones, realizamos el diseño por resistencia
2) Diseño por resistencia (cagas mayoradas)
 Para losas y vigas se calcula cada losa con tablas de pozzi azaro y con esos
momentos dimensiono con tabla Kd
 Para losas planas uso método de las franjas
Con el método flexible existen dos posibilidades
1. Programamos donde definimos un k (coef. de balasto) para el suelo y el programa define
como va actuar la estructura.
2. Se modela la placa y en los nodos se colocan resortes, se define un coeficiente de
elasticidad del resorte de acuerdo a su área de influencia.
El modelo me dará los diagramas de M y Q (muy aproximados a la realidad), también podre
observar asentamientos y verificar que no haya levantamiento
Nuñez, Federico Nicolas
M ÉTODO F LEXIBLE A PROXIMADO (M ÉTODO
DE
WINKLER )
En el método rígido convencional de diseño (lo visto antes), la losa se supone infinitamente rígida.
Además, la distribución de tensiones es lineal.
En el método flexible aproximado de diseño (winkler), el suelo se supone equivalente a un
número infinito de resortes elásticos y la constante elástica de esos resortes se denomina
coeficiente “K” de reacción del suelo o coeficiente de balasto.
Observación (coef. de balasto):
 𝑃 = 𝐾𝑠 𝑌 K representa la constante elástica de los resortes
 Ks no considera el nivel de cargas aplicadas, dimensiones de la
cimentación, capas compresibles en la profundidad
 Ks no es una propiedad intrínseca del suelo
 Representa la presión necesaria para lograr una deformación unitaria
Método convencional
Supone:

Losa rígida

Distribución de la presión de contacto

Centroide de presión coincide con resultante de
columnas
OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN:
Sea una viga de ancho “b” y espesor “h”.
Nuñez, Federico Nicolas
1. Planteo ecuaciones de equilibrio:
 ∑ 𝐹𝑣 = 0 →
1

∑ 𝑀𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 = 0 →
2
1) Derivando “2” respecto a x:
3
Como proponemos
+
Asentamiento
Coef. De balasto
2) Planteamos la ecuación de curvatura de momento:
4
Ec.de proporcionalidad de Mflector y
curvatura de la viga
Nuñez, Federico Nicolas
3) Combinando “3” y “4”
Ec. Diferencial
inhomogenea (es
distinta a 0) de 4°
orden
Obs: la solución de una
ecuación diferencial es
una función
4) La solución de la ecuación se obtiene añadiendo a la solución general de la homogénea
la solución particular de la inhomogenea y que dependerá del caso de carga.
La solución conduce a expresiones que nos permiten calcular:
 Presión de contacto
 Giro de elástica
 Momento
 Corte
En función de:
 Constantes integración
 EI (rigidez flexional)
 ʆ : longitud elástica
ʆ : longitud elástica



Es una constante que aparece en la solución de la ecuación diferencial que gobierna el
problema y que depende de las condiciones de borde
Nos limita o indica, para cada situación de cargas, como será el comportamiento de la
fundación respecto al suelo (flexible – rígido)
Deja en evidencia que le problema depende de varios factores
o Relación de rigideces entre fundación y suelo
o Tamaño y forma de la fundación
o Magnitud y situación de carga
Nuñez, Federico Nicolas
COEFICIENTE DE BALASTO
HIPÓTESIS BÁSICA :


En cualquier punto de la fundación, el asiento es proporcional a la presión
que se desarrolla
Aplicable a suelo elástico isótropo homogéneo
DEFINICIÓN:



Es una constante de proporcionalidad entre la presión aplicada y la
deformación que se genera
Representa la presión necesaria para generar deformación unitaria
No es una propiedad intrínseca del suelo
ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO
𝑘𝑔
𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛⁄
1) Obtenemos 𝐾30 [ ⁄ 3 ] [
𝑎𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ]
𝑐𝑚
a. De ensayo de placa de carga (30x30)
b. Correlaciones según las características del suelo (golpes SPT o ensayo de corte)
c. Tablas
𝑘𝑔
Obs: En Tucumán 𝐾30 = 3,4 𝑎 5 [ ⁄ 3 ]
𝑐𝑚
2) Corrección por tamaño
Consideramos la fundación cuadrada y calculamos 𝐾𝐵𝑥𝐵 según el tipo de suelo
3) Corrección por forma
Obs: es irracional que sea lo misma fórmula para todas las relaciones B/L
Es lógico que el 𝐾30 resulte mayor al K corregido para la fundación. Esto se debe a que si
consideramos los bulbos de presión, para el caso de una platea, por ejemplo, el área
comprometida por el bulbo será mayor que el ensayo de placa, por lo tanto tendrá
mayores asentamientos
Nuñez, Federico Nicolas
TEMA 5 CIMENTACIONES PROFUNDAS
Usaremos cimentaciones profundas cuando la carga de la superestructura es muy grande
comparada con la capacidad de carga de nuestro suelo y realizar una cimentación superficial o
semiprofunda no sea posible por razones económicas y practicas
PILOTES
Los pilotes son miembros estructurales asimilables a barras relativamente largas que
transmiten las cargas de la superestructura (parte de la construcción que está por encima
del suelo) a estratos más o menos profundos del suelo capaces de sustentarlos. Su respu esta
más eficaz es a la acción de cargas axiales, pero en muchos casos resulta necesario evaluar
su comportamiento bajo la acción de cargas horizontales y momentos. Para este caso la
magnitud de las características M y Q determinan el diseño, aunque siempre es útil estimar
el valor de los desplazamientos y rotaciones en correspondencia con su extremo superior,
provocados por las acciones laterales actuantes.
Según su diámetro



10 ≤ 𝐷 ≤ 20 𝑐𝑚 → 𝑃𝑖𝑙𝑜𝑡𝑖𝑛𝑒𝑠
20 ≤ 𝐷 ≤ 80 𝑐𝑚 → 𝑃𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠
80 ≤ 𝐷 ≤ 220 𝑐𝑚 → 𝑃𝑖𝑙𝑎𝑠
Función de los pilotes






Transmitir las cargas a un estrato más firme
o Estratos superiores muy compresibles o poco resistentes (en relación a las cargas
que están sometidas) se usan para transmitir la carga a profundidades mayores
o Estrato duro que soporte las cargas con deformaciones
aceptables
o Si no hay estrato duro , se transmite gradualmente la
carga al suelo
Distribuir grandes cargas por fricción
Resistir cargas horizontales o inclinadas
o Empujes, vientos y sismos
Anclar la estructura e impedir el vuelco
Controlar los asentamientos
o Suelos expansivos (arcilla) al hincharse, su presión de expansión puede afectar
de gran manera las cimentaciones superficiales. En los suelos colapsables (con
agua) colapsan produciendo grandes asentamientos que afectan las
cimentaciones superficiales (los pilotes se extienden hasta suelo estable)
Proteger la estructura de la socavación y erosión del lecho
o Pilas y estribos de puentes
Nuñez, Federico Nicolas
Deben cumplir con los siguientes requisitos
o
o
o
Asegurar estabilidad y funcionalidad
Solución económica
Ejecución sencilla




Características del suelo
Profundidades de trabajo
Magnitud de las cargas
Dimensiones y métodos de ejecución
La elección del tipo de pilote dependerá de
CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA DE TRABAJO
1) Pilotes de punta o de 1er orden
La resistencia del pilote se la confiere
únicamente la punta. La resistencia por fricción
lateral es nula. Este pilote descansa su punta en
una capa muy profunda muy dura (roca o grava
muy compacta). Son los más confiables, no
sufren desplazamiento
Penetración en capa dura > 2Ø
Espesor mínimo de la capa dura: 5 a 10Ø
Para determinar la ubicación de la capa dura se
realiza el ensayo de SPT y se concluye que es
dura si:
o Para gravas, se dan más de 50 golpes con la
cuchara de Terzaghi
o Para suelos finos, se dan más de 30 golpes
con la cuchara de Terzaghi
2) Pilotes de pie o de 2do orden
Toma importancia la resistencia friccional, pero
la resistencia punta es mucho mayor que la
resistencia friccional.
Obs: Para que la resistencia lateral se
manifieste, la capa firme debe sufrir una
deformación.
Si la capa no se deforma la capacidad de
resistencia lateral seguirá latente pero no se
desarrollara
Penetración del pilote capa dura = 2Ø
Nuñez, Federico Nicolas
3) Pilotes de fricción
La capa dura no está a una profundidad
económicamente factible. La mayor resistencia
está dada por la fricción en la superficie lateral.
Se construye un bulbo inferior para aumentar la
resistencia de punta.
Rl >> Rp
4) Pilotes de fricción
Suelo consolidado ≡ Suelo cemento
Se inyecta la lechada cementicia con el Método
de Jet Grouting a altas presiones, que rompen el
suelo y se mezclan
5) Micropilotes
Son de pequeño diámetro (Ø ≤ 25cm)
Misma ejecución que anclajes inyectados
Se perfora, se coloca la armadura y se vierte el
H°
Trabajan por punta o por friccion. Tienen una
carga admisible por micropilote de unas 20
toneladas
Si Ø > 20cm → se coloca armadura
Si Ø < 20cm → se coloca armadura en paquete
Se usan:
o Como
refuerzo
de
fundaciones
existentes
o Recalzamiento de cimentaciones
o Combinado con bases desde le comienzo
de la construcción
Nuñez, Federico Nicolas
6) Pilotes MEGA (o de Recalzamiento)
Se utilizan ante patologías o requerimientos de
mayor capacidad de carga debido a nuevos
destinos
Son premoldeados, cilíndricos, huecos en tramos
cortos acoplables.
Se colocan con gatos hasta que levantan la base
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MATERIAL
Pilotes de Madera
Se utilizan troncos trabajados y se colocan por hinchamiento.
Para ayudar a la penetración y evitar su rotura se coloca un azuche
metálico y un tubo de inyección para ablandamiento.
Deben ser tratados para protegerlos de la putrefacción debido a la
variación de la humedad.
Limitaciones:
 Longitud: max 10 a 20 metros
 Resistencia: carga max. 25-30 toneladas
 Putrefacción
 Dureza
Clasificación
 Clase A → cargas pesadas → Ømin=350 mm
 Clase B → cargas medias → Ømin=330 mm
 Clase C → trabajos provisionales → Ømin=300 mm
Nuñez, Federico Nicolas
Pilotes Metálicos
Son utilizados bastante, pueden ser metálicos laminados (sección doble T) y tubulares
abiertos y cerrados (se los puede llenar luego con H°)
Se construyen en fabrica y se colocan por golpe o vibrado.
Qadm = As fs
Limitaciones:






Costosos
Sin tratamiento adecuado se corroen rápidamente
Las secciones doble T se pueden pandear
Ruido durante el hincado
Capacidad Portante 50-100 tn
Longitud 18-40 mts




Fácil de cortar
Es posible aumentar su longitud (soldadura, remaches)
Gran capacidad de resistir esfuerzos verticales
Resistente a golpes de martinete
Ventajas
Nuñez, Federico Nicolas
Pilotes de Hormigón
Clasifican:


Prefabricados (cuadrados u ortogonales)
Ejecutados in situ
o Hincados con desplazamiento de suelo
o PreExcavados (sin desplazamientos de
suelo)
a. Prefabricado (en fábrica o al pie de obra)
Ventajas
 Mayor calidad de H° (mayor control en su construcción)
 Más duraderos y no son afectados por el nivel freático
 Pueden hincarse en suelos compactados sin peligro de rotura
Desventajas
 Limitaciones de longitud (debemos transportarlos)
 Mas armaduras (esfuerzos que generan en el manipuleo (izado)
 Complicado de cambiar si longitud
Colocación
Traslado se enganchan en dos o más puntos, en posición horizontal, en alambres
doblados en forma de gancho que se dejan para tal fin antes de vaciar. A mayor
número de puntos se produce una menor flexión del pilote por peso propio,
evitando con ello la formación de fisuras en el recubrim iento.
Nuñez, Federico Nicolas
a. Hincado: equipo de grúas y martinete que va martillando el pilote hasta
la profundidad deseada.
La hinca se suspende cuando el rechazo del martillo alcanza una determinada
altura. Generalmente los pilotes se hincan verticales, pero pueden tener una
inclinación de hasta 25° con respecto a esta dirección.
b. Roscados: los pilotes roscados son de fuste circular u octogonal, pero en
la punta presentan un perfil de rosca de acero, en forma de espiral plana de
doble filete, que permite barrenar el terreno hasta la profundidad deseada.
Ventajas:
i. Maquinaria de fácil transporte y simple
ii. Instalación rápida y segura, además se pueden colocar por tramos
cortos
iii. Evitan ruidos molestos y las vibraciones en los edificios vecinos
iv. Pueden desenroscarse fácilmente y reutilizarse en caso necesario
c. Gatos hidráulicos
Permite instalar pilotes prefabricados por tramos cortos, utilizando gatos
hidráulicos. Consiste en ir hundiendo, uno por vez, los elementos del pilote,
que se van encanjando uno con otros, sucesivamente, superponiéndose hasta
la profundidad necesaria. Este método asimismo permite apuntalar los
cimientos de estructuras existentes que hayan sufrido asentamientos
inadmisibles, mediante la operación de recalce que estabilice la
superestructura, en forma rápida, sin trepidaciones y espacios reducidos.
Nuñez, Federico Nicolas
Pretensados
Solo en casos que estén sometidos a tracción ya que no tendría sentido pre-comprimir
si luego trabajara a compresión, secciones delgadas, más resistentes al hincado y
manipuleo.
La longitud total que pueden alcanzar es de 60 m con diámetro de 1 a 1,5 m.
Las ventajas que ofrecen en relación a los fabricados con H°A° son:
 Mejor comportamiento durante el acarreo y transporte
 Mayor economía en peso al resultar secciones más delegadas
 Más resistencia al hincado, pues el concreto no se fisura
 Mayor momento de inercia, pues la sección trabaja en totalidad, in cluyendo el
recubrimiento
 Excelente comportamiento en suelos agresivos
 Especiales para trabajos en el mar, tales como escolleras, plataformas marinas
y puertos.
Obs: un inconveniente que podría surgir, aunque no debería, es el de un error en el
estudio de los suelos que nos diga que el estrato firme está a una determinada
profundidad y no lo esté. Si conseguimos pilotes con una longitud errónea perderemos
tiempo y dinero en solucionar este problema
Nuñez, Federico Nicolas
b. Fabricados In Situ
Es una solución económica si se dispone del material y de la tecnología en obra.
Se utiliza acelerador de frague, luego de fraguar, los nuevos pilotes sirven como
soporte de encofrado para otros.
INSTALACIÓN DE LOS PILOTES
In situ con desplazamiento de suelo (hincado)
Los pilotes hincados son pilotes con desplazamiento por que mueven parte del suelo
lateralmente, tendiendo a la densificación de ese suelo.
La mayoría de los pilotes hincados en el terreno se realiza por medio de:
 Martinetes o martillos
 Hincados vibratorios
 Por chorro de agua a presión o barrenado parcial (circunstancias especiales)
Martillos o martinetes:
Caída libre: el martillo se levanta por medio de un
malacate y se deja caer desde una cierta altura .
Tiene como desventaja baja frecuencia de impacto.
Martillo de aire o vapor de acción simple: el martillo se
eleva por la presión de aire o vapor y luego se deja caer por
gravedad
Martillo de aire o vapor de acción doble: se usa aire o
vapor a presión para elevar el martillo y también para
bajarlo. Incrementando de este modo la velocidad de
impacto
Martillo Diesel: consiste en un martillo-pistón, un
yunque y un sistema de inyección de combustible. Se
eleva el martillo y se inyecta combustible. Se eleva el
martillo y se inyecta combustible cerca del yunque, se
suelta el martillo y cuando este cae, la mezcla de aire y
combustible se comprime y se genera su ignición. Este
efecto empuja el pilote hacia abajo y eleva el martillo.
Nuñez, Federico Nicolas
Hincadores Vibratorios:
Consiste en 2 contrapesos excéntricos de rotación
contraria. De modo que, las fuerzas horizontales
generadas por las masas giratorias se cancelan
mutuamente, y se produce una fuerza vertical dinámica
sinusoidal sobre el pilote, que ayuda a hincar este.
MÉTODOS PATENTADOS
Consisten básicamente en hacer penetrar en el suelo una camisa metálica para luego
hormigonear. Las formas de ejecución son muchas, al igual que las camisas.
Pilotajes Tipo Franki:
ETAPA I: Con el tubo camisa sin penetrar aún, se vierte H° para la ejecución de un tapón
(que puede ser también de grava u hormigón premoldeado). Se golpea mediante un
tubo interior y por fricción comienza a descender la camisa.
ETAPA II: El tapón de H° queda perfectamente estanco, pudiendo atravesar la napa sin
ingreso de agua en el tubo. Se alcanza la profundidad de hincado y se expulsa el tapón
de hormigón (ensanchando la base), al tiempo que comienza a introducirse hormigón
en el tubo.
ETAPA III: A medida que se va introduciendo el H°, se compacta y se levanta la camisa
la compactación se realiza con el mismo pisón de hinca, lo que provoca un pilote rugoso
(terminación irregular).
Ventajas:
 Durante la penetración de la camisa
o Simultáneamente estamos haciendo un ensayo de penetración
o Mejoramos el suelo
 Comprime el suelo lateralmente con el desplazamiento
 Tanto es el mejoramiento que hay que estudiar si al colocar los pilotes
perimetrales luego no podrán penetrar los centrales
 H° de buena calidad gracias la compactado
o La compactación se hace con el mismo pisón de la hinca, lo que
genera una terminación irregular (pilote rugoso)
 Aprovechan al máximo la capacidad portante del suelo
o Resisten por punta (bulbo)
o Resisten por fricción (fuste rugoso)
Nuñez, Federico Nicolas
Limitaciones:
 Distancia mínima entre pilotes
aproximadamente 2,5 Ø
 Llevar la cuenta del número
de golpes de hincado para
medir la energía de penetración
 Limitaciones con profundidad
(20 a 25m) relacionada con :
o Altura de la torre
o Peso del pisón
o Suelo a hincar
Pilotajes Tipo Vibro:
Similar al tipo Franki, pero se diferencia en que:
 Se usa un hormigón más fluido
 Se hace vibrar la camisa, en vez de compactar con el pistón
Se utiliza para arena suelta o arcillas firmes
Tiene una longitud aproximada de 20 mts
Diámetro de 50 cm
Cargas de hasta 75 toneladas
Para aumentar la resistencia de punta se utilizan azuches más grandes y formar el bulbo
Pilotajes Tipo Raymond:
Estos pilotes consisten básicamente en colocar en el terreno, en forma permanente un
tubo de pared delgada ondulada y reforzada, de forma cilíndrica o troncocónica y luego
llenarlo de hormigón armado o sin armar.
Son buenos para compactar suelos granulares sueltos, resistiendo la fricción lateral.
Con el peso del tiempo el tubo se oxida y se pierde. No aporta resistencia estructural.
Debe ser llenado rápidamente así la presión lateral del suelo no defor me el tubo.
Se utilizan mucho en suelos con nivel freático alto o suelos agresivos, así la sustancia
agresiva no entre en contacto con el hormigón fresco
Costo más elevado porque se pierde la camisa
1. Se hinca un tubo cónico de pared delgada dentro del cual se coloca un mandril
apropiado. El tubo está formado por una lámina corrugada espiral, de acero, que
incrementa la fricción entre el suelo y el pilote, y en su interior se coloca un
mandril que ajusta perfectamente a las paredes internas
2. Luego se retira el mandril y se vacía el hormigón con o sin armadura.
Nuñez, Federico Nicolas
Ventajas:
 Fácil penetración por la forma cónica
 Incremento de la resistencia a fricción
 Inspección directa dentro del pilote cuando se quita el mandril.
 Aislación del hormigón y el suelo gracias a la camisa
Raymond Escalonado



Los escalones se construyen en dovelas cilíndricas con láminas corrugadas
Cada tramo es de 1,5 – 2,4 mts
Los distintos tramos escalonados entre si y su forma final es telescópica.
In situ sin desplazamiento de suelo (Preexcavado)
Pilas y pilotes excavados
Las pilas son fundaciones profundas de gran capacidad de carga, que se diferencian de
los pilotes en sus dimensiones
Ventajas:
 Pueden resistir cargas axiales superiores a las 500 t e incluso alcanzar las
1000t
 Su altura promedio es de 35m, pudiendo construirse bajo el nivel freático
 Soportan cargas horizontales e inclinadas, con buena resistencia a flexión
 Su construcción no afecta edificios circundantes, pues no se producen
vibraciones
 El lapso de servicio es prácticamente ilimitado
 Transfieren las cargas a los estratos profundos
 Pueden construirse sin cabezales
Nuñez, Federico Nicolas
Trabajan igual a los pilotes.
Debido a sus grandes dimensiones, las pilas pueden sufrir asentamientos, los
cuales suelen controlar el diseño. Para construir las pilas excavadas existen tres
métodos diferentes.
 Método en seco
 Método del lodo natural o bentonitico
Método en seco:
Si da cuando la excavación no alcanza el nivel freático y donde no existe peligro de
derrumbe de las paredes del pozo. (Arcillas firmes y homog éneos)
Se emplean equipos de perforación, tales como broca y barrenos o maquinas especiales
que consisten en un cucharon incorporado a la grúa.
 Ø=3 mts de diámetro
 Longitud de 40 mts aproximadamente
 Para aumentar la resistencia de punta se usan maquinas especiales para
ensanchar la punta dándole forma de campana.
 Finalmente se coloca la armadura y se coloca el H°, llenando totalmente el pozo.
Método con Lodo Bentonítico:
Se da en suelos blandos o con el nivel alto en los cuales las paredes tienden a
desmoronarse.
Una de las ventajas es que no es necesario colocar el H° al instante.
Lodo natural → H2 O + suelo del lugar
Lodo Bentonitico (LL = 500%) → H2 O + bentonita (arcilla tixotropica)
Sus partículas penetran la pared del suelo por permeabilidad y se depositan juntos a los
granos del suelo.
Nuñez, Federico Nicolas
Su acción es muy duradera
Para eliminar el lodo se realiza junto al hormigoneado:
1. El tubo desciende hasta el fondo de la excavación
2. Se empieza a hormigonear
3. Por diferencia de densidades asciende el lodo bentonitico
4. Cuando llega a la superficie se sigue hormigonando hasta que sale H° limpio
Bentonita debe ser controlada periódicamente así no varié su densidad, su viscosidad y
su continuidad de arena e impurezas.
Para luego sea usada de vuelta en otras pilas
1) Controlar la densidad utilizando la balanza de lodos
2) Verificar que la viscosidad no sea muy elevada
3) Tamizar las muestras para constatar el contenido de arena y limos
Nota: la costra que se forma entre el suelo y lodo bentonitico, disminuye la
fricción entre el pilote y el suelo
Nuñez, Federico Nicolas
COMPORTAMIENTO DE UN PILOTE
M ECANISMO
DE TRANSFERENCIA DE CARGA
Considere un pilote de longitud L.
La carga sobre el pilote es gradualmente incrementada de cero a 𝑄(𝑧=0) en la superficie del
terreno. Parte de esta carga será resistida por la fricción lateral 𝑄1 , desarrollada a lo largo del
fuste y parte por el suelo debajo de la punta del pilote 𝑄2 .
Si se efectúan mediciones para obtener la carga 𝑄(𝑧) , tomada por el fuste del pilote a cualquier
profundidad z, la naturaleza de la variación será como la curva 1.
La resistencia por fricción por área unitaria, f(z), a cualquier profundidad se determina como
Si la carga Q en la superficie del terreno es gradualmente incrementada, la resistencia máxima
por fricción a lo largo del fuste del pilote será totalmente movilizada cuando el desplazamiento
relativo entre el suelo y el pilote sea aproximadamente de 5- 10 mm, independientemente del
tamaño y de su longitud L.
Sin embargo, la resistencia máxima de punta 𝑄2 = 𝑄𝑝 , no será movilizada hasta que la punta del
pilote se haya movido de 10 (hincados) a 25% (prreexcavados) del ancho (o diámetro) del pilote.
Bajo carga última 𝑄(𝑢=0) = 𝑄𝑢 . Entonces 𝑄1 = 𝑄𝑠 y 𝑄2 = 𝑄𝑝
Esto indica 𝑄𝑠 (fricción unitaria superficial f a lo largo del fuste del pilote) se desarrolla bajo un
desplazamiento mucho menor comparado con el de la resistencia de punta 𝑄𝑝
Generalmente, el movimiento del pilote necesario para desarrollar 𝑅𝑇 = 𝑅𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 + 𝑅𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙
completa es mucho mayor para desarrollar 𝑅𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 completa (esto indica que la 𝑅𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 es
mucho más importante en magnitud)
Nuñez, Federico Nicolas
SUPERFICIE DE FALLA
Bajo carga ultima, la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote (falla por capacidad de
carga causada por 𝑄𝑝 ). Las cimentaciones con pilotes son cimentaciones profundas, el suelo falla
principalmente por punzonamiento, es decir se desarrolla una zona triangular, I, en la punta del
pilote, que es empujada hacia abajo sin producir ninguna superficie visible de deslizamiento. En
suelos de arenas densas y suelos arcillosos firmes se desarrolla parcialmente una zona cortante
radial, II.
Capacidad de Carga de Pilotes
Existen 3 métodos:
1.
2.
3.
Formulas Estáticas
Formulas Dinámicas
Ensayos de carga
Formulas Estáticas
Rp
Rl
𝑅𝑙𝑖𝑚 = 𝐴𝑝 𝑞𝑝 + ∑ 𝐴𝐿 𝑞𝐿
Capacidad de Carga de Punta (𝒒𝒑 )
Nuñez, Federico Nicolas
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Arenas
La capacidad de carga de punta qp de un pilote en arena generalmente crece con la
profundidad de empotramiento en el estrato de apoyo y alcanza un valor máximo para
L
L
una relación de empotramiento de b⁄D = ( b⁄D)
cr
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Resistencia por fricción (Ql)
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
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Formulas Dinámicas
Para desarrollar la capacidad de carga deseada, un pilote de carga de punta debe
penetrar el estrato denso lo suficiente para entrar en contacto con el estrato de roca.
Esto no siempre es posible. Por ello se desarrollaran varias ecuaciones dinámicas para
determinar la capacidad de carga de un pilote durante su hincado.
Estas se usan para determinar si el pilote alcanzo la capacidad de carga deseada o la
profundidad deseada
Ensayo de Carga
Se razón principal es por la falta de confiabilidad de los métodos de predicción
Consiste en la aplicación de una carga al pilote de prueba para obtener la carga total
admisible a partir de una curva carga-asentamiento.
 El desplazamiento admisible será función de las exigencias y del tipo de suelo
 La carga total admisible será la Rp+Rl
Si se necesita determinar la Rl de la Rp deberá realizarse un ensayo de arrancamiento
(tracción) de carácter destructivo.
El pilote de prueba ya está ejecutado

Ejecutar cabezal de H° sobre cabeza del
pilote

Se ejecutan 4 pilotes que trabajan a
tracción en la posición indicada

Se montan las vigas de reacción

Se coloca el gato hidráulico necesario
para alcanzar la carga máxima de ensayo

Se colocan los extensómetros
Nuñez, Federico Nicolas
Procedimiento
1. La carga se aplica al pilote por medio del gato hidráulico, en etapas sucesivas (no
superando 20% de la carga de trabajo prevista)
2. La carga debe alcanzar por lo menos el doble de la carga de servicio que soportara el
pilote
3. En cada etapa se toma las lecturas de los asentamientos hasta alcanzar la estabilización
4. Al llegar a la carga de trabajo se mantendrá mínimo 12 horas
5. La operación de descarga debe hacerse también en etapas
Nuñez, Federico Nicolas
Observaciones
La prueba de carga en arenas se hace inmediatamente después de que se hincan los
pilotes
En arcillas es necesario esperar a realizar el ensayo, hasta 1 mes, porque no se disipan
rápidamente las presiones de poros
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Grupo de Pilotes
COMPORTAMIENTO DE UN GRUPO DE PILOTES Y EFICIENCIA
En la mayoría de los casos los pilotes se usan en grupos para transmitir la carga estructural. La
determinación de la capacidad de carga de un grupo de pilotes es complicada.
La experiencia ha demostrado que la resistencia de los pilotes en grupo es generalmente menor
a la suma de las resistencias individuales de cada uno de ellos. Una razonable hipótesis es que,
cuando los pilotes se colocan uno cerca de otros, los esfuerzos transmitidos al suelo se
superponen, reduciéndose así la capacidad de carga del grupo. Por ello, los pilotes en grupos
idealmente deben espaciarse:
2,5 D < d < 3D
Siendo D el diámetro del pilote
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Grupo de Pilotes en suelos cohesivos
Si el grupo es poco espaciado el suelo entre los
pilotes se desplaza en conjunto con los pilotes al
momento de la falla. En este caso Qgrupo u se
estima como:
1. ∑ Qu = n1 n2 (Qp + Qs )
= n1 n2 (Ap 9Cu + ∑ αCu pΔL)
2. Como si fuera un bloque
∑ Qu = (Qp + Qs )
= Ap qp + ∑ pg Cu ΔL
= Bg Lg Cu Nc ∗ + ∑ 2(Bg + Lg )Cu ΔL
3. Se elige el menor de los 2 valores obtenidos
Nuñez, Federico Nicolas
Grupo de Pilotes en Arenas
El incremento en la eficiencia de los pilotes en arenas a fricción se debe a que el hincado
de los pilotes adyacentes incrementa los esfuerzos horizontales efectivos en el suelo de
fundación y con ella la adherencia en el fuste de los mismos. Se densifica la arena en
las cercanías de los pilotes, incrementando φ
Se tienen dos conclusiones generales:
1. Cuando d ≥ 3D → Qgu = ∑ Qu
Q gu = ∑(Qp + Qs )
2. Para grupos barrenados en arena a d≈3D
2 3
→ Qgu ≈ a ∑ Qu
3 4
Pilotes en Roca
La mayoría de los códigos de construcción especifican: Qgu = ∑ Qu
Siempre que d≈D+300mm
Siendo D la dimensión diagonal de la sección transversal del pilote
Observaciones
En suelos cohesivos
→ Si d < 3D → se comporta como bloque
Como se indicó anteriormente también
de graficos ↑ 𝜂 𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑑 ↑
→ Si d > 3D → Qug = η n1 n2 Qu
En arenas homogéneas
La eficiencia de grupo podría ser mayor a 1 (adopto η=1)
Nuñez, Federico Nicolas
PILOTAJE SOMETIDO A CARGAS VERTICALES Y MOMENTOS
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
ASENTAMIENTO DE UN GRUPO DE PILOTES
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Pilotes sometidos a acciones laterales exteriores
Las cargas horizontales pueden ser provocadas por:
 Viento
 Sismo
 Presión de agua o suelo
 Frenados
Cuando la carga horizontal es chica respecto a la vertical puede ser soportada sin problemas por
pilotes verticales, sino convendrá una disposición inclinada.
COMPORTAMIENTO DEL SUELO
Una carga horizontal aplicada en la cabeza de un pilote inicialmente es soportada por el suelo
cercano a la superficie del terreno. Sin embargo el suelo se comprime elásticamente y existe
cierta transferencia hacia el suelo a mayor profundidad
Al incrementar la carga horizontal, el suelo se afloja plásticamente y la carga se transmite a mayor
profundidad.
Las cargas horizontales son resistidas movilizando la presión pasiva en el suelo que lo rodea. El
grado de la distribución de la reacción del suelo depende de:
 La rigidez del suelo
 La rigidez del pilote
 Restricción de los extremos
del pilote
CLASIFICACIÓN DE PILOTES CARGADOS LATERALMENTE
Pilotes Cortos o Rígidos:
Rotara y se desarrollara una resistencia pasiva
en la misma cara en que se aplica la carga,
además de la pasiva del suelo de la otra cara,
cercana a la superficie. La falla ocurre por
rotación.
Pilotes Largos o Elásticos:
El mecanismo de falla es diferente, ya que la
resistencia pasiva acumulada en la parte baja del
pilote es muy alta. El pilote no puede rotar y la
falla ocurre por fractura del pilote en el punto del
momento flector máximo.
Nuñez, Federico Nicolas
¿Cómo saber si estamos en la situación de pilote corte o largo?
Analizamos mediante Winkler (infinitos resortes en vertical)


El pilote con carga horizontal, se deformara, empujara el suelo (medio elástico
isótropo), el suelo hará una reacción proporcional al desplazamiento ( a mayor
deformación mayor fuerza de empuje)
Diferencia con solera elástica, no hay cargas externas a lo largo del pilote, se llega
a una ecuación diferencial de 4° orden homogénea
Diseño y dimensionado del pilote
Se utilizan 2 métodos que son complementarios (debo usar ambos)


Análisis de carga ultima (Método de Broms), (normalmente arranco con este)
Análisis Elástico
SOLUCIÓN ELÁSTICA
Supongamos un pilote de longitud “L” sometido a una carga horizontal "𝑄𝑦 " y a un momento
"𝑀𝑔 " en la superficie del terreno Z = 0
Se supone que en cada punto del pilote existe una relación directa entre la reacción del terreno
𝑝´ y el desplazamiento del pilote “x“ a través del coeficiente de balastro
𝑝´ = −𝑘 𝑥
Nuñez, Federico Nicolas
De acuerdo con Winkler, tenemos un medio elástico (el suelo) y se puede reemplazar por un n°
de infinitos resortes elásticos independientes infinitamente cercanos entre si
El modulo del subsuelo para suelos granulares a una profundidad “z” se define como
Utilizando la teoría de vigas sobre una cimentación
Nuñez, Federico Nicolas


K aumenta en arena con la profundidad
K es constante en arcillas en la profundidad
Esta hipótesis suele ser excesiva ya que el coeficiente de reacción lateral varía en función de
la presión efectiva en cada punto y del desplazamiento “x”
Para L ≥ 5T → el pilote se considera largo
Para L ≤ 2T → el pilote se considera corto
Nuñez, Federico Nicolas
MÉTODO DE BROMS
CARGA ÚLTIMA
Broms desarrollo una solución simplificada basada en las suposiciones de:
a. Falla cortante en el suelo (caso de pilotes cortos)
b. Flexión del pilote, el cual se rige por la resistencia plástica de la sección del pilote (caso
de pilotes largos)
Este método supone la formación de una cuña prismática que resiste pasivamente el esfuerzo
exterior y que alcanza hasta una profundidad en la cual se anula el momento flector sobre el
pilote.
En el punto de M = 0 se substituye la acción del terreno por una fuerza equivalente “Rp”. Dicha
fuerza representa la acción del terreno en la zona inferior del pilote del cual genera un empuje
pasivo.
Los empujes corresponden a la teoría de Rankine.
Con las ecuaciones de equilibrio determinados la carga horizontal de rotura.
Broms
Nuñez, Federico Nicolas
Broms distingue

Pilotes rígidos
o Empotrado de cabeza
o Libre de cabeza
 Pilotes flexibles
o Empotrado de cabeza
o Libre de cabeza
Se realizaron ábacos para suelos cohesivos y no cohesivos.
Obs: al resolver un problema con Broms se debe verificar
Deflexión en la cabeza del pilote en condiciones de servicio. Esto se realiza con los ábacos
del método de Broms
Broms distingue todos los mecanismos de rotura. En estos mecanismos imponen la aparición de
rotulas plásticas por lo que se obtiene una combinación de la resistencia del terreno y del pilote,
con ello se obtiene una relación entre la carga de rotura, el momento plástico, la resistencia de
corte sin drenaje y el diámetro del pilote, en función de la rigidez del pilote.
Nota: Para un grupo de pilotes, la determinación de la carga de rotura consiste en considerar el
conjunto como un solo pilote.
(Es muy conservador, ignora la contribución de los pilotes no frontales, ya que el terreno de estas
filas colabora aunque en menor medida)
Nuñez, Federico Nicolas
Nuñez, Federico Nicolas
Carga a soportar
(dato)
Forma de Trabajo
𝐿
Adopto 𝐷 𝑦 𝑒 → 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑄𝑢 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑎𝑐𝑜, 𝑙𝑢𝑒𝑔𝑜 𝑄 =
𝑄𝑢
𝐹𝑠
, 𝐹𝑠 =
𝑄𝑢
𝑄
≥3
𝐿
Se analiza si es lo que se desea, si no cambia 𝐷 o aumento el n° de pilotes
𝐿

Si 𝐷 ↑ →

Si 𝑒 ↑ → 𝑄𝑢 ↓
𝑄𝑢 ↑ → 𝑠𝑖 𝐹𝑠 < 3
Conociendo las dimensiones, puedo recién determinar la armadura del pilote usando la solución
elástica. Es decir:


Realizo análisis en estado ultimo (rotura) → 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
En servicio análisis elástico → 𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎
En cuanto la dimensión del pilote
 D en función del barreno disponible
 L en función de la profundidad del estrato duro y resistencia en el fuste que se
necesite desarrollar
Fricción Negativa
Es una fuerza de arrastre hacia abajo ejercida sobre el pilote por el suelo que lo rodea,
cuando se comprime y asienta en las próximas del pilote. La fricción negativa trata de hundir
al pilote en vez de sostenerlo, lo que disminuye su capacidad portante. La principal
consecuencia es incrementar la carga axial del pilote y favorecer los asentamientos.
Ocurren en las siguientes condiciones:
1) Relleno de suelo arcilloso sobre suelo granular
El relleno se consolidara gradualmente; esto ejercerá
una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote
durante el periodo de consolidación
Esfuerzo superficial negativo 𝑓𝑛 = 𝑘´𝜎𝑣 ´ 𝑡𝑔𝛿
𝑘´ = 𝑘0 = 1 − 𝑠𝑒𝑛 ∅ (coef. de presión de tierra)
𝜎𝑣 = 𝜎𝑓 ´𝑧 (Esfuerzo vertical efectivo a profundidad “z”)
𝛾´𝑓 (Peso específico del relleno)
𝛿 = 0,5 ~0,7∅ ángulo de fricción suelo-pilote
La fuerza de arrastre total hacia abajo es:
𝐻𝑓
𝑄𝑛 = ∫
0
𝑝𝑘´𝛾𝑓 ´𝐻𝑓2 𝑡𝑔𝛿
𝑝 𝑓𝑛 𝑑𝑧 → 𝑄𝑛 =
2
Si se presenta NF debajo del relleno → 𝛾𝑓 ´ = 𝛾ℎ ´
Nuñez, Federico Nicolas
2) Relleno de suelo granular sobre arcilla:
La fricción negativa se desarrolla de z=0 a z=L1
que se denomina profundidad neutra:
𝐿1 =
2𝛾´𝑓 𝐻𝑓
(𝐿 − 𝐻𝑓 ) 𝐿 − 𝐻𝑓 𝛾´𝑓 𝐻𝑓
+
[
]−
𝐿1
2
𝛾´
𝛾´
para pilotes de punta: profundidad neutra está en
la punta → 𝐿1 = 𝐿 − 𝐻𝑓
Fricción superior unitaria negativa: 𝑓𝑛 = 𝑘´𝜎𝑣 ´𝑡𝑔𝛿
𝜎𝑣 ´ = 𝛾´𝑓 𝐻𝑓 + 𝛾´𝑧
Si se presenta NF debajo del relleno → 𝛾´𝑓 = 𝛾ℎ ´
3) El descenso del nivel freático incrementa el esfuerzo vertical efectivo sobre el suelo lo
que inducirá asentamientos por consolidación de arcilla
Para evitar el efecto de fricción negativa, si debajo hay suelo firme, se puede solucionar
este problema evitando la adherencia del suelo al fuste del pilote:
 Previamente vaciado del concreto, colocar en la altura del estrato compresible
una camisa metálica no recuperable.
 Uso de lado en suspensión entre suelo y fusto
 En pilote hincado o perforación, mejorar y compactar los estratos compresibles,
por algunos de los métodos de mejoramiento de suelo.
Pilote de punta
Nuñez, Federico Nicolas
Cabezales
Los cabezales son elementos estructurales monolíticos de concreto armado, tienen
considerable volumen y rigidez. Su función es conectar las cabezas de los pilotes
transfiriéndole las cargas de la superestructura.
Pueden cumplir las siguientes funciones estructurales
 Resistir cargas gravitatorias, laterales y momentos flectores de las columnas,
transmitiéndoles a los pilotes en forma de cargas axiales
 Impedir asentamientos de los pilotes aislados o la falla localizada en alguno de ellos
por concentración de esfuerzos
La forma geométrica y la dimensión de los cabezales quedan definidos por
 Numero de pilotes que conectan y por su separación
 Valor de recubrimiento adoptado (medido desde la cara exterior de los pilotes)
Los cabezales pueden agrupar de 2 a 15 pilotes, es conveniente que todo cabezal conecte:
 Mínimo: 3 pilotes ubicados en los vértices de un triángulo isósceles
 Máximo: 12 pilotes, para que su eficiencia no disminuya excesivamente
No se aconseja el uso de un solo pilote por cabezal, solo en el caso de columnas que
transmitan cargas muy livianas, cuyo eje longitudinal coincida con el eje del pilote.
La separación entre pilotes dependerá principalmente de su forma de trabajo
Se recomienda en pilote s con punta
Y en pilotes flotantes
Las normas permiten el uso de los cabezales con dos pilotes siempre que el arrostramiento
en las dos direcciones resista las cargas de diseño
Nuñez, Federico Nicolas









Para que un pilote pueda considerarse empotrado en el cabezal debe penetrar en él
un mínimo de 15 cm
Debe usarse H° de buena calidad: H20 o H-25 como mínimo
Las barras de armadura resistente deben tener un revestimiento mínimo de 10 cm y
se colocan por encima de las cabezas de los pilotes
Recubrimiento mínimo 7,5 cm
La armadura longitudinal de la columna debe penetrar el cabezal en su totalidad
Generalmente los cabezales se construyen vaciando el H° directamente en los
huecos excavados en el suelo de fundación, sobre las cabezas de los pilotes, excepto
en obras marítimas donde deben usarse encofrados
La armadura de los pilotes es conveniente prolongarla al menos unos 30 cm a partir
de la cabeza de los pilotes, así le otorgamos suficiente anclaje dentro de la masa de
H° del cabezal
Para confinar la zona de los estribos deben ser cerrados
Altura Mínima de los cabezales d= 30 cm
Para h ≥ 60 cm se debe distribuir la correspondiente armadura de paramento
Hipótesis Fundamentales
1)
2)
3)
4)
5)
Los cabezales deben ser doblemente simétricos en planta
Todos los pilotes del cabezal deben ser iguales y tienen idéntica capacidad de carga
Todos los pilotes apoyan sobre el mismo estrato
La carga máxima de cada pilote no debe superar la resistencia estructural
Debido a su gran volumen son elementos rígidos que pueden sufrir asentamientos y
rotaciones
6) Las cargas y momentos flectores que las columnas transmiten al cabezal solicitan a
los pilotes en forma de cargas axiales aplicadas en el baricentro de su sección
transversal
7) Todos los esfuerzos que transmiten las columnas no deben superar la resistencia al
aplastamiento del H°
Nuñez, Federico Nicolas
Distribución de Carga sobre Pilotes



Se supone que tiene rigidez infinita
El centro de gravedad de los pilotes se encuentra en el mismo punto que el centro
de gravedad del cabezal
Todos los pilotes son verticales
A. Carga Axial Concentrada
B. Efecto del Momento Torsor
Nuñez, Federico Nicolas
Diseño de Cabezales
Se pueden diseñar por dos criterios


Método de las bielas (más conservador)
Método de la flexión
Método de las bielas
Este método se aplica a cabezales de gran altura (las analiza como viga pared) y considerable
rigidez.
Cuando la recta que une el centro de la base de arranque de la columna con el centro de la
base de arranque de la columna con el centro de las secciones de los pilotes forma un angulo
vertical 𝛽 ≤ 40°
Debe cumplirse:
𝑑 ≥ 0,6 𝑠
En el método de las bielas la conexión entre el cabezal rígido y los pilotes, se supone
articulado, eliminando la posibilidad de momentos flectores en la cabeza de los pilotes. Por
lo tanto estos estarán solicitados por cargas axiales.
Se supone que la carga “N” pasó por un medio continuo ideal dentro de la masa del H°, por
medio de bielas comprimidas, en forma de delgados prismas o cilindros de hormigón que
une el centro de la columna con el de los pilotes.
Nuñez, Federico Nicolas
El efecto de arco de las bielas comprimidas genera una fuerza de tracción horiz ontal en el
borde inferior del cabezal las cual deberá ser resistida por armadura de acero.
Las normas permiten en este caso no verificar el cabezal a esfuerzos de corte y diseñarlo
solo a tracción. Se coloca armadura transversal en el cabezal para resistir los esfuerzos
debido a la retracción en el fraguado de H°
𝐴𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛: 𝐴𝑛𝑒𝑐 = 𝜎
𝑇𝑢
𝑎𝑑𝑚
Método de flexión
Este método es aplicable al caso de cabezales con altura limitada, es decir. 𝛽 ≥ 40°. Se los
conoce como vigas – cabezales
Estos deben cumplir los requisitos de:



Flexión
Corte
Punzando
Análisis de Momentos Flectores
Se analiza el plano de sección crítica
1. En la cara de la columna, pedestal o muro si estas son de hormigón (esquema a)
Nuñez, Federico Nicolas
2. En la cara de la sección cuadrada equivalente, si la columna o pedestal de hormigón
tienen forma circular, ovalada o es un polígono regular concéntrico
3. En la mitad de la distancia entre el eje y el borde de la columna o muro, cuando estos
elementos son de mampostería (esquema b)
4. En la mitad de la distancia entre el borde de la columna metálica y el extremo de la
plancha de base de acero, en el caso de columna metálica sin pedestal (esquema c)
5. Análisis de Momentos Flectores
Fuerzas de Corte
Se verifican que los esfuerzos de corte no superen los admisibles
El plano crítico se define a una distancia medida desde el plano crítico de flexión
Casos:
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