tipologÍa de cimentaciones, exploraciÓn de suelos y sÍntesis norma e050
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TIPOLOGÍA DE CIMENTACIONES
CIMENTACIONES
Una cimentación es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es
transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este
al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni
produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es,
generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área
de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más
grande que los elementos soportados.
La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que
soportan a la estructura. Hay que prestar especial atención ya que la
estabilidad de la construcción depende en gran medida del tipo de terreno.
TIPOS DE CIMENTACIONES
1. Cimentaciones Superficiales.
Las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite
la estructura a través de sus elementos de apoyo sobre una superficie
de terreno bastante grande que admite esas cargas. Se
considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de
profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas
del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en
forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que
puedan afectar la funcionalidad de la estructura.
Existen varios tipos de Cimentaciones Superficiales, los cuales se
detallan a continuación:
Terreno firme a profundidad asequible.
-Cimentación Continua de Mampostería o Concreto en Masa.
-Cimentación Continua de Concreto Armado.
-Macizos Aislados de Concreto en Masa.
-Zapatas Aisladas de Concreto Armado (rígidas y flexibles).
Terreno firme a profundidad media.
-Cimentación por pilares y arcos.
-Cimentación por pilares y vigas.
Terreno firme a gran profundidad.
-Cimentación por vigas flotantes de concreto armado.
-Cimentación por losa de concreto armado.
2. Cimentaciones Profundas.
Las Cimentaciones Profunda son un tipo de Cimentaciones que
solucionan la trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del
suelo.
Entre estas cimentaciones se destacan:
Las cimentaciones profundas se clasifican en: Muros Pantalla,
Sustitución, Flotación, Pilotes.
Muros Pantalla
Es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado
de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno.
Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en
forma temporal para la contención y retención de paredes.
En las grandes ciudades, para obtener más espacios de uso en edificios,
se proyectan sótanos o subsuelos que muchas veces llegan hasta 20
metros de profundidad. Son éstas las soluciones ante los elevados costes
de terrenos y la necesidad de obtener mayor superficie.
A estos efectos, se trata de conseguir muros de contención del menor
espesor posible conservando una buena calidad y que ofrezcan
seguridad y buen diseño.
Pilotes
Es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el
terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las
cargas transmitidas.
Los pilotes se usan cuando las cargas transmitidas por el edificio no se
pueden distribuir adecuadamente en una cimentación
superficial excediendo la capacidad portante del suelo, así como cuando
la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca
del nivel de suelo, además se usan cuando los cimientos están
sometidos a esfuerzos de tracción.
Los materiales más utilizados son: madera, acero y concreto.
Entre los tipos de pilotes tenemos: pilotes prefabricados, pilotes de
desplazamiento, pilotes con extracción de tierras.
Micro pilotes
Los micro pilotes son pilotes de pequeño diámetro (< 30cm) y se
componen de una barra, tubo de acero o de armadura de acero que
constituye el núcleo portante, el cual se recubre normalmente de
lechada inyectada de cemento que forma el bulbo.
Las características técnicas de los materiales y modo de ejecución de
estos micro pilotes permiten lograr altas capacidades de carga (30 a 150
ton) tanto a la tracción como a la compresión con deformaciones
mínimas. El micro pilotes se utilizan en nuevas cimentaciones para
estructuras dentro de edificios existentes con espacios de trabajo
reducido, socalzados de cimentaciones existentes, cimentaciones de
torres y mono postes para Líneas de alta tensión o de telefonía, anclaje
de losas de supresión, y de este modo contrarrestar los esfuerzos de las
napas subterráneas, entre otros.
Cimentación directa o superficial
Básicamente se consideran cuatro tipos: zapatas aisladas, combinadas o
corridas, emparrillados y losas.
Zapatas aisladas
Las zapatas aisladas son bloques de hormigón armado de planta cuadrada o
rectangular. Normalmente soportan un único pilar salvo en casos
excepcionales, por ejemplo cuando por motivos de la longitud de la sección
del edificio se requiere duplicar la estructura en algún punto para establecer
juntas de dilatación. Se utilizan cuando el terreno es firme, con presiones
medias altas y se esperan asientos diferenciales reducidos.
Planta de cimentación con zapatas aisladas.
Cuando las zapatas sufran una elevada excentricidad en una o las dos
direcciones principales (soportes medianeros y de esquina) es necesaria la
disposición de vigas centradoras o de atado entre las zapatas con objeto de
disminuir los momentos aplicados. En todo caso, resulta conveniente la
disposición de estos elementos en el perímetro de la cimentación al objeto
de disminuir la incidencia de los asientos diferenciales.
Zapatas combinadas o corridas
Este tipo de cimentación se emplea cuando las zapatas aisladas se
encuentran muy próximas o incluso se solapan. Las causas que originan
esta situación son varias: la proximidad de los pilares, la existencia de
fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a elevados asientos
diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la presencia de
discontinuidades en este. Si el número de pilares que soporta es menor de
tres se denominan combinadas y corridas en caso contrario. También se
utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga o muros
de contención de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo caso
la anchura de la zapata puede ser variable.
Zapata corrida
Emparrillados
En el emparrillado, la estructura se asienta en una única cimentación
constituida por un conjunto de zapatas corridas dispuestas en forma de
retícula ortogonal. Este tipo de cimentación se emplea cuando la capacidad
portante del terreno es escasa o cuando presenta una elevada
heterogeneidad, lo que hace prever que puedan producirse asientos
diferenciales importantes que constituyan un riesgo elevado para la
integridad del edificio.
Cimentación en emparrillado
Losas
La cimentación 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 especiales para
mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes
individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y
refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras).
Cimentación en losa
En particular, también cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se
diseñan cimentaciones “compensadas”. En ellas el diseño de la edificación
incluye la existencia de sótanos 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 deberá preverse la distribución proporcional
de los sótanos así como juntas estructurales.
Cimentación compensada
El volumen de sótano es proporcional al volumen de edificio sobre él.
La cimentación por losa en terrenos compresibles, al crear un hundimiento
generalizado de los estratos inferiores, requiere un estudio adicional de los
asientos inducidos en las edificaciones colindantes.
Asientos inducidos por cimentación con losa
Cimentación en pozo
La cimentación en pozo constituye una solución intermedia entre
cimentaciones profundas y superficiales. Se aplica cuando la resistencia del
suelo requerida se alcanza a profundidades medias pero sin que se
justifique la necesidad de cimentar con pilotes.
Para su ejecución se excava un pozo hasta la cota resistente y, a partir de
aquí, existen dos posibilidades. La primera consiste en rellenar el pozo con
hormigón pobre hasta cota conveniente y, sobre esta columna, se apoya la
zapata. La segunda consiste en ejecutar la zapata directamente sobre el
suelo y, con objeto de no aumentar la esbeltez del pilar, apoyar este sobre
un plinto de hormigón. En ambos casos es preciso considerar en el cálculo el
peso adicional, sea del bloque de relleno de hormigón o de la tierra sobre la
zapata.
Tipos de pozos de cimentación
Cuando existan momentos o esfuerzos horizontales elevados aplicados en la
base del pilar y el empuje lateral del terreno sea escaso deben introducirse
vigas centradoras.
Cimentación de máquina
A diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están
sometidas a cargas estáticas o cuasi estáticas, las cimentaciones de
maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia
de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de
vibraciones y el estado límite último de fatiga.
Algunos tipos de cimentación usados para maquinaria son:
Tipo bloque
Tipo celdas
De muros
Porticadas
Con pilotes
Sobre apoyos elásticos
De soporte
METODOLOGÍA DE EXPLORACIÓN DE SUELOS
Exploración:
-Las características geotécnicas de las rocas o los suelos que
constituyen.
-Origen y clasificación geológica de suelos y rocas.
-Secuencia de los estratos o capas de suelo o roca.
-Clasificación geotécnica de los materiales de cada estrato.
-Estructura y consistencia natural de los materiales de cada estrato.
-Posición del nivel freático.
Reconocimiento del terreno:
-Consiste en recorrer el sitio y evaluar visualmente las condiciones
locales.
-Si hay evidencia de problemas de estabilidad de taludes.
-Si existen construcciones cercanas.
-Cuáles son las condiciones de drenaje.
-Que tipos de suelo y/o rocas se encuentran en la superficie.
-Si existen problemas de acceso que puedan limitar los tipos de
exploración.
Análisis de los resultados de los ensayos de laboratorio:
-Seleccionar el tipo y profundidad de la cimentación adecuada para
una estructura dada.
-Evaluar la capacidad de carga de la cimentación.
-Estimar el asentamiento probable de una estructura.
-Determinar la localización del nivel freático.
-Detectar problemas potenciales de cimentación.
Métodos de Exploración de Suelos
Son los métodos que frecuentemente desarrolla el ingeniero de suelo para
auscultar en forma directa en el sitio el subsuelo donde se pretende
construir una obra civil o el estudio de su entorno. Los métodos para
determinar las características de estratificación e ingeniería de los
subsuelos son los siguientes:
Pozos de prueba – calicatas (excavaciones a cielo
abierto).
Es el método más barato de exploración superficial. Los pozos se pueden
excavar manualmente empleando mano de obra local, pero las
pequeñas excavadoras mecánicas en un tractor son, si están disponibles
localmente, económicas y rápidas. En caso de que sea necesario que los
hombres trabajen en el fondo de los pozos para obtener muestras de
suelo, por ejemplo, serán necesarios los soportes de los lados de los
pozos con una profundidad mayor de 1.2 m, por el riesgo de colapso. Se
debe tomar en cuenta también la posible presencia de gases venenosos
o asfixiantes, por lo que se juzga necesaria la provisión de aparatos de
detección de gases. En suelos con soporte acuífero, especialmente las
arenas, surgen dificultades para excavar debajo del manto acuífero, por
lo cual los pozos de prueba pueden resultar mis costosos que las
perforaciones, dadas las condiciones. Los pozos de prueba proporcionan
una visión clara de la estratificación de los suelos y de la presencia de
cristales o bolsas de material más débil. Facilitan la toma de muestras de
suelo cortadas a mano, evitando la alteración. Son especialmente
valiosos para investigar la naturaleza del material de relleno, ya que las
capas de depósitos sueltos o material deteriorado se pueden reconocer
enseguida. De hecho, los pozos de prueba o las zanjas son el único
medio confiable para obtener información pertinente en terrenos con
relleno o con depósitos naturales muy variados.
Perforaciones barrenadas manualmente.
Las perforaciones barrenadas manual o mecánicamente son también un
medio barato de exploración del subsuelo en tipos de suelo favorables,
pero los suelos deben tener la cohesión suficiente para que las paredes
de la excavación puedan permanecer sin soporte y no existir guijarros,
pedregones o cualquier otra obstrucción que impida la rotación de la
barrena. Si se hace cuidadosamente, la barrena es el menos molesto de
los métodos de perforación. Las barrenas de vuelo de gusano (worm
flight auger), en las cuales los cortes del suelo se llevan a la superficie
mediante una hélice en movimiento continuo, se pueden usar para las
obras de investigación del terreno si se las provee de un tubo central
hueco en el cual se adapta el tubo de muestreo o el medidor in situ. La
perforación con barrena es el método más simple de efectuar sondeos
de exploración. La figura muestra dos tipos de barrenas manuales: la
barrena de agujeros para postes y la barrena helicoidal. Las manuales no
deben usarse para excavaciones de más de 3 a 5 m (10-16 pies). Sin
embargo, se usan para exploraciones de suelos en algunas carreteras y
en estructuras pequeñas. Existen barrenas helicoidales eléctricas
manuales (76.2 mm a 304.8 mm de diámetro) adecuadas para
perforaciones más profundas. Las muestras de suelo obtenidas en tales
perforaciones están sumamente alteradas. En algunos suelos no
cohesivos o con baja cohesión, las paredes de los barrenos no son
estables por sí mismas. En tales circunstancias, un tubo metálico se usa
como ademe para impedir que el suelo se derrumbe. Las perforaciones
con barrenas son eficientes en suelo que no requieran revestimiento
para evitar el derrumbe de sus paredes, puesto que, tanto en el sistema
manual como en el motorizado, el empleo de tuberías de revestimiento
hace incómoda y dispendiosa la perforación.
Perforaciones por percusión con cables ligeros.
El sondeo por percusión es un método alternativo de excavar un
barreno, particularmente a través de roca y suelo duro. Un trépano
pesado de perforación se sube y baja para cortar el suelo duro. Las
partículas de suelo recortado son llevadas a la superficie por circulación
de agua. El sondeo por percusión puede requerir de un ademe. Las
perforadoras por percusión con cables ligeros se pueden usar en
cualquier tipo de terreno ya que las perforaciones se pueden alinear
donde se requieran mediante tubos de acero y se usa una gran variedad
de herramientas para diferentes tipos de suelo y roca. Una torre con
cables de percusión requiere un torno de fricción para levantar o bajar
las herramientas de perforación como lo muestra la figura 1,3. Estas
máquinas pueden estar provistas de un motor hidráulico para operar un
taladro rotatorio adecuado para la perforación en roca hasta un límite de
penetración.
La perforación por percusión es uno de los procedimientos más antiguos
para avanzar perforaciones profundas en la mayoría de suelos, rocas, y
es notablemente superior a otros procedimientos para penetrar
depósitos de grava gruesa, formaciones que contienen grandes cantos y
rocas muy fisuradas o con cavernas. Es relativamente lenta en arcillas y
en lutitas pegajosas, y es prácticamente imposible de usar en arena fina
suelta. La utilización exclusiva del procedimiento de percusión no es
conveniente como método general de exploración, por las dificultades
para detectar la presencia de estratos delgados y pequeños cambios en
las características del suelo; además, los barrenos pueden alterar el
suelo objeto del muestreo. La utilización de pequeñas cargas explosivas
para romper o aflojar obstrucciones ocasionales o formaciones duras
puede considerarse como una variante de este procedimiento.
Pruebas de penetración dinámica de cono.
Las pruebas de la dinámica emplean varios tipos de varilla con o sin cono
u otros extremos especialmente alargados, los cuales son insertados en
el suelo mediante golpes de un martillo de gota (drop bammer). Se
registra el número de golpes necesarios en una distancia dada.
El método no tiene aplicación directa en el diseño de cimentaciones
superficiales, todavía no establece la correlación entre la prueba de
resistencia dinámica y características tales como la densidad ín situ, la
capacidad de carga y asentamiento, como en la prueba de penetración
estándar. Sin embargo, la prueba dinámica es un medio útil para
complementar la información obtenida en las perforaciones
convencionales y pruebas de penetración in situ; resulta especialmente
ventajosa para delinear áreas de suelo débil que descansan sobre
estratos fuertes y para localizar cavidades en formaciones rocosas
débiles.
Pruebas de penetración estática de cono.
Se utiliza ampliamente para investigaciones en suelos de baja cohesión.
Se usan tres tipos de penetrómetros en general (ver figura). En los tres
la base del extremo en forma de cono tiene un área de 1000 mm2 y un
ángulo en el vértice de 60°. La prueba estática de cono es también un
método valioso para registrar variaciones en los valores in situ de la
densidad le suelos de arena suelta o arenas laminadas, y arcillas en
condiciones en las cuales la densidad in situ se altera por las Aras de
perforación, por lo cual la evaluación resultante de la prueba de
penetración estándar no es confiable. En suelos de grave gruesos, el
cono solamente puede alcanzar una penetraron limitada. Los actuales
penetrómetros de cono miden (a) la resistencia de cono (qc) a la
penetración desarrollada por el cono, que es igual a la fuerza vertical
aplicada al cono dividida entre su área horizontal proyectada y (b) la
resistencia por fricción (fc), que es la resistencia medida por un
manguito situado arriba del cono con el suelo local rodeándolo. La
resistencia por fricción es igual a la fuerza vertical aplicada al manguito
dividido entre su área superficial, en realidad la suma de la fricción y la
adhesión.
SÍNTESIS DE NORMA E050
La Norma E050 es un documento que establece requisitos para la
ejecución de un Estudio de Mecánica de Suelos (EMS), con fines de
cimentación edificaciones y otras obras, con la finalidad de asegurar la
estabilidad de las obras y para promover la utilización racional de los
recursos. Y esto a su vez ayuda al ingeniero a guiarse y establecer
parámetros óptimos para su trabajo.
Esta norma tiene imposición en edificaciones que de alguna manera,
además de su colapso, presenten ciertos riesgos para la sociedad. De no
aplicarse, el profesional responsable asume todo el compromiso de su
estimación en obra y deberá informar que medidas tomó.
La norma establece en el Estudio una información plena del terreno, de
la obra a cimentar, de la zona, etc. y otras informaciones importantes
que deberá de anexarse al informe según su trascendencia.
En ella también podemos encontrar aplicaciones de técnicas de
investigación los cuales sugieren cuál es la técnica más eficiente para
nuestra obra y así poder desarrollar un eficiente informe.
También establece cómo debemos hacer un programa investigación de
campo y laboratorio con condiciones mínimas exigidas.
Indica también que el informe del EMS comprenderá; Memoria
Descriptiva Planos y Perfiles de Suelos Resultados de los Ensayos "In
situ" y de Laboratorio.
Indica también el análisis de las condiciones de cimentación en materia
de cargas a usar, indicación de asentamiento tolerable para nuestra
edificación, seguridad y presión admisible para la cimentación.
Indica también todo lo referente a cimentaciones superficiales y
cimentaciones profundas y problemas especiales de cimentación.
Informe de Norma E050
La Norma E050 es una pauta muy importante de sumo beneficio para el
ingeniero que quiere ejecutar un EMS. Su importancia radica en que sugiere
y obliga parámetros mínimos para la eficiencia de un EMS y
consecuentemente un óptimo trabajo de ingeniería. También instruye al
ingeniero a presentar cierta información de exigencia global en cualquier
informe, facilitando la difusión de dicho documento y su, en caso de
requerirse, análisis de otro profesional.
Esta norma también condiciona al ingeniero a cumplir las reglas
establecidas y exige de él un buen trabajo, a la vez que brinda a la sociedad
la seguridad de que dichas normas son eficientes y que su cumplimiento es
beneficio para la comunidad. Por último, es necesario que el profesional y
por qué no, el estudiante de ingeniería asuma un compromiso forzoso en
exigirse conocer plenamente dicha norma debido a su vital importancia y
que una vez en su desempeño profesional sea consciente y aplique la
norma y sus conocimientos en obra para realizar un buen trabajo que es lo
que espera la sociedad de él.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.construmatica.com/construpedia/
Cimentaciones_Superficiales
http://www.construmatica.com/construpedia/Muros_Pantalla
http://www.mapfre.com/documentacion/publico/i18n/
catalogo_imagenes/grupo.cmd?path=1036794
http://www.terratest.com.pe/productos.php?id=11
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
Tema: Tipología de Cimentación, Métodos de Exploración de Suelos y Síntesis de la Norma
E050.
Curso : Mecánica de Suelos I.
Ciclo : 2012 – II.
Docente : Ing. Enrique Napoleón Martínez Quiroz.
Alumna : Zulema Flor de María Doria Delgado.
103110.
Tarapoto – Perú
2012