INTRODUCCION La cimentación es la parte estructural... las cargas al terreno , el cual es el unico elemento...

INTRODUCCION
La cimentación es la parte estructural del edificio , encargada de transmitir
las cargas al terreno , el cual es el unico elemento que no podemos elegir , por
lo que la cimentacion la realizaremos en funcion del mismo . Al mismo tiempo
este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso sera otro
motivo que nos influye en la decision de la eleccion de la cimentacion adecuada .
Gran parte de los edificios que se construyen hoy en día presentan una
estructura compuesta por vigas y pilares. Las vigas reparten hacia los pilares el
peso de cada planta del edificio, es decir el peso de la propia estructura, las
personas que lo habitan, los muebles, etc. Los pilares concentran en su escasa
superficie el peso de todo el edificio transmitiéndolo hacia el terreno.
El suelo, al ser menos resistente que el material de los pilares, requiere la
existencia de un elemento intermedio que reparta las cargas concentradas en
los pilares a una mayor área de terreno; este elemento intermedio son las
zapatas.
Por tanto, tras efectuar el cálculo de las cargas que el edificio va a transmitir
al terreno, se obtiene el área que ocuparían las zapatas necesarias. La
superficie de las zapatas será mayor en la medida que vayamos a construir
sobre terrenos de poca calidad o en el caso de edificios que transmitan
grandes cargas.
Cuando la superficie ocupada por las zapatas equivale a más de la mitad de la
superficie del edificio, el arquitecto debe considerar la posibilidad de diseñar
una losa de cimentación; es decir, sustituir el sistema convencional, en el que se
utilizan tantas zapatas como pilares, por una superficie continua de hormigón
debajo de la estrucutra del edificio.
La elección de una solución u otra, zapatas o losa, depende de cúal de ellas
resulte más sencilla y económica; si las zapatas a realizar son muy grandes, la
losa es más fácil de ejecutar al excavarse toda la superficie del edificio a poca
profundidad, en lugar de excavar las zapatas en varias zonas del edificio con
tamaños y profundidades distintos.
Como se ha dicho, la losa ocupa una superficie mayor que las zapatas; pero la
excavación necesaria es menos profunda; es decir, su espesor es menor que el
de las zapatas y por tanto puede suponer también un ahorro en cuanto a la
cantidad necesaria de acero y de hormigón.
La losa de cimentación, a diferencia de la cimentación por zapatas, no se limita
a repartir la carda de cada pilar en cada zona de terreno por separado, sino
que logra un funcionamiento conjunto de todas las zonas de la cimentación
compensando las deformaciones que se producen en las zonas donde las cargas
son mayores con las de las zonas menos cargadas, por lo tanto puede resultar
adecuada para cimentar en solares en los que exista una zona de terreno más
blanda que el resto, puesto que el conjunto de la estructura colabora para
reducir la deformación de la losa en la parte del edificio que se apoya en la
zona más blanda.
En este aspecto conviene
aclarar
que
este
funcionamiento solidario de
la losa se produce sólo
cuando el proyectista lo ha
previsto en el diseño y
cáldulo
de
la
losa,
disponiendo los refuerzos
oportunos
en
la
zona
afectada; por tanto, si el
terreno resulta ser muy
heterogeneo, los refuerzos
de la losa no bastarán para
resolver la inestabilidad de
la estructura.
El cálculo de una cimentación por losa es bastante más complejo que el de una
cimentación convencional; por un lado es necesario un estudio de las
características del terreno a mayor profunidad y además se debe conocer
detalladamente la estructura a cimentar para evaluar cómo reaccionará ante
las deformaciones de la losa.
En algunas ocasiones se opta por la losa de cimentación por motivos que no
responden ni a la naturaleza de las cargas que transmite el edificio ni a la
resistencia del terreno. Es el caso de los edificios en los que se pretende
impermeabilizar. La losa forma con los muros perimetales del sótano un
conjunto impermeable para las aguas subterráneas; es el mismo principio con el
que construyen los vasos de las piscinas con muros de hormigón, apoyados
sobre una losa.
CLASIFICACION
Las cimentaciones se clasifican .
-Cimentaciones superficiales
-Cimentaciones profundas
-Cimentaciones especiales
Las cimentaciones supericiales engloban las zapatas en general y las losas de
cimentacion .
Los distintos tipos de cimentacion superficial dependen de las cargas que
sobre ellas reacen
Puntuales --------- Zapatas aisladas
Lineales ----------- Zapatas corridas
Superficiales ------ Losas de cimentacion

Aisladas : - Aislada propiamente dicha
- Centrada
- Combinada
- Medianeria
- Esquina
* Corrida : Bajo Muro
- Bajo pilares
- Bajo muro y pilares

Emparrillados : limite de ciemtacion por zapatas corridas antes de
entrar en el campo de las losas

Placas o losas
Tipos de cimentación.
Cimientos de piedra:
Los cimientos de piedra son los apoyos de una construcción. Sirven para cargar
el peso de toda una vivienda, repartiéndolo uniformemente en el terreno sobre
el que se encuentra construida. La cimentación es necesaria en cualquier
construcción aunque en el caso de que esta se haga por partes.
Cimientos de mampostería:
En zonas donde la piedra es abundante suele aprovecharse esta como material
de cimentación.
Para grandes construcciones es necesario efectuar en un laboratorio de ensayo
pruebas sobre la resistencia de la piedra de que se dispone. Tratándose de
construcciones sencillas, en la mayoría de casos resulta suficiente efectuar la
prueba golpeando simplemente la piedra con una maceta y observando el ruido
que se produce.
Si este es hueco y sordo, la piedra es blanda, mientras que si es aguda y
metálico, la piedra es dura.
Cimentaciones profundas:
este tipo de cimentación se utiliza cuando se tienen circunstancias especiales:
-Una construcción determinada extensa en el área de austentar.
-Una obra con una carga demasiada grande no pudiendo utilizar ningún sistema
de
cimentación
especial.
-Que terreno al ocupar no tenga resistencia o características necesarias para
soportar construcciones muy extensas o pesadas.
Cimentaciones superficiales:
Son las ya antes mencionadas como la mampostería la de zapatas aisladas
también la zapata corrida la de concreto cicopleo y la losa de cimentación.
Las cimentaciones profundas son las siguientes:
* Sustitución
* Flotación
* Pilotación
*Por sustitución:
Básicamente esta cimentación es material extra excavación en el terreno y en
el proporcional de la construcción se debe conocer el tipo de estado
coincidencial el peso volumétrico de cada una de las capas que se construyen en
el terreno a excavar, para que el peso sea perfecto, se deben nivelar con el de
la construcción perfectamente conocida.
*Por flotación:
Esta clase de cimentación se basa con el principio de Arquímedes que dice que
todo cuerpo sumergido en el liquido experimenta un empuje vertical
ascendente igual al peso del volumen del liquido desalojado. Por este caso las
construcciones se deben ejecutar perfectamente impermeables calculando el
centro de corquedad de las construcciones y la reacción el empuje ascendente
vertical para evitar el hundimiento o el volteo.
*Por pilotación:
se tienen tres formas de pilotes:
-Pilotes trabajando con apoyos directos.
-Pilotes que trabajas mediante fricción.
-Sistema mixto.
Las cimentaciones basado en pilotes tienen por objeto transmitir cargas de la
estructura a capas mas profundas con la resistencia necesaria.
El trabajo puede flotar por fricción se despreciara pero existirá el peligro de
una sobrecarga precisamente por fricción en este caso deberá tomar el
aumento de cargas que sufra por el terreno que cuelga o adhiere en cada pilote
y se considera y una carga promedio por el mismo apoyo friccionado o mixtos
de 40 o 50 ton.
En ocasiones , cuando comenzamos a realizar la excavacion para la ejecucion de
una obra , podemos encontrarnos diversas dificultades para encontrar el
estrato resistente o firme donde queremos cimentar . O simplemente se nos
presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno sin firme ,
o dificilmente accesible por metodos habituales .
En estos casos se recurre a la solucion de cimentacion profunda , que se
constituye por medio de muros verticales profundos , los muros pantalla o bien
a base de pilares hincados o perforados en el terreno , denominados pilotes .
En cualquier caso el objetivo es adoptar una solucion constructiva que reuna las
siguientes condiciones :
Facilidad en la ejecucion
Garantia en el comportamiento resistente
Cuando la relacion que existe entre la profundidad y el ancho de la base de un
cimiento es mayor que 5 , calificamos a la cimentacion como profunda .
Denominamos pilote a un soporte , normalmente de hormigon armado , de una
gran longitud en relacion a su seccion transversal , que puede hincarse o
construirse “ in situ “ en una cavidad abierta en el terreno . Constituye un
sistema constructivo de cimentacion profunda al que denominaremos :
cimentacion por pilotaje .
Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo
una seccion transversal de 2-4 mts , pudiendo gravitar sobre ellos una carga de
2000 t .
El empleo de cimentaciones mediante pilotaje esta indicado en los siguientes
casos :








Cuando la carga transmitida por las estructuras no puede ser distribuida en
el terreno de forma uniforme mediante el empleo de sistemas de
cimentacion directa como zapatas o losas .
Cuando el nivel del firme no puede ser alcanzado de forma sencilla o se
encuentra a gran profundidad
Cuando los estratos superiores del terreno son poco consistentes hasta
cotas profundas , contienen gran cantidad de agua o bien se necesita
cimentar por debajo del nivel freatico
Cuando se prevea que los estratos inmediatos a la superficie de cimentacion
pueden determinar asientos imprevisibles de cierta importancia
Si se quiere reducir o limitar los posibles asientos de la edificacion
En presencia de grandes cargas y concentradas
Si las distintas capas superficiales de los terrenos pueden sufrir
variaciones estacionales como hinchamientos , retracciones , etc...
En edificaciones sobre el agua.
CLASIFICACION DE LOS PILOTES
Según su forma de trabajo :
a)
Pilotes rigidos de primer orden
Aquellos cuya punta llega hasta el firme transmitiendole la carga aplicada a la
cabeza . La accion lateral del terreno elimina el riesgo de pandeo .
b)
Pilotes flotantes
Aquellos cuya punta no llega al firme , quedando hincado en el terreno suelto y
resistiendo por adherencia , su valor resistente es funcion de la profundidad ,
diametro y naturaleza del terreno . Se situan en terrenos de resistencia media
baja , y transmiten su carga por rozamiento , a traves del fuste .
c)
Pilotes semi-rigidos
Aquellos cuya punta llega hasta el firme , pero este esta tan profundo , o es
tan poco firme , que el pilote resiste simultaneamente por punta y por
adherencia .
Según su forma de ejecucion :
a) pilotes de hinca prefabricados
Se hincan en el terreno mediante unas maquinas a golpe de mazas , con martillo
neumatico y son prefabricados , constituidos en toda su longitud mediante
tramos ensamblables . Son relativamente caros ya que estan fuertemente
armados para resistir los esfuerzos durante el transporte y el hincado en el
terreno .
Una vez hincado en el terreno , este ejerce sobre el pilote y en toda su
superficie lateral , una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando
mas pilotes en las proximidades , pudiendo conseguir mediante este
procedimiento , una consolidacion del terreno .
Es importante indicar que la operación de hincado del pilote debe de realizarse
siempre de dentro hacia fuera .
b) Pilotes hormigonados in situ :
Su tecnica de ejecucion es similar a la de una zapata profunda , realizada
mecanicamente desde la superficie .
Los pilotes in situ se subdividen :
1pilotes de hinca o apisonados , realizados con entubacion , recuperable ,
disponiendo un tapon perdido o azuche en la punta .
2- pilotes perforados , mediante la utilizacion de cucharas especiales , que
permiten realizar perforaciones en el terreno , pudiendo utilizar o no , una
entubacion recuperable .
3- pilotes barrenados , en el que se introduce el hormigon a la vez que se
extrae el terreno .
4- pilotes perforados por helice o berbiqui , sin entubacion ; hormigonados
con trompa desde el fondo de la perforacion .
5- pilotes de entubacion perdida , normalmente empleados cuando el nivel
freatico existente , es de considerable importancia . Generalmente se ejecutan
con doble entubacion , una recuperable , la que sirve de guia y otra perdida .
Según el sistema constructivo :
a) Pilotes prefabricados hincados , o apisonados , ejecutados a base de
desplazamiento del terreno .
b) Pilotes excavados o perforados , ejecutados a base de extraccion de
tierras y relleno de hormigon armado .
Según el diametro del pilote :
a) micropilotes : diametro menor de 200 mm . Se emplean en obras de
recalce .
b) pilotes convencionales : de 300 a 600 mm
c) pilotes de gran diametro : diametro mayor de 800 mm
d) pilotes pantalla , de seccion pseudorrectangular
e) pilotes de seccion en forma de cruz .
TIPOS DE ESFUERZOS.
Cuando una carga, como es el peso de una estructura, se coloca sobre la
superficie de una masa de suelo, el suelo se deforma, produciendose el
asentamiento de una estructura. Esta no es una propiedad esclusiva de los
suelos, sino que es compartida por todos los materiales. De la misma manera
que la flecha de una viga puede ser un factor de limitacion en el proyecto
estructural, el asentamiento del suelo producido por las cargas es con
frecuencia el factor predominante en el proyecto de las cimentaciones.
el asentamiento del suelo producido por la carga proviene de dos causas:
el cambio de la relacion de vacios del suelo o roca y la distorsion o cambio de
formas del suelo inmediatamente debajo de la carga. Al primero se le llama
asentamiento por compresión y al segundo asentamiento por distorsion o por
contacto.
Ambos asentamientos dependen de los esfuerzos que se producen en el
suelo por la cimentación o por otras cargas en la superficie. Haciendo
suposiciones simplificadoras de las propiedades fisicas de los suelos, se pueden
calcular los esfuerzos por la teoria de la elasticidad; basado en esto se pueden
hallar los asentamientos por los esfuerzos producidos, usando las propiedades
fisicas del suelo determinadas en laboratorio.
Efuerzos debidos al peso del suelo.
El esfuerzo efectivo vertical inicial en una masa de suelo, antes que se
construya la estructura, es aproximadamente igual al peso del suelo menos el
esfuerzo neutro. A una profundidad Z en un suelo homogeneo de 7:lb tenemos:
Si el suele se corrompe de diferentes estratos, cada uno con peso
especifico diferente, el esfuerzo vertical a cualquier nivel es igual a la suma de
sus pesos menos el esfuerzo neutro.
Los cambios en el esfuerzo neutro pueden jugar un papel importante en
el asentamiento de una estructura.
Al deprimir el nivel freatico en un lugar se puede aumentar el esfuerzo
efectivo y producir asentamientos comparables a los producidos por el peso de
un edificio. Un descenso tipido de nivel freatico de .50 a 1 m es equivalente al
peso de un edificio de un piso. Se han producido graves asentamientos que se
han extendido mucho mas haya de los limites de un edificio, por las obras de
drenaje y por lo tanto estas deben ser incluidas en culquier evaluación del
asentamiento.
Esfuerzos debidos a cargas en la superficie.
Cuando se aplica una carga en la superficie de una asa de suelo, los
esfuerzos verticales dentro de la masa de suelo aumentan. Si el suelo fuera
una serie de columnas independientes, la carga seria soportada por las
columnas situadas inmediatamente debajo de la carga y las otras no dufririan
cambio alguno; pero en suelo es una masa coherente en que las columnas de
suelo están interconectadas elasticamente. La carga que se aplica en un punto
se transmite a trabes de toda la masa del suelo, extendiendose lateralmente a
medida que aumenta la profundidad.
En una aproximación muy tosca se puede suponer que la carga se
extiende a trabes de la masa del suelo como si ella estuviera soportada por una
pirámide truncada, como en la figura.
Los lados de la pirámide tienen una pendiente de 2 (vertical) a 1
(horizontal), lo que significaque la base de la pirámide aumenta un metro en
largo y en ancho por cada metro de aumento en la profundidad. El aumento de
esfuerzo promedio en el suelo ala profundidad de Z por debajo de una
cimentación de dimensión L y B y cuya carga sea Q y la presion unitaria Q es:
Esta aproximación es util en el estudio preliminar del asentamiento.
Puede ser erronea por que no indicala variación del esfuerzo en distintos
puntos que estén a la misma profundiad y no indica los esfuerzos en el suelo
fuera de la pirámide.
Una representación mas exacta de la distribución de los
esfuerzosdentro dela masa de suelo se puede obtener por varias teorias de
elasticidad, Estas teorias demuestran que una carga aplicada al suelo aumenta
los esfuerzos verticales en toda la masa : el aumento es mayor directamente
debajo de la carga como se representa en la figura.pero se extiende
infinitamente en todas direcciones. A medida que aumenta la profundidad,
disminuye la concentración, de esfuerzo directamente debajo de la carga, pero
si a una profundidad determinada fueran integrados los incrementos de
esfuerzos en el área en que son aplicados , la fuerza total seria igual a la carga
aplicada Q. Cerca de la superficie la distribución dl esfuerzo depende del
tamaño del área cargada y de la distribución del esfuerzo depende del tamaño
del área cargada y de la distribución de la presion por contacto, pero a
profundidades mayores de dos veces el ancho del área cargada, la distribución
del esfuerzo es prácticamente independiente de cómo se aplica la carga a Q.
PESO VOLUMETRICO DE DISTINTOS MATERIALES.
MATERIALES
Pesos volumétricos
1.- PIEDRAS NATURALES
Máximo ton/m³
Arcillas
2.50
Areniscas (chilucas y canteras)
2.45
secas
2.50
saturadas
Basaltos (p. braza, laja, etc.)
2.60
secos
2.65
saturados
Granito
3.2
Mármol, piedras calcáreas
2.6
Riolita
2.55
Pizarras
2.85
Tepetates
1.95
Tezontles
1.55
Calizas
2.85
Mínimo ton/m³
1.75
2.- SUELOS
Arena de grano de tamaño
uniforme
Arena bien graduada
Arcilla típica del valle de México
Caliche
Máximo ton/m³
Mínimo ton/m³
2.10
1.85
2.30
1.50
2.10
1.95
1.2
1.7
Máximo ton/m³
Mínimo ton/m³
1.60
1.60
2.95
1.50
1.50
---
2.20
2.00
2.40
2.20
3.- PIEDRAS ARTIFICIALES Y
MORTEROS
Adobe
Argamasa Fraguada
Cemento Portland fraguado
Concreto simple con agregados de
peso normal
Concreto reforzado
1.75
2.0
2.35
2.45
2.4
2.55
2.05
2.35
1.3
1.15
2.45
Mortero de cal y arena
Mortero de cemento y arena
Aplanado de yeso
Tabique macizo hecho a mano
Tabique macizo prensado
Bloque hueco de concreto ligero
Bloque hueco de concreto
intermedio
Bloque hueco de concreto pesado
Bloque de Vidrio para muros
Prismáticos para tragaluces
Vidrio plano
4.- MADERA
Álamo seco
Caoba saturada
Cedro blanco seco
Cedro rojo
seco
saturado
Oyamel
Encino saturado
Pino saturado
Fresno seco
Ocote seco
Palma real seca
Roble blanco seco
Roble rojo o negro seco
Roble (otras especies) seco
5.- RECUBRIMIENTOS
Azulejo
Mosaico de pasta
Granito 40x40
Loseta asfáltica o vinílica
1.50
2.10
1.50
1.50
2.20
1.30
1.40
1.90
1.10
1.30
1.60
0.90
1.70
1.30
2.20
1.25
2.00
3.10
2.00
0.65
1.50
2.80
Máximo ton/m³
0.59
1.00
0.38
Mínimo ton/m³
0.39
0.70
0.32
0.55
0.70
0.40
0.50
0.65
1.00
1.00
0.95
0.80
0.70
0.80
0.70
0.95
0.55
0.80
0.80
0.57
--0.60
----0.85
Máximo Kg/m²
15
35
65
10
Mínimo Kg/m²
10
25
55
5
6.- METALES
Aluminio
Acero, Hierro
Cobre fundido laminado
Latón, fundido laminado
Plomo
Zinc, fundido laminado
Máximo Ton/m³ Mínimo Ton/m³
2.75
2.55
7.85
7.85
9.00
8.80
8.70
8.40
11.35
--7.20
6.90
7.- PRODUCTOS ORGÁNICOS
Asfalto
Carbón antracita
Carbón butaminoso
Carbón turba, seca
Carbón vegetal de pino
Petróleo crudo
Petróleo refinado
Petróleo bencina
Petróleo gasolina
Máximo ton/m³
1.50
0.92
0.86
0.65
0.44
0.90
0.82
0.75
0.69
Mínimo ton/m³
1.10
0.75
0.72
0.55
0.28
--0.79
0.73
0.66