FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL-UNI

CIMENTACIONES

Lacimentacines el conjunto deelementosestructuralescuya misin es transmitir las cargas de la edificacin o elementos apoyados y este alsuelodistribuyndolas de forma que no superen su presin admisible o capacidad portante, y no se produzcan deformaciones excesivas (asentamientos excesivos). Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de lospilareso muros que soportar, el rea de contacto entre el suelo y la cimentacin ser proporcionalmente ms grande que los elementos soportados.La cimentacin es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura.

El arte de cimentar consiste en obtener a partir de las caractersticas, tanto del terreno como de la estructura, las condiciones ms favorables de apoyo, de manera que los asentamientos o asentamientos diferenciales no resulten perjudiciales.

Por lo tanto la ingeniera de cimentaciones puede definirse como el arte de transmitir de manera eficiente, eficaz y econmica cargas estructurales al terreno de forma que no se produzcan daos a la estructura por asentamientos excesivos.

Fig.N1Representa la transmisin decargas estructurales a la cimentacin.

Cargas trasmitidas por la estructura a la cimentacin

Fuerzas del terreno que asumen las cargas transmitidas por la cimentacin.

Propsitos de las cimentaciones

Ser suficientemente resistentesparano romper porcortante. Soportar esfuerzos de flexin que produce el terreno,paralo cual se dispondrnarmadurasen su cara inferior, que absorbern lastracciones. Acomodarse a posibles movimientos del terreno. Soportar las agresiones del terreno y del agua y su presin, si la hay.

Tipos de cimentacin

La eleccin del tipo de cimentacin depende especialmente de las caractersticas mecnicas del terreno, como su cohesin, sungulo de rozamiento interno, posicin delnivel freticoy tambin de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacin.

Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentacin menos costoso y ms simple de ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacin superficial se valoran otros tipos de cimentaciones.

Las cimentaciones pueden clasificarse en:

Cimentaciones directas.- Transmiten al terreno principales esfuerzos de compresin y momentos flectores.

Anclajes.-Transmiten principalmente esfuerzos de tensn(traccin)

Muros Pantalla.-Destinados a la contencin de tierras en excavaciones de stanos.

Tipos de cimentaciones directas

Entre las cimentaciones directas tenemos: Cimentaciones Superficiales Cimentaciones Semi-profundas Cimentaciones Profundas

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, generalmente entre 0.5m a 4 m de profundidad, por tener ste suficientecapacidad portanteo por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentacin, la carga se reparte en un plano de apoyohorizontal.

En estructuras importantes, tales comopuentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad comoparagarantizar que no se produzcan deterioros.

Lascimentaciones superficialesseclasificanen:

2.1.1.-Cimentaciones ciclpeas.

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentosverticalesy sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclpeo (hormign) es sencillo y econmico. El procedimientoparasu construccin consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaos al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporcin 1:3:5. El hormign ciclpeo se realiza aadiendo piedras ms o menos grandes a medida que se va hormigonadoparaeconomizar material.

2.1.2.-Zapatas

2.1.3-Zapatas aisladas.Las zapatas aisladas son un tipo de cimentacin superficial que sirve de base de elementosestructuralespuntuales como son los pilares; de modo que esta zapata ampla la superficie deapoyohasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que letransmite. El trmino zapata aislada se debe a que se usaparaasentar un nico pilar, de ah elnombrede aislada. Es el tipo de zapata ms simple, aunque cuando elmomento flectoren la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten ms de un pilar.

1.2.2.-Zapatas corridas.Las zapatas corridas se empleanparacimentarmuros portantes, o hileras depilares. Estructuralmente funcionan comoviga flotanteque recibe cargas lineales o puntuales separadas.Son cimentaciones de gran longitud en comparacin con su seccin transversal. Las zapatas corridas estn indicadas como cimentacin de unelemento estructurallongitudinalmente continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno.

1.2.3.-Zapatas combinadas.

Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentacinparados o ms pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un nico elemento de cimentacin, elresultadopuede ser un elemento ms estabilizado y sometido a un menormomento resultante.

1.3.-Emparrillado:

El emparrillado se emplea cuando la capacidad portante del terreno es escaza o cuando presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace prever que pueda existir asientos diferenciales importantes.

1.4.-Losas de cimentacin.Una losa de cimentacin es una placa flotante apoyada directamente sobre el terreno. La cimentacin por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especialesparamejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si estn sobre la losa y refuerzos si estn bajo ella) o por lneas (nervaduras).

En particular, tambin cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se disean cimentaciones compensadas. En ellas el diseo de la edificacin incluye la existencia de stanos de forma que el peso de las tierras excavadas equivale aproximadamente al peso total del edificio; la losa distribuye uniformemente las tensiones en toda la superficie y en este caso los asientos que se esperan son reducidos. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta altura deber preverse la distribucin proporcional de los stanos as como juntasestructurales.

2.-Cimentaciones semiprofundas:

Pozos de cimentacin.-Son en realidadsolucionesintermedias entre las superficiales y las profundas, por lo que en ocasiones se catalogan como semiprofundas.Se utiliza cuando la resistencia del suelo requerida se alcanza a profundidades medias pero sin que se justifique la necesidad de cimentar con pilotes.

Caissons.- Son cimentaciones semi-profundas / profundas que comprenden un radio lo suficientemente grande como para que un hombre sea capaz de realizar la excavacin para construirlo. Los Caissons son fundidos in situ, en ocasiones de manera manual y en otras utilizando maquinaria especial.

Construccin manual: Se construyen por etapas anillos sucesivos que sostienen el terreno evitando su colapso a medida que se avanza en la excavacin.

Construccin mecnica

3.-Cimentaciones Profundas:

Se basan en elesfuerzo cortanteentre el terreno y la cimentacinparasoportar las cargas aplicadas, o ms exactamente en la friccin vertical entre la cimentacin y el terreno. Por eso deben ser ms profundas,parapoder proveer sobre una gran rea sobre la que distribuir un esfuerzo suficientemente grandeparasoportar la carga.

NO solo se pueden definir como el tipo de cimentacin en las que el plano de apoyo o estrato de cimentacin se encuentra a una gran profundidad, ya que en ocasiones NO existe ese estrato de cimentacin. Se considera que una cimentacin es profunda cuando su extremo inferior en el terreno se encuentra a una profundidad igual o mayor a ocho (8) veces su dimetro o ancho.

Algunos mtodos utilizados en cimentaciones profundas son:

Pilotes: son elementos de cimentacin esbeltos que se hincan (pilotesde desplazamientoprefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el terreno (pilotesde extraccinejecutadosin situ). Antiguamente eran de madera, hasta que en losaos 1940 comenz a emplearse elhormign.

En sus diversas modalidades, es un tipo de cimentacin que se puede distinguir por reducir asientos y mejorar la seguridad frente al hundimiento de las losas.

Clasificacin por configuracin

Pilotes Aislados: estn lo suficientemente alejados para que no exista interaccin geotcnica entre ellos.

Grupos de pilotes / zonas pilotadas: son de escasa capacidad portante individual se encuentran unidos por elementos rgidos trabajando conjuntamente.

Micropilotes: son pilotes de dimetro pequeo que pueden ser instalados en casi cualquier tipo de suelo . Ofrecer una alternativa viable en situaciones de acceso restringido o de espacio superior bajo.

Soporte de Nuevas Cargas en reas Congestionadas Adecuacin Ssmica Arresto de Sedimento Estructural Resistencia de Cargas de Elevacin/Dinmicas Apuntalamiento Soporte de Excavacin en reas Confinadas Muro de Pilote Reticulado

Pilotes soilex

El pilote soilex utiliza una bolsa expandible, en el fondo del pilote, que funciona como una ampliacin de la base. La bolsa de un paquete de lmina metlica, que puede expandir despus de instalar el pilote, inyectando concreto.

Clasificacin por forma de trabajo

El modo de trabajo depende de las caractersticas del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un estrato resistente.

Clasificacin por material

Concreto (in situ, prefabricado) Acero Madera Mixtos (acero tubular y concreto) Pilotes de fibra de vidrio

Clasificacin por sistema constructiva

El modo de trabajo depende de las caractersticas del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un estrato resistente.

Hincado: introduccin en el terreno de pilotes prefabricados mediante vibracin o percusin con martinetes provistos de mazas.Este tipo de pilote transmites la carga directamente al estrato firme o de cimentacin. Tambin recibe la sujecin por parte del subsuelo. Son elementos prefabricados de concreto y en oportunidades tubos de acero.

Colocados: pilotes metlicos que se introducen en pozos excavados previamente y que, posteriormente, se rellenan con concreto.

Perforados in situ: construidos por medio de excavacin en pozo con o sin entibado hasta la cota de asiento donde se introducen el concreto y las armaduras.Los pilotes perforados o pre-excavados son elementos fundidos in situ, ya que a diferencia de los pilotes de resistencia por punta, estos pueden no alcanzar el estrato adecuado para apoyarse, por ende deben funcionar por rozamiento contra el terreno.

PROCESO CONSTRUCTIVO: Cimentaciones superficialesA.Seleccionar:Materiales: Arena, cemento, triturado, agua, varillas de hierro, alambre, madera comn, clavos.Herramientas: Pala, palustre, manguera de nivel, hilo, plomada de punto, martillo, maceta serrucho machete, lpiz, chuzo (pedazo de varilla de 5/8) para chuzar el concreto.Equipo: Carretilla, baldes, manguera para agua.B.Preparar sitio de trabajoLa excavacin:Nivelando el fondo y limpiando las basurasEl lugar de preparacin de la mezcla:Retirar los materiales orgnicos y vegetales, adems colocando una capa de hormign pobre o colocando una lmina de zinc para que al preparar la mezcla no se contamine con el material del suelo.El camino de transporte de la mezcla:Si el transporte se realiza con carretilla se deben colocar tablas en el piso.

C.Nivelar altura de cimentacin a centro de zanja

D.Preparar concretou hormign en dosificacin segn especificacin tcnica.

E.Transportar la mezcla:Esta puede ser transportada en carreta cuidando que no se mueva mucho para que no se produzca segregacin; tambin puede ser transportada en tarros teniendo el mismo cuidado.

F.Fundir base de concreto pobreSe inicia colocando una capa de concreto de unos 5 a10 cm para que las piedras no queden asentadas directamente en la tierra.La superficie de esta base debe alcanzar la cota inferior de la cimentacin indicada en los planos. Esta base de concreto simple ser en concreto pobre de70 KG/ cm2 (solado).G.Colocar la primera capa de piedraEn esta capa se dejan las piedras separadas entre ellas 5 cms para que penetre el hormign entre ellas. Es de aclarar que antes de colocar las piedras, stasdeben humedecerse y limpiarse.

H.Colocacin capa de concreto y las otras capas de piedra: Sobre la primera capa de piedra, se funde una capa de hormign de 10 cms y se va chuzando con un pedazo de varilla de 5/8 o una barra; luego se repite este proceso de colocar piedra y hormign para llenar hasta donde se haya fijado el nivel de enrase o llenado de la cimentacin.

I. Nivelar corona de cimientoLa parte superior del cimiento se llama corona y se nivela colocando un hilo entre los puntos que se dejaron despus de pasar nivel con la manguera. Se asienta con un palustre sin pasarse del hilo, los puntos deben dejarse en el centro de la zanja para que sirvan para marcar los de ejes. Al cimbrar el hilo despus de que el hormign haya fraguado un poco, queda marcado el eje sobre el hormign de la cimentacin.

J.Finalmente, despus de tener el ciclpeo vaciado, se procede a construir sobre ste la viga de cimentacin.

ZAPATA COMBINADA

PROCESO CONSTRUCTIVO:- Excavacin manual hasta el suelo de cimentacin.- Base de concreto pobre: una vez hecha la excavacin hasta el suelo de cimentacin, se debe colocar una capa de concreto de limpieza de 5 cm de espesor,cuya superficie debe alcanzar la cota inferior de la cimentacin indicada en los planos. Esta base de concreto simple ser en concreto pobre de70 KG/ cm2 (solado).- Luego, se arman los testeros de formaleta correspondientes a las caras laterales de las zapatas; estos testeros pueden ser de madera o metlicos y deben ser aceitados previamente para facilitar eldesencofrado una vez se hayan fundido las zapatas en concreto.- Posteriormente, se procede a colocar los refuerzos de la zapata y los arranques de columna de acuerdo con los planos de cimentacin con los debidos traslapos mostrados en los planos estructurales; los hierros se amarran con alambre.- Finalmente, se hace el vaciado del concreto.- Fundidas las zapatas de la cimentacin se procede a armar y fundir las vigas de cimentacin que articulan las zapatas.ZAPATAS CONECTADAS CON VIGA DE CONEXIN

PROCESO CONSTRUCTIVO:A. Interpretar el plano estructuralEn ste se puede ver: dimensiones, localizacin de armadura y sus dimetros, distancias y flejes.Tambin figuran en el plano los anclajes entre vigas, as como los anclajes para los cimientos ylas columnas.

B.Medir, cortar y figurar la varilla de acero.Teniendo como base las especificaciones que dan los planos estructurales proceda a medir y cortar la varilla principal para la viga, el de los flejes, y el de las columnas.Para la viga de la figura se requieren 4 varillas de 3/8 como refuerzo principal y varilla de para estribos o flejes.

C.La figuracin de los estribosse realiza teniendo en cuenta el recubrimiento del hierro con hormign. En el caso de una viga de15 cm de ancho por20 cmde alto, se debe hacer el estribo dejando2.5 cm para recubrimiento a cada lado, lo que hace que el estribo quede de10 cmde ancho por15 cmde alto y un gancho interno de8 cmpara que se ancle en el hormign. Por lo tanto se debe cortar la varilla para este estribo de una longitud igual a: 15+10+15+10+8+8= 66 cm

D.Armar la canasta para la viga y la columna.Se preparan hilos de alambre # 18 en longitudes de20 cmy con el gancho para amarrar se procede a armar la canasta teniendo en cuenta que los estribos van ms juntos a los extremos de la viga, cerca a las columnas, por lo tanto all se colocan a10 cmy en los centros a 20 cm.

E.Trasladar y emplazar la canastaSe lleva la canasta y se coloca sobre el cimiento (concreto ciclpeo, zapata o dado de pilotes); y se realiza los empalmes o traslapes necesarios con el cimiento de acuerdo con las especificaciones.

F.Colocar arranques de columnas:Los arranques de columnas se anclan o amarran despus de colocada la canasta de la viga de cimentacin.

G.Armar y colocar formaleta o encofrados de madera.Se untan con aceite quemado o con parafina con acpm los testeros de la formaleta para que el hormign no se pegue del encofrado.Se procede a localizar la formaleta teniendo como gua los ejes de la viga, se colocan a plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte superior para que el ancho de la viga se mantenga uniforme

H.Clavar y arriostrar el encofrado:Es necesario colocar, como se muestra en el dibujo, riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el empuje lateral del hormign durante al vaciarlo.La canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del fondo y completamente embebida en el hormign. Se marcan los niveles, estableciendo la altura de la viga y se fijan unos clavos para enrasar la corona del cimiento.

I.Fundida de la viga:Se procede a fundir la viga para lo cual se utiliza un concreto de resistencia especificada anteriormente. Durante el vaciado se debe chuzar el hormign con una varilla de 1/2 o 5/8 de pulgada y vibrar con una maceta de caucho mediante golpes suaves sobre la formaleta, o vibrar con vibrador mecnico sin excederse para no causar disgregacin de los materiales.

J.Nivelar corona de la vigaColocando un hilo entre los clavos de nivelacin y con la ayuda del palustre se procede a emparejar el concreto u hormign hasta el tope que marca el hilo para que as quede nivelada la corona.K.Desencofrado y curadoDespus de pasadas 12 horas, o al da siguiente de fundida la viga de cimentacin se procede a desencofrarla, quitando con mucho cuidado la formaleta y luego rociando con agua la viga por 7 das consecutivos, como mnimo, segn norma.

4. Losas de cimentacinde utilizacin del edificio, se disponen en la parte inferior de la losa.

PROCESO CONSTRUCTIVO:

Se limpia el terreno conformando una plataforma. Se realizan trazados con cal para marcar el terreno. Se realizan las excavaciones para las estructuras de refuerzos. Se rellena la excavacin de concreto. Se colocan las vigas. Se colocan las lminas corredizas de acero. Se colocan los dilatadores y separadores. Los cuales evitan el estrangulamiento en las vigas. Se coloca la malla de acero. Se adiciona el concreto y luego se inicia el vaciado, aplanamiento y aislamiento del concreto.

Cimentaciones profundas

Materiales

La construccin de pilotes admite distintos materiales:

Hormign armado ejecutado in situ mediante excavacin previa, aunque tambin podrn realizarse mediante desplazamiento del terreno o con tcnicas mixtas (excavacin y desplazamiento parcial) Hormign prefabricado que podr ser hormign armado (hormigones de alta resistencia) u hormign pretensado o postensado. Hay que tener en cuenta que, si los pilotes son de gran longitud, los armados deben estar previstos para soportar las tensiones derivadas del transporte. Acero configurado en secciones huecas de forma tubular o con perfiles en doble U; tambin perfiles laminados en H. Madera que se podr utilizar para pilotar zonas blandas amplias, como apoyo de estructuras con losa o terraplenes Mixtos, formados de acero tubular rodeados y/o rellenos de mortero

EJECUCION

En la colocacin de pilotes existen tres tcnicas diferentes, el hincado, la colocacin y la ejecucin in situ.

El hincado consiste en la introduccin en el terreno de los pilotes ya formados mediante vibracin o percusin con martinetes provistos de mazas. Estos mtodos se emplean con pilotes de hormign prefabricado, de madera o perfiles metlicos provistos, en cualquiera de los casos, de protecciones metlicas adecuadas en la punta (azuches). La maquinaria debe estar dotada de dispositivos de control que impidan el descentrado de las mazas.

Teniendo en cuenta que esta operacin produce desplazamientos laterales en el terreno, el proyecto de hincado debe contemplar una ejecucin desde el interior de la obra hacia el exterior.

La colocacin se restringe a pilotes metlicos que se introducen en pozos excavados previamente y que, posteriormente, se rellenan con mortero o con hormign.

La ejecucin in situ consiste en realizar una excavacin en pozo con o sin entibado hasta cota de asiento donde se introducen el hormign y las armaduras. Los pozos se entiban con camisas que se retiran a medida que avanza el hormigonado salvo que existan condiciones susceptibles de cortar o deteriorar el hormign (corrientes subterrneas, suelos deformables) en cuyo caso debe considerarse el perderlas. Cabe tambin la entiba sustitutiva o complementaria mediante relleno de lodos bentonticos

. Las ejecuciones sin entibacin son admisibles en suelos estables y siempre que no exista riesgo de alteracin de las paredes o el fondo del pozo. Tambin cuando se emplea la perforacin con barrena continua en la que la entibacin la constituye el propio elemento perforante; el hormigonado se produce a travs del eje de la barrena a medida que se retira y las armaduras se hincan a posteriori en el hormign fresco. Este ltimo mtodo no se considera recomendable en pilotes aislados, cuando tengan una inclinacin mayor de 6 o cuando existan capas de terreno inestable con un espesor mayor que 3 veces el dimetro del pilote. Tampoco en zonas consideradas de riesgo ssmico.

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