CONCRETO ARMADO II
DESARROLLO DEL PROGRAMA ANALÍTICO
CIMENTACIONES
3.1. GENERALIDADES
Las
cimentaciones tienen como misión transmitir al terreno las cargas que soporta
la estructura del edificio. De modo general se puede decir que existen dos
tipos de cimentación según que principalmente vayan a soportar esfuerzos de
compresión pura o que soporten, además, tensiones de tracción.
Esta consideración afecta al material que va a constituir la
cimentación.
El primer
caso se corresponde con estructuras sencillas basadas principalmente en muros
de carga. Se pueden emplear las cimentaciones denominadas ciclópeas en las que
se emplean sillares de piedra u hormigón en masa, sin armadura aunque se
recomienda la inclusión de un armado mínimo en su cara inferior con objeto de
absorber las tensiones producidas por distintos factores: atado,
arriostramiento, asientos diferenciales, defectos de hormigonado, etc. En el
resto de los casos, que constituyen la mayoría, se emplea el hormigón armado.
A los solos
efectos del estudio de la interacción suelo-cimentación, las zapatas se
clasifican en rígidas y flexibles según la relación entre el canto total (h) y
el vuelo máximo (Vmax).
Zapata rígida (Vmax ≤ 2h) Zapata
flexible (Vmax > 2h)
Tipos de zapatas según su rigidez
3.2. CLASES
Los
cimientos pueden clasificarse en cimentaciones propiamente dichas, anclajes y
muros-pantalla. Las primeras transmiten al terreno principalmente esfuerzos de
compresión y momentos flectores y se dividen atendiendo a su profundidad,
contada siempre desde la línea de cota de la obra, en directas o superficiales,
cimentaciones en pozo y cimentaciones profundas.
Los anclajes
transmiten tensiones de tracción. Conceptualmente, los murospantalla destinados
a la contención de tierras en excavaciones de sótanos suelen considerarse
dentro de la categoría de las cimentaciones aunque su función primordial no sea
la transmisión de esfuerzos al terreno. Por esa razón se hará una breve
referencia a ellos.
3.2.1. Cimentaciones directas
Básicamente
se consideran cuatro tipos: zapatas aisladas, combinadas o corridas,
emparrillados y losas.
a) 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.
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.
b) 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.
c) 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.
d) 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).
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.
3.2.2. 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.
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.
3.2.3. Cimentaciones profundas
Las
cimentaciones profundas se emplean cuando los estratos superiores del terreno
no son aptos para soportar una cimentación con zapatas.
En general,
se considera una cimentación como profunda cuando su extremo inferior sobre el
terreno se encuentra a una profundidad superior a ocho veces su anchura o
diámetro. Por su mayor complejidad tanto en su modo de trabajar como en la
ejecución o en los materiales empleados no existe una clasificación clara por
lo que pasamos a exponer estos aspectos aclarando que cada pilote se obtiene
combinando todas ellos.
a) Configuración
Se
consideran cuatro configuraciones principales: pilotes aislados, grupos de
pilotes, zonas pilotadas y micropilotes.
Los pilotes aislados son aquellos que están
lo suficientemente alejados de los demás pilotes como para que no exista
interacción geotécnica entre ellos. Los grupos
de pilotes se encuentran unidos por elementos lo suficientemente rígidos
como para que los pilotes trabajen conjuntamente. Las zonas pilotadas son aquellas en las que los pilotes no sirven de
apoyo directo a los soportes sino que están colocados para reducir los asientos
o asegurar la estructura. En estos casos los pilotes son de escasa capacidad
portante individual y estar situados a distancias regulares.
Por último, los micropilotes son aquellos compuestos por una armadura metálica
formada por tubos, barras o perfiles colocados en un taladro de pequeño
diámetro inyectado con lechada de mortero a presión más o menos elevada. Este
tipo de elementos se emplea fundamentalmente en operaciones de recalce de
cimentaciones que han sufrido asientos diferenciales de suficiente importancia
como para haber producido deterioros en la integridad del edificio.
b) Forma de trabajo
Los pilotes
tienen tres partes: punta, fuste y encepado o apoyo. Su modo de trabajo depende
de la naturaleza del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un
estrato resistente.
Cuando no
resulta técnica o económicamente viable alcanzar un estrato con resistencia
adecuada se diseñan los pilotes para su trabajo por fuste, en cuyo caso se denominan flotantes, y transmiten la carga al terreno por rozamiento. Si
existe la posibilidad de llegar a una zona de mayor resistencia se considera
que el pilote trabaja por punta, con
contribución o no del fuste.
Trabajo por fuste Trabajo
por punta
Los
encepados se pueden arriostrar cuando resulte necesario mediante vigas
centradoras en una o en dos direcciones y/o con un forjado de solera.
c) Materiales
La construcción de pilotes admite distintos materiales:
•
Hormigón armado ejecutado “in situ” mediante excavación
previa, aunque también podrán realizarse mediante desplazamiento del terreno o
con técnicas mixtas (excavación y desplazamiento parcial)
•
Hormigón prefabricado que podrá ser hormigón armado
(hormigones de alta resistencia) u hormigón 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; también perfiles laminados en H.
•
Madera que se podrá 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
VIDEO SOBRE CIMENTACIÓN
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