capitulo iii- fundaciones

CONSTRUCCIONES III

CAPITULO III- FUNDACIONES

ESTUDIO DE SUELOS

FUNDACIONESESTUDIO DE SUELO

La importancia del estudio de suelos depende del tipo de proyecto que vas a realizar y de la magnitud de este; con los resultados que te arroje el estudio de suelos puedes tomar decisiones del tipo de cimentación a utilizar y hasta que profundidad debes de cimentar; dependiendo del tipo de suelo es la capacidad de soporte del suelo (resistencia del suelo) y eso se puede determinar únicamente con el estudio de suelos.


Depende del estudio de suelos, determinaras cuanto vas a gastar o cuanto vas a ahorrar en cimentación; ya que muchos proyectos en los que no se hace estudio de suelos, resulta que cuando están ya construidos se dan cuenta que tienen hundimientos y eso acarrea mas costos, ya que se debe degastar mucho en reparar o tratar de estabilizar el terreno.

Cuando se trata de edificios, con el estudio de suelos determinas la capacidad máxima de carga que acepta el terreno y si es suficiente por la sobrecarga del edificio.


Un estudio de suelos permite dar a conocer las características físicas y mecánicas del suelo, es decir la composición de los elementos en las capas de profundidad, así como el tipo de cimentación más acorde con la obra a construir y los asentamientos de la estructura en relación al peso que va a soportar.

Esta investigación que hace parte de la ingeniería civil es clave en la realización de una obra para determinar si el terreno es apto para llevar a cabo la construcción de un inmueble u otro tipo de intervención.

FUNDACIONESESTUDIO DE SUELO-CALICATAS

CALICATAS

Excavación en el terreno, cuyo propósito es obtener la estratigrafía y/o muestras inalteradas para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio. El número mínimo de pozos por obra y sus dimensiones mínimas en planta y profundidad están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo. No es posible en suelos arenosos sobre todo bajo el nivel freático


SONDEOS-TIPOS

SONDEOSPerforaciones de pequeño diámetro ( entre 3 a 6 m.) y de gran profundidad ( hasta 150 m ). En caso de obtener muestras inalteradas, éstas se protegen con parafina sólida y se llevan al laboratorio.

TIPOS DE SONDEOSMANUAL: muestras alteradas de suelos hasta estrato duro.ROTACION: testigos no perturbados en rocas y suelos duros.PERCUSION: muestras alteradas en arenas, gravas, suelos cementados y suelos arcillosos libre de piedras o rocas. POR PRESIÓN :inalterados (suelos blandos).

FUNDACIONESESTUDIO DE SUELOSONDEO MANUAL

SONDEOS MANUALEl método mas común para explorar el subsuelo es a través de sondajes manuales que consiste en realizar una perforación y extraer muestras del fondo. Tienen típicamente un diámetro entre 75 y 600 mm, y una profundidad entre 2 y 30 m.Existe una gran variedad de equipos (pueden ser operados a mano o montados en camiones).El método de sondaje depende de las condiciones del suelo.


SONDEO POR ROTACION

SONDEOS POR ROTACIÓNLos sondajes a rotación pueden perforar cualquier tipo de suelo o roca hasta profundidades muy elevadas.Se utilizan brocas que muelen el material del fondo mediante rotación y presión. El material se extrae por medio de agua inyectada a presión.Para obtener muestras cilíndricas de roca“ inalteradas” o “testigos” se utilizan coronas diamantadas.


SONDEO POR ROTACION


SONDEO CON BARRENA

SONDAJES CON BARRENALa barrena se introduce en el suelo mediante rotación. Luego se extrae y se remueve el material adherido a ella. Este proceso se repite hasta llegar a la profundidad deseada. Cuando el terreno es firme se remueve la barrena dejando el terreno sin protección.Una vez que se retira la barrena es posible introducir equipos para tomar muestras“ inalteradas”Presenta problemas cuando la barrena se encuentra con materiales muy resistentes.


NUMERO Y PROFUNDIDADES

NÚMERO DE SONDEOSNo existe una regla absoluta para especificar el número de sondajes; se requiere juicio y experiencia del ingeniero.En general el número de sondajes debería aumentar a medida que:- La variabilidad del suelo aumenta.-La carga aumenta.-La estructura sea mas crítica.

PROFUNDIDAD DE SONDEOSNo existe una regla absoluta para especificar la profundidad delos sondeos. En general el sondaje debería alcanzar una profundidad a la cual el incremento de esfuerzos sea menor a un10% de la generada por la estructura a nivel de la fundación


ENSAYOS IN SITU-TIPOS

Ensayos “in situ”Sirven para estimar propiedades y parámetros del suelo.Ensayos típicos en terreno son:

- Ensayo de penetración estándar (SPT)- Ensayo de penetración de cono (CPT)- Placa de carga- Ensayo de corte in-situ (Vane shear test, VST)- Presiómetro- Dilatómetro

Ensayos de Bombeo: En general se utilizan para determinar el coeficiente de permeabilidad y capacidad de recarga del acuífero.Ensayos geofísicos: geoeléctrica (SEV), geosísmica, Magneto telúricos.

FUNDACIONESESTUDIO DE SUELOENSAYOS IN SITU-Ensayos “in situ” mas comunes


ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR ( STP)

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)Permite tomar muestras y realizar ensayo in-situ. La muestra sin embargo es alterada. Este ensayo se utiliza para estimar parámetros en suelos gruesos (arenas) como la densidad relativa. En arcillas saturadas la consistencia y la cohesión.Se introduce un tubo hueco cilíndrico (saca muestras de Terzaghi) mediante golpes de un martillo de 63.5 Kg. de una altura de 76 cm. Se introduce el tubo 45 cm registrando el número de golpes necesario para avanzar tramos de 15 cm.

NSPT= número de golpes necesarios para avanzar los últimos 30cm.

Este resultado debe ser corregido antes de poder ser utilizado(N).1.-Suelos muy sueltos y blandos tienen valores típicos de N menores a 5.2.-Suelos muy resistentes tienen valores del orden de 50 o superior.


ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR ( STP)


METODO DEL CONO HOLANDES

CONO HOLANDESUn ejemplo de un penetrómetro que realiza este tipo de ensayos es el cono holandés . A continuación se muestran ejemplos de puntas de cono holandés, así como sus diferentes posiciones de trabajo.


ENSAYO DE PALETA O VELETA DE CORTE- VANE TEST

ENSAYO DE PALETA O VELETA DE

CORTE VANE TEST

Mide la resistencia al corte en función de la cohesión, a través del torque necesario para hacer girar una paleta. La paleta se introduce dentro del pozo de sondaje. Dependiendo de la naturaleza del suelo es posible aplicarlo hasta 60 o 70m


ENSAYO DE PALETA O VELETA DE CORTE- VANE TEST


ENSAYO DE CARGA CON PLACA

EJEMPLO DE CUADRO PARA ESTUDIO DE SUELO


FUNDACIONES

FUNDACIONES

FUNDACIONES-INTRODUCCION

INTRODUCCION Siempre que analicemos un cuerpo en equilibrio dentro de un campo gravitatorio veremos la necesidad de la existencia de otro sobre el cual apoyarse. En caso que el cuerpo en equilibrio sea una estructura, la misma se apoyará en el suelo, y entre ambos existirá una zona de transición superestructura-suelo que se denomina fundación o cimentación. Desde el punto de vista estructural, las fundaciones conforman aquella parte de las estructuras que estará encargada de transferir las cargas recibidas hacia el suelo de fundación. En la cadena de transferencia de cargas, la fundación siempre es el último eslabón, y quizá uno de los más importantes, con el inconveniente que en general no se ve y queda enterrada.Esto hace que muchas veces los costos y el esfuerzo que demandan dentro de una obra no sean lo suficientemente valorados

FUNDACIONES- ESTRUCTURAS-ELEMENTOS

En una estructura en equilibrio estático encontraremos estos tres elementos

Estructura superior o super estructura: Es el cuerpo que se quiere apoyar, el que recibe las cargas y las canaliza a través de una serie de elementos estructurales hacia los puntos de apoyo, las fundaciones.

Fundaciones o infra-estructura: Es la parte final de la estructura, son los apoyos, elemento que funciona como nexo entre la superestructura y el suelo de fundación, disipando las cargas recibidas.

Suelo de fundación: Parte del suelo donde se apoya la estructura, es el encargado de recibir y terminar de disipar las cargas que le transfiere la fundación. En la etapa de proyecto, al momento de proyectar la estructura, los tres elementos son igualmente importantes para el buen funcionamiento del conjunto.

FUNDACIONES- EJEMPLO

EJEMPLOPensemos en un árbol y analicemos al mismo como una estructura. El tronco y el follaje serían la superestructura, las raíces representarían la infraestructura o fundación y por último el suelo, que recibe las cargas transferidas por la infraestructura. La superestructura recibe cargas verticales del propio peso del tronco y el follaje, sobrecargas verticales como nieve, frutos, etc. y horizontales de viento.

FUNDACIONES -TIPOS

TIPOS DE FUNDACIONESDentro de las variantes disponibles se pueden imaginar varias clasificaciones, pero una de las más utilizadas en nuestro medio, y que resulta sencilla de aprender es la de separar en 2(dos) grandes grupos según la forma de transferir las cargas al suelo.

a) Fundaciones superficiales (o directas), las cargas se transfieren al suelo mediante elementos estructurales

apoyados en zonas cercanas a la superficie, el modo de resistir las cargas es por superficie de contacto.b) Fundaciones profundas (o indirectas), se producirá una transferencia de cargas hacia los mantos mas profundos,

las cargas verticales son resistidas mediante la combinación de dos mecanismos, el fuste (superficie lateral del elemento estructural) y la punta.

FUNDACIONES SUPERFICIALES

FUNDACIONES SUPERFICIALES Cuando los mantos superiores del suelo lo permiten, la transferencia de las cargas se realiza por medio de elementos que se apoyan en zonas superiores bastante cercanas a la superficie. La forma que adoptan estos elementos depende entre otras variables de las características resistentes y de deformabilidad del subsuelo y de la superestructura.Dentro de los elementos más conocidos podemos mencionar:a) Bases Aisladas

b) Bases combinadas

c) Vigas - zapatas en medio elástico

d) Plateas de fundación

FUNDACIONES- TIPOS DE ZAPATAS

Tipos de zapatas A continuación se describirán los tipos de zapatas.a) Por su forma de trabajo: Pueden ser:

Aisladas: si soportan un solo pilar.Combinadas: si soportan dos o más pilares, en número reducido. Se emplean en medianerías para evitar la carga excéntrica sobre la última zapata, o cuando dos pilares están muy próximos entre sí, o, en general, para aumentar la superficie de carga o reducir asientos diferenciales.Continuas o corridas bajo pilares: para soportar varios pilares alineados; se emplean en circunstancias parecidas a las zapatas combinadas.Continuas o corridas bajo muros: para soportar muros.De medianería o esquina: cuando se descentra soporte, suelen ir unidas mediante vigas riostra con el fin de mejorar la estabilidad del elemento de cimentación.Arriostradas: cuando varias zapatas se unen por medio de vigas riostras, para dar mayor rigidez al conjunto, en suelos mediocres, o cuando existen acciones horizontales.

FUNDACIONES- ZAPATAS AISLADAS

Bases Aisladas o zapatas aisladas

Cuando las cargas transferidas por la superestructura son aproximadamente puntuales, bajando a través de columnas y el suelo además de la metodología constructiva lo permiten, se adoptan para las fundaciones bases aisladas (también conocidas como zapatas aisladas) que se disponen una debajo de cada columna.

FUNDACIONES- TIPOS DE ZAPATAS RIGIDOS O AISLADAS

TIPOS DE ZAPATAS RIGIDOS

FUNDACIONES- TIPOS DE ZAPATAS RIGIDOS O AISLADAS

FUNDACIONES-ZAPATAS AISLADASEJEMPLOS

Zapatas aisladas

http://conpes115.icbf.gov.co/conpes115/imagenes_proyectos/52079-1-18032009-1.jpg

FUNDACIONES- ZAPATAS AISLADASEJEMPLOS

CONJUNTO DE ZAPATAS AISLADAS

http://partizipa.com/images/stories/HuertoSolarI/20080115huertosolar1.jpg

FUNDACIONES- TIPOS DE ZAPATAS UTILIZADAS

FUNDACIONES- ZAPATAS COMBINADAS

ZAPATAS COMBINADAS

LAS FUNDACIONES COMBINADAS Y CONECTADAS.Con mucha frecuencia hay que diseñar fundaciones aisladas en los límites de linderos, en los bordes de fosos de ascensores, estanques subterráneos, etc., resultando fundaciones excéntricas con una distribución muy desigual de presiones bajo la zapata;

ZAPATAS CORRIDAS

ZAPATAS CORRIDAS BAJO MUROSZapatas corridas o continuas: Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de |_ para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas interiores sustentan muros y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene forma de T invertida _|_; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso del conjunto

EJEMPLOS DE ZAPATAS MEDIANERAS

FUNDACIONES

FUNDACIONES PROFUNDAS

FUNDACIONES

FUNDACIONES PROFUNDAS Cuando los mantos o estratos superiores del suelo no tienen la capacidad suficiente para recibir las cargas de la superestructura por su falta de valor soporte, por su deformabilidad, por razones de índole constructiva, etc., muchas veces es conveniente o imprescindible recurrir a fundaciones de tipo indirectas o profundas, que permiten disipar las cargas en mantos o estratos a mayor profundidad, con mecanismos de transferencia en general distintos que los de las fundaciones superficiales. El mecanismo de transferencia o disipación de cargas en las fundaciones profundas es por combinación de dos tipos de resistencia , por tensiones normales en la punta del elemento y por tensiones tangenciales en la superficie lateral del mismo (fuste)Al igual que para las fundaciones superficiales, según las características de la superestructura, del suelo de fundación y de la metodología constructiva existen varias opciones.Dentro de las fundaciones profundas normalmente utilizadas en nuestro medio. 1) Pilotes 2) Pozos romanos 3) Pilotines

FUNDACIONES

PILOTES

Los pilotes son cimentaciones profundas. Suelen tener sección circular y pueden ser prefabricados o ejecutados in situ. Su función es la de transmitir directamente al suelo, los esfuerzos que recibe de la estructura superior, trabajan a flexo-compresión, como si fuese una columna apoyada sobre un plano resistente, y por frotamiento lateral contra el suelo.

Los casos en los que se utilizan pilotes son:1. Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente

en una cimentación superficial, excediendo la capacidad portante del suelo.2. Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan asientos

imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de baja calidad.

3. Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.

4. Cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel de suelo.

5. Cuando los cimientos están sometidos a tracción.

FUNDACIONES

PILOTES CARGADOS “IN SITU”

http://2.bp.blogspot.com/_Qae_Jv30qSs/R_Veja0dD6I/AAAAAAAAAC0/62A1Gna-ZdY/s400/fundacion2-3.jpg

FUNDACIONES

Ejemplos y Usos– En edificios de altura expuestos a fuertes

vientos.– En construcciones que requieren de elementos

que trabajen a la tracción, como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.

– Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de contención de muelles.

– Cuando se deben recalzar cimientos existentes.


FUNDACIONES

Pilotes hincados También denominados pilotes de desplazamiento. Los pilotes en general son prefabricados, de madera, hierro u hormigón y se hincan hasta su posición definitiva por percusión o vibración.Pilotes hincados de Hormigón armado


FUNDACIONES

FUNDACIONES CON PILOTES HINCADOS

FUNDACIONES

ARMADURA DE PILOTES

FUNDACIONES

PILOTES EXCAVADOS. Son pilotes cuya forma es excavada previamente por perforadoras rotativas, extrayéndose la masa del suelo durante el proceso. Al contrario de los pilotes hincados, no hay suelo desplazado sino extraído. Actualmente grandes máquinas rotativas permiten construir diámetros relativamente grandes, aunque el rango usual oscila entre 60 y 120 cms. Su forma de construcción los hace aptos fundamentalmente para resistir la carga por punta.

FUNDACIONES

CABEZALESLos cabezales permiten la transición entre la superestructura y la infraestructura, distribuyendo convenientemente las cargas a los pilotes. Desde hace varios años, la aparición de maquinas de gran capacidad ha generalizado el uso de monopilotes ya que pueden resistir cargas muy elevadas. Gradualmente han ido desapareciendo los cabezales con numerosos pilotes, siendo casos muy aislados cabezales con más de cuatro pilotes, siendo los mas utilizados actualmente:

a) CABEZALES PARA UN SOLO PILOTE: b) CABEZALES SOBRE UNA PILA.c) CABEZALES SOBRE DOS O MAS PILOTES.

POZO ROMANO O CILINDRO DE FUNDACION

FUNDACIONES

PLATEAS DE FUNDACION

FUNDACIONES

Plateas de Fundación

Las ‘Plateas de Fundación’ ó ‘Losas de Cimentación’ son cimentaciones superficiales, sobre el terreno natural. Las vemos tanto en viviendas comunes como en edificios. Consta de una losa de hormigón armado apoyada en el terreno, reforzada con vigas perimetrales y vigas debajo de los muros portantes. Una platea para una vivienda convencional tiene 10cm ó 12cm de espesor y una doble malla de acero (una superior y otra inferior ) de diámetro 4.2mm formando 15cm de cuadrícula. Si la vivienda es de 2 plantas puede llegar a 15cm y las mallas de diámetro 6mm ú 8mm. El espesor de suelo que se remueve , rellena y compacta debajo de las plateas (40cm en viviendas comunes) se lo denomina ‘subrasante’, similar al caso de calles y carreteras. Es conveniente que el hormigón usado en las plateas sea de buena calidad, y su Resistencia Característica no sea menor a 170 kg/cm2. En viviendas de una planta o prefabricadas puede usarse hormigón de 130 kg/cm2. Las plateas actúan como planos rígidos y tienen la propiedad de repartir uniformemente las cargas sobre el terreno, que se ve menos solicitado ante cargas puntuales de columnas, en especial cuando el terreno es ‘malo’ (rellenos o arcillas ), evitando los llamados ‘asientos diferenciales’, que se producirían con otro tipo de fundación, (o ante pérdidas de agua) y por ende las grietas o roturas en la edificación, que pueden llevar al colapso de la misma. Por lo general, el costo de las plateas ‘es un poco mayor’ al de los demás sistemas de cimentación, pero las ventajas son también mayores.

FUNDACIONES

USOS DE LAS PLATEAS

En toda edificación los suelos deben resultar ‘uniformes y estables’ en el tiempo, especialmente frente a las variaciones de humedad y cuando se socavan por falta de confinamiento. El primero es el caso de las arcillas y el segundo de los limos y arenas.

En líneas generales diremos que se las emplea : 1)Cuando el terreno natural no es apto para cimentaciones convencionales, es decir el terreno es malo, ya sea conformado por ‘arcillas expansibles’, que cambian de volumen por la humedad (se dilatan) o al secarse (se contraen). ‘Material de relleno’, que no se consolida con el tiempo y se convierte en socavable o bien cuando existen ‘napas de agua o freáticas’ según los estudios de suelos ó bien los mantos firmes están demasiado profundos, que harían antieconómico y poco confiables el uso de pilotes o pozos romanos. 2) Cuando la edificación es muy pesada resultando las bases o zapatas de dimensiones demasiado grandes y cercanas entre sí, es decir cuando superan el 50% de la superficie del edificio sobre el terreno.3) En edificaciones livianas, como viviendas de una ó dos plantas, planes de viviendas, etc., en especial por los factores del punto 1) 4) En edificaciones muy livianas, como las prefabricadas o casas de madera, porque a su vez sirven de contrapiso y su espesor puede ser de 8cm. En estos casos generalmente no se preveen vigas en la platea sino que salen ‘pelos’ (hierros) para las columnas o paneles.

FUNDACIONES

FUNDACIONES

FIN

capitulo iii- fundaciones

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