Cimentaciones Profundas: Tipos, Sistemas Constructivos y Aplicaciones, Resúmenes de Estructuras y Materiales

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CIMENTACIONES PROFUNDAS

Geimy Viviana Jiménez Cárdenas Omar Camilo Cubides Fernando Patarroyo Becerra SENA 1 PROCESOS Facultad de Arquitectura 2022

CONTENIDO

CIMENTACIONES PROFUNDAS

Las cimentaciones profundas son una clase de cimentación pensada para solucionar la transmisión de cargas a los sustratos más resistentes del suelo. El desarrollo de este tipo de cimentación requiere de una maquinaria específica, así como de técnicas de excavación y evacuación del material obtenido.

¿CUÁNDO SE IMPLEMENTAN?

Este tipo de sistemas se emplean cuando los estratos del suelo debajo de la estructura no son capaces de soportar la carga con un asentamiento tolerable o una seguridad adecuada contra esfuerzos cortantes. Las cimentaciones profundas generalmente se usan para transferir la carga de las estructuras de ingeniería civil hacia estratos más profundos y que tengan mejores propiedades físicas, es decir que sean más competentes, y se hacen debido a que los suelos superficiales son de mala calidad, para aguantar construcciones. Al igual que en edificios altos, sometidos a esfuerzos por vientos o en estructuras con elementos sometidos a tracción (cables o anclajes). En construcciones que resisten cargas inclinadas o para el recalce de cimientos existentes. En esa línea, las cimentaciones profundas se utilizan principalmente cuando:

• El terreno resistente está profundo.
• No hay terreno resistente y por tanto se excede de la capacidad portante del existente.
• Los pilotes son solicitados a tracción.
• Es necesario resistir cargas inclinadas.
• Edificaciones de gran altura.
• En edificios sobre el agua.
• Si el terreno puede sufrir variaciones volumétricas superficiales estacionales.
• Es necesaria una cimentación profunda cuando los esfuerzos de la construcción no se pueden distribuir convenientemente con una cimentación superficial.

VENTAJAS

Es necesario aplicar cimentaciones profundas cuando las cimentaciones superficiales sean tan pesadas que representen un riesgo para la seguridad. No obstante, este tipo de cimentaciones, también se recomienda para hacer más fuerte el anclaje de las estructuras frente a fuerzas de levantamiento. Otros casos, donde las cimentaciones profundas son necesarias, es cuando el tipo de suelo lo demande. Asimismo, las cimentaciones profundas se pueden usar para soportar estructuras nuevas o existentes. Están conectados a la obra de construcción y se pueden instalar antes de la construcción del edificio o como elementos de soporte para las estructuras existentes.

Este tipo de cimentaciones se utilizan generalmente para edificios más altos y pesados que requieren un mayor soporte. Puede ser especialmente beneficioso en áreas donde es probable que ocurran terremotos.

TIPOS DE CIMENTACIÓN

En el mercado de la construcción se pueden identificar distintos tipos de cimentaciones según los casos y las condiciones del suelo en las que se realizará la construcción. “Existen diferentes tipos de cimentaciones profundas, de acuerdo con el tipo de perforación que se realiza sobre el terreno y según el tipo de material que se emplea en la construcción de esta”, aseveró Paul Angulo, gerente comercial de Soletanche Bachy Perú. El experto agregó que entre las técnicas más empleadas se encuentran los pilotes y micropilotes, los cuales se diferencian por las dimensiones de estos, entre otros. 1.-MUROS PANTALLA. Una de las técnicas en cimentaciones profundas son los muros pantalla, que constituyen un tipo de cimentación profunda muy usada en edificios de altura, que actúa con un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costos y mayor desarrollo en superficies. El muro pantalla es una muralla 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. También son utilizados en las áreas urbanas para los edificios que cuentan con sótanos, y para estacionamientos con el objetivo que sean muros de contención del agua subterránea que se presenta en las carreteras y túneles. http://www.colombia.generadordeprecios.info/obra_nueva/calculaprecio.asp?Valor=1|0|2|CCP020|ccp_muro_casa%20co n_lodo:_0_0_0|ccp_cues:_29000|acero:_0_0|hormigon%20pantallas_ccp_020_030_040:0_0_0_0_0_0_1_0_0_0_0 0

Como se muestra en el esquema, se trata de dos muretes de hormigón, uno a cada lado del espesor de la pantalla (en ocasiones solo uno, si hay medianera), en todo su perímetro, de unos 80-100cm, que servirán para guiar la posición de la cuchara bivalva en su recorrido de la excavación, ya que, al estar limitada por estos dos muretes, siempre bajará en el mismo plano, sin girarse ni desplazarse en su recorrido. https://enriquealario.com/ejecucion-muros-pantalla-paso-a-paso/ También es importante, antes de ponerse a meter la cuchara, tener bien planificado el orden de la excavación, de manera que no se ejecuten dos pantallas contiguas al mismo tiempo o cuando una de ellas esté recién hormigonada. Otro tema para tener en cuenta en este tipo de cimentaciones son los lodos bentoníticos.

Los lodos bentoníticos son una mezcla de bentonita (un tipo de arcilla, por simplificar) y agua, lo que crea un líquido tixotrópico que mantiene la viscosidad sin decantar, que sirve para que, según se van vaciando las tierras de cada pantalla, se van rellenando con este lodo bentonítico para evitar que las paredes de la excavación caigan dentro de la pantalla. Una vez todo preparado ya se puede meter la bivalva para hacer el vaciado hasta la profundidad que se haya proyectado. Seguido la colocación de las juntas de extremos de la pantalla, estas juntas sirven para trabar las pantallas continuas y además, en caso de tener problemas con el nivel freático, sirven también para colocar barreras que impidan el paso de agua a través de la unión de ambas pantallas. Se suelen ejecutar mediante la colocación de un panel de junta con medio tubo cilíndrico en los extremos de la pantalla, de manera que, al hormigonarse y retirar el tubo, queda una forma cóncava que se trabará con la siguiente pantalla. En caso de tener problemas con el nivel freático la cosa se complica más, pues hay que poner barreras que corten el paso del agua. En este caso se utilizan paneles de junta, también con una forma que moldea el hormigón para dejar una traba, pero que además aloja una banda de sellado en toda la profundidad de la pantalla. Al hormigonar contra el panel de junta, una de las partes de la banda de sellado se queda embebida en el hormigón y, al retirar el panel (con el hormigón ya endurecido de la pantalla ejecutada), la otra parte de la banda queda en la parte de la siguiente pantalla a rellenar, de modo que quedará embebida en esa pantalla contigua y se bloquea el paso del agua a través de la junta entre ambas.

• Ejecución de muros pantalla.
• Colocación panel de junta
• Colocación de panel de junta en el extremo de la excavación de pantalla
• Ejecución de muros pantalla. Junta estanca entre pantallas
• Panel de junta con la banda de sellado colocada, preparada para ser hormigonada la pantalla.

• Ejecución de muros pantalla. Colocación armada de pantalla
• Ejecución de muros pantalla. Soldadura empalmes de armado Hormigonado de muros pantalla El hormigonado de los muros pantalla también tiene sus peculiaridades, ya que la profundidad a la que se encuentra el fondo de la excavación junto con el riesgo de que se desprendan tierras durante el proceso de hormigonado hacen que sea especialmente complicado. Hay un par de elementos que son fundamentales para el hormigonado de muros pantalla. Por un lado, el tubo Tremie y por otro lado los lodos bentoníticos. El tubo Tremie sirve para poder hormigonar a gran profundidad sin que el hormigón sufra disgregación, ya que permite el llenado por flujo inverso, es decir, desde el fondo hacia arriba. El tubo Tremie se coloca en el interior de la excavación en casi toda su profundidad, de manera que el hormigón se vierte sobre la tolva superior y discurre hasta el fondo guiado por el tubo, llenándose la excavación desde el fondo y haciendo subir las impurezas y los lodos bentoníticos. En caso de que la excavación sea muy profunda, habrá que ir empalmando tramos de tubo para alcanzar el fondo, pero además, durante el hormigonado, habrá que ir levantando el tubo según se va llenando la excavación, puesto que llega un punto en el que la presión del hormigón que hay llenando la excavación es mayor que la que ejerce el hormigón que desciende por el tubo y por lo tanto no puede salir de él.

• Ejecución de muros pantalla. Conexión tubos de hormigonado Otro elemento importante antes de realizar el hormigonado son los lodos bentoníticos. Como ya se comentó, este tipo de lodos mantienen la viscosidad sin decantar, ejerciendo presión sobre las paredes internas de la excavación, lo que evita que éstas se puedan desprender al interior de la excavación contaminando el hormigón durante el vertido. Los lodos se encuentran en unos depósitos que los van bombeando al interior de la excavación según se va vaciando, quedando prácticamente llena hasta la altura del murete guía. Según se va introduciendo hormigón a través del tubo Tremie, el volumen de lodos lo va sustituyendo el volumen de hormigón vertido, por lo que los mismos se van extrayendo mediante bombeo, llevándolos de nuevo a los depósitos para filtrarlos y volverlos a utilizar en la siguiente pantalla. Al estar en contacto la parte superior del hormigón con los lodos que se van extrayendo, esta parte de hormigón queda contaminada, por lo que una vez finalizado el hormigonado y con el hormigón endurecido, es necesario picar y eliminar esta zona contaminada hasta alcanzar el hormigón en buen estado. Siguientes fases de la ejecución de muros pantalla Una vez hormigonadas todas las pantallas hay que ejecutar las vigas de coronación, el vaciado, los anclajes o apuntalamientos entre muros, picados para anclar losas y forjados… 2.-CIMENTACIÓN POR SUSTITUCIÓN. La cimentación por sustitución se realiza mediante la excavación del terreno, donde el peso del material excavado y extraído será igual o proporcional al peso de la construcción a realizar; conociendo cada una de las etapas que componen dicho suelo (características del terreno) y según las características de la estructura que sustentará y las cargas que actúen sobre la misma.

SISTEMA CONSTRUCTIVO Se realiza la excavación hasta llegar a terreno competente y se sustituye el existente por un terreno mejorado y compactado. Esta constituye una solución válida en casos de espesores y cargas uniformes y pequeñas. Técnicamente, solo se definirán bien las características del material usado en el relleno y terraplenado, la densidad y humedad máximas (Ensayo Proctor) y espesores de material aportado. Debe realizarse un control con medidas de humedad (in situ) y densidad, y los ensayos correspondientes de placa de carga para evaluar posibles asientos y deformaciones. 3.-CIMENTACIONES POR FLOTACIÓN. Otro tipo de cimentación que podemos encontrar son las que se realizan por flotación. Estas se basan en el Principio de Arquímedes, el cual postula que “todo cuerpo sumergido en un líquido estático experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del líquido desalojado”. Por ello, se debe prever en este tipo de construcciones que se ejecuten perfectamente impermeables calculando la reacción al empuje ascendente vertical para evitar el hundimiento o el volteo de la estructura. El pilote o sistema por pilotaje. Es también un tipo de cimentación profunda, aunque de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas. El pilotaje es utilizado en distintos casos. Algunos ejemplos son cuando existen edificios o construcción de altura expuestos a fuertes vientos: o que requieren de elementos que trabajen a la tracción como estructura anclada en el suelo; también cuando es necesario resistir cargar inclinadas, como en los muros de contención de los muelles; y cuando se debe recalzar cimientos existentes. En la cimentación por pilotaje deben observarse los siguientes factores de incidencia, por ejemplo: el rozamiento y adherencia entre suelo y cuerpo del pilote; la resistencia por punta, en caso de transmitir compresiones, para absorber esfuerzos de tracción puede ensancharse la parte inferior del pilote, para que trabaje el suelo superior; y la combinación de los factores anteriormente mencionados. Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las cargas transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el rozamiento lateral puede ser de importancia según el caso.

https://pdfcoffee.com/cimentacion-por-flotacion- 2 - pdf-free.html 4.-MICROPILOTES. Los micropilotes son elementos de gran uso en la construcción de cimientos, estos se encargan reforzar y soportar diferentes estructuras gracias a la carcasa de acero que se encuentra en su interior. La carcasa o también conocida como canastilla se introduce luego de haber realizado la perforación del terreno hasta la profundidad y con el diámetro necesario, después se llena con concreto de alta resistencia, en cortequipos. “Cabe destacar que una alternativa a la ejecución de cimentaciones profundas, los cuales son elementos que forman parte de la estructura, es el mejoramiento de las propiedades del suelo, mediante elementos como columnas de grava y/o inclusiones rígidas para poder apoyar cimentaciones superficiales sobre este sistema de suelo mejorado”, dijo el representante de Geofundaciones.

IMPLEMENTACIÓN

Para la aplicación de la técnica de cimentación profunda, es necesario cumplir ciertas condiciones. Un claro ejemplo es cuando los esfuerzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo. Otros caso se da cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales por hinchamientos y retracciones; cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de baja calidad; cuando los cimientos están solicitados a tracción, tal como ocurre en edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos; o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo. También se da esta situación cuando los edificios están ubicados sobre el agua; para resistir cargas inclinadas, como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir el impacto de los casos de barcos durante el atraque; o para el recalce de cimientos existentes. Según mencionó Ángel Martínez Cerdán, director general en Cimentaciones Además, el especialista de Terratest Perú indicó que es fundamental se realice un adecuado estudio de Mecánica de Suelos, así como un levantamiento exacto de las interferencias (redes de agua, luz, desagüe, gas, telecomunicaciones) y edificaciones vecinas al terreno dónde se van a ejecutar los trabajos. Respecto a los equipos, para las cimentaciones profundas se emplean maquinarias especializadas, los mismos que deben tener un buen soporte técnico, y las herramientas adecuadas dependiendo el tipo de suelo sobre el cual se va a cimentar. “Los equipos empleados son principalmente piloteras de gran tamaño, para poder ejecutar pilotes de grandes dimensiones a grandes profundidades, grúas de excavación sobre orugas con ciertas características especiales que permiten el empleo de diversos tipos de herramientas para excavación y también equipos de pequeño diámetro, especialmente diseñados para micropilotes”, aseguró el representante de Soletanche Bachy Perú. Fuente: Revista CONSTRUCTIVO (Año 23, Edición 147, Febrero-Marzo 2021)

WEBGRAFÍA

• https://optimizacontratistas.com/04-tipos-de-cimentaciones-profundas-en- construccion/
• https://posada.pe/cimentaciones-profundas/
• https://enriquealario.com/ejecucion-muros-pantalla-paso-a-paso/
• http://soda.ustadistancia.edu.co/enlinea/patologia/2/por_sustitucin.html