0. SISTEMAS DE CIMENTACIÓN

Transcripción

1 0. SISTEMAS DE CIMENTACIÓN Según la profundidad a que se encuentre el estrato firme del terreno las cimentaciones pueden clasificarse en: Cimentaciones superficiales: - Por zapatas. - Por losas. Cimentaciones semiprofundas: - Por pozos o pilares. Cimentaciones profundas: - Pilotes CIMENTACIONES MEDIANTE ZAPATAS.- Distinguimos zapatas aisladas, continuas o corridas y zapatas unidas por vigas de atado. Se construyen en hormigón en masa y en hormigón armado. Dentro de las construidas en hormigón armado distinguimos las zapatas rígidas y las flexibles según el vuelo sea inferior al canto o viceversa. A este respecto la EHE distingue, según el vuelo de las mismas, zapatas rígidas (vuelo inferior a dos veces el canto) y zapatas flexibles (vuelo superior a dos veces el canto) Zapatas aisladas.- Se utilizan para transmitir al terreno cargas concentradas en elementos estructurales como pilares. Pueden ser concéntricas o excéntricas según como reciban la carga. Dentro de las zapatas excéntricas dos casos particulares son las zapatas de medianería y las de esquina.

2 Recta Ataluzada Escalonada Nervada De medianería De esquina Zapata circular: secciones Algunos tipos de zapatas aisladas Zapatas combinadas.- En caso de que se superponga la superficie de las zapatas, por razones constructivas o de cálculo, se realiza una sola zapata para dos o más pilares. Zapata combinada

3 Zapatas continuas.- Se utilizan fundamentalmente como bases de los muros de cerramiento, contención y carga. La zapata se calcula tomando como base para el cálculo un metro lineal del muro. Bajo pilares Bajo muro Zapatas continuas Zapatas unidas por vigas de atado.- A veces las zapatas aisladas se unen entre sí mediante vigas de hormigón para evitar asientos diferenciales, para la absorción de esfuerzos (zapatas de esquina o de medianería) o bien para constituir un elemento secundario en la cimentación capaz de soportar cargas continuas de los cerramientos. Secciones de zapatas centrada y de medianería unidas por viga de atado 0.2. CIMENTACIONES MEDIANTE LOSAS.- Esta solución se utiliza cuando la superficie de cimentación calculada mediante zapatas aisladas resulta muy alta en comparación con la superficie total en planta del edificio. También se emplean en terrenos con una resistencia muy baja en los que se prevé la existencia de asientos diferenciales importantes.

4 Su organización se efectúa mediante vigas de gran rigidez que enlazan con la base de los pilares. Su espesor ha de ser como mínimo de 25 cm. Las losas continuas pueden calcularse como empotradas en sus cuatro bordes actuando sobre ellas una presión de terreno uniforme. Las vigas de la losa se calculan como vigas continuas. Losa de cimentación 0.3. CIMENTACIONES MEDIANTE POZOS.- Este tipo de cimentación es empleada cuando en el terreno existe una capa sobre la que se puede cimentar a una profundidad, que sin ser muy grande (de 3 a 6 m), encarecería la cimentación superficial; por otra parte puede evitarse el empleo de pilotes. Consiste en efectuar una excavación, hasta llegar al estrato de terreno firme, para rellenarla con hormigón en masa o armado muy pobremente. Sobre esta masa de hormigón se apoya la estructura. El cálculo se realiza considerando los pozos como zapatas de gran altura. No es una buena solución cuando el momento en ellos es importante quedando reducida su ejecución cuando las cargas verticales predominan sobre el momento.

5 Hormigón estructural Hormigón pobre 5 m Cimentación por pozo 0.4. CIMENTACIONES MEDIANTE PILOTES.- Este tipo de cimentación se realiza cuando el terreno resistente se encuentra a profundidades superiores a los seis metros o cuando se prevén variaciones importantes en las características del terreno, ya sean por elevaciones o depresiones en la capa freática o debido a infiltraciones de agua procedentes de la superficie. También se emplean en terrenos muy poco resistentes. Clasificándolos por su modo de fabricación tenemos: Pilotes prefabricados en el taller o en obra (pilotes de hinca) y pilotes moldeados en el propio terreno. Clasificándolos por su forma de trabajo tenemos: Pilotes que trabajan fundamentalmente de punta, pilotes que trabajan por rozamiento lateral y pilotes que trabajan debido a ambos efectos. Hoy en día, la práctica totalidad de los pilotes se construye en hormigón. En la parte superior del pilote o grupo de pilotes se dispone un elemento también construido en hormigón armado denominado encepado que tiene como misión transmitir la carga de la estructura a los pilotes. La unión entre pilotes y encepado debe constituir un empotramiento perfecto.

6 Encepado Pilotes prefabricados.- Su fabricación se lleva a cabo tanto en el taller como en la obra y se colocan en el terreno mediante golpes de una maza. Para la determinación de su longitud será necesaria la realización de una serie de ensayos de hinca tanto dinámicos como estáticos. La realización de los ensayos en el orden que se menciona permite obtener mejores resultados. El hormigón empleado en ellos suele tener una resistencia característica superior a los 40 N/mm 2. La serie de diámetros equivalentes en que se construyen este tipo de pilotes está comprendida entre 22,5 cm y 42,5 cm con saltos de 2,5 cm y capacidades portantes considerables. Los fabricados en factoría pueden aumentar sensiblemente su capacidad portante al se factible el empleo de hormigón pretensado. El mayor inconveniente de estos pilotes radica en determinar su longitud exacta ya que si se sobredimensionan aumenta el costo y si son cortos hay que recurrir a su hinca mediante sistemas bastante complicados. D 3D 3D Pilote prefabricado Los ensayos de tipo dinámico consisten en ir hincando pilotes sobre el terreno contabilizando el número de golpes necesarios para una determinada penetración utilizando una maza tipo (suministramos energía al pilote transformada en trabajo de penetración y en trabajo de

7 deformación del pilote). Según la sección y el diámetro del pilote proyectado y mediante valores tabulados se determina el número de toneladas portantes capaz de soportar en función de la penetración conseguida con la maza tipo. Así se logrará determinar la longitud necesaria para obtener resistencia en el pilote debida al esfuerzo de punta y al rozamiento lateral. Los ensayos de carga estáticos se efectúan cargando el pilote de prueba lentamente, una vez hincado a la profundidad requerida (hasta alcanzar suelo resistente), observando los asentamientos que se producen. Fijada la longitud del pilote se fabrican armados longitudinalmente mediante acero sujetado de manera transversal mediante un zuncho o estribos. Los pilotes se dejan unos 50 cm más largos para poder "descabezarlos" y dejar sus armaduras al aire para la construcción del encepado Pilotes moldeados en el terreno.- Este tipo de pilotes pueden realizarse mediante varios sistemas patentados y que ofrecen excelentes medios (materiales y maquinaria) para su ejecución. Al hormigón empleado se le exigirá una resistencia característica superior a 25 N/mm 2. Dentro de los pilotes hormigonados in situ las firmas comerciales presentan diversos sistemas patentados que dan lugar al nombre del pilote. Sustancialmente en todos ellos la construcción del pilote se realiza mediante la hinca de una entubación recuperable con ayuda de una punta o azuche de hormigón. El golpeo se realiza con una maza sobre la punta de hormigón o sobre la tubería protegida mediante un casquete protector. Entre ellos se describen el pilote Franki y el pilote Express. Pilotes hormigonados in situ El pilote Franki presenta varias posibilidades según el tipo de terreno. Si el terreno es duro se logra hacer penetrar el tubo golpeando con una maza sobre un tapón de hormigón blando. Si el terreno

8 presenta abundancia de agua puede deteriorarse el tapón de hormigón blando por lo que se utiliza una punta de hormigón endurecido. Una vez lograda la profundidad deseada el tubo se extrae un poco vigilando que quede dentro del mismo una determinada cantidad de hormigón para evitar que se introduzca agua. Al apisonar con la maza el hormigón se expande al salir del tubo en forma de bulbo. A continuación se va vertiendo y apisonando hormigón, a la vez que se va extrayendo el tubo, en capas de 20 a 50 cm. Es necesario prever, al menos, armadura en el último metro del pilote empleándose generalmente cuatro redondos de diámetro comprendido entre 12 y 25 mm y estribos de diámetro 8 o 10 mm separados entre 10 y 25 cm. El pilote Express consiste en la introducción en primer lugar de un tubo metálico cuya punta es un azuche de hormigón armado. Una vez retirado el émbolo, que va unido al casquete de golpeo, el hormigón se introduce por la tolva dispuesta a tal efecto. Haciendo descender el émbolo que arrastra la corona el hormigón queda fuertemente comprimido. Simultáneamente se va levantando el tubo. La elevación ha de asegurar que el tubo se mantenga en contacto con el hormigón. En caso de pilotes de hormigón armado el conjunto émbolo-corona será de un diámetro inferior para permitir el paso de la armadura. Otro tipo de pilotes moldeados en el terreno son los excavados mediante trépano, cuchara o hélices. Puede utilizarse en su ejecución entubación recuperable dependiendo de la mayor o menor consistencia del terreno y las dimensiones del pilote. Excavación con trépano Formación del bulbo Hormigonado y extracción del tubo Pilote acabado El pilote excavado mediante hélice varía en la forma de realizar la excavación. La hélice encargada de realizar la excavación va acoplada a una máquina rotativa. Los pilotes barrenados presentan como diferencia la extracción del terreno que se realiza invirtiendo el sentido de giro de la barrena a la vez que se hormigona por el eje hueco de la misma.

9 Barrenado Extracción del terreno y hormigonado Pilote terminado A los pilotes de pequeños diámetros, inferiores a 30 cm, y longitudes relativamente cortas se les denomina micropilotes. Son hormigonados in situ con entubación perdida. El bulbo del micropilote se forma por inyección a presión del mortero de cemento CIMENTACIONES ESPECIALES Cimentaciones por medio de cajones.- Este sistema propone la incorporación de elementos prefabricados en las cimentaciones. Estos elementos, que constituyen la base de la construcción de la cimentación, disponen de un borde cortante en su parte inferior que sirve para su hinca en el terreno. Las paredes se van recreciendo a medida que avanza la excavación aunque también pueden realizarse mediante anillos prefabricados si las dimensiones no son muy grandes Es un sistema empleado con la presencia de agua y en terrenos que presentan muy malas condiciones para su cimentación y el estrato firme se encuentra a gran profundidad. El cajón, que constituye parte de la cimentación, puede ser un recinto con su zona de trabajo al aire libre (cajón indio) o adoptar una forma similar a un cajón sin fondo (con aire comprimido en la zona de trabajo para compensar las presiones exteriores). La sección horizontal del cajón puede ser cuadrada, rectangular, circular o poligonal. La excavación ha de realizarse desde los lados hacia el interior y de manera homogénea para evitar que el cajón se incline. Si en la excavación aparece agua se utilizan bombas para su agotamiento y mantener su nivel por debajo de la cota a la que se trabaja. En los cajones de aire comprimido no es necesario el agotamiento del agua ya que el aire comprimido en el interior de la cámara de trabajo evita su aparición.

10 Cajón de cimentación para pila de puente Aire comprimido Esclusa de entrada del personal y de los materiales Agua Cajón de hormigón Cuchillo metálico Cámara de trabajo Terreno apto para cimentar Capa de terreno deficiente Cajón de aire comprimido para cimentación Cimentaciones por medio de cajones flotantes.- La ejecución de cimentaciones mediante este procedimiento consiste en descargar las capas superiores del terreno sobre el que se va a cimentar en una cantidad igual o superior al peso de la construcción futura. Para ello se construye un cajón estanco de hormigón armado, tan ligero como sea posible, cuyo volumen corresponda al de las tierras desalojadas. Una vez edificada la obra el esfuerzo transmitido al terreno es igual a la que soportaba antes debido a las capas que tenía por encima. La construcción descansa sobre la cara superior del cajón que "flota" en el terreno.

11 Estructura ligera El peso de las tierras excavadas es superior al de la construcción edificada encima Terreno muy deficiente Cajón flotante