[Fecha]
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL
MECANICA DE SUELOS APLICADA
INGENIERÍA CIVIL
UNIDAD 4:
TIPO DE CIMENTACIÓN
ALUMNO:
JULIO CESAR GÓMEZ DE LA CRUZ
DOCENTE:
ING. SERGIO EMMANUEL ARRIETA VERA
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Clases de cimentaciones en edificios, Resúmenes de Procedimientos de Construccion
Muestra los distintos tipos de cimentaciones o fundaciones de edificios y su proceso de construcción
Tipo: Resúmenes
2020/2021
1 / 46
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[Fecha]
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL
MECANICA DE SUELOS APLICADA
INGENIERÍA CIVIL
UNIDAD 4:
TIPO DE CIMENTACIÓN
ALUMNO:
JULIO CESAR GÓMEZ DE LA CRUZ
DOCENTE:
ING. SERGIO EMMANUEL ARRIETA VERA
4. TIPO DE CIMENTACIÓN
4.1. Clasificación de las cimentaciones Las cimentaciones de estructuras de concreto o acero (edificios, torres, puentes, etc.) se clasifican en la siguiente forma: cajones cilindros pilas especiales de punta de fricción o adherencia mixtos pilotes sobrecompensados compensados parcialmente compensados totalmente cajones losas zapatas Profundas Superficiales Cimentaciones de estructuras de con- creto o acero Otras estructuras, como son las de tierra o enrocamiento (presas, bordos, rellenos, terraplenes, plataformas, etc), no poseen una subestructura o elementos de cimentación bien definidos o especiales, excepto el propio terreno o desplante. En ocasiones se aplican tratamientos para mejorar las propiedades del subsuelo con los siguientes fines: a) incrementar la resistencia al corte; b) reducir la compresibilidad; c) reducir filtraciones. En estos casos las cimentaciones pueden clasificarse en desplantadas en terreno natural o en terreno tratado. 4 .1.1. Zapatas aisladas Las zapatas aisladas son cimientos someros de forma cuadrada o rectangular, construidos usualmente de concreto reforzado. Por lo general se utilizan en suelos
(a) CIMIENTO EN MURO INTERIOR (b) CIMIENTO EN MURO DE COLINDANCIA MURO B MAMPOSTERIA Df 60° CADENA B MAMPOSTERIA 60° CADENA MURO Fig. 3 Cimientos continuos de mampostería 4.1.3. Losas de cimentación Una losa de cimentación es una placa que cubre la totalidad de la planta de la superestructura, por lo menos, y que transmite el peso total de ellas al subsuelo de apoyo. Se opta por su empleo cuando la magnitud de las cargas de la estructura y las características mecánicas del subsuelo son tales que las zapatas requeridas ocuparían algo más de la mitad del área de la proyección en planta del edificio. ESTRUCTURA DE CONCRETO MURO DE CARGA Fig. 4 Losa de cimentación Fig. 5 Losa-piso en edificaciones económicas Comúnmente las losas son de concreto reforzado y se rigidizan con contratrabes para reducir asentamientos diferenciales y para transferir la reacción sobre la losa (Fig. 4). En casas muy ligeras se han utilizado por economía, cuando se aplican procedimientos de construcción en serie, donde la propia losa sirve a la vez de piso de planta baja (Fig. 5). 4.1.4 Cimentaciones compensadas
Las cimentaciones compensadas se utilizan en edificios que transmiten cargas de mediana magnitud a suelos de compresibilidad media a alta y cuya capacidad de carga resulta baja. En estas cimentaciones se remueve un peso de suelo tal que si éste resulta igual al peso de la estructura, la cimentación recibe el nombre de totalmente compensada. En ciertas circunstancias el peso del material removido puede ser menor o mayor que el peso de la estructura, por lo que la cimentación recibe el nombre de parcialmente compensada y sobrecompensada, respectivamente. Debido a que este tipo de cimentaciones requieren de un cajón monolítico, su rigidez es muy grande, lo que provoca que las presiones de contacto se concentren en los bordes del cajón. Si la cimentación se encuentra sometida a momentos de volteo importantes, por ejemplo sismo, se puede producir una falla local en esa zona, lo que provocaría un desplomo del edificio y es casos extremos su falla total por inestabilidad. Los cajones generalmente están formados por las losas de cimentación y tapa, retícula de contratrabes y muros de contención (Fig. 6). En ocasiones la losa de cimentación se substituye por cascarones cilíndricos invertidos. 4.1.5. Pilotes de fricción Cuando las capas del subsuelo cercanas a la superficie son muy compresibles, formadas por arcilla muy blanda, suelos orgánicos y turba o limo y arena en estado suelto, se utilizan cimientos profundos constituidos por elementos alargados que transmiten parte o todo el peso del edifico a estratos profundos resistentes o menos compresibles que los superiores. Algunas veces el costo elevado y los problemas de construcción, además de un mal comportamiento de los cimientos superficiales, conducen al empleo de los profundos. Los pilotes de adherencia o fricción transmiten la carga al subsuelo a través de su superficie lateral, siendo la carga transmitida en la punta sólo una fracción pequeña de la total, generalmente despreciable. Cuando la resistencia del terreno se debe a la cohesión, como es el caso de pilotes hincados en arcilla, se les denomina pilotes de adherencia, y su diseño se realiza en términos de esfuerzos totales. Si la fuerza Fig. 6 Cimentaciones compensadas LOSA DE CIMENTACIÓN CONTRATRABE (losa de PB) TAPA MURO DE CONTENCIÓN B Df
NAF Manto Superficial Formación Arcillosa Superior Capa Dura Formación Arcillosa Inferior Depósitos Profundos Fig. 8 Edificio con pilotes de punta localizado en la zona del lago Los pilotes mixtos son aquellos en los que el trabajo de adherencia o fricción es tan importante como el de punta, sin embargo, hay que tomar en cuenta que los niveles de deformación necesarios para alcanzar la capacidad de carga última en los pilotes de fricción y punta son muy diferentes, por lo que estas dos componentes de la capacidad de carga no son aditivas en muchos de los casos. 4.1.7. Pilotes especiales A raíz del hundimiento regional que existe en la Ciudad de México, se han ideado pilotes especiales con dispositivos de control manual o automático. La figura 9 muestra el mecanismo de un tipo de pilote con dispositivos de control manual (Ref. 2). El peso del edificio es transmitido de la losa de cimentación a la cabeza de los pilotes a través de las anclas y el cabezal. Entre éste y los pilotes se colocan las celdas de deformación que son cubos de madera. El funcionamiento de los pilotes con celdas de madera consiste en que éstas se deformen con igual velocidad que la superficie del terreno se hunde, sin embargo, esto no ocurre generalmente en la práctica ya que la madera tiene características de tiempo – deformación diferentes a las del suelo. La cimentación requiere de una conservación continua, pues en caso contrario a largo plazo los pilotes trabajarían de punta, bajo una condición de carga más crítica que la considerada en el diseño. Un segundo tipo de pilotes especiales, que se han utilizado en algunos edificios de la ciudad de México, son los denominados pilotes penetrantes de sección variable. Con estos pilotes se pretende también evitar que los edificios emerjan por efecto de la consolidación regional, haciendo que la punta del tramo inferior, de sección
transversal menor que la del resto del pilote, penetre en la capa dura una vez que la fricción negativa haya alcanzado un valor suficiente, llegando a una condición tal que cualquier tendencia de la fricción negativa a aumentar es automáticamente anulada por la penetración de pilotes. La cimentación del Palacio de los Deportes de la ciudad de México constituye un ejemplo de este tipo de cimentación. Con escasa frecuencia se han utilizado otros tipos de pilotes especiales: los pilotes entrelazados y los pilotes electrometálicos. Los pilotes entrelazados constan de un conjunto de pilotes convencionales ligados a la subestructura (pilotes A), más otro conjunto apoyado en la capa dura (pilotes B), como lo ilustra la figura 10. Los colchones de suelo compresible entre la punta de los pilotes A y la capa dura y entre la cabeza de los pilotes B y la losa de cimentación absorben los enjuntamientos de la formación arcillosa superior debido a la consolidación regional, impidiendo que la estructura emerja.
CAJÓN Losa de Cimentación Pilote tipo A Pilote tipo B Fig. 10 Pilotes entrelazados Además de los usos de pilotes en los casos antes mencionados hay otros, tales como en la compactación de suelos sueltos, en la estabilización de terraplenes en laderas, en muelles y duques de alba para soportar fuerzas horizontales, etc. La figura 13 ilustra algunas de estas aplicaciones. Material Suave (^) Superficie Original (b) ESTABILIZACIÓN DE TERRAPLENES (c) MUELLES^ (d) DUQUES DE ALBA PIlotes de defensa Batería de pilotes Arena Suelta (a) COMPACTACIÓN DE SUELOS Fig. 11 Otros usos de pilotes 4.1.8. Pilas Las pilas son elementos de dimensiones mayores que las de los pilotes siendo, por lo tanto, de una capacidad de carga más alta. Son elementos prismáticos colados en una perforación y que se apoyan en roca o suelos compactos o duros. Generalmente en su extremo inferior tienen una ampliación que se denomina campana. Las condiciones del subsuelo y los procedimientos constructivos son factores determinantes para decidir su uso. En la referencia 3 se tratan a detalle los aspectos de diseño, construcción de este tipo de elementos. La figura 12 muestra un caso real de cimentación a base de pilas desplantadas a 10.5m de profundidad,
utilizando en un edificio de 18 pisos construido en la zona de baja compresibilidad de la Ciudad de México. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 PB S SUELOS COMPRESIBLES DEPÓSITOS COMPACTOS DE SUELOS ARENOLIMOSOS Y LIMOARENOSOS Fig. 12 Cimentación de un edificio con pilas Los cilindros de cimentación son elementos huecos de grandes dimensiones, cuya capacidad de carga es mucho mayor que la de las pilas. Se utilizan generalmente para la cimentación de los apoyos de grandes puentes y de otras estructuras pesadas. En vista de las grandes dimensiones de estos elementos, se aplican procedimientos de construcción especiales que consisten en hincarlos haciendo fallar el terreno por resistencia al corte en su base. La figura 13 muestra el cilindro utilizado en el apoyo número 11 del puente Coatzacoalcos (Ref. 4). Cuando la cimentación tiene grandes dimensiones en planta y se localiza a gran profundidad bajo el agua, se utilizan cajones de cimentación. Estos se hunden hasta el desplante a medida que se construyen en la superficie. Un cajón puede estar formado por una celda o subdividido en varias separadas entre sí. Los cajones pueden ser de dos tipos: abiertos o neumáticos con aire comprimido. Los primeros están abiertos tanto en el fondo como en la superficie y el material excavado se extrae con draga de succión o con “cucharón de almeja”.
terreno arcilloso compresible mediante el peso de un relleno temporal colado en la superficie donde va a construirse un tanque de almacenamiento. El peso del relleno es por lo menos igual al peso del tanque lleno, abarcando en planta la superficie del mismo. Cuando el suelo se ha consolidado o ha experimentado un porcentaje de consolidación adecuado, según nivelaciones y mediciones de campo que para este fin se realicen, se retira el relleno para proceder a la construcción del tanque. BANCOS PROFUNDOS ARCILLA MUY COMPRESIBLE TERRENO COMPACTO TANQUE DE ALMACENAMIENTO PRECARGA BANCO SUPERFICIAL Fig. 14. Empleo de precargas para la consolidación previa del terreno
- Algunos casos que ilustran problemas de cimentación de estructuras de tierra La construcción de terraplenes para caminos o vías férreas a través de terrenos pantanosos, presentan serios problemas debidos a la alta compresibilidad de la turba y suelos orgánicos que los constituyen. En este tipo de obras los asentamientos deben ser tolerables para su operación normal. Dependiendo principalmente del espesor de los suelos compresibles, existen varios procedimientos de construcción que pueden consistir en: (a), extraerlos totalmente con draga; (b), desplazarlos con el peso del propio terraplén; (c), utilización de cargas explosivas para facilitar el desplazamiento del suelo con el peso el propio terraplén. Todos los casos antes descritos tratan con problemas de resistencia al corte y compresibilidad, sin embargo, existen otros relacionados con la permeabilidad del terreno, especialmente en obras hidráulicas como presas.
4.2. Factores que determinan el tipo de cimentación.