BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA - TOMO I

SERVICIO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN, NORMALIZACIÓN Y CAPACITACIÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL PROYECTO D 36 – 2,001

BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA

TOMO I LIMA, SEPTIEMBRE DEL 2,002

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA

CONSEJO DIRECTIVO NACIONAL DEL SENCICO



CÉSAR ALVA DEXTRE Presidente Ejecutivo



LIC. OSCAR ALARCÓN DELGADO Vicepresidente del Consejo Directivo Representante de los Trabajadores de la Industria de la Construcción



DR. ANTONIO MANZUR BARRIOS Representante del Ministerio de Educación



DRA. MANUELA GARCÍA COCHAGNE Representante del Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo



INGº ANTONIO BLANCO BLÁSCO Representante de la Universidad Peruana



SR. VICENTE APONTE NUÑEZ Representante de los Trabajadores de la Industria de la Construcción



INGº LUÍS ISASI CAYO Representante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO



INGº JUAN SARMIENTO SOTO Representante de las Empresas Aportantes; designado por CAPECO

PRESENTACIÓN – TOMO I REFERENCIA: SENCiCO – GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL – PROY D 36 – 2,001

SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


GERENTE DE FORMACIÓN PROFESIONAL 

INGº NICOLÁS VILLASECA CARRASCO

EQUIPO DE TRABAJO

  

COORDINACIÓN PROYECTO

: Prof. JOSÉ ALBERTO MASÍAS CASTRO

COORDINACIÓN ELABORACIÓN

: Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

ELABORACIÓN

: Ingº.

FERMÍN JIMÉNEZ MURILLO

Instr. GERMÁN ALBERTO PALOMINO GONZÁLES 

DIAGRAMACIÓN FINAL

: Prof. JOSÉ ANTONIO BARRENACHEA SALINAS

SAN BORJA, SEPTIEMBRE DEL 2,002


SENCICO NOVIEMBRE 2001

BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA

PRESENTACIÓN

El presente documento denominado “BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA”; contiene información bibliográfica adicional a las hojas de información tecnológica del curso modular de encofrados fierrería. El Banco Temático tiene como propósito la estandarización del aprendizaje de los alumnos del nivel operativo y del nivel técnico; así como de instructores y profesores, en el ámbito nacional y por ende el desempeño laboral de los educandos o del desempeño docente de los segundos. Permitirá que instructores, profesores y alumnos de los cursos de calificación ocupacional del nivel operativo y de los institutos de educación superior, tengan al alcance información escrita adicional de consulta, que les permita estar actualizados o preparados. A instructores y profesores a diseños de cursos de capacitación específica no previstos y a los alumnos a los retos de las nuevas tecnologías, la solución de problemas y el aprender a aprender. Las informaciones técnicas, que se presentan en siete (07) tomos, están organizadas en 14 temas relacionados a un aspecto significativo de encofrados fierrería, provienen de diversas fuentes, sean autores o instituciones, la misma que consta en el documento. Es necesario tener presente que la información que contiene el Banco Temático, es únicamente para el uso en las Bibliotecas del SENCICO, como material de estudio o de consulta, por lo que está terminantemente prohibida su reproducción parcial o total por cualquier medio. Cabe señalar que el Banco Temático, como todo documento educativo, será motivo de reajustes permanentes, con la inclusión de temas complementarios a los existentes o de nuevos; por lo que para que cumpla su cometido, será permanentemente actualizado. En tal sentido los aportes y sugerencias de los usuarios serán recibidos con el reconocimiento de la Gerencia de Formación Profesional del SENCICO.

GERENCIA DE FORMACIÓN PROFESIONAL


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


INDICE TOMO I A SUELOS A 01

Formación y Propiedades de los Suelos para Cimentación de Estructuras – Tecnología de la Constr. – J. Pacheco Z. - SENCICO

01 al 07

A 02

Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO

08 al 13

A 03

Tablas Técnicas - Agenda del Constructor

14 al 21

A 04

Mecánica de Suelos - Procedimientos Constructivos en Albañilería III - A. Odar C. - SENCICO

22 al 27

A 05

Suelos y Estabilización - La Construcción con Tierra - SENCICO

28 al 34

A 06

Características de Suelos y Rocas - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo V - Fletcher / Smoots - Limusa

35 al 40

B MOVIMIENTO DE TIERRAS B 01

Los Movimientos de Tierras - Tecnología de la Construcción - G.Baud

01 al 30

B 02

Excavaciones - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa

31 al 37

B 03

Apuntalamientos y Arriostramientos - Biblioteca del Ingeniero Civil – Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa

38 al 47

B 04

Rellenos - Biblioteca del Ingeniero Civil - Tomo - Fletcher / Smoots - Limusa

48 al 52

C TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACION C 01 Trazado y Excavación de Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC

01 al 10

C 02 Trazado y Replanteo, Niveles de Obra - El maestro de obra - J. Pacheco Z. - SENCICO

11 al 23

D CIMENTACIONES D 01 Construcción de los Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC

01 al 23

D 02 Cálculo de Dimensiones – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC

24 al 29

D 03 Pilotes – Cimientos - A. Hidalgo B. - CEAC

30 al 38

D 04 Lesiones y Reparación de Cimientos – Cimientos - A. Hidalgo B.- CEA

39 al 53

D 05 Las Cimentaciones - Tecnología de la Construcción - G.Baud

54 al 89

D 06 Patología de las Cimentaciones - Cimentaciones. de Concreto Armado en Edificaciones – C. Casabonne – ACI - Perú

90 al 102

D 07 Cimentaciones - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher – Smoots - Limusa

103 al 111

D 08 Asentamientos - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher – Smoots - Limusa

112 al 117

D 09 Cimentaciones en Pilotes - Biblioteca del Ing. Civil - Tomo V - Fletcher – Smoots - Limusa

118 al 129

D 10 Resistencia del Terreno – Generalidades sobre Cimentaciones. - Manual Básico del Ingeniero Residente - R. Castillo A. - CAPECO

130 al 136

D 11 Cimentación o Fundación - Manual Básico del Ingeniero Residente - R. Castillo A. - CAPECO

137 al 144

TOMO II D 12 Cimentación - Enciclopedia de la Construcción - H. Schmith - Limusa

145 al 185

D 13 Cimentaciones Profundas – Pilotes - Cimentaciones de Concreto .Armado en Edificaciones – J. Alva H. - ACI - Perú

186 al 193

D 14 Diseño de Calzaduras - Cimentaciones de Concreto Armado en Edificaciones - C. Casabonne - ACI - Perú

194 al 198

D 15 Fundaciones - Manual del Arquitecto y del Constructor - Kidder – Parker - UTEHA

199 al 283

D 16 Cimentaciones Para Edificios Poco Pesados - Manual del Arquitecto y del Constructor – Kidder – Parker - UTEHA

284 al 305

E CONCRETO E 01

Concreto - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO

01 al 13

E 02

Tecnología del Concreto - El Maestro de Obra - J. Pacheco Z. - SENCICO

14 al 23

E 03

La Naturaleza del Concreto y Materiales - Tecnología del Concreto - E. Rivva L. - ACI - Perú

24 al 42

E 04

Pisos y Losas - Tecnología de la Construcción - G.Baud

43 al 62

E 05

Probetas de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico – ASOCEM

63 al 65

E 06

Curado del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

66 al 68

E 07

El Ensayo de Consistencia del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

69 al 72

E 08

Aditivos para el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

73 al 75

E 09

Mezclado del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico- ASOCEM

76 al 78

E 10

La Contaminación de los Agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

79 al 82

E 11

Características físicas de los agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

83 al 86


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


E 12

Testigos del Concreto Endurecido - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

87 al 88

E 13

El Concreto Pesado - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

89 al 90

E 14

Aplicaciones Diversas del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

91 al 92

E 15

Agua de Amasado y Curado para Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

93 al 94

E 16

La vigencia de los pavimentos de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

95

E 17

El Concreto Premezclado - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

96 al 98

E 18

El bloque de concreto en albañilería - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

99 al 101

E 19

El Cemento Pórtland y su Aplicación en Pavimentos - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

102 al 104

E 20

Muros de Contención con Bloques de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

105 al 106

E 21

El Concreto Fast Track en Recuperación y Rehabilitación de Pavimentos – CEMENTO Boletín Técnico - ASOCEM

107 al 111

E 22

La Resistencia a la Tracción del Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

112 al 114

E 23

Evaluación del Concreto por el Esclerómetro - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

115 al 117

E 24

Pruebas de Carga de Estructuras - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

118 al 120

E 25

La Forma de los Agregados - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

121 al 122

E 26

El Fraguado en el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

123 al 124

E 27

Súper Plastificantes - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

125 al 126

E 28

Tipos de Pavimentos de Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico – ASOCEM

127 al 129

E 29

Almacenamiento del Cemento y Agregados en Obra - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

130

E 30

Materiales (Para Concreto) - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson / Winter - McGraw Hill

131 al 148

E 31

Conceptos Generales del Concreto y los Materiales para su Elaboración - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C. El Cemento Pórtland - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

149 al 150 151 al 169

E 32

TOMO III E 33

El Agua en el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

170 al 173

E 34

Los agregados para el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

174 al 194

E 35

Aditivos para el Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto – E .Pasquel C.

195 al 201

E 36

Propiedades Principales del Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

202 al 207

E 37

La Durabilidad del Concreto - Tópicos de Tecnología del Concreto - E. Pasquel C.

208 al 220

E 38

Materiales (Para Concreto) - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado - H. Parker - LIMUSA

221 al 224

E 39

Proporcionamiento y Mezclado - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado -H. Parker - LIMUSA

225 al 233

E 40

Poliestireno expandido - Catálogo de Aislador

234 al 236

F ENCOFRADOS F 01

Encofrados - El Maestro de Obra - J. Pacheco Z. - SENCICO

01 al 9

F 02

Encofrados - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO

10 al 17

F 03

Encofrados - Construcción de Estructuras - Manual de Obra - H. Gallegos y otros - CAPECO

18 al 88

F 04

Construcción de Elementos para Encofrados de Madera – Varios - SENA

89 al 119

F 05

Economía del Encofrado – Propiedades del Hormigón – Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill

120 al 143

F 06

Propiedades de los Materiales para Encofrados. - Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill

144 al 157

F 07

Cálculo de Encofrados - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

158 al 174

F 08

Puntales y Andamios - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

175 al 189

F 09

Rotura de Encofrados – Cimentaciones – Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill

190 al 204

TOMO IV F 10

Encofrados de Muros - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

205 al 228

F 11

Encofrados de Pilares - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

229 al 242

F 12

Encofrados de Vigas y Forjados - Encofrados para Estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

243 al 259

F 13

Encofrados Prefabricados para Forjado de Hormigón – Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill

259 al 277

F 14

Encofrados de Cubiertas Laminares - Hormigón Ornamental - Encofrados para Estructuras de Hormigón – R.L. Peurifoy - McGraw Hill

278 al 301

F 15

Encofrados Deslizantes - Encofrados para estructuras de Hormigón - R.L. Peurifoy - McGraw Hill

302 al 313

F 16

Los Encofrados Deslizantes, técnicas y Utilización - Manual de Obra - J. Gallegos C. - CAPECO

314 al 400

F 17

Encofrados Metálicos - Catálogo Uni Span - Uni Span

401 al 411


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


G ACERO ESTRUCTURAL G 01 La Corrosión del Acero por Cloruros en el Concreto - CEMENTO - Boletín Técnico - ASOCEM

01 al 02

G 02 Vigas de Acero - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA

03 al 30

G 03 Columnas de Acero - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA

31 al 47

G 04 Manual de Aplicación - Barras de Construcción - Manual de Aplicación - Aceros Arequipa

48 al 57

TOMO V H CONCRETO PRETENSADO H 01 Concreto Pretensado - Concreto Pretensado - M. Paya - CEAC

1 al 7

H 02 Hormigón Pretensado - Enciclopedia de la Construcción - Edit.Tec.As.

8 al 23

H 03 Concreto Preesforzado - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson – Winter - McGraw Hill

24 al 34

H 04 Concreto Preesforzado - Diseño Simplificado de Concreto Reforzado - H. Parker - LIMUSA

35 al 43

I LA MADERA ESTRUCTURAL I 01

Características y Clasificación de la Madera - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

01 al 04

I 02

Esfuerzos de trabajo para madera estructural - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

05 al 11

I 03

Pisos de tablones y laminados - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

12 al 17

I 04

Conectores para madera - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

18 al 34

I 05

Paredes de madera (entramados) - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

35 al 39

I 06

Madera Laminada - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

40 al 46

I 07

Construcciones de Trplay - Diseño Simplificado de Estructuras de Madera – H. Parker - LIMUSA

47 al 49

I 08

Características y Propiedades de la Madera - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

50 al 70

I 09

Conversión, Secado y Protección de la Madera - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

71 al 87

I 10

La Madera Material de Construcción - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

88 al 107

I 11

Detalles Constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

108 al 138

I 12 A Detalles constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

139 al 153

I 12 B Detalles constructivos - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

154 al 173

I 13 A Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

174 al 189

I 13 B Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

190 al 201

I 13 C Protección por Diseño - Manual de Diseño para Maderas del GRAN – Junta de Acuerdo de Cartagena

202 al 216

I 14

Propiedades de la Madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena

217 al 229

I 15

Secado de la madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena

230 al 235

TOMO VI I 16

Preservación de la Madera - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena

236 al 244

I 17

Tableros a Base de Madera para Uso de la Construcción. - Cartilla de Construcción con Madera – Junta de Acuerdo de Cartagena

245 al 250

I 18

Sistemas Estructurales - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena

251 al 263

I 19

Uniones Estructurales - Cartilla de Construcción con Madera - Junta de Acuerdo de Cartagena

264 al 274

J ESCALERAS J 01

Escaleras - Tecnología de la Construcción - G. Baud

01 al 13

K MAQUINARIA DE CONSTRUCCION K 01 Equipo - El equipo y su Costos de Operación - J. Ramos S. - CAPECO

01 al 47

K 02 Equipos de Movimientos de Tierras - Tecnología de la Construcción - G. Baud

48 al 64

L VARIOS, TABLAS Y EQUIVALENCIAS L 01

Fuerzas y Esfuerzos - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA

01 al 13

L 02

Momentos y Reacciones - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores - H. Parker - LIMUSA

14 al 22

L 03

Cortante y Momento Flexionante - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores – H. Parker - LIMUSA

23 al 38

L 04

Teoría de la Flexión y Propiedades de las Secciones - Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores – H. Parker - LIMUSA

39 al 58

L 05A Tablas Técnicas - Agenda del Constructor – Varios

59 al 91

L 05B Tablas Técnicas - Agenda del Constructor - Varios

92 al 128


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001 L 06


Simbología - Estructuras Metálica - Manual de Aplicación - Barras de Construcción - Aceros Arequipa

129 al 130

M SEGURIDAD, HIGIENE Y SALUD EN CONSTRUCCION M 01 A Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

01 AL 23

TOMO VII M 01 B Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

24 AL 55

M 01 C Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

56 al 77

M 01 D Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad.

78 al 96

M 01 E Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

97 al 110

M 01 F Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

111 al 125

M 01 G Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

126 al 148

M 01 H Manual de Prevención de Accidentes en la Construcción - Consejo Interamericano de Seguridad

149 al 168

M 02 Disposiciones Generales - Seguridad e Higiene en la Construcción Civil - OIT

169 al 173

M 03 Generalidades - Organización - Orden y Limpieza – SH en la Constr. Civil - Resumen Residente Obra Edificaciones. SENCICO

174 al 178

M 04 Señalización - Seguridad e Higiene en la Construcción Civil - Resumen Residente Obra Edificaciones

179 al 187

M 05 Protección Personal - Riesgos Higiénicos SH en la Construcción Civil - Resumen Residente Obra Edificaciones - SENCICO

188 al 192

M 06 Prevención de Accidentes en las Excavaciones para la Construcción. - La Positiva Seguros y Reaseguros

193 al 204

M 07 Prevención de Accidentes en Supervisión de Trabajo en Construcción de Edificios - La Positiva

205 al 224

M 08 Manejo Manual de Materiales en la Construcción - La Positiva

225 al 239

M 09 Manual de Investigación de Accidentes e Incidentes - La Positiva

240 al 244

M 10 Seguridad e Higiene Ocupacional en el Sector de la Industria de la Construcción - SENCICO

245 al 253

N. PREVENCION CONTRA SISMOS E INCENDIOS N 01 Diseño Sísmico - Diseño de Estructuras de Concreto - Nilson – Winter - McGraw Hill

01 AL 09

N 02 Principios Básicos del Diseño y Construcción Antisísmica – Terremotos - F. Oshiro -UPSMP

10 AL 17

N 03 Prevención de Incendios - Prevención de Incendios - J. A. Barrenechea – Ministerio de Pesquería

18 AL 49

N 04 La Estructura del Edificio de Albañilería - Diseñando y Construyendo con Albañilería - H. Gallegos V. – La Casa

50 AL 57




FORMACIÓN DE LOS SUELOS Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS PARA CIMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS 3.1. FORMACIÓN DE LOS SUELOS La corteza de la tierra esta constituida por roca sólida. Esto no se percibe fácilmente, pero es explicable porque el mantillo, la vegetación, los fragmentos de rocas, la arena y la grava están esparcidos por doquier, mientras que los sedimentos cubren el fondo de los océanos. Las capas de escombros tienen poca profundidad en contraste con el espesor kilométrico de la roca subyacente. Un hecho real, aunque inadvertido, es que el relieve de la tierra es modificado constantemente. En efecto, nada de lo que vemos de la faz de la tierra es inmutable; todo se trasforma. Lo que ocurre es que el cambio sucede a lo largo de muchísimo tiempo; una vida entera podría no bastar para percatarse de ello. Los suelos, tal como los apreciamos a simple vista, proceden de la disgregación de las rocas y el subsiguiente transporte de los residuos a lugares. Los agentes causantes de la alteración del relieve de la tierra y de formación de los suelos son:  La erosión  El intemperismo La erosión es producida por la acción de diversas fuerzas de la naturaleza. Uno de los agentes erosivos más espectaculares es el agua. Gran parte de la humedad absorbida por la atmósfera cae sobre los continentes en forma de lluvia, nieve, granizo y rocío. Un apreciable volumen de la precipitación penetra hasta el subsuelo, pero otro mayor desemboca por gravedad de mar por los cauces de los ríos o en forma de torrentes y manantiales, reponiendo de esta manera el nivel de los océanos (Fig. 3.1). En su recorrido, el enorme caudal de agua, desempeñando el papel sorprendente escultor, va año tras año en forma incesante, remodelando el relieve terrestre, arrastrando aguas debajo de todo cuanto encuentra en su trayectoria. Los fragmentos de las rocas, por efecto de su arrastre por el agua sobre el fondo de los lechos de los ríos, pierden su forma angulosa trasformándose en cantos rodados.

Fig. 3.1. Gran parte del agua, producto de la precipitación, desemboca al mar erosionando las montañas. Al reducirse la pendiente por la cual transcurre el agua, disminuyen la velocidad y la fuerza del caudal, depositándose sobre el suelo, primero las piedras grandes, luego las pequeñas y, finalmente, el lodo.

TEMA: SUELOS REFER: FORMAC. DE LOS SUELOS – TECNOLOG. DE LA CONST. – J. PACHECO. Z - SENCICO

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Igualmente, cuando el cono de deyección se ensancha, la corriente de agua pierde velocidad y los fragmentos pesados van quedando en el trayecto, mientras que los menudos son arrastrados aguas abajo (Fig. 3.2). También el hielo de las cordilleras es otro importante agente erosivo. Como sabemos, el glaciar es una acumulación de nieve gradualmente comprimida y trasformada en hielo. Con el tiempo su peso aumenta y por efecto de la gravedad empieza a desplazarse cordillera abajo, remodelando en su lenta marcha el relieve terrestre. Asimismo, los aludes, es decir las descomunales masas de hielo que desde la cordillera se precipitan violentamente, son causantes de terribles desastres, además de efectivos agentes de remodelación del paisaje terrestre. Para tener una idea de su inmenso poder destructivo recordemos los aludes ocurridos en 1,962 y 1,970, caídos desde el Huascarán. El primero de ellos arrasó prácticamente la localidad de Ranrahirca; y el de 1,970 (terremoto de Ancash), producto de la desintegración de ventisquero de 5 millones de metros cúbicos, se abatió con velocidad de desplazamiento de la masa aluvional de 300 Km. por hora sobre la ciudad de Yungay, causando una de las mayores catástrofes que registra nuestra historia.

SECCION

Fig. 3.2. Típico ejemplo de depósito de materiales en un cono de deyección de un río. También los huaycos ("Llakpanas" o Llocllas", en quechua), frecuentes en nuestro país, están asociados con la acción de las lluvias y la falta de protección vegetal en las vertientes. Originados por fuertes precipitaciones estacionales, alcanzan impresionantes velocidades y su potencia es tan grande que transportan lodo y piedras de diversos tamaños, algunas de la cuales pueden llegar a toneladas de peso. En el fondo de los valles frenan su velocidad expandiéndose lateralmente, pero aún capaces de destruir las obras construidas por el hombre: viviendas, puentes, caminos, etc. Ocurren generalmente en zonas bajas y medidas del relieve andino que caracteriza la topografía del país. El mar, igualmente, es otro efectivo agente erosivo. Permanentemente su acción se manifiesta en las costas de los continentes. Así como destruye, también construye grandes bancos de arena. Aunque no tan contundente como el agua y el hielo, el viento es asimismo un importante agente transformador de la topografía y causante de la formación de los suelos. Erosionando las rocas y transportando materiales de un lugar a otro da origen a depósitos cólicos de arena, generalmente de grano fino. El intemperismo es, tal como ha sido señalado, la otra poderosa fuerza escultora del paisaje. Ocasiona la desintegración inicial de las rocas, convirtiéndolas en fragmentos que son acarreados posteriormente por acción del agua y el viento. También los cambios de temperatura TEMA: SUELOS REFER: FORMAC. DE LOS SUELOS – TECNOLOG. DE LA CONST. – J. PACHECO. Z - SENCICO

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originan en las rocas tensiones diferenciales en su masa, llegando a fracturarlas y desintegrarlas. Por su parte, el agua concentrada en las grietas y hendiduras de las rocas causa el agrietamiento de las mismas, actuando con efecto de cuña al aumentar su volumen por congelamiento. Al respecto es interesante anotar que, probablemente, hay más agua bajo tierra que en todos los lagos y ríos. El agua subterránea es agente de procesos químicos y origen de diversas conformaciones geológicas. Desgasta las rocas formando cavernas y caprichosas estalactitas y estalagmitas, constituidas por carbonato de calcio precipitado gota a gota. Asimismo, a simple vista podemos observar el efecto del intemperismo en las particulares coloraciones que adquieren las rocas debido a la descomposición química de los materiales, producida por el ácido carbónico y el oxígeno atmosférico que trasforman los elementos metálicos en sus respectivos carbonatos y óxidos. Ahora bien, ya informados, aunque a grandes rasgos, de cómo actúan la erosión y el intemperismo remodelando el relieve terrestre podríamos plantearnos la siguiente pregunta: ¿si incesantemente aquellos poderosos agentes están desintegrando la superficie terrestre trasladando hacia el mar gran parte de ella, no sería razonable pensar que, finalmente, los continentes habrían de convertirse en superficies planas, de altura reducida y cubiertas por la aguas? Ciertamente, ello podría ocurrir; aunque en millones de años. Lo que sucede es que, felizmente, existe otra fuerza en pugna con aquello. Esta fuerza, que confiere equilibrio, es el diastrofismo, denominación que se refiere al proceso por el cual la capa exterior de la corteza terrestre, por efecto de la gradual contracción que sufre producida por cambios de temperatura, constantemente es levantada, plegada, inclinada; compensando así la desintegración, producto de la erosión y el intemperismo. De manera sucinta hemos descrito los mecanismos por los cuales el relieve de la tierra es modificado. Como ya ha sido señalado, los cambios son imperceptibles y se manifiestan a través de lapsos muy grandes, pero el hecho real es que permanentemente están ocurriendo, dando como resultado las diversas conformaciones geológicas y los múltiples tipos de suelos que superpuestos en capas constituyen la superficie terrestre.

3.2. ESTUDIOS DE LOS SUELOS El término suelo abarca genéricamente los diversos tipos de materiales, tales como la grava, la arena, los limos, las arcillas, y las innumerables mezclas de ellos: arcilla limosa, arena limosa, grava arenosa, limo arenoso, etc. Roca es la parte sólida de la corteza terrestre. Generalmente los suelos se presentan en capas superpuestas (Fig. 3.3.) constituyendo el suelo, son producto, de acuerdo a lo ya expuesto, de la erosión y el intemperismo. Cada capa de suelo posee ciertas propiedades específicas que la caracterizan para cimentaciones de estructuras.

Fig. 3.3. Perfil constituido por diversos tipos de suelos superpuestos en capas. A través de los cimientos son transferidos al suelo el peso de las estructuras, las fuerzas que actúan sobre ellas y las sobrecargas correspondientes. Las estructuras serán estables si las capas de suelo que las sustentan son suficientemente resistentes.


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De lo expuesto fluye la necesidad, especialmente en obras de importancia, de explorar el subsuelo para informarnos cómo está constituido y conocer, mediante análisis y ensayos especializados, las características y resistencia de las diversas capas de suelo. La exploración se llevara a cabo excavando pozos (calicatas), convenientemente ubicados en las áreas destinadas a las edificaciones. Durante la excavación de los pozos exploratorios son expuestas, en espesores variables, las diversas capas de suelos, de las que se toman muestras representativas para someterlas posteriormente, a análisis y ensayos en laboratorios de mecánica de suelos. Con los registros tomados en el campo, pruebas "in situ" y ensayos en laboratorios se procede a elaborar perfiles estratigráficos, en los que se puede apreciar la naturaleza, profundidad y espesor de las diversas capas descubiertas en la excavación de las calicatas (Fig. 3.4).

Fig. 3.4. Ejemplos de perfil estratigráficos del subsuelo. Naturalmente, de detectarse - durante las excavaciones - agua subterránea, deberá determinarse el nivel que alcanza. Los estudios de los suelos son vertidos en informes que además de los perfiles estratigráficos correspondientes, incluyen resultados de los análisis y ensayos, conclusiones concernientes a la profundidad mínima de la cimentación, presiones admisibles y otras recomendaciones que se juzgue necesarias, por ejemplo, sobre eventuales perturbaciones que pudieran originarse por alteración del grado de humedecimiento del suelo. Estos informes son utilizados por los ingenieros estructurales para diseñar los cimientos y las estructuras.

3.3. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones de diversos tipos de suelos son identificados según el Sistema Unificado de Clasificación (SUCS). Este sistema agrupa los suelos en dos clases: suelos de partículas gruesas y suelos de partículas finas. Se considera suelos de partículas gruesas cuando más de la mitad de la masa del suelo, al ser sometida a tamizado, es retenida en la malla N° 200. 

A este tipo de suelo corresponden la grava y la arena.

Cuando más de la mitad de la masa del suelo pasa la malla N° 200 se le considera suelo de partículas finas: limos y arcillas. A su vez, a los suelos de partículas gruesas se les subclasifica en: 

Gravas: Más de la mitad de la fracción gruesa es retenida en la malla N° 4.



Arenas: Más de la mitad de la fracción gruesa pasa la malla N° 4.

Aproximadamente puede considerarse que la abertura del tamiz N° 4 equivale a medio centímetro.


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En los estudios del suelo, cada tipo de suelo es identificado mediante simbología convencional; así, por ejemplo, la grava es identificada con la letra G (proveniente del idioma inglés, gravel); la arena con la letra S (sand); la arcilla, C (clay); el limo, M; Pt identifica la turba y otros suelos con alto contenido de materia orgánica. 

La abertura del tamiz N° 200 corresponde aproximadamente al tamaño de la menor partícula apreciable a simple vista y equivale a 0.074 mm (74 micras).

Generalmente - según hemos visto - las capas del subsuelo están constituidas por diversos tipos de materiales. En estos casos, se les designa de manera compuesta; por ejemplo, GM significa grava limosa. Otros símbolos también son empleados para precisar importantes propiedades de los suelos, que trascienden en su capacidad portante y comportamiento en cimentaciones.

3.4. LOS SUELOS Y LAS CIMENTACIONES 3.4.1. Generalidades. En obras de importancia y características especiales, y sobre todo, cuando es proyectada su construcción en terrenos cuyo subsuelo no es conocido, es obligatorio el estudio del suelo para cada caso en particular. No es prudente deducir la resistencia y comportamiento de un suelo a partir de las características de otro, aun cuando estén próximos entre sí. A continuación se ofrece con propósito ilustrativo ciertas pautas indicativas del probable comportamiento de algunos tipos de suelos. Desde luego, no eximen de la obligatoriedad de contar, especialmente en los casos precedentemente indicados, con los correspondientes estudios de suelos. 3.4.2. Grava. Con excepción de las gravas pizarrosas, la grava es material apropiado para cimentaciones siempre y cuando subyacentes no existan estratos frágiles o blandos, ni esté expuesta a socavación la cimentación. La grava tiene reducida o casi nula capilaridad; por tanto, no es probable que la presencia de agua subterránea, o su humedecimiento, sean causas de disminución de su resistencia ni origen de asentamientos. 3.4.3. Arena. No es prudente generalizar respecto al probable comportamiento y resistencia de las capas de arena, pues debido a causas ya expuestas, relacionadas con su formación, los suelos de esta naturaleza se encuentran en diverso estado de compacidad, además de tener variada granulometría. Si las arenas, medias y gruesas, son compactas y su granulometría es favorable tienen apropiada resistencia para sustentar estructuras. No ocurre lo mismo con las arenas muy finas, sobre todo si son sueltas, como es el caso de arenas cuyo origen es producto del transporte del viento (arenas eólicas). Las capas de arena suelta son muy susceptibles a densificarse por efecto de la vibración causada por movimientos sísmicos, pudiendo esperarse, eventualmente, asentamiento de la cimentación e indeseables efectos de carácter estructural. Cuando se trate de este tipo de suelo, es preciso profundizar las excavaciones para cimentos y definitivamente limitar las presiones de contacto cimento - suelo. La razón de esta exigencia podemos percibirla cuando caminamos por la playa, la arena fluye a cada lado hundiéndose los pies; sin embargo, a cierta profundidad los pies no bajan ya más: la capacidad de carga ha aumentado. Lo mismo pasa con cimentaciones construidas a mayor profundidad. La presencia de agua en suelos arenosos, especialmente cuando se trate de arenas finas sueltas, puede ser causa de marcada disminución de su resistencia en caso de ocurrencia de sismos y, eventualmente, origen del fenómeno de liquefacción, tal como ocurriera en algunas zonas de la ciudad de Chimbote en el terremoto de 1,970. 3.4.4. Limo. Es un suelo de partículas muy pequeñas, relativamente no es plástico y tiene capilaridad elevada. Cuando se encuentra en estado suelto su resistencia es pequeña; su presencia debe ser motivo de reserva por parte del diseñador y el constructor. 3.4.5. Arcilla. Es dura cuando está seca, pero su consolidación se produce lentamente. Cuando es humedecida se torna plástica y deformable, modificando su consistencia según el grado de humedecimiento que alcance; por lo tanto, en suelos arcillosos la alteración del contenido de agua en su masa juega importante rol en su comportamiento y resistencia.


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El humedecimiento, que en algunos casos llega hasta la saturación, se produce de diversas maneras. Causas potenciales de humedecimiento son las lluvias y el aumento del caudal de los ríos y arroyos. También los suelos pueden humedecerse por efecto de la capilaridad, es decir, por succión del agua que pudiera encontrarse en capas inferiores. La succión es pequeña o casi nula en suelos granulares (arenas y gravas), pero suele ser grande en suelos arcillosos, ascendiendo el agua hasta alcanzar los cimientos de los edificios. 3.4.6. Suelos que contienen materia orgánica. Los suelos que contienen materia orgánica, la turba y el fango, definitivamente no son apropiados para cimentaciones. Estas capas deben ser eliminadas durante la excavación, la misma que debe profundizarse hasta encontrar capas suficientemente resistentes. Los suelos de color marrón oscuro, gris oscuro o negro, o tengan olor característico, estructura esponjosa o fibrosa, corresponden a este inconveniente tipo de suelo. Desde luego, un suelo producto de rellenos tampoco es apropiado para cimentaciones. 3.4.7. Homogeneidad del subsuelo. Otra característica que también debe tenerse en cuenta en cimentaciones es la uniformidad del subsuelo. Cuando las capas subyacentes a la cimentación son suficientemente resistentes la condición es favorable: sin embargo, cuando una capa de comprobada resistencia para la cimentación prevista reposa sobre otra de menor resistencia la situación cambia sustancialmente. A modo ilustrativo, veamos el caso de una zapata cimentada sobre una capa de arena y que debajo de esta se encuentre una de arcilla blanda (Fig. 3.5). La presión supuesta como admisible para la arena es transferida a la capa de arcilla blanda, la misma que fluye hacia los lados, lo probable es que se produzca el asentamiento de la zapata.

Fig. 3.5. A través de la masa de arena la presión ejercida por la zapata es transferida a la capa de arcilla empujándola a los lados produciendo, eventualmente, el humedecimiento de la zapata. Por ello insistimos en que el aspecto de las capas superficiales no es suficiente para deducir con certeza el comportamiento de un determinado suelo. Es indispensable la exploración de las capas inferiores hasta la profundidad procede en cada caso. 3.4.8. Capacidad portante de los suelos. La capacidad portante o carga admisible de un determinado tipo de suelo es la presión máxima que puede aplicársele sin que se produzca la rotura de la masa situada debajo de cimientos. Presión o intensidad de carga es la fuerza ejercida sobre la unidad de superficie de contacto 2 entre cimiento y suelo. La unidad que expresa la presión es el kg/cm (kilogramo por centímetro cuadrado). Por ejemplo, si la carga que transmite al suelo una zapata es 60 toneladas y el área 2 de la zapata es de 3 m , entonces la presión transmitida a la superficie de contacto entre zapata y suelo es:

60,000 kg  2 kg / cm 2 30,000 cm 2 Pues bien, la capa de suelo deberá ser capaz de soportar la presión aplicada (en este caso, 2 2 kg/cm ). Como podemos observar, la acción sobre el terreno no depende exclusivamente de la carga absoluta aplicada, sino también del área de contacto entre el cimiento y el suelo. TEMA: SUELOS REFER: FORMAC. DE LOS SUELOS – TECNOLOG. DE LA CONST. – J. PACHECO. Z - SENCICO

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Las presiones admisibles varían sustancialmente según el suelo de que se trate. Es frecuente 2 especificar 4 kg/cm para conglomerados compactos y bien graduados. A las mezclas de canto rodado y arena ("hormigón") suele asignárseles valores de 3 a 4 kg/cm como presiones admisibles.

2

La capacidad portante de las arenas gruesas y mezclas de arena y grava compactas es 2 aproximadamente 2 kg/cm , mientras que para arenas finas la presión admisible es limitada a 1 2 kg/cm . Las presiones admisibles de los suelos predominantemente arcillosos dependen de su grado de 2 dureza. Sus valores fluctúan entre 1.5 kg/cm en caso de arcillas inorgánicas duras y sin riesgo 2 de humedecimiento, hasta valores muy bajos, 0.5 kg/cm , si se trata de arcillas inorgánicas blandas. Una arcilla es dura cuando se parte con dificultad en terrones que no se pueden pulverizar o amasar fácilmente con los dedos. Una arcilla es firme o de consistencia media cuando se puede amasar, aunque con bastante esfuerzo. Las arcillas blandas se pueden amasar con relativa facilidad, pero no tienen consistencia pastosa. Arcillas de consistencia pastosa deben desecharse para cimentaciones. Otra manera práctica e indicativa de la consistencia o dureza de los suelos es el grado de dificultad que presentan al ser excavados. La lampa penetra con facilidad en suelos blandos, mientras que la excavación de suelos de dureza media requiere de pico. En suelos duros el pico rebota; puede penetrar, pero con esfuerzo. Los valores de las presiones admisibles aquí expuestos son simplemente referenciales e ilustrativos. Pueden variar sustancialmente en cada caso en particular; desde luego, no se ofrecen para fines de diseño.




SUELOS 1. GENERALIDADES a) Toda estructura está en contacto con el suelo. Como consecuencia, es indispensable que la interacción entre la estructura y el suelo, definida por los límites impuestos a las presiones de contacto y a los asentamientos, sea claramente entendida. b) La utilización de valores empíricos de la capacidad portante del suelo, podrá considerarse adecuada y segura solamente cuando estos valores hayan sido establecidos mediante la práctica local y experimentada satisfactoriamente en estructuras similares en esa misma localidad. c) De otra manera será necesario adoptar, para el caso de estructuras livianas o simples, soluciones muy conservadoras o alternativamente, efectuar estudios elementales de suelos. d) Para el caso de estructuras importantes siempre será necesario establecer la capacidad portante en base a estudios de suelos, que contemplen una evaluación de la geología del lugar, precisen que contemplen una evaluación de la geología del lugar, precisen niveles de cimentación y presiones admisibles de carga, establecidas tanto en función de la seguridad como de las deformaciones permisibles para el sistema estructural de que se trata.

2. EFECTOS DEL AGUA a) El agua en el subsuelo es siempre causa de problemas y dificultades. b) Algunos de los problemas causados por el agua son los siguientes:  Dificultades constructivas, tanto en la excavación como en la colocación del concreto.  Asentamientos debidos a saturación de suelos compresibles.  Reducción en la capacidad portante del suelo al reducirse su resistencia al corte.  Remoción del suelo debajo de las cimentaciones debido a acciones de bombeo.  En climas muy fríos, fallas debidas a heladas.  Problemas de licuefacción, en arenas sucitas, con los asentamientos consecuentes.  Hinchazón o expansión en ciertos tipos de arcillas.  Efectos de subpresión.

3. EFECTOS DE LA VIBRACIÓN a) Las vibraciones de cualquier origen tienden a compactar los suelos causando, como consecuencia, asentamientos. b) En el caso de suelos arenosos o granulares sueltos puede presentarse densificación del suelo a causa de los movimientos sísmicos. La densificación originará asentamientos, intensificándose éstos cuanto mayor sea la presión de contracción. Es recomendable que en este tipo de suelos sueltos se adopten cimentaciones profundas con presiones de contacto bajas o tratamientos de compactación previos. c) Para el caso de suelos arenosos, finos o granulares con presencia de agua debe de considerarse la posibilidad de licuefacción del suelo al presentarse vibraciones causadas por un movimiento sísmico. La licuefacción implica una reducción sustancial de la capacidad portante del suelo. En estos casos debe contemplarse presiones de contacto muy reducido o alternativamente, pilotaje. d) En las arenas contempladas en los casos precedentes, debe tenerse especial cuidado con el apoyo de los falsos pisos y otras losas superficiales (tales como veredas y pistas) efectuándose, por lo menos, una enérgica compactación superficial por vibración. e) Las cimentaciones deben aislarse de maquinarias que transmitan vibración.

4. ARENAS a) Las arenas pueden presentarse en rangos de densidad muy variables. b) La densificación de las arenas, cuando se aplica la debida energía de compactación, se realiza con mucha rapidez; sin embargo, en los casos de arenas propensas a licuefacción o muy sueltas, la densificación ocurrirá bajo la presencia de carga al ocurrir un movimiento sísmico interno. TEMA: SUELOS REFER: CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS - CAPECO

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5. LIMOS a) Los suelos limosos no son necesariamente suelos pobres para cimentaciones si están compactos, sin embargo, puede ocurrir que se presenten como suelos en estado suelto. Consecuentemente, es imprescindible que el constructor adquiera destreza en la identificación de los limos. b) En muchos casos los limos son suelos inestables que por ingreso del agua sufren cambios súbitos de volumen.

6. ARCILLA a) Las arcillas no se consolidan con rapidez normalmente el proceso de asentamiento toma un tiempo muy largo. b) Consecuentemente es imperativo, en cimentaciones sobre arcilla, salvo que exista experiencia en la zona, que se efectúen estudios relacionados con la probabilidad de asentamientos diferenciales por consolidación. c) Muchas arcillas se expanden ante la presencia de agua; si no hay experiencia en la zona, es necesario constatar esta posibilidad y tomar las medidas pertinentes, aún en rocas arcillosas.

7. TURBA Y MUSEO a) No se debe cimentar en suelos constituidos por turba o musgo. b) En ciertos casos, es necesario remover los bolsones de tuba y reemplazarlos por un relleno compactado o por concreto pobre, lo que permitirá la construcción de la cimentación.

8. RELLENOS a) No se debe cimentar sobre rellenos de características desconocidas o ejecutados sin control. b) La cimentación sobre rellenos efectuados con materiales adecuados, compactados a una densidad óptima, construidos bajo control permanente y con un adecuado estudio de drenaje, es perfectamente posible. Sin embargo, este proceso requiere de especialistas en mecánica de suelos. SECCION VERTICAL

A. B.

C. D.

Suelo o estrato superficial. La parte designada Ao es humus o deshecho orgánico. Las demás zonas de transición pueden tener 60 cms. o más de espesor. La configuración mas marcada bajo el suelo superficial. Varía entre 15 a 2.50 mts. de profundidad. Puede dividirse en zonas de transición B1, B2 etc. como se muestra. Corresponden a estratos formados por suelos alterados o transportados. El material original del suelo que ha sufrido escasa o ninguna intemperización. El estrato de base, tal como roca, conglomerado, arena o arcilla.

TEMA: SUELOS REFER: CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS – MANUAL DE OBRA – H. GALLEGOS - CAPECO

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 GRAVA: Piedras redondeadas o cantos rodados gastados por el agua o pedazos compactos de roca. Sin cohesión ni plasticidad. Granular y cascajosa. Crujiente bajo el piso.  ARENA: Granos sueltos, comprendidos entre 0.05 y 2mm de tamaño se ve y siente claramente los granos individuales. Sin plasticidad ni cohesión. Cuando está seca no es posible moldearla con las manos cuando se moldea húmeda se desmorona al tocarla. Los granos gruesos son redondos, los finos son visibles y angulares.  LIMO: Granos escasamente visibles, comprendidos entre 0.005 y 0.05mm de tamaño. Sin o con muy escasa plasticidad. Puede tener cohesión. Un molde con las manos en seco es fácilmente aplastado. El movimiento del agua a través de los vacíos ocurre fácilmente y es visible. Cuando es mezclado los granos con agua se asientan en un lapso de 30 minutos a 1 hora. Se siente arenoso con los dientes. No forma cintas al moldearlo. Debe de ponerse cuidado en distinguir arena fina de limo y limo de arcilla.  ARCILLA: Partículas invisibles con menos de 0.005 mm. de tamaño cohesivo. De alta plasticidad cuando es mojada. Cuando es apretada entre los dedos forma una cinta larga, delgada y flexible. Puede ser rolada prácticamente en un hilo. Cuando es mordida no se siente arenosa.  Forma masas o terrones duros cuando está seca, difícil o imposible de romperlos con las manos. Impermeable, sin movimientos de agua aparente a través de los vacíos. Permanece suspendida en agua de 3 horas a tiempo indefinido.  TURBA: Material orgánico descompuesto con considerable suelo mineral usualmente de color negro con presencia de fibras. Tiene mal olor. Se encuentra como depósito en pantanos y ciénegas. Fácilmente identificable. Puede contener algo de arena o limo.  MUSGO: Material parcial de descomposición de plantas. Mayormente orgánico. Muy fibroso. Con rastros visibles de vegetales. ATENCIÓN La grava es muy estable. Adecuada para rellenos. 1. La arena gruesa es estable. 2. Las mezclas de grava y arena bien graduadas (con variedad de tamaños) son sumamente estables. 3. La arena fina comienza a parecerse al limo: se vuelve inestable con humedad creciente. 4. El limo es inherentemente inestable, particularmente con humedad. 5. La arcilla es crecientemente cohesiva al reducirse la humedad su estabilidad depende de la forma de sus partículas y de su composición química. Deben estudiarse detalladamente. VALORES REFERENCIALES TIPO DE SUELO Roca, dura y sana (granito, basalto) Roca, medio dura y sana (pizarras y esquistos) Roca, blanda o fisurada Conglomerado compacto bien graduado Gravas. Mezcla de arena y grava Arena gruesa. Mezcla de grava y arena Arena fina a media. Arena media a gruesa, mezclada con limo o arcilla. Arena fina. Arena media a fina mezclada con limo o arcilla. Arcilla inorgánica, firme. Arcilla inorgánica, blanda. Limo inorgánico, con o sin arena.

T 2 kg/cm 40 20 7 4 2* 2* 1.5* 1.0* 1.5 0.5 0.25

* Reducir en 50% en el caso de estar bajo el nivel freático.


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ATENCIÓN No se proveen estos valores con fines de diseño ya que pueden variar sustancialmente para condiciones locales. Su propósito es permitir al constructor, conjuntamente con la identificación del suelo, precisar situaciones en que pueda requerirse un estudio de suelos. VALORES REFERENCIALES

TIPO DE SUELO Arena limpia Arena arcillosa o limosa Arcilla seca Arcilla húmeda Grava limpia Grava y arcilla Grava, arcilla y arena Roca blanda y descompuesta Roca dura descompuesta

V/H

tg 

ka

1: 1.5 1: 1.33 1: 1.75 1: 3 1: 33 1: 33 1: 1.5 1: 1 1: 1

0.67 0.75 0.57 0.33 0.75 0.75 0.67 1.00 1.00

0.258 0.250 0.338 0.523 0.250 0.250 0.285 0.171 0.171

PRESIONES ACTIVAS (aproximado)

Pa = P1 + P2 Pa = [9s H + ½

= Ka =

H2] Ka

en Kg.

Densidad del suelo, usar 3 conservadoramente 2000 kg/m Coeficiente de presión activa

El límite de la altura de la calzadura (H) sin puntales depende del tipo del terreno y la edificación a calzar; el esquema a continuación es indicativo y debe adaptarse a cada situación específica. 1. Cuando no hay agua en el subsuelo los valores máximos de (H), para el sistema de calzadura esquematizados son: Conglomerado 8 m. Arcilla 3 m. Arena 2 m. Para valores mayores de (H) deberá efectuarse el diseño específico de la calzadura.


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2.

Cuando hay agua en el subsuelo el método de la calzadura debe acompañarse con tablestacados o sistemas de apuntalamiento provisionales, externos.

3.

El concreto de la calzadura debe tener poco cemento (aprox. 4 a 5 sacos / m ) y la menor cantidad de agua posible compatible con una trabajabilidad adecuada.

4.

El concreto de la calzadura se acortará aproximadamente 1/3 mm. por metro de altura en un plazo del orden de 7 días, causando asentamientos el la construcción existentemente. Consecuentemente para (H) mayor de 2 metros, es indispensable construir la calzadura por franjas horizontales acuñando con mezcla muy seca cada nivel de llenado.

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CALZADURA POR FRANJAS HORIZONTALES

1. Ver el ángulo de reposo () del terreno, en valores Referenciales. 2. Calcular H = B tg . 3. Comparar H con A. I H ≥ A NO ES NECESARIO SUB-ZAPATA


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BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA SI H ≤ a HACER SUB-ZAPATA

CAMBIO DE NIVEL CIMENTACIÓN


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SUELOS 3.1. Clasificación de los suelos por el tamaño de sus partículas Nombre

Tamaño en mm.

Gravas

100

-

2

Arena gruesa

2

-

0.6

Arena media

0.6

-

0.2

Arena fina

0.2

-

0.06

Limo grueso

0.06

-

0.02

Limo medio

0.02

-

0.006

Limo fino

0.006

-

0.002

Arcilla

menor que

0.002

3.2. Sistema unificado de clasificación de suelos Suelos de grano grueso (más de 50% del material no pasa por el tamiz # 200)

Arenas (más del 50% de la fracción gruesa es menor que el tamiz # 4)

Gravas (más del 50% de la fracción gruesa es mayor que el tamiz # 4)

Arena con finos (cantidad apreciable de finos) SC SM Arenas Arenas

Gravas con finos (cantidad apreciable de finos) GC GM Gravas Gravas

Gravas limpias (poco o ningún fino) GP GW Gravas Gravas

gradadas

arcillosas

limosas

mal

gradadas

Arenas

Mezclas

Mezclas

gradadas gradadas

Arenas -

gravosas

gravo -

grava

Gravas

Gravosas

poco

arenas

arenas

arenosas gravosas

poco

fino

arcillosas

limo

poco fino poco fino

Cu  6 1  Cc  3

Use doble símbolo 4 =  Ip =  7 (SC - SM) G = Grava W = Bien gradada

Ip  Cc  4 1  Cc  3 Use doble símbolo 4 =  Ip =  (GC - GM) Cc = Coeficiente de curvatura

S = Arena

Cu = Coeficiente de uniformidad

Arcillosas

Arenas limpias (pocos o ningún fino) SP SW Arenas Arenas bien

limosas mal

fino Ip  7

Ip4

P = Pobremente gradada

3.3. Sistema unificado de clasificación de suelos Suelos de grano fino (más del 50% del material pasa por el tamiz # 200)

TEMA: SUELOS REFER: TABLAS TÉCNICAS – AGENDA DEL CONSTRUCTOR

bien

Mezclas

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NOVIEMBRE 2001 Suelos Altamente Orgánicos Tablas y otros suelos altamente orgánicos

1) 2)

ENCOFRADOS FIERRERÍA Limos y arcillas (límite líquido  50) OH Arcillas orgánicas de medida alta plasticidad Limos orgánicos

CH Arcillas Inorgán. de alta plasticidad Arcillas grasas

15

Limos y arcillas (límite líquido  50) MH Limos Inorgán. Suelos limosos o arenosos finos micáceos suelos elásticos

OL Linos orgánicos Arcillas orgánicas de baja plasticidad

CL Arcilla Inorgán. de baja a media plasticidad Arcillas gravosas Arcillas arenosas Arcillas limosas Arcillas margas

ML Limos Inorgán. y arena muy fina Polvo de roca Arenas finas limosas o arcillosas Limos arcillosos

Determinar el porcentaje de arenas y gravas de la curva granulométrica. Dependiendo del porcentaje de fino (fracción menor que el tamiz # 200) los suelos gruesos se clasifican como sigue: Menos de 5% - GW, GP, SW, SP Más del 12% GM, GC, SM, SC de 5% a 12%- Casos de fronteras que requieren doble símbolo. M = Limo C = Arcilla O = Suelos orgánicos L = Si el límite líquido es menor que 50% H = Si el límite líquido es mayor que 50%

3.4. Coeficientes de expansión de suelos excavados Naturaleza del terreno Tierra Vegetal Arena Arcilla Margas Tierra Gredosa Tierra margosa Arcilla compactas Tierra dura Roca partida Tierra margosa muy compacta y dura

Coeficiente de expansión inicial 1.10 1.15 a 1.20 1.20 a 1.25 1.25 a 1.30 1.20

Coeficiente de expansión residual 0.01 a 0.05 0.01 a 0.03 0.03 a 0.05 0.05 a 0.08 0.10

1.50 1.55 1.60 a 1.65

0.30 0.30 0.40

1.70

0.40

Después de compactado y regado

3.5. Valores referenciales de cohesión en Kg/cm2 (DIN 1054) Arcilla rígida Arcilla semirigida Arcilla blanda Arcilla arenosa Limo rígido o duro


0.25 0.10 0.01 0.05 0.02

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3.6. Angulos de fricción interna y peso específico de suelos Tipo de suelo Arena gruesa o arena con grava Arena media Arena limosa fina o limo arenoso Limo uniforme Arcilla - limo Arcilla limosa Arcilla

Consistencia Compacta suelta Compacta suelta Compacta suelta Compacta suelta Suave a mediana Suave a mediana Suave a mediana

Angulo de fricción interna  en grados 40 35 40 30 30 25 30 25 20 15 0.10

Peso específico en kg/cm2 2250 1450 2080 1450 2080 1365 2160 1365 1440 - 1920 1440 - 1920 1440 - 1920

3.7. Características de permeabilidad en suelos Tipo de suelos Grava limpia Arena gruesa limpia Arena media limpia Arena fina limpia Grava y arena limosa Arena limosa Arcilla arenosa Arcilla limosa Arcilla Arcilla coloidal

Coeficiente de permeabilidad aproximados K, cm/seg 5 - 10 0.4 - 3 0.05 - 0.15 0.004 - 0.02 5 10 – 0.01 5 4 10 - 10 6 5 10 - 10 6 10 7 10 9 10


Características de drenaje Bueno Bueno Bueno Bueno Pobre a bueno Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre

16



17

3.8. Factores de seguridad en suelos Parámetro del suelo c (cohesión)  (ángulo de fricción interna) Cimentaciones Construcción temporales a) Datos del suelo y cargas razonablemente exactos y definitivos b) La carga accidental es descartada c) Máxima combinación de cargas con viento o con sismo d) Cimentación con condiciones dudosas Muros de contención Seguridad contra el volteo Seguridad contra el deslizamiento Seguridad contra el aplastamiento Terrenos granulares Terrenos cohesivos

F.S. 2.0 a 2.5 1.2 a 1.3 1.5 2.5 2.0 1.5 4.0 2.0 1.5 2 3

3.9. Valores referenciales del módulo de Poisson 

Arcilla saturada Arcilla sin saturar Arcilla arenosa Limo Arena densa Arena gruesa Arena fina Roca Hielo Concreto

0.4 - 0.50 0.1 - 0.30 0.2 - 0.40 0.3 - 0.35 0.2 - 0.40 0.15 0.25 0.1 - 0.40 0.36 0.15

3.10. Valores de cargas permisibles sobre suelos en Kg/cm2 Cama de roca sólida cristalina masiva en buenas condiciones Roca foliada (esquitos, pizarras) en buenas condiciones Roca sedimentaria en buenas condiciones Gravas o arenas excepcionalmente compactas Gravas compactas o mezcla de grava y arena grava suelta; arena gruesa compacta Arena gruesa suelta o mezclas de arena; grava, arena fina compacta o arena gruesa confinada y húmeda Arena fina suelta o húmeda, arena fina confinada Arcilla rígida Arcilla media rígida Arcilla suave


100 40 15 10 6 4 3 2 4 2 1



18

3.11. Asentamiento admisible (en pulgadas) Tipo de movimiento Asentamiento total

Inclinación o giro

Asentamiento diferencial

Factor limitativo Drenaje Acceso posibilidad de asentamiento no uniforme Estructuras muros de mampostería Estructuras de reticulares Chimeneas, silos y placas Inclinación de chimeneas Rodadura de camiones Almacenamiento de mercaderías Funcionamiento de maquinarias Telares Turbogeneradores Carriles de grúas Drenaje de techos Muros de ladrillos continuos y elevados, fábricas de una planta, fisuración de muros de ladrillo Fisuras en tarrajeo (yeso) Pórticos de concreto armado Pantallas de concreto armado Pórticos metálicos continuos Pórticos metálicos simples

Asentamiento máximo 6 a 12 12 a 24 1a2 2a4 3 a 12 0.004 L 0.01 L 0.01 L 0.003 L 0.0002 L 0.003 L 0.01 a 0.02 L

0.001 a 0.002 L 0.001 L 0.0025 a 0.004 L 0.003 L 0.002 L 0.005 L

L = Distancia entre columnas adyacentes con asentamientos diferentes o entre dos puntos cualquiera. Los valores más elevados son para asentamientos homogéneos y estructuras más tolerantes. Los valores interiores corresponden a asentamientos irregulares y estructuras delicadas.

3.12. Ángulos de fricción  entre varios materiales y suelos o rocas. Masas de concreto o albañilería con: Roca sólida limpia Grava, Grava-arena o arena gruesa Arena fina limpia o arena arcillosa Limo arenoso Arcilla consolidada muy rígida Arcilla medio rígida

°C 35 29 a 31 24 a 19 17 a 19 22 a 26 17 a 19

Pilotes de acero con: Grava limpia, mezcla de grava-arena Arena limpia, arena-grava Arena-limosa, arena limosa o arcillosa Arena-limosa fina, limo no plástico

22 17 14 11

Concreto premoldeado-tablestaca con: Grava limpia, mezcla de grava arena Arena limpia, arena grava Arena limosa, arena limosa y arcillosa Arena-limosa fina, limo no plástico

22 a 26 17 a 22 17 14

Otros materiales: Albañilería sobre madera (perpendicular al grano) Acero a acero en tablaestacado Madera sobre suelo

26 17 14 a 16


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3.13. Relación entre ensayos de laboratorio y compactación en campo. Método

En laboratorio

En campo

Impacto

Práctica-Patrón (Proctor, etc.)

Nada comparable (Compactación manual)

Acción de amasamiento

Ensayo miniatura Harvard

Rodillo de pata de cabra Rueda balanceante

Vibración

Mesa Vibratoria

Rodillos vibradores y compactadores

Compresión (Dinámica o estática)

Maquinaria de compresión (CBR)

Rodillo de rueda lisa

3.14. Utilización de suelos en carreteras CBR

Clasificación

Usos

Sistema Unificado

0- 3

Muy pobre

Subrasante

OH, CH, MH, OL

3- 7

Pobre a regular Subrasante

OH, CH, MH, OL

7 - 20

Regular

Sub - base

OL, CL, ML, SC, SM, SP

Bueno

Base, sub - base

GM, GC, SW, SM, SP, GP

Excelente

Base

GW, GM

20 - 50  50

3.15. Relación aproximada entre la clasificación del suelo y los valores del módulo de reacción de la subrasante K (kg/cm3) y el CBR Sistema unificado GW GP GM GC y SW

K  16 8.3 - 1 6  7

CBR  60 25 - 60  20

7 - 12

20 - 40

SM

5.5 - 12

10 - 40

SP

5.5 - 8.3

10 - 25

SC

5.5 - 7

10 - 20

ML Y CL

4 - 6.5

5 - 15

OL Y MH

 5

 8

OH Y CH

 4

 5


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20

3.16. Coeficiente Ka de empuje activo de suelos  

()

10

15

20

25

30

35

40

=0

=0  = 10  = 20  = 30 = 

0.70 0.97 0.97

0.59 0.70 0.93

0.49 0.70 0.88 0.88

0.41 0.47 0.57 0.82

0.33 0.37 0.44 0.75 0.75

0.27 0.30 0.34 0.43 0.67

0.22 0.24 0.27 0.32 0.59

 = 10

=0  = 10  = 20  = 30 =

0.76 1.05 1.05

0.65 0.78 1.04

0.55 0.64 1.02 1.02

0.48 0.55 0.69 0.98

0.41 0.47 0.55 0.92 0.92

0.43 0.38 0.45 0.58 0.86

0.29 0.32 0.36 0.43 0.79

 = 20

=0  = 10  = 20  = 30 =

0.83 1.17 1.17

0.74 0.90 1.20

0.65 0.77 1.21 1.21

0.57 0.66 0.83 1.20

0.50 0.57 0.69 1.17 1.17

0.43 0.49 0.57 0.73 1.12

0.38 0.43 0.49 0.59 1.06

 = 30

=0  = 10  = 20  = 30 =

0.94 1.37 1.37

0.86 1.06 1.45

0.78 0.94 1.51 1.51

0.70 0.83 1.06 1.54

0.62 0.74 0.89 1.55 1.55

0.56 0.56 0.77 0.99 1.54

0.49 0.56 0.66 0.79 1.51

ka =

Cos (-) 05 2 Cos  ( 1 + (Sen  Sen ( -  ) / Cos ( -  )) ) 2

3

 = ángulo que forma el terraplén, encima del muro, con la horizontal  = ángulo de la pared posterior, del muro de contención con la vertical  = ángulo de fricción interna Cuando  =  = 0 la expresión se reduce a: Para suelo granulares ka = ( 1 - Sen  ) / ( 1 + Sen ) Kp = ( 1 + Sen  ) / ( 1 - Sen  ) 2 Empuje total = ka  H /2 h altura a partir de la base = H/3 Para suelos cohesivos Pa =  H - 2c Pp =  H + 2c 2 E =  ( H - 2c/ ) / 2 h = ( h - 2c/)/3 En donde:  es el peso unitario del suelo H es la altura total del muro c es la cohesión del material


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Presión de tierras durante sismos: E = (1 - Cv) (k h Donde: Kea = Cos ( - 0) / (cos ) [1 + (sen  - 0) / Cos 0) ] 2

2

1/2 2

kea es coeficiente de empuje activo durante sismos 0 = arc tg [ Ch/(1 - Cv)] Ch es coeficiente sísmico horizontal (parte 3 cargas dinámicas) Cv es el coeficiente sísmico vertical (El reglamento da los siguientes valores: Cv = 0 - 30 para zona 1,0.20 para zona 2 y 0.00 par zona 3)

3.17. Predimensionamiento de muros de contención de concreto armado


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MECÁNICA DE SUELOS 1.0.

GENERALIDADES La mayoría de Ingenieros y Maestros de Obra, tienen pocas dificultades para preparar y vaciar concreto, colocar, hacer, dirigir la carpintería y otros trabajos sobre el terreno; sin embargo, la primera etapa de la construcción incluye trabajos debajo del terreno natura, tales como las excavaciones, el apuntalamiento, estabilidad de taludes, rellenos y compactaciones; y la construcción de los cimientos. con frecuencia esta etapa presenta muchos problemas cuando no se ha realizado el estudio de suelos y por tanto es necesario conocer las características de los diferentes tipos de suelos:

1.1.

EXAMEN DE LA SUPERFICIE Al recorrer el terreno donde se va a construir y examinarlo es posible observar algunas características, entre las que se encuentran:

1.2.

-

Evidencia que se usó como tierras de cultivo.

-

Excavaciones o cortes previos.

-

Pruebas que ha habido corrimientos o deslizamientos de tierra;

-

Agrietamientos de la superficie del suelo si está seco. Esto iniciará contracciones de los suelos. Por lo común, estos suelos son expansivos y pueden constituir un problema durante la construcción, además que pueden crear dificultades en las estructuras terminadas.

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS La tierra se origina de las rocas, las rocas se erosionan gradualmente, se descomponen y se ablandan en el lugar en el que se encuentran. Esas rocas descompuestas y modificadas se trasforman en tierra, que se conoce como suelo residual. Cuando los materiales rocosos se deslavan, debido casi siempre a las lluvias y las corrientes de agua, descienden a las zonas mas bajas, donde se depositan en el fondo de los valles (aluvión). En algunos casos, este tipo de suelo se erosiona con el viento. Los suelos arenosos forman dunas, los suelos limosos se desplazan a grandes distancias, arrastrados por el viento, formando capas de varios centenares de metros de espesor. Cuando los arroyos de los ríos deslavan los suelos aluvionales y los llevan hasta el mar y éstos se depositan en el fondo, se conocen como depósitos marinos, los depósitos del fondo de los lagos se llaman depósitos lacustres. Por su parte, los depósitos marinos de arena, limo o arcilla pueden llegar a tener gran espesor. Al contrario de los que algunos creen, la arena no procede de los mares, sino que la llevan a él los ríos y arroyos. Los suelos más comunes que se encuentran al efectuar trabajos normales de construcción, son una mezcla de muchas partículas minerales, que en general proceden de varios tipos de rocas, además de las partículas minerales, los suelos contienen agua, aire o quizá, gases o materiales orgánicos, tales como raíces o humus y, en algunos casos compuestos químicos. a) Arena. Las arenas se clasifican de acuerdo con el tamaño de las partículas que los forman; la gráfica muestra la clasificación según la sociedad Americana para ensayos y materiales (ASTM): 2.0

0.25 Gruesa

0.05

0.005

0.001

Fina ARENA

LIMO

ARCILLA

COLOIDES

Tamaño en mm,

TEMA: SUELOS REFER: PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS EN ALBAÑILERÍA III – A. ODAR C. - SENCICO

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Por la forma de las partículas, la arena se puede clasificar en angular, sub-angular y redondeada. En general, la arena se considera como un material conveniente para la construcción y, por lo común, los suelos arenosos como adecuados para apoyar la cimentación. Las arenas al contacto con el agua pueden plantear problemas y casi siempre debido al agua; por ejemplo, los depósitos de arena cercanos al mar o al río, pueden deslavarse de debajo de las cimentaciones de los edificios. Por otra parte, el agua que asciende por un depósito arenoso, puede crear inestabilidad en el suelo. En sitios "SECOS" la arena constituye un buen material de cimentación, tiene mas probabilidades de que haya asentamiento inadecuados y puede decirse que es un buen material de construcción. En general, las excavaciones en arena son inestables, las excavaciones en seco se desploman, por lo común en pendientes de 1-½ horizontal al vertical; sin embargo, la arena mojada puede sostenerse en laderas mas pronunciadas, incluso verticales, durante periodos breves. No obstante, las excavaciones en arena con mayor pendiente que 1:1, tienden a desplomarse en unos cuantos días o en una semana, deslizándose hasta llegar a una pendiente menos pronunciada que será de mas o menos 1 ½ a 1. Este último se denomina ángulo de reposo. b) Limo. Se compone de fragmentos de rocas finamente molidos y es inorgánico. Por lo común una porción seca de limo se puede romper fácilmente con la mano, el material es seco y polvoriento. Con frecuencia se encuentra limo mezclado con arena fina o mediana. Muchas veces la "arena sucia" es una mezcla de limo y arena. Por lo común el limo no es buen material de construcción, en lo que se refiere a las cimentaciones a menos que se comprima y endurezca como formación de rocas limosas o cuando se ha desecado por completo. Hay limo en muchos valles y fondos de ríos, casi siempre está suelto y húmedo y en general es fácil que se comprima bajo cargas ligeras de cimentación, provocando un asentamiento de los edificios. Resulta difícil usar el limo como material de construcción en terraplenes compactados; no se mezcla bien con el agua. Así mismo tiende a desmenuzarse cuando se seca o ceder bajo los equipos de compactación cuando está ligeramente húmedo. C) Arcilla. La arcilla se compone de partículas rocosas extremadamente finas que pueden ser redondas, planas, en forma de agujas o de otros tipos. Un trozo de arcilla seca es duro y difícil de romper con la mano. La arcilla mojada puede amasarse y moldearse. Por lo común, los suelos arcillosos contienen gran cantidad de agua, que va del 10% al 50%, por peso. El agua tiende a mantener unidas las partículas de materiales y por otra parte, posee tensión superficial, por lo que actúa como pegamento ligero cuando la capa de agua se hace muy delgada aumenta la tensión superficial y se hace mayor el efecto de adherencia. Los pedazos de arcilla casi seca se vuelve muy duro. Los suelos arcillosos varían de muy blandos (y húmedos) a firmes (y relativamente secos). Por lo común, la arcilla firme es un buen material de cimentación, sin embargo la tendencia a absorber agua hace que la arcilla firme se dilate, lo cual puede hacer que se eleven las cimentaciones y que el suelo imponga mayores presiones a los muros de retención. Las arcillas blandas (y húmedas) se desaguan lentamente y se comprimen cuando se colocan cimentaciones sobre ellas; es difícil usarlas como material de construcción, por que ceden y fluyen bajo los equipos de compactación, además de que se desecan con mucha lentitud. La excavaciones en arcilla pueden ser estables, en paredes altas y muy pendientes, las arcillas firmes no se desploman. El exceso de altura o verticalidad provocan deslizamientos de la tierra. Una de las primeras causas de esos deslizamientos es la adición de agua a la arcilla y la reducción consiguiente de la tensión superficial en las pequeñas partículas de arcilla. D) Mezclas de arena, limo y arcilla. Por lo común los suelos son una mezcla de dos o mas materiales: arena y limo, limo y arcilla o una mezcla de los tres, por lo tanto, las TEMA: SUELOS REFER: PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS EN ALBAÑILERÍA III – A. ODAR C. - SENCICO

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características de esos suelos se modifican; por ejemplo, la arena con cierto porcentaje de limo y arcilla puede compactarse bien y proporcionar un suelo muy firme así mismo, la permeabilidad puede ser muy baja, lo cual hace que ese material sea apropiado para el recubrimiento de depósitos de agua. E) Otros compuestos químicos. Los suelos pueden contener diversas cantidades de otros compuestos químicos, algunos tienen elevados contenidos de sulfuro y cloruros, convirtiéndolos en "suelos calientes", que pueden causar la corrosión de líneas subterráneas de servios públicos o provocar el deterioro del concreto y el acero de refuerzo. La calcita es un compuesto químico (sulfato de calcio) que se encuentra con frecuencia en los suelos, es ligeramente soluble en el agua; pueden causar dificultades en casos en que en una pesa o en un terraplén haya filtración continua de grandes volúmenes de agua. F) Suelos expansivos. Algunos suelos se dilatan o contraen debido a los cambios en los contenidos de agua. Esto se debe a un tipo de arcilla que recibe el nombre de montmorillonita. Los suelos que contienen minerales de montmorillonita se dilatan o encogen según se añada o se extraiga agua. Una de las fuentes mas comunes de montmorillonita es un material llamado bentonita.

1.3.

CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS En general las muestras de suelos se describen de acuerdo con algunas de las características siguientes: - Tamaño aparente de las partículas  Firmes o blandas  Color  Compactos o sueltos  Húmedos o seco  Uniformes o variables  Estratificados  Raíces o materiales orgánicos  Compuestos químicos La determinación de las características anteriores se hace en función de: 1. Tamaño de los granos. El tamaño de las partículas de tierra es portante para la identificación de suelos. Las muestras de suelo se hacen pasar por tamices o Cedazos de diversos tamaños para calcular los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla que hay en ellas. Los tamices suelen denominarse por números que se refieren a escalas establecidas. Hay tamices de 4", 3", 2", 1 ½" y así hasta la número 200 (0.074 mm) de acuerdo a la clasificación dada anteriormente para distinguir entre el limo y la arcilla es necesario emplear la prueba del decímetro o hidrómetro. Suelos seleccionados para rellenos compactados Tamaño del tamiz 2" N° 4 N° 40 N° 200

% que pasa 100 50 - 85 20 - 50 5 - 15

Suelos aceptables para rellenos compactados. Tamaño del tamiz 3" N° 200

% que pasa 100 20 - 30


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ENCOFRADOS FIERRERÍA Materiales de base para carreteras

Tamaño del tamiz 2" 1 ½" ¾" N° 4 N° 200

% que pasa 100 90 - 100 50 - 90 25 - 50 3 - 10 Arena para concreto

Tamaño del tamiz ⅜" N° 4 N° 8 N° 16 N° 30 N° 50 N° 100

% que pasa 100 95 - 100 80 - 100 50 - 85 25 - 60 10 - 30 2 - 10

2. Contenido de humedad. El contenido de agua de un suelo es un porcentaje, en el que se compara el peso del agua con el del suelo seco.

Contenido del agua 

peso del agua  10 peso del suelo sec o

En general el contenido de agua o humedad de diversos suelos varía aproximadamente de 10 a 15% para la arena, de 15 a 30% para el limo, y de 30 a 50% para el arcilla. Algunos suelos tales como los lodos pueden tener contenido de agua de 100 a 200% 3. Límites de consistencia. En general los suelos pueden ser divididos en dos grandes grupos: friccionantes o pulverulentos y cohesivos. El grado de cohesión de los segundos varían mucho, según varíe la humedad de los mismos. Un suelo puede estar en cualquiera de los estados de consistencia: a) Estado líquido con las propiedades y apariencias de una suspensión. b) En semilíquido, con las propiedades de un fluido vistoso. c) Estado plástico, en el que el suelo se comporta plásticamente. d) Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún disminuye su volumen al estar sujeto a secado. e) Estado sólido, en el que el volumen del suelo no varía con el secado. Los anteriores estados son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras. Atterberg, estableció los siguientes límites de consistencia:  Límite líquido. Es la frontera entre los estados semilíquidos y plásticos.  Límite plástico. Es la frontera entre los estados plásticos y semisólidos.  Límite de contracción. Es la frontera entre los estados semisólidos y sólidos, definido por el contenido de agua con el que el suelo no disminuye su volumen al seguirse secando. El límite liquido se determina haciendo ensayos con las copas de casa grande. El límite plástico es el contenido de humedad de unos rollitos hechos con la mano sobre un vidrio, hasta que la muestra pierda su agua y no pueda moldearse porque el suelo se agrieta o desmorona.


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El límite de contracción es el encogimiento de un suelo al secarse, este fenómeno en un momento pesa aunque el suelo siga perdiendo agua. Al contenido de humedad en ese momento, se llama límite de contracción. Comentarios. El límite líquido nos da una idea si el suelo es orgánico o inorgánico, considerando dos muestras, una seca y la otra en su estado natural; si en ambas muestras el límite líquido es igual, el suelo es inorgánico; en caso contrario el suelo es orgánico. El límite de contracción nos da una idea de las arcillas expansivas, en efecto, para límites de contracción menor que 10 las arcillas con expansivas, y para límites de contracción mayor que 12, no. Los límites de consistencia dan una base para clasificar al suelo y sus propiedades. 4. Resistencia. El conocimiento de la resistencia de un suelo es fundamental en todo problema de estabilidad. El diseño de una estructura, sea esta una fundación, un terraplén o un muro de contención, requiere de una evaluación de la resistencia de los suelos involucrados en ella. Los métodos de prueba están en función del tipo de suelos a ensayar y del grado de apreciación que se quiera de las características esfuerzo deformación y resistencia: - Compresión simple - Corte directo - Compresión triaxial a) Corte directo. El ensayo es para suelos flexionantes, (arenas) el ensayo consiste básicamente en colocar el suelo en una caja metálica compuesta de dos marcos (superior e inferior), que no se encuentran en contacto y luego aplicar una carga vertical y una horizontal (de corte) conforme se va aplicando esta última fuerza, se trazan en una gráfica la cantidad de fuerza y la deformación; para así encontrar la resistencia del suelo y utilizarlo en cálculos posteriores.

5. Consolidación. Las pruebas de consolidación se realizan para estimar la compresión o la consolidación de las capas de suelo bajo las cargas. De este modo es posible estimar


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el asentamiento de las cimentaciones; así mismo se pueden estimar los asentamientos debidos a la colocación de terraplenes o cargas pesadas sobre el suelo. 6. Permeabilidad. Las pruebas de permeabilidad del suelo se efectúan para medir la rapidez con la que se puede drenar el agua a través del suelo. Los índices de permeabilidad se utilizan para seleccionar métodos de desagüe para excavaciones por debajo del nivel freático, así como también para otros fines. Indices típicos de permeabilidad Tipo de suelo Grava Arena gruesa Arena mediana Arena fina Arena muy fina Limo Arcilla limosa Arcilla plástica

cm/seg 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.000001 0.0000001

pies al día 30,000 3,000 300 30 3 0.3 0.003 0.00003

7. Compactación. Las pruebas de compactación se efectúan en suelos que se intenta utilizar como rellenos compactados. Las demandas de pavimentación de carreteras y pistas de aterrizaje de aeropuertos, ha incidido en que se creen compactadoras y apisonadoras más pesadas; igualmente los procedimientos de pruebas de laboratorio han cambiado y utilizan martillos más pesados y de mayor energía para compactar suelos. En una de las pruebas que más se utiliza se emplea un martillo que pesa 10 libras (4.50 kg) y cae a lo largo de 18 pulgadas (45 cms), para compactar el suelo en 5 capas. 8. Análisis químicos. Los análisis químicos de suelo pueden efectuarse para saber si éstos son ácidos, alcalinos o neutros y para determinar si contienen sulfuro, cloruros u otros compuestos químicos que puedan causar deterioro en las cimentaciones de concreto o acero o en las tuberías tendidas en el suelo. También se pueden necesitar análisis químicos sobre muestras de agua y muestras de materiales de filtración, para el diseño de posos y drenajes. Por lo común se comprueba primero el PH de las muestras del suelo. Cuando el suelo es aproximadamente neutro (PH = 7), no suelen hacerse otros análisis. Si el PH es alto o bajo, lo que indica condiciones alcalinas o ácidas se suelen efectuar análisis adicionales para determinar el contenido de sodio, cloruro y sulfato de los suelos. Estos pueden indicar una necesidad de protección especial para las estructuras de concreto o acero que se colocan sobre el terreno.


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SUELOS Y ESTABILIZACIÓN 1.

ESTABILIZACION DE SUELOS - ANTECEDENTES Se entiende por estabilización de suelos, el mejoramiento de una o más propiedades de un suelo para cumplir determinado fin. Con la adición de productos bituminosos se busca disminuir la absorción de agua y sus efectos posteriores, lográndose muros durables, sin revestimiento y de mejor apariencia. 1.1. Teoría de la Estabilización de lo Suelos con Asfalto La estabilización de bloques con asfalto se fundamenta en el hecho de que la arcilla es el único componente del suelo que es inestable en presencia de humedad. El asfalto emulsificado que se usa como estabilizador de suelos consiste de glóbulos microscópicos de asfalto que están rodeados y suspendidos en medio acuoso. Se recomienda mantener el estabilizador a una temperatura superior a 0° centígrado. El estabilizador hace contacto con la parte arcillosa del suelo y a medida que se realiza la evaporación del agua, los glóbulos de asfalto forman una fina película que rodea a las partículas de arcilla, cuando está totalmente seca, la masa tratada con la emulsión de asfalto mantiene aproximadamente la misma firmeza y resistencia a la compresión que un suelo que ha sido mezclado solamente con agua. Pese a que un contacto con el agua puede producir cierta absorción, las partículas de arcilla no se expandirán o penderán cohesión. 1.2. Suelos Apropiados Se recomienda suelos con una composición básica de arena y arcilla, la segunda actuará, como un cementante de la primera. La fracción fina de un suelo debe contener suficiente arcilla para formar una pasta delgada alrededor de las partículas más gruesas. Suelos arcillosos ocasionan demasiado encogimiento y rajaduras, además el constante aumento y disminución de volumen en presencia de agua producen adobes fácilmente erosionables; suelos con excesiva arena no tienen suficiente ligazón entre partículas, generando adobes de poca fuerza cohesiva que se desmoronan. Suelos con excesivo contenido de materia orgánica no son aptos por su gran encogimiento, baja resistencia y poca duración ante la humedad. Las sales y álcalis aún en cantidades reducidas ocasionan deterioro en los adobes expuestos a ciclos de humedecido y secado. El problema principal radica en la identificación de los elementos nocivos y en los porcentajes máximos admisibles. 1.2.1.

Requisitos de Selección Como la adición de asfalto no altera significativamente la resistencia mecánica, el encogimiento, ni la trabajabilidad del barro se han tomado como especificaciones de partida las usualmente empleadas para adobes comunes secados al sol. 1.2.1.1. Granulometría: Según el sistema SUCS, las partículas que pasan la malla ASTM N° 200 son clasificados como limos y arcillas. Los tipos de suelos requeridos deben tener un contenido de 55% a 75% de arena (retenidas en la N° 200) y de 25% a 45% de materiales finos (limos más arcillas). La proporción ideal de arcilla sería el 15%, según la "Clasificación Internacional" arena (2 a 0.02 mm.), limo (0.02 a 0.002 mm.), arcilla (0.002 a 0.0002 mm.) 1.2.1.2. Contenido de Sales Solubles en agua: El máximo porcentaje permisible sería el 0.2%. 1.2.1.3. Resistencia estabilizado.

Mecánica:

Son

las

TEMA: SUELOS REFER: LA CONSTRUCCIÓN CON TIERRA – SENCICO - SENCICO

mismas

que

para

suelo

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ENCOFRADOS FIERRERÍA 1.2.1.4. Ensayos de Campo: Existe una serie de ensayos de campo, para estimar la factibilidad de un suelo, dichos ensayos se especificarán más adelante.

1.3. Estabilizadores Asfálticos Empleados: 1.3.1.

Asfalto RC - 250 Llamado popularmente "Asfalto de Caminos", sustancia viscosa de color oscuro, disponible en cilindros de 54 galones a granel, transportado en camiones cisternas. La temperatura ideal de mezclado varía de 27 °C a 66°C.

1.3.2.

Otros: La utilización de emulsiones asfálticas se ve limitada en nuestro medio por la restringida producción, proyecciones de costos denotan un precio 2 veces mayor que el asfalto RC - 250 y los ensayos realizados con emulsiones mostraron un consumo requerido 3 veces mayor.

2.

SELECCIÓN DE SUELOS - EVALUACIÓN PRELIMINAR Se plantea inicialmente, el análisis del suelo solo (sin asfalto) con el fin práctico de excluir suelos inapropiados en una etapa de evaluación preliminar y aliviar la etapa de selección definitiva. 2.1. En el campo Tradicionalmente nuestros "adoberos" se guían por la consistencia y pegajosidad de un barro. A continuación se mencionan una serie de ensayos que se pueden efectuar en el campo para tener idea con que tipo de suelo se esta tratando. 2.1.1.

Prueba de Color: Debe realizarse cuando el suelo se encuentre en un estado húmedo el color identifica el contenido orgánico, la composición química y asociado con otras características indica la naturaleza erosiva del suelo.  Color negro, verdoso aceituna y desde castaño claro hasta negro, pueden significar materias orgánicas.  Blando, blanco grisaceo, azul negro, café negro, materia orgánica activa.  Gris claro en depósito de barro limoso o suelos con mucho carbonato cálcico para cohesión.  Colores claros y brillantes, propio de suelos inorgánicos.  Color rojo, castaño oscuro, presencia de suelos de alta resistencia ya que contiene óxido de hierro.  Rojo y el café rojizo, presencia de hierro en forma de hierro deshidrato.  Color amarillo y café amarillento, presencia de hierro en forma de hidratos de hierro.

2.1.2.

Prueba Dental Tómese una pizca de la muestra y muélase ligeramente entre los dientes, identifíquese los suelos como sigue:  Suelo arenoso: las partículas rechinarán entre los dientes, causando una sensación desagradable.  Suelo limoso: aunque las partículas rechinan entre los dientes no causarán una sensación desagradable.  Suelo arcilloso: no rechinan en absoluto, como harina entre los dientes.

2.1.3.

Lavado de manos en seco: Tómese una muestra de suelo, colóquese en la palma de la mano y proceda como si se fuera a lavar las manos, sacúdase y el residuo la dará una pauta de la cantidad de finos presentes en el suelo (poco, regular y alto contenido de finos)

2.1.4.

Lavado de manos con agua:


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ENCOFRADOS FIERRERÍA Después de lavarse las manos con el suelo; suelos arcillosos y húmedos se notan jabonosos y resbaladizos, suelos limosos, se notan polvorientos como harina y las arenosos se enjuagan fácilmente.

2.1.5.

Prueba olfativa: Los suelos orgánicos tienen un olor que ayuda a su identificación.

2.1.6.

Prueba de brillo:  Suelo arenoso: superficie opaca  Suelo arcillosos: superficie brillante  Suelo limoso y limos o arcillas de baja plasticidad: superficie mate.

2.1.7.

Prueba de dilatancia: Para identificar los suelos de gran proporción de finos se retiran aquellas partículas que no pasan la malla N° 40, se preparará una pastilla de suelo 3 húmedo de aproximadamente 10 cm . Colóquese las pastillas en la palma de la mano y agítese horizontalmente golpeando contra la otra mano.  Reacción rápida: cuando sólo se necesiten de 5 a 10 golpes para hacer salir agua a la superficie, es propio de arenas muy finas y limos.  Reacción tardía; cuando se necesita de 20 a 30 golpes, regular o alta cantidad de arcilla o bien suelo limoso.  Reacción muy lenta: no reaccionan a la prueba del sacudimiento, cuanto más tiempo necesiten para mostrar una reacción, más arcilla contendrán, este tipo de suelo no podrá estabilizarse con asfalto.

2.1.8.

Prueba de tenacidad: Consiste en formar con un terrón de tierra del tamaño de una aceituna un filamento de 3 mm. de diámetro, si se rompe antes de adelgazarlo es que estará demasiado seco y se necesitará agregarle agua, este procedimiento adelgazante se repetirá hasta lograr que se desmenuce al llegar al diámetro indicado, esta prueba sirve para formar una idea respecto a la cantidad de arcilla que contenga un suelo.

2.1.9.

Prueba de la cinta: Esta prueba proporcionará básicamente la misma información que la prueba anterior y se beneficiarán recíprocamente. Tómese suficiente tierra para formar un rollo del tamaño aproximado de un cigarrillo, con dicho rollo se formará un filamento de 3 mm de diámetro, aplánese en la palma de la mano entre el pulgar y el índice hasta formar una cinta de 3 a 6 mm de grosor, obsérvese que tanto puede alargarse la cinta sin romperse.  De 20 a 25 cms, suelo con alta cantidad de arcilla, no sirve para estabilizar.  De 5 a 10 cms, poca arcilla, se puede estabilizar.  No se puede formar la cinta, suelos con poca arcilla o que carecen por completo de arcilla, podrán ser estabilizados.

2.1.10. Prueba de resistencia seca: Es otra prueba que ayudará a determinar la cantidad de arcilla. Prepárese 3 porciones de suelo previamente amasado con agua de 12 mm de grosor por 50 mm, póngase después a secar al sol o en un horno hasta que estén totalmente secos.  Alta resistencia seca: los cuadritos que se imprimen en la muestra serán muy difíciles de romper es posible que se puedan pulverizar un poco con los dedos, estaremos ante la presencia de suelos con alta cantidad de arcilla, no pueden ser estabilizados.  Mediana resistencia seca: no será difícil romper los cuadritos y con regular presión se pulverizarán, este suelo es bueno para estabilizarlo.  Baja resistencia seca: un cuadrito con poca arcilla se romperá sin dificultad y se pulverizarán fácilmente. 2.1.11. Prueba de adherencia: TEMA: SUELOS REFER: LA CONSTRUCCIÓN CON TIERRA – SENCICO - SENCICO

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ENCOFRADOS FIERRERÍA Cuando al arrojar una bola de ésta al suelo previamente amasada con agua, la mano queda pegajosa y con agua.  Alta adherencia: si queda la mano pegajosa y con pedacitos de suelo, el suelo contendrá alta cantidad de arcilla.  Mediana adherencia: si sólo queda sucia y no pegajosa y con pocos restos, es un suelo con regular contenido de arcilla y podrá estabilizarse.  Poca adherencia: estos suelos no dejan residuo tierras con poco contenido de arcilla podrán estabilizarse satisfactoriamente.

2.1.12. Prueba de Pegacidad: Esta prueba proporciona básicamente la misma información que la de la adherencia y se comprueba recíprocamente. Tómase suficiente tierra para formar una masa que no quede pegajosa, colóquese la espátula sobre la mezcla e introdúzcase.  Alta pegacidad: si la espátula requiere gran esfuerzo para introducirla y levantar la muestra, suelo con alta cantidad de arcilla.  Mediana pegacidad: la espátula se introducirá sin gran dificultad, pero al retirarla tratará de levantar la muestra, contendrán regular cantidad de arcilla.  Poca pegacidad: la espátula se puede introducir y retirar sin esfuerzo, poca arcilla, se puede estabilizar. 2.1.13. Caída a partir de un metro: Identifica el contenido de finos en el suelo. Prepárese tres bolas de 5 mm de la muestra del suelo hasta el estado de masilla, déjese caer desde una altura de 1 metro.  No aparecen grietas: suelos con alto contenido de finos, no se puede estabilizar.  Pocas grietas: suelo adecuado para la estabilización.  Grietas pronunciadas: menos contenido de finos, no ofrece dificultad para la estabilización. 2.1.14. Prueba de inmersión: Ayudará a determinar la cantidad de arcilla, prepárese 3 porciones de suelo previamente amasado con agua de 12 mm de espesor por 50 mm, de ancho de tal manera que conserve su forma al dividirlo en cuadritos, póngase después a secar al sol o en un horno introdúzcase a un recipiente con agua y obsérvese el tiempo que toma en desintegrarse.  Rápida desintegración: 5 minutos o menos, suelo arenoso con poco contenido de arcilla.  Desintegración tardía: 5 a 10 minutos, regular o alta cantidad de arcilla. 2.1.15. Índice de plasticidad: El índice de plasticidad (deferencia numérica entre el L.L. y L. P.) se ha correlacionado con el comportamiento de la tierra y es un indicador excelente del comportamiento de ésta. 2.1.16. Prueba de gradación: Llenar hasta la cuarta parte con tierra una botella delgada de 1/2 litro de capacidad; llenar las 3/4 partes con agua, agitar vigorosamente la botella y su contenido hacerla reposar y después de 5 horas realizar la lectura.  Arena : Reposa inmediatamente  Limo : Reposa a los pocos minutos  Arcilla : Se mantiene en suspensión lo que obliga a esperar las 5 horas. 2.2. En el Laboratorio: Consistirá en la determinación de algunas propiedades índices de un suelo de acuerdo a ensayos normalizados. TEMA: SUELOS REFER: LA CONSTRUCCIÓN CON TIERRA – SENCICO - SENCICO

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NOVIEMBRE 2001 2.2.1.

ENCOFRADOS FIERRERÍA Granulometría: No se cree conveniente definir la factibilidad de un suelo por los resultados de análisis granulométricos.

2.2.2.

Limites de Attenbeng: Interesen los valores de límite líquido y el límite plástico según las normas ASTM D - 423 y D - 424, se consideran convenientes los límites líquidos entre 20 y 40 e índice plásticos menores que 20.

2.2.3.

Resistencia a la compresión u módulo de rotura: Los valores mínimos recomendables 20 kg/cm2 para compresión y 3.5 kg/cm2 para rotura.

2.2.4.

Contenido de sales solubles en el suelo: Como existe marcada influencia de la naturaleza de las sales y álcalis; fijar un porcentaje máximo sería poco representativo. Resulta más práctico efectuar ensayos de durabilidad (humedecido y secado) y comprobar si las sales álcalis u otros componentes causa deterioros (en la etapa de selección definitiva).

3.

ESTABILIZACION Los resultados de esta etapa darán información concluyente de la factibilidad de un suelo y de los porcentajes óptimos de asfalto. 3.1. Especimenes de Ensayo: Para estudios de investigación en laboratorio las probetas serán moldeadas según el tipo de ensayo que se realice. Los testigos se tomarán en el adobe recién moldeado, mediante el dispositivo que se adjunta en una lámina a continuación. No debe tomarse más de un testigo por adobe, para cada ensayo. 3.2. Preparación de los Especímenes 3.2.1.

Dosificación El asfalto se dosifica como porcentaje en peso del suelo seco. Para ensayos de campo y fabricación en obra podrán usarse dosificaciones en volumen. Para el primer caso se ensayarán porcentajes de 1%, 2% y 3%, tomándose luego valores intermedios hasta encontrar el contenido óptimo de asfalto. Para campo 3 y obra la variación puede hacerse de 3, 6, y 9 galones por m tomándose igualmente de valores intermedios. Si el óptimo contenido de asfalto es mayor que 3% deberá estudiarse la factibilidad económica de utilizar otro suelo. La cantidad de agua estará comprendida entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.

3.2.2.

Mezclado: Esta porción de suelo se dejará remojar un mínimo de 24 horas para lograr una mejor hidratación del suelo, el asfalto se añadirá progresivamente terminando el mezclado cuando no se noten manchas ni trazas de asfalto.

3.2.3.

Secado: Los testigos se dejarán en su posición original hasta que adquieran una consistencia que permita su manipulación aproximadamente 3 días luego podrán ser trasladados al secado, puede durar de 2 a 4 semanas dependiendo del clima.

3.3. Pruebas de estabilización en campo: Los tamaños de adobes más usados para viviendas son de 0.28 mt. x 0.28 mt. x 0.08 mt. a los "medios adobes" de 0.28 mt. x 0.13 mt. x 0.08 mt. 3.3.1.

Ensayos de resistencia: 1. Seleccionar al azar 3 "medios adobes" secos, por cada contenido de asfalto (incluyendo sin asfalto). 2. Apoyarlos 2 cms. en cada extremo sobre adobes todos de madera u otros elementos.


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ENCOFRADOS FIERRERÍA 3. Una persona de peso promedio (aproximadamente 70 kgs.) descansará en un pie al centro del adobe en prueba. 4. Luego de aproximadamente 1 minuto, el adobe deberá permanecer entero.

3.3.2.

Ensayo de Inmersión: 1. Seleccionar al azar 3 "medios adobes " por cada contenido de asfalto. 2. Sumergirlos en agua hasta una altura de aproximadamente 5 cms. sobre la cara superior, dejarlos 4 horas en inmersión. 3. A las 4 horas todos loa adobes podrán manipularse con facilidad, no presentarán grietas y cumplirán con el ensayo de resistencia pero con la mitad del peso (6 medios adobes). 4. Como verificación adicional se partirán algunos adobes y se observará la penetración perimetral del agua, la cual no debe se mayor de 1 cm.

3.4.

Ensayos de Estabilización en Laboratorio: 3.4.1.

En especimenes pequeños: 3.4.1.1. Fuerza compresiva en las muestras e suelo: Esta prueba es usada para medir la fuerza soportante estructural del suelo solo o estabilizado con asfalto, cuya carga máxima será expresada en los kg/cm2 que resistirá una probeta. Arriba de 17.6 kg/cm2---------------------- Conveniente de 14.1 a 17.6 " ---------------------- En el límite de la conveniencia Debajo de 14.1 " ---------------------- No conveniente. 3.4.1.2. Absorción capilar de las muestras de suelo estabilizado con asfalto: Esta prueba se realiza para determinar el porcentaje de agua capilar absorbida por las muestras curadas del suelo tratado con asfalto en un periodo de 24 horas. 2% o menos de absorción --------- Excelente 2% a 3 % ------------------------------- Bueno 3% a 4% -------------------------------- Satisfactorio 4% o más ------------------------------- Pobre 3.4.1.3. Humedecido y secado de muestras de suelo estabilizado con asfalto: Esta prueba se realiza para determinar el desgaste de las muestras del suelo estabilizado, sometidas a la acción de humedecido y secado durante cinco ciclos. Se considerarán satisfactorias las muestras en los cuales la pérdida de peso luego de 5 ciclos no exceda del 1%

3.4.2.

En Especímenes Grandes: 3.4.2.1. Erosión en los bloques estabilizados con asfalto: Es una prueba de aspersión que determina el desgaste de los bloques por efecto de una lluvia continua durante 2 horas. 3.4.2.2. Módulo de Rotura: Determinar la fuerza de tensión en el bloque, para distintos porcentajes de asfalto. 3.5 kg/cm2 o más -------------------- Conveniente 3.5 kg/cm2 o menos ----------------- No conveniente

4. RECOMENDACIONES a) b) c)

Definir las propiedades de un suelo como materia prima de adobes estabilizados. Tener elementos de juicio para escoger las fuentes de suelo más apropiadas para un proyecto específico. Controlar la calidad de los adobes una vez iniciada la producción.


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ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Muchas veces se ha tratado de mejorar la tierra echándola diferentes productos, como fibras, jugos de ciertas plantas o productos industriales. La tradición popular es muy rica y hay muchas maneras de hacerlo. La tierra es inestable ante la presencia de humedad y la fundación de un producto estabilizado es mejorar la resistencia a la humedad. Hay muchos estabilizantes.

Productos Naturales Vegetales como jugos de ciertas plantas, ácidos, aceites y otros. Animales como sangre o en base de la leche.

Productos Industriales Como ácidos, resinas, sales y otros. Entre estos productos los más comunes son:  El asfalto  El cemento  La cal El asfalto: Mezclado con tierra, el asfalto envuelve las partículas de arcilla con una capa delgada e impermeable. El asfalto se utiliza en forma líquida. En nuestro medio se utiliza con éxito el asfalto de camino RC 250 es una mezcla de asfalto con un solvente: Nafta. Con el asfalto creamos estabilidad ante la presencia de humedad, pero no aumentamos su dureza cuando está seco. Se utiliza una dosificación en volumen de 1 - 3% de acuerdo a ensayos de laboratorios que respalden óptimas condiciones del bloque con la menor cantidad de asfalto. Mas adelante tratamos en detalle la estabilización con este producto y es sobre el que tratamos mayormente en este informe.


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ENCOFRADOS FIERRERÍA CARACTERISTICAS DE SUELOS Y ROCAS

7.1.

Lechos rocosos. La mayoría de las personas considera que el lecho rocoso es de material duro y que no se puede excavar sin utilizar explosivos. En general, la roca más dura son las ígneas y puede tratarse de granito, basalto, diorita, volcánicas u otros materiales similares. Esas rocas se forman mediante el enfriamiento del material fundido que se encuentra bajo el manto de tierra y las rocas más blandas que forman las superficies del suelo. En general, esas rocas son excelentes para la construcción.

7.2.

Formaciones

sedimentarias. Muchas zonas están cubiertas de rocas sedimentarias de diversos espesores. Por lo común, esas rocas son blandas; aunque algunas pueden ser moderadamente duras o muy duras. Esas formaciones rocosas tienen capas, puesto que se formaron con partículas de arena, limo o arcilla, depositadas en láminas al fondo de los mares o los lagos. Las capas alternas del suelo se afirmaron con el transcurso del tiempo y se clasifica como roca arenisca, pizarra, esquisto o arcilla esquistosa. Si el material original consiste en conchas marinas y materiales marinos calcáreos, éste se puede consolidar y modificar para formar roca caliza y arrecifes coralinos. La roca caliza puede ser relativamente fuerte; pero es soluble y, aveces, tiene cavidades o sumideros. La mayoría de las formaciones calcáreas están sueltas, se trituran con facilidad y pueden resultar peligrosas.

7.3.

Rocas metamórficas. Esas rocas pudieron ser originalmente ígneas o sedimentarias; pero se modificaron para formar nuevas rocas con distintas características. Las rocas comunes de este tipo son gneiss, la pizarra y el esquisto. La mayoría de esas rocas son duras. Tienen planos de clivaje bien desarrollados y tienden a fraccionarse en pedazos pequeños. Si se desea un análisis más detallado de las rocas, véase la referencia 8.

7.4.

Suelos. La tierra se originó de varias rocas y consiste de fragmentos, pedazos, trozos y partículas diminutas de rocas. Las rocas se erosionan gradualmente, se descomponen y se ablandan en el lugar en que se encuentran. Estas rocas descompuestas y modificadas se transforman en tierra, que se conoce como suelo residual. Cuando los materiales rocosos descompuestos se deslavan, debido casi siempre a las lluvias y a las corrientes de agua, descienden a zonas más bajas, donde se depositan en el fondo de los valles. Este suelo se conoce como aluvión. En algunos casos, este tipo de suelo se erosiona con el viento. Los suelos arenosos forman dunas. En la zona central oriente de los Estados Unidos y en otras regiones del mundo, los suelos limosos se han desplazado grandes distancias, arrastrado por el viento en lo que se conoce como "tormentas de polvo" o "polvaderas". Con frecuencia, esos materiales forman capas de varios centenares de metros de espesor. Este tipo de suelo se denomina loess y tiene características peculiares que requieren experiencias para trabajar con el (véase la sección 7.18) Cuando los arroyos y los ríos deslavan los suelos aluviales y los llevan hasta el mar, y estos se depositan en el fondo, se conocen como depósitos marinos. Los depósitos del fondo de los lagos se llaman depósitos lacustres. Por su parte los depósitos marinos, de arena, limo o arcilla, pueden llegar a tener gran espesor. Al contrario de los que algunos creen, la arena no procede de los mares sino que la llevan a el los ríos y arroyos. Aveces, el levantamiento de los suelos marinos puede hacer que esas transformaciones se transformen en montañas o u otras formas de tierras secas. En muchas regiones de Estados Unidos, esos depósitos sedimentarios marinos constituyen las zonas rocosas y las superficies de los suelos. En general, estos suelos son firmes o de rocas blandas. Bajo la carga de glaciares que cubrían antiguamente gran parte de la mitad septentrional de los Estados Unidos, algunos suelos se comprimen y endurecen. A estos se le denominan tepetate. En el pasado aparecieron volcanes en algunos estados occidentales y hubo grandes flujo de lava que cubrió la superficie de la tierra en centenares de kilómetros cuadrados. Asimismo,

TEMA: SUELOS REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMOOTS - LIMUSA

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las cenizas volcánicas han formado conos. Muchas montañas pequeñas se componen de esas cenizas volcánicas. En Arizona y Nuevo México, este material se utiliza para la construcción de carreteras. Los suelos más comunes que se encuentran al efectuar trabajos normales de construcción, son una mezcla de muchas partículas minerales que, en general, proceden de varios tipos de rocas. Además de las partículas minerales, los suelos contienen agua, aire o, quizá, gases o materiales orgánicos, tales como raíces o humus y, en algunos casos, compuestos químicos. 7.5.

Arena. Los suelos de arena y de otras partículas más gruesas se clasifican de acuerdo con el tamaño de partículas que los forman. Esto se indica en la tabla de graduación de tamaños de partículas (Fig. 8.1). Asimismo en función de la forma de sus partículas, la arena se puede clasificar en angular, subangular o redondeada. En general, la arena se considera como un material conveniente para la construcción y, por lo común, los suelos arenosos como adecuados para apoyar cimentaciones. En la biblia se critica injustamente a la arena, ya que solo en algunas circunstancias puede a llegar a plantear problemas, y casi siempre debido al agua. Por ejemplo, los depósitos de arena demasiado cercanos al mar o los ríos pueden deslavarse debajo de las cimentaciones de los edificios. Por otra parte, el agua que asciende por un depósito arenoso, debido al flujo artesiano o a otras causas, puede crear inestabilidad en el suelo. Con frecuencia, a este depósito se le denomina "arenas movedizas". En los sitios "secos", la arena constituye un buen material de cimentación, tiene menos probabilidades de que haya asentamientos inadecuados y puede decirse que es un buen material de construcción. El agua no se deposita en la arena, sino que circula libremente a través de ella. Cualquier arena que retenga agua contiene mezcla de otros materiales de grano más fino que la tapona. Cuando una capa de arena está cerrada en su parte inferior por suelo de limo o de arcilla, el agua puede quedarse estancada en ella. Por lo común, esto se conoce como agua endicada o aislada. En general, las excavaciones en arenas son inestables. Las excavaciones en seco se desploman, por lo común en pendientes de 1 - 1/2 horizontal a 1 vertical; sin embargo la arena mojada puede sostenerse en laderas más pronunciadas, incluso verticales durante periodos breves. No obstante las excavaciones en arena, con mayor pendiente que 1:1, tienden a desplomarse en unos cuantos días o unas semanas, deslizándose hasta llegar a una pendiente menos pronunciada que será de más o menos 1 - 1/2 a 1. Este último se denomina ángulo de reposo.

7.6.

Limo. En general el limo se encuentra en las llanuras en que hay inundaciones o entorno a los lagos. Este lo depositan las tolvaneras o las corrientes de agua. Se componen en fragmento de rocas finamente molidos y es inorgánico. A veces, se llama limo al material inorgánico negro. Por lo común, una porción seca de limo se puede romper fácilmente con la mano. El material es seco y polvoriento. El limo retiene bien el agua y, en general, es blando cuando está húmedo. Una porción de limo húmedo, al sostenerlo en la mano y sacudirlo hacia delante y atrás, se aplana, como masa de pastel, parece "movedizo". Brilla cuando el agua sale a la superficie. Con frecuencia se encuentra limo mezclado con arena fina o mediana. Muchas veces, la "arena sucia", es una mezcla de limo y arena. Por lo común el limo no es muy buen material de construcción, en lo que se refiere a las cimentaciones, a menos que se comprima y endurezca como formación de rocas limosas, o cuando se ha deseado por completo. Hay limo en muchos valles y fondos de ríos. Casi siempre está suelto y húmedo y, en general, es fácil que se comprima bajo cargas ligeras de cimentación, provocando un asentamiento de los edificios. Resulta difícil usar el limo material de construcción en terraplenes compactados; no se mezcla bien con el agua. Asimismo, tiene a desmenuzarse cuando se seca o a ceder bajo los equipos de compactación, cuando está ligeramente húmedo. Algunos limos se componen de partículas en forma de agujas o plaquetas planas. Esos limos se comportan de manera similar a la arcilla; sin embargo, otros tipos de limos se componen


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de partículas angulares, que se parecen a la arena de grano muy fino. Cuando se permite un drenaje lento, sus características de resistencia pueden ser similares a las de arena fina.

Figura 7.1. Un pedazo de roca se corta un millón de veces, en láminas, en tres direcciones, lo 2 que da como resultado un suelo arcilloso. La superficie expuesta es de 3,870 m (6 millones de pulgadas cuadradas), o sea, 0.387 hectáreas.

7.7.

Arcilla. La arcilla se compone de partículas rocosas extremadamente finas, que pueden ser redondas, planas, en forma de agujas o de otros tipos. Otro tipo de arcilla seca es duro y difícil de romper con la mano, la arcilla mojada puede amasarse y moldearse, como sucede con la arcilla del alfarero. Las características de la arcilla se pueden determinar en función del tamaño de las partículas. En la figura 7.1, se corta un tubo de roca de una pulgada por lado (1 pulgada = 2.54 cms), para formar tierra arcillosa. Cada placa tiene un espesor de una millonésima de pulgada. Si se corta ese tubo en un millón de placas planas, la superficie total de las placas resultantes será de 2 millones de pulgadas cuadradas (12.9 millones de cm2). Si se corta también el cubo en los otros dos sentidos el resultado será una superficie de 6 millones de pulgadas cuadradas (38.7 millones de cm2). Un dedal lleno de arcilla tiene la misma superficie que, aproximadamente, cinco camiones cargados de grava. Por lo común, los suelos arcillosos contienen cierta cantidad de agua que va del 10 al 50%, por peso. El agua tiende a mantener unidas las partículas de material y, por otra parte, posee tensión superficial por lo que actúa como pegamento ligero. Cuando la capa de agua se hace muy delgada, aumenta la tensión superficial y se hace mayor el efecto de adherencia. Los pedazos de arcilla casi seca se vuelven muy dura. Aunque la fuerza de tensión superficial del agua es pequeña, con relación a la arcilla resulta grande debido a las enormes áreas superficiales que posee. Las partículas pequeñas se mantienen literalmente unidas por el agua. Cuando el agua se retira por medio de la desecación, la arcilla se contrae, se resquebraja y se hace muy dura. Los suelos arcillosos varían de muy blandos (y húmedos) a firmes (y relativamente secos). Por lo común, la arcilla firme es un buen material de cimentación. Sin embargo, la tendencia a absorber agua hace que la arcilla firme se dilate, lo cual puede hacer que se eleven las cimentaciones y que el suelo imponga mayores presiones a los muros de retención (véase la sección 7.11). Las arcillas blandas ( y húmedas) se desaguan lentamente y se comprimen, cuando se colocan cimentaciones sobre ellas. Es difícil usarlas como material de construcción, porque


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ceden y fluyen bajo los equipos de compactación, además de que se desecan con mucha lentitud. Las excavaciones en arcilla suelen ser estables. En paredes altas y muy pendientes las arcillas firmes no se desploman. El exceso de altura o verticalidad provoca deslizamiento de tierras (véase el capítulo 25) una de las primeras causas de esos deslizamientos es la adicción de agua a la arcilla y la reducción consiguiente de la tensión superficial en las pequeñas partículas de arcilla. 7.8.

Mezcla de arena, limo y arcilla. Por lo común, los suelos son una mezcla de dos o más materiales: arena y limo, limo y arcilla o una mezcla de los tres. Por tanto, las características de esos suelos se modifican. Por ejemplo, la arena con cierto porcentaje de limo y arcilla puede compactarse bien y proporcionar un suelo muy firme. Asimismo, la permeabilidad puede ser muy baja, lo cual hace que ese material sea apropiado para el recubrimiento del depósito de agua. Los suelos que contienen granos grandes, medianos y finos se dice que está bien graduado, mientras que los suelos con partículas de un solo tamaño se dice que está mal graduado. Estas características se muestran en la figura 8.1.

7.9.

Lodo. En general, el lodo es limo, arcilla o una mezcla de los dos materiales, con una gran cantidad de agua. Asimismo puede contener materiales orgánicas. Incluso la arena con cierta cantidad de arcilla o limo puede denominarse "lodo", cuando está demasiado húmeda. Cuando los lodos se secan, se contrae y se agrieta mucho.

7.10. Turba. En los bosques, pantanos, pastos densos y otros lugares de mucha vegetación, los materiales orgánicos muertos se acumula en el terreno o bajo el agua, pudiendo formarse gruesos lechos de materiales orgánicos en descomposición. Suele ser de color café o negro y contiene cantidades diversas de tierra. Los suelos de turba son muy compresibles; por tanto son inadecuados como apoyo para terraplenes o estructuras. Además, las materias orgánicas en putrefacción producen metano o "gas de los pantanos". Este gas puede ser peligroso si se acumula en los pozos de registro o bajo las losas del suelo. Con frecuencia ese gas puede causar la muerte a quienes trabajan en lugares confinados. 7.11. Adobe. Se llama adobe a ciertos tipos de arcillas "grasas" o pegajosas que absorben agua o se hinchan. cuando se secan, se contraen y se agrietan. Estos suelos existen en muchas zonas de los estados del sur oeste y el sur central de los Estados Unidos, generalmente en climas secos. Los suelos de adobe han causado grandes daños a casas y otras estructuras, así como también a los pavimentos y las aceras o banquetas. La acción de dilatación hace que los cimientos y los pavimentos y eleven y desciendan en las diferentes estaciones del año. Véase la sección 7.15, capítulo 8, sección 8.10 y el capítulo 14, sección 14.14. 7.12. Caliche. El caliche es un tipo de suelo que contiene ciertos compuestos químicos. Existe en zonas con índices elevados de evaporación, casi siempre en regiones desérticas. La evaporación del agua subsuperficial hace que se deposite productos químicos en las capas superiores del suelo. Algunos suelos de caliche son muy duros, como la piedra caliza blanda. Otros caliches son más variables y solo moderadamente duros. En algunas zonas en la que el caliche es duro, resulta difícil excavar. 7.13. Otros compuestos químicos. Los suelos pueden contener diversas cantidades de otros compuestos químicos. Algunos suelos tienen contenidos elevados de sulfuros y cloruros, convirtiéndolos en "suelos calientes", que puedan causar la corrosión de líneas subterráneas de servicios públicos o provocar el deterioro del concreto y el acero de refuerzo. Véase el capítulo 8, sección 8.10, y el capítulo 14, sección 14.11. La calcita es un compuesto químico (sulfato de calcio) que se encuentra con frecuencia en los suelos. Es ligeramente soluble en agua. Puede causar dificultades en casos en que en una presa o un terraplén haya filtración continua de grandes volúmenes de agua. La lixiviación prolongada puede causar un derrumbe. 7.14. Suelos sensibles al agua. En muchas zonas desérticas, sobretodo donde en el pasado hubo inundaciones, se establecieron corrientes de lodo que constituyen suelos de TEMA: SUELOS REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMOOTS - LIMUSA

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muy baja densidad. En general esos suelos son duros, porque se secan en un clima árido. Pueden tener densidades del orden de 60 lb/pie3 (250 kg/m3). Muchos fraccionamientos residenciales se han construido en zonas desérticas. En muchos casos, se han mantenido céspedes vigorosos y otras características del paisaje mediante el empleo de agua traída de otras zonas. Los suelos de baja densidad absorben el agua con rapidez. La reducción de la tensión superficial y la lubricación permiten que las partículas del suelo se deslicen, para acercarse más unas a otras, con una disminución substancial del volumen del suelo. El resultado es un asentamiento rápido o un hundimiento del terreno, causando daños a las estructuras. En varias zonas, como las zonas occidentales del valle de San Joaquín, en California, se ha medido hundimientos de varios metros, debidos a la contracción del suelo. 7.15. Suelos expansivos. Como se dijo en la sección 7.11, algunos suelos se dilatan o contraen debido a los cambios en el contenido de agua. Esto se debe a un tipo de arcilla que recibe el nombre de montmorillonita. Los suelos que contienen minerales de montmorillonita se dilatan o encogen, según se añada o se extraiga agua. Una de las fuentes más comunes de montmorillonita es un material llamado bentonita. 7.16. Suelos sensibles a las heladas. Casi toda la mitad septentrional de los Estados Unidos tiene un clima invernal continuo y frío, suficiente para hacer que los suelos se congelen. La profundidad de congelación varía de 2.1 a 2.4 m. en Maine, de 0.9 a 1.2 m. en Nueva York y Nueva Jersey, 0.6 a 0.9 m. en Kansas City y 0.3 a 0.46 m. en Seattle. Durante la congelación, el agua del suelo se dilata ligeramente. Pero más importante aun es el hecho de que, si existe una fuente de agua, los suelos pueden absorber más líquido, para formar lentes de hielo, que provocan una expansión de los suelo. Este levantamiento puede causar daños graves a las estructuras. En la primera, cuando los suelo se deshielan, el exceso de hielo se trasforma en agua y la tierra se vuelve lodosa. Esto no sucede con los suelos que se desaguan con rapidez, como los de grava o arena limpia. El limo se dilata mucho durante la congelación y se convierte en lodo al deshielarse, los suelos arcillosos son pocos permeables y limitan la absorción de agua. Por consiguiente, la expansión es mucho menor que para el limo. 7.17. Suelos sensibles a las vibraciones. Los suelos limpios que no contengan aglutinantes u otros materiales aglomerantes, pueden ser sensibles a los impactos o las vibraciones. Esto sucede, sobre todo, con la arena suelta y limpia, situada por encima o por debajo del nivel de agua. Los impactos fuertes, como los que pueden provocar los terremotos, el hincado de pilotes o las explosiones de dinamita, pueden hacer que las partículas de arena se reordenen y se compacten aún más, lo que provoca un hundimiento del terreno. Las arenas sueltas, bajo el agua, que se encuentran en proceso de densificación, pueden perder resistencia temporalmente. Durante esos breves periodos, la arena no puede dar apoyo a las estructuras. Esta condición se puede denominar licuefacción. 7.18. Arena y limo depositados por el viento. La localización azarosa de estos suelos se debe a que el viento los transporta y los deposita. Es probable que el viento vuelva a llevárselo a otro lado. Con frecuencia, el viento o la lluvia erosionan los nuevos terraplenes de arena. Para evitar que el viento siga erosionando la arena es necesario poner sobre ella un recubrimiento superficial resistente al viento. El loess es un limo depositado por el viento, de partículas de tamaño muy uniforme y baja densidad natural. Casi siempre contiene tubos verticales o "huecos de raíces" y puede tener cierta aglomeración. Los acantilados verticales son muy estables; sin embargo, las laderas tienden a erosionarse y resquebrajarse, porque la lluvia ablanda la estructura del suelo cuando el agua circula sobre él y permite que fluya como si fuera azúcar. si los acantilados verticales llegan a tener nidos de aves o cuevas de topos que canalizan el agua, la erosión en canales puede ser muy fuerte. Esos suelos son difíciles de compactar, excepto con un control excepcionalmente estricto del contenido de agua. Cuando los suelos de loess se saturan de agua las cimentaciones pueden asentarse.


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7.19. Suelos lateríticos. En las regiones tropicales, las fuertes lluvias provocan la intemperización de las rocas ígneas o la lixiviación de los suelos arcillosos. Este continuo deslavado puede disolver y retirar algunos de los minerales, lo que da como resultado un suelo de color rojo y baja densidad. Estos suelos pueden parecer firmes y en ellos es posible realizar cortes de fuerte pendiente; sin embargo, casi siempre contienen una gran cantidad de agua. Cuando se utilizan como materiales de construcción, esos suelos pueden hacerse blandos, inestables y muy poco aprovechables. 7.20. Depresiones calcáreas. En la zona central oriente y la del sudeste de los Estados Unidos, sobre todo en Pensilvania, Virginia Occidental, Kentucky, Tennessee Florida, hay depósitos gruesos de piedra caliza o suelos calcáreos. Las depresiones o los orificios calcáreos son característicos en las formaciones de lechos rocosos. Cuando existen, tienen efectos notables sobe los suelos superiores. La piedra caliza es, hasta cierto punto, soluble en agua. Se puede disolver lentamente mediante un flujo continuo de agua de lluvia, ya sea procedente de la superficie, que se filtra por la piedra caliza o por las aguas subterráneas que ascienden hasta la superficie. El agua puede estar ligeramente ácida, debido a los materiales orgánicos de la superficie o por los ácidos que contienen las tierras. Al disolverse la piedra caliza, poco a poco se van creando grandes cavidades o "canales de disolución". A veces, la tierra que se encuentra sobre la piedra caliza se desploma. Las depresiones suelen ser redondas y, con frecuencia, se encuentran llenas de agua. En ellas pueden crecer bosques densos. 7.21. Tepetate. En general, el tepetate es un suelo que se ha compactado y ha llegado a ser muy duro, debido a la consolidación bajo cargas muy grandes. Esas cargas pudieron deberse a algún glaciar antiguo. El tepetate puede compactarse también por otros procesos, tales como el cementado natural de una capa de suelo. En general, es un buen material para cimentaciones. 7.22. Vertederos. Los vertederos y los rellenos sanitarios se están haciendo cada vez más frecuentes en y alrededor de muchas de las principales ciudades. La práctica consiste en poner capas alternativas de basura y tierra. En general, incluso los vertederos bien construidos, por encima del nivel freático se consolidan bajo las cargas. El asentamiento puede continuar durante varios años. Además, la descomposición de los materiales orgánicos puede producir gases, lo que constituye un peligro potencial. A menudo los vertederos se trasforman en parques o campos de golf, donde el hundimiento no constituye un problema, como tampoco las fugas de gases. No obstante, algunos antiguos vertederos se están utilizando para la construcción de viviendas o estructuras industriales o comerciales. En general, siempre se presentan algunos problemas. Los pavimentos y las nivelaciones superficiales quedan desalineados, debido al hundimiento o asentamiento general. Los diferentes asentamientos locales afectan a las estructuras, las instalaciones de servicios públicos y las losas de pisos. 7.23. Resumen. Los puntos principales presentados en este capítulo son

los siguientes: Hechos

:

El comportamiento de los suelos varía mucho y no todos ellos son buenos para la construcción. El limo parece crear mayores problemas que la arena o la arcilla.

Observar si hay :

Suelos limosos en zonas de congelación profunda. Suelos arenosos o limosos de baja densidad. Suelos limosos en general. Suelos arenosos, expuestos a la erosión. Suelos arcillosos, que se dilatan o contraen debido a los cambios del contenido de agua.


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ENCOFRADOS FIERRERÍA LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS

1.

INTRODUCCIÓN Se denominan movimientos de tierras aquellos trabajos que se relacionan con la modificación del relieve de un terreno. Esta modificación de niveles del suelo se realiza por la ejecución de desmontes y terraplenes. El desmonte consiste en rebajar el nivel del terreno por extracción de tierras; el terraplén, en aporte de tierras para elevar aquel nivel. Desmonte y terraplén representan asimismo, en términos del oficio, volúmenes de tierras extraídas o amontonadas a consecuencia de un movimiento de tierras (Fig. 95).

Representación de los desmontes y los terraplenes (Con indicación de los colores convencionales utilizados en los cortes y las plantas.) En planta, las dobles rayas del sombreado indican siempre la parte alta del talud. Los movimientos de tierras, en términos generales, son los que abarcan una gran superficie y se ejecutan en terrenos descubiertos (para la realización de carreteras, aeródromos, etc.). La limpieza o de desmoche de tierras es un movimiento de tierras de muy escasa profundidad (de unos 25 cm) y de gran superficie (se denomina también despeje de terrenos. Las excavaciones son movimientos de tierras cuya profundidad, en relación con la superficie o la anchura, es más importante. Las excavaciones sirven para la ejecución de los edificios. Nomenclatura de las excavaciones El talud es la pendiente o la inclinación dada a las paredes de las tierras para evitar su desmoronamiento. Depende de la naturaleza del terreno. La expropiación de un movimiento de tierras está limitada por la intersección del talud (de desmonte o de terraplén) con el terreno natural.

2.

EXCAVACIONES Se denomina excavación a plena anchura el movimiento de tierras general de la superficie construida, cuya profundidad está limitada, por ejemplo, al nivel del suelo de los sótanos o bodegas de la construcción (Fig. 96). La excavación en zanja o en regata es una trinchera cuya anchura mínima es de 0,40 m, y está destinada a alojar los muros, las cimentaciones, las canalizaciones, etc. (en cuanto a su profundidad, véase capítulo VI: Las Cimentaciones). La excavación de pozo es un movimiento de tierras de pequeñas superficies y gran profundidad. Este género de excavación se lleva a cabo para establecer las cimentaciones de

TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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pilares aislados, por ejemplo. Las dimensiones mínimas de estas excavaciones dependen de los medios de realización de que se dispone. Se denomina excavación en galería aquella que se ejecuta bajo tierra y requiere el empleo de entibaciones a medida que la excavación va avanzando (Fig. 97).

Movimiento de tierras en galería La realización de los movimientos de tierras en galerías implica la ejecución de una entibación o de un enmaderado.

2.1. AGOTAMIENTO DE EXCAVACIÓN A fin de eliminar las aguas de lluvia o de infiltración se instala un sumidero en un punto bajo de la excavación. El sumidero es un hueco de 1 m de profundidad poco más o menos (medio tonel enterrado), hacia el cual convergen todas las aguas drenadas por las excavaciones en grietas y hendiduras y mediante pequeños canalizos excavados al efecto. Del sumidero el agua es evacuada por medio de bombas u otro medio de agotamiento al exterior de la excavación. En las obras de importancia, se instala una estación de agotamiento automática (Fig. 98). Las bombas. La altura manométrica de la bomba es igual a la altura de impulsión más la altura de aspiración (1 a 6 m). La altura manométrica varía según el tipo, potencia y estado de la bomba empleada, y puede oscilar de 5 a 100 m. Se denomina bombas sumergidas a las que están cubiertas por el agua en el interior del sumidero. El rendimiento de estos aparatos generalmente es excelente. Durante las obras de movimiento de tierras, las aguas que hay que evacuar están generalmente cargadas de materias sólidas: tierra, arena, cemento, desperdicios, etc. Las bombas empleadas son de dos tipos: las bombas de membrana y las centrífugas. Las bombas de membrana o de diafragma son baratas y de fácil manejo. Son accionadas a mano o por medio de motores eléctricos o de explosión. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

2



Las bombas centrífugas tienen potencias y rendimiento muy superiores a los de las precedentes. Algunas de ellas, accionadas por un motor eléctrico y protegida por una campana 3 sumergible, van colocadas bajo el agua a evacuar. Permiten la impulsión hasta de 1,000 m por ahora a grandes alturas. Estas bombas no necesitan ser cebadas, y son muy fáciles de instalar y manejar. 3.

CLASIFICACIÓN SUMARIO DE LOS TERRENOS Y CARACTERÍSTICAS NECESARIAS PARA LA VALORACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS La tabla 10 indica la clasificación de los terrenos en función de las dificultades que presentan para la ejecución de los movimientos de tierras (véase también el capítulo VI: las cimentaciones, tabla 13, clasificación de los terrenos para la construcción). Tabla 10. Clasificación de los terrenos establecida en función de las dificultades que presentan durante la ejecución de los movimientos de tierras. Tiempo necesario para la realización Designación Naturaleza Características 3 de 1 m de excavación Tierra vegetal: mullir con el Terreno Arenas, tierras, zapapico o la azada; arenas, 0,8 h, o sea 48 min. ordinario escombros cascote: fáciles de recoger con la pala. Terreno Pedregoso, Fácilmente atacable con el 1,2 h, o sea 1 h 12 semicompacto conguijarros, zapapico y con la azada, pero min. o medio arcilloso. difícil de recoger con la pala sola. Greda pesada, Atacable con el martillo 1,55 h, o sea 1 h 33 Terreno duro arcilla y marga neumático, difícil para la azada o min. compacta. el pico. Rocas calizas, Atacable con el martillo neumático Terreno 2,75 h, o sea 2 h 45 mamposterías y con el pico; empleo de cuñas y compacto min. antiguas. de explosivos. La experiencia demuestra que un obrero, de fuerza normal, puede lanzar con la pala, por 3 término medio, de 1,6 a 2 m de tierra a una distancia horizontal de 4 m o a una altura de 1, 60 m. Tabla 11. Volúmenes medios de desmonte según las diversas clases de terrenos, cavados y lanzados a 1,60 m de altura, que un obrero especializado desplaza en 10 horas de trabajo.

Naturaleza del suelo

Volumen removido y lanzado en 10 h, en 3 m 7,7

Reparto de las horas excavación carga o lanzamiento

Tierras vegetales, arenas. 6,2 h 3,8 h Tierras de compacidad media, 6,0 6,7 3,3 angulosas. Tierras compactas, duras. 5,2 7,1 2,9 Tierras saturadas de agua. 4,2 7,3 2,7 Rocas blandas, arrancadas 2 8,8 1,2 con pico y cuña. 3.2. ESPONJAMIENTO El esponjamiento de las tierras es el aumento de volumen consecutivo al mullido provocado por la extracción. En efecto, ordinariamente la tierra extraída de una excavación ocupa un volumen superior al que ocupa el terreno antes de ser excavado. La importancia del esponjamiento depende de la naturaleza del terreno; se atenúa y casi se anula con el tiempo, en el caso de tierra vegetal, de arena y de gravilla fina. Un apisonado enérgico de los terraplenes y el rociado o regado de las tierras disminuye considerablemente el esponjamiento. 3.3. TALUD NATURAL DE LAS TIERRAS La inclinación natural de los taludes, con relación a un plano horizontal, es el ángulo de talud natural de las tierras. Este ángulo varía con la naturaleza de las tierras (Fig. 99). TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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ENCOFRADOS FIERRERÍA En general, al hacer los movimientos de tierras. En terraplén, se admite un talud de 3:2 (3 de base por 2 de altura), y en desmonte de 1:1 (1 de base por 1 de altura) (Fig. 100).

Ángulo de los taludes naturales 3

La tabla 12 indica el ángulo de talud natural de las tierras; el peso de 1 m de tierra “sin mover” 3 (antes de desmontarla); el volumen de desmonte obtenido por un movimiento de 1 m de tierras en este terreno (volumen esponjado, pasajero). La última columna da el esponjamiento 3 permanente, el volumen de tierra extraído de una excavación de 1 m utilizado como terraplén, cuidadosamente apisonado y apelmazado al colocarlo en su sitio. Tabla 12. Valores característicos de algunos terrenos. Naturaleza de las tierras Arena fina, seca Arena fina, mojada Grava media, ligeramente húmeda Tierra vegetal, húmeda Tierra muy compacta Guijarros, escombros Marga seca Arcilla seca Arcilla húmeda Gres tierno, rocas diversas

Angulos de talud natural 10 a 20° 15 a 25° 30 a 40° 30 a 45° 40 a 50° 40 a 50° 30 a 45° 30 a 50° 0 a 20° 50 a 90°

Peso t/m

3

1,4 1,6 1,9 a 2,1 1,6 a 1,7 1,6 a 1,8 1,5 a 1,7 1,5 a 1,6 1,6 1,8 a 1,2 2 a 2,5

Esponjamiento Permanente 3 Pasajero dm 3 dm (l) 1 100 1 030 1 200 1 040 1 250 1 040 1 100 1 030 1 650 1 100 1 500 1 150 1 500 1 080 1 500 1 150 1 250 1 080 1 500 1 100 a 1 200

Estos valores pueden ser influenciados considerablemente por el agua contenida en el terreno. 4.1. APUNTALAMIENTO (O REVESTIMIENTO) DE LAS EXCAVACIONES Las excavaciones se ejecutan por desmontes sucesivos de capas de 0,40 m de profundidad. Cuando la profundidad de una excavación es importante, a fin de prevenir los desmoronamientos y los riesgos de accidentes, por una parte, y para disminuir la superficie total ocupada, por parte, es conveniente y a veces necesario apuntalar o entibar las tierras. La inclinación de los taludes naturales, en un terreno determinado, pueden ser desfavorablemente influenciada por ciertos factores externos. Las posibles infiltraciones de agua en el interior o procedentes de las lluvias, el efectos de las trepidaciones provocadas por las máquinas o los vehículos, las cargas situadas en la proximidad inmediata de la excavación, son elementos que modifican los planos de rotura de los terrenos. Fig. 100. Pendiente admitida generalmente para los taludes en los proyectos. En cada caso particular de excavación, estos diferentes factores deben examinarse seriamente antes de iniciar la ejecución. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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De una manera general, la pared de cualquier excavación debe ser apuntada o revestida cuando la pendiente de talud excede de las relaciones siguientes: 1:1 en terrenos movedizos o desmoronables (Fig. 101a); 1:2 en terrenos blandos pero resistentes (Fig. 101b); 1:3 en terrenos muy compactos (Fig. 101c).

Pendientes máximas de los taludes admitidas en tres tipos de terrenos a. Terrenos demoronables b. Terrenos blandos pero resistentes c. Terrenos muy compactos CORTES TRANSVERSALES DE EXCAVACIONES EN ZANJA QUE OFRECEN GRARANTÍA DE SEGURIDAD

Se conserva el talud natural del terreno

Se estivan las paredes para disminuir el terreno ocupado por la excavación

Se conservan los taludes naturales para la parte superior, pero se entiba la parte inferior


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Cuando las capas halladas son de diferente consistencia se efectúa los entibados con tablas verticales u horizontales.

Este método de entibación presenta evidentes riesgos porque no es posible sostener eficazmente el terreno con los puntales. Es peligroso e incluso está prohibido en determinadas regiones establecer pendientes más pronunciadas sin la correspondiente entibación o el revestimiento. El terreno natural helado no permite en ningún caso anotar las citadas pendientes. Los factores enunciados más arriba pueden desde luego modificar esos últimos valores disminuyendo la inclinación. Así, esquemáticamente, las excavaciones profundas pueden presentar perfiles transversales, como los mencionados en las figuras 102 a 106. La ejecución del apeo o entibación puede realizarse según las costumbres locales. Sin embargo, ciertos puntos son objeto de una reglamentación establecida por los servicios de seguridad y por las compañías de seguros. Entre tales condiciones merecen citarse: a) La anchura de las excavaciones a entibar debe ser tal que la entibación pueda efectuarse en las condiciones normales. Como mínimo dicha anchura debe ser: _ hasta 1,00 m de profundidad 0,65 m hasta 1,50 m de profundidad 0,75 m hasta 2,00 m de profundidad 0,80 m hasta 3,00 m de profundidad 0,90 m hasta 4,00 m de profundidad 1,00 m para más de 4,00 m de profundidad b) Es necesario entibar a tiempo, y el material destinado al revestimiento de la excavación debe estar a pie de obra con la suficiente antelación, en buen estado y en cantidad suficiente (Fig. 107). c) La entibación de las excavaciones debe comprender tablas de 4 a 5 cm de espesor y los codales utilizados debe ser maderos, rollizos y de sección proporcionada a los esfuerzos que han de soportar. El diámetro de dichos rollizos no deben ser inferior a 10 cm para las excavaciones más estrechas de 80 cm. Debe tener, como mínimo, 12 cm para las excavaciones más anchas. Los puntales metálicos y los de madera escuadrada se autorizan siempre que su resistencia sea igual o superior a la de los rollizos. Las tablas deben quedar aseguradas a lo menos por 3 apoyos, equidistantes aproximadamente. d) La distancia libre entre las tablas depende de la naturaleza del terreno. En terreno movedizo y fluyente (como las arenas, por ejemplo), las tablas deben estar a tope sin dejar espacio libre entre ellas. En terreno resistente, es posible, si los reglamentos locales lo autorizan, dejar un hueco entre las tablas; el fin perseguido con tal forma de entibación es impedir la puesta en movimiento de grandes masas de materiales.


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e) La situación y número de los codales depende de la resistencia de las tablas utilizadas y del empuje de las tierras, que debe presumirse el más desfavorable que pueda actuar sobre las paredes de entibación. Este empuje aumenta con la profundidad. f) Los codales deben disponerse perpendicularmente a la superficie de la tablazón. Los montantes de apeo que sostienen las tablas de servicio deben estar sostenidos por grapas o tacos que impidan todo deslizamientos verticales. Además, deben colocarse plintos o rebordes en todos los lados de los tableros de servicio. g) El pie del montón de las tierras o escombros sacados de las excavaciones deben estar, por lo menos, a un metro de distancia de la madera de entibado o de la arista superior del talud. La tablazón de revestimiento debe rebasar el nivel de terrenos en unos 5 a 10 cm a fin de prevenir toda caída de materiales en la excavación (Fig. 108 y 109). h) Toda excavación de más de dos metros de profundidad debe estar provista de escalera para facilitar el acceso de la misma. Esta escalera debe rebasar el nivel del suelo, por lo menos, en 75 cm (Fig. 110). Las entibaciones pueden utilizar tablazones horizontales como travesaños verticales, o tablas verticales con travesaños horizontales. Los croquis que siguen muestran las disposiciones adoptadas comúnmente cuando se ejecuta el revestimiento de las excavaciones. Se hace mención de las cotas y dimensiones para dar una idea de los trabajos corrientes. Para la ejecución de trabajos especiales, son necesarios cálculos estáticos, y la dirección de las operaciones deberá confiarse a especialistas (Ingenieros Civiles). Entibación de las excavaciones Alturas máximas admisibles sin entibación en terreno estable sin sobrecargas sobre los bordes de la excavación, sin vibraciones particulares y sin afluencia de agua.

Medidas de seguridad

Variante de entibación de tablas verticales


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Entibaciones que no están a tope Entibaciones con tablazón horizontal: en terreno consistente, las tablas pueden no estar a tope. Sin embargo, la distancia entre dos tablas debe ser limitada.

Empuje de las tierras Para simplificar, al determinar el valor del empuje contra la entibación, admitiremos la hipótesis siguientes: Terreno horizontal Parámetro de entibación vertical Ángulo de razonamiento nulo entre pared y muro, o sea empuje horizontal. Determinación de los empujes Según la teoría clásica, el empuje de las tierras pueden ser representado por una carga triangular que actúa sobre la parte superior del parámetro. e = presión unitaria o específica del 2 2 terreno (en Kg/cm , t/m , etc.) e = h.y.‫ג‬ donde: h = altura considerada en relación con el plano superior Y = densidad de las tierras o ,avitca nóiserp ed etneicifeoc = ‫ג‬ sea:

tg 2

   45   2 

e1 = presión en el nivel h1 e2 = presión en el nivel h2 e‫ = ג‬presión en el nivel h E = empuje general contra la pared, que actúa sobre el centro de gravedad de la superficie que representa a ese empuje .

E  sup erficie de triangulo ASP, o sea, e .

h h2 o bien . y. 2 2

E1 = empuje producido entre los niveles h1 y h2

E1 

e1  e2 2e  e2 p . p ; que actúa en : p  1 . . 2 e1  e2 3


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EMPUJE DE LAS TIERRAS CONTRA LAS PAREDES DE LA ENTIBACIÓN (FIG. 113 a 116)

C


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CARGAS SOPORTADAS POR LOS TABLEROS DE ENTIBACIÓN (Fig. 120 a 123) 2 Cargas unitarias en t/m soportadas por una entibación de 1 m de altura; en función de la longitud y del espesor de la tablazón que forma horizontalmente la pared. Se ha admitido que la anchura de los travesaños de apoyo es de 20 cm.

Carga que pueden admitir los codales o rollizos que sostienen los travesaños de una entibación de tablas horizontales. Los codales metálicos regulables pueden facilitar en cierta medida el apeo de las excavaciones. Conviene asegurarse de la equivalencia de carga con los rollizos. Por otra parte, el recubrimiento de la barra y el tubo debe ser suficiente (como máximo el triple del diámetro de la barra) para evitar el pandeo cuando el alargamiento es máximo.

Vista en alzado de los travesaños Entibación con tablas horizontales. Según la longitud de los travesaños debe preverse y distribuirse el número y la posición de los codales; véase los croquis adjuntos. La sección de los travesaños en las entibaciones corrientes es de 4 x 20, 5 x 25, 6 x 30; los rollizos de 14 de ø o de 16 de ø. En las excavaciones profundas, los travesaños pueden estar constituidos por cables o piezas de mayor sección. Si se respectan las proporciones dadas para la puesta en obra de los codales, con secciones corrientes es raro que puedan sobrevenir roturas.


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Puntal metálico

Apoyo de los codales Debe hacerse de manera que ofrezca el máximo de resistencia y se evite el deterioro de las piezas de madera.

ENTIBACIÓN DE LAS EXCAVACIONES

Entibación de tablas horizontales En terrenos movedizos.


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4.2. MARCIVANTI (MARCHA AVANTE) La entibación con tablas verticales permite obtener por hincadura progresiva y de modo permanente una pared de tablas a tope con las tierras. Este método de ejecución llamado en italiano “marciavanti” y que en castellano podríamos denominar “marcha avante” se emplea TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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sobre todo en los terrenos muy fluyentes, para la realización de excavaciones muy profundas y cuando se quiere evitar el más mínimo asiento. En cambio, la realización de ese revestimiento es muy costosa.

Croquis esquemático de la profundización de una excavación realizada en terreno de arena y grava movedizas bajo la protección de una entibación vertical, a) croquis, b)corte por AA, C) corte por BB, d) corte por CC. Los travesaños horizontales toman el nombre de largueros y se hacen con rollizos de 18 cm de diámetro aproximadamente. Los codales o puntales, también hechos con rollizos, son de n diámetro mínimo de unos 15 cm.


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Vista de una pared de excavación, cuyo revestimiento por el sistema de “marchas avante” se halla en curso de ejecución. Los bastidores pueden estar suspendidos de un travesaño por medio de cables o cadenas. Las paredes del revestimiento de protección Pueden establecerse empleando las tablas o “marchas avante” en posición inclinada o en posición vertical. En este último caso la anchura de la excavación va disminuyendo en cada larguero. a) “Marcha avante” inclinada b) “Marcha avante” vertical.

Las tablas, que se hincan en el terreno y se denominan “marchas avante”, tienen su extremidad inferior cortada en bisel a fin de facilitar su penetración en el terreno. Para evitar el desplazamiento vertical de los codales y de los largueros de la construcción emplea también montantes o “candelas” de madera rolliza. Todos los elementos estructurales, largueros, c o dales y montantes, se enlazan entre sí con grapas o garfios. Las tablas se apoyan sobre esta armazón por intermedio de calas o cuñas. Las figuras 141, 143 y 144 indican los dispositivos adoptados en tales realizaciones. Para las excavaciones de gran anchura, y para reducir el estorbo de los codales, es posible suprimir estos últimos y reemplazarlos por postes verticales. Tales postes, hincados en el suelo y anclados sólidamente por su parte superior mantienen unos tirantes horizontales que soportan la tablazón (Fig. 142)

Revestimiento de protección por medio de hierros laminados que apoyan a los largueros Este método ofrece la ventaja de librar a los trabajos de movimiento de tierras del engorro de lo codales.


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Entibación de las excavaciones Bastidores suspendidos.

Entibación de las excavaciones Bastidores apoyados


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5.1. REALIZACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS Las herramientas y el material utilizado para la ejecución de los movimientos de tierras dependen de la importancia de los trabajos, de las posibilidades de la empresa, de las exigencias e imperativos impuestos por la propia obra y sus instalaciones; los plazos de ejecución y la calidad del trabajo realizado dependen también de dichas circunstancias. Las excavaciones pueden realizarse con pala o con azadón si se trata de tierras vegetal, arena, terrenos fangosos, etc. Se utiliza el zapapico para mullir la tierra, los conglomerados, las arcillas y las margas cuya cohesión no sea excesiva. El pico, los martillos neumáticos se emplean para las rocas y las arcillas compactas.

Paleo por banquetas Consiste en lanzar la tierra por etapas verticales sucesivas de 1,60 a 1,80 m de altura, aproximadamente. Se efectúan a mano las excavaciones cuando se trata de movimientos de tierras de escaso volumen o cuando lo exigen circunstancias especiales. Estas circunstancias pueden ser: excavaciones llevadas a cabo entre el estorbo de los acodalamientos; las que se realizan subterráneamente para recalce de construcciones o en las cercanías inmediatas de éstas. La ejecución de pequeñas excavaciones, necesarias para las cimentaciones y para las canalizaciones de los edificios, se hace generalmente a mano. Los movimientos de tierras se efectúan por excavaciones de capas de 40 cm de profundidad. La tierra, fluida y desmenuzada, se lanza fuera de la excavación pro medio de palas. El aumento de la profundidad exige el lanzamiento de tierras por etapas sucesivas. Esta última labor se llama paleo por banquetas. La altura entre dos banquetas sucesivas, en un trabajo normal no debe exceder de 1,80 m. Estas banquetas pueden hacerse a base de escalones o de andamios (Fig. 145 y 146). Cuando el volumen de los movimientos de tierras adquiere importancia, resulta más económico usar aparatos mecánicos para efectuar dichos movimientos. La capacidad de trabajo de tales 3 máquinas puede variar entre 25 a 400 m por hora. Las excavadoras pequeñas tienen una producción 3 de 25 a 0 m por hora. Conviene, pues, conocer las posibilidades de diversas máquinas utilizables así como sus características de eficiencia a fin de adoptar, en cada caso particular, el tipo más apropiado a la clase de obra y al modo de llevarla a cabo. Paleo o lanzamiento por banquetas dentro de la entibación En las excavaciones entibadas, la banqueta se realiza en la propia entibación, afianzando el codal de apoyo mediante cuñas o grapas. 5.2. LA PALA MECÁNICA


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La pala mecánica es la máquina más antigua que utiliza un manantial de energía para su funcionamiento. Entre todos los aparatos de excavación conocidos, es el que ofrece mayor diversidad de formas de aplicación a loa terrenos más diversos.

Equipo de excavadora de desmonte, con cuchara de empuje (cuchara alta).

La pala mecánica puede ir equipada con cuatro dispositivos diferentes que corresponden, cada uno, a un tipo de trabajo bien determinado: a) Excavadora para desmonte con cuchara de empuje (cuchara alta): este equipo, cuya capacidad varía de 200 a 300l, permite excavar y cargar en terrenos blandos, arenas, etc. así como recoger la piedra amontonada arrancada y desmenuzada con explosivos (Fig. 147). Independientemente del hecho de que la capacidad de la cuchara debe estar en relación con el aparato trasportador (pues la cabida de la vagoneta o del balde de transporte debe ser de dos a cuatro veces la de la cuchara de la pala), hay que formular ciertas observaciones. Por término medio, los movimientos de giro, de trasporte de la máquina y de posición de los brazos o plumas absorben aproximadamente el 60% de la duración del ciclo de trabajo. Por consiguiente, es conveniente buscar las posiciones ideales que permitan reducir al mínimo los movimientos inútiles. (Al final de la carrera de excavación, por ejemplo, la altura de la cuchara deberá ser la de descarga sobre el elemento transportador, sin olvidar el espacio necesario par que pueda abrirse la descarga de fondo de la cuchara). Por razones de seguridad una pala con cuchara de empuje no debe trabajar contra taludes cuya altura sobrepase en más de 1 m la máxima altura de corte de la cuchara. El esquema de trabajo con un equipo de esta clase se presenta tal como está indicado en la figura 148. Esquema de trabajo Los trabajos con excavadora equipada con cuchara de empuje deben emprenderse excavando primero en la parte superior del terreno a desmontar. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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Rendimiento por hora de una excavadora de desmonte con cuchara de empuje El rendimiento está en función del ángulo de rotación necesario para la carga y vaciado de la cuchara, y del contenido de esta última (sin tener en cuenta la altura de la excavación).

Este equipo se utiliza preferentemente para trabajos en los que la excavación está por encima de la superficie donde se asienta la máquina, y cuando la recogida de tierras se efectúa sobre esa superficie.

Equipo con dragalina


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Rendimiento por hora de una pala equipada con dragalina El rendimiento está en función del ángulo de rotación necesario y de la capacidad de la cuchara (sin tener en cuenta la profundidad de la excavación) b) Con dragalina: el equipo con dragalina conviene para movimientos de tierras efectuados en terrenos blandos, en arcilla o en rocas bien desmenuzadas con explosivos. Se emplea, por ejemplo, para la explotación de graveras o de minas a cielo abierto, para el desmonte de terrenos vírgenes y para trabajos que requieran un gran radio de acción (Fig 150). Este equipo está perfectamente adaptado para sacar la tierra amontonada en los taludes de la excavación. La carga de elementos de transporte, autocamiones, dumpers, etc., es de escaso rendimiento, a causa de las constantes oscilaciones de la cuchara; por otra parte, no puede exigírsele mucha precisión. La utilización de elementos de transporte de gran capacidad, con una superficie importante de la vagoneta o cubeta receptora, se impone cuando hay que trabajar conjuntamente con ese equipo. El rendimiento disminuye mucho cuando los movimientos de tierras se ejecutan en terrenos pegajosos, a causa de la importante masa que suele adherirse a las paredes internas de la cuchara. Cuando hace frío, es recomendable calentar la cuchara antes de empezar a excavar, a fin de evitar grietas o la rotura del acero. Según la mayor o menor habilidad del conductor es posible aumentar el radio de acción de la máquina al lanzar la cuchara. Tal aumento es del orden de ½ a 2/3 de la altura comprendida entre el nivel de excavación y el nivel de vertido. Se utiliza este equipo para excavar por debajo del nivel de la máquina o para la ejecución de excavaciones inundadas o dentro del agua, aunque siempre con la máquina sobre terreno seco (la TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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excavación en agua reduce el llenado de la cuchara de 1/3 a ½). La posibilidad de excavar y depositar tierras a mucha distancia constituye una ventaja de este equipo. La dragalina pude ser utilizada en la excavación de zanjas para canalizaciones; sin embargo, la profundidad de éstas se limitará a 1,50 m si las paredes son verticales (como medida de seguridad). Equipo de pala mecánica con dragalina, para la excavación de zanjas de gran anchura. La tracción sobre la cuchara se hace oblicuamente en relación con el eje de la máquina. c) Con retroexcavadora: que este equipo es parecido al de la dragalina, salvo que, ahora, la cuchara está sujeta al brazo. La operación de carga se efectúa por tracción hacia la máquina en tanto que la extensión del brazo permite la descarga (Fig. 153). Este equipo permite una ejecución precisa, rápida, y la dirección del trabajo está constantemente controlada. La fuerza de ataque de la cuchara es mucho mayor que en la dragalina, lo cual permite utilizarla en terrenos relativamente duros. Las tierras no pueden depositarse más que a una distancia limitada por el alcance de los brazos y las plumas. Equipo de la pala mecánica retroexcavadora La apertura de zanjas destinadas a las canalizaciones, a la colocación de cables y de drenajes, se facilita con ese equipo; la anchura de la cuchara es la que determina la de la zanja. Esta máquina se utiliza también para la colocación e instalación de los tubos y drenes de gran diámetro y para efectuar el relleno de la excavación. Cuando el sitio disponible lo permita se utilizará ese mismo equipo para efectuar las excavaciones en zanja requeridas para las cimentaciones de edificios.

Equipo de pala mecánica retroexcavadora para la excavación de zanjas Este equipo permite excavar zanjas hasta de 20 cm de anchura.


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Garfio Utilizable para escolleras y cimentaciones bajo el agua.

d) Con cuchara prensora: el equipo con esta clase de cuchara permite la ejecución de movimiento de tierras de gran envergadura pero presenta los mismos azares que el equipo con dragalina. No se le puede usar racionalmente más que en terreno blando y con rocas desintegradas (Figuras 155 y 156)

5.3. LA PALA CARGADORA (TRAXCAVATOR) Hay numerosos modelos de máquinas destinadas a efectuar movimientos de tierras, en terrenos normales, con las que se puede cargar la tierra en una sola operación. Algunas de esas máquinas están montadas sobre tractores con neumáticos pero la mayor parte van sobre tractores de orugas. Si bien los neumáticos ofrecen una adherencia menos buena, en cambio permiten una mayor facilidad para el transporte por carretera. Se distinguen tres tipos característicos: TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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a) con cuchara dotada de movimiento vertical; b) con cuchara que descarga hacia atrás; c) con cuchara dotada de movimientos combinados horizontales y verticales.

Algunas de esas paleadoras o palas cargadoras poseen movimiento de rotación; pero sólo son utilizables en terrenos muy blandos o tierras previamente esponjadas. (para excavaciones en buen terreno, y para edificios) Las máquinas de las categorías a y c implican un desplazamiento del tractor para verter la carga (Fig. 159). El tipo b, por el contrario, elimina esta maniobra. Las máquina de los tipos a y b necesitan un desplazamiento del tractor para atacar la carga, cosa innecesaria con la máquinas de tipo c.

El número de la diversidad de las maniobras necesarias influye desfavorablemente en el rendimiento de estas máquinas. El gráfico adjunto indica el volumen de materiales que los “tracavator” pueden cargar en una hora sobre los camiones, teniendo en cuenta las maniobras mencionadas en el plano (Fig. 158 y 160).


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5.4. EL “BULLDOZER” Esta máquina se compone de una lámina o delantal de acero de forma recta o ligeramente curva, que va fija a la aparte delantera del tractor, en posición perpendicular al eje de la marcha de la máquina. Sirve para desplazar empujando tanto la piedra troceada como las tierras, los troncos de árboles, la maleza, etc.

Angledozer (visto en planta) El escudo o delantal del angledozer está inclinado con relación al eje de la marcha del tractor. De este modo permite efectuar un desplazamiento lateral de los escombros. Dicho escudo puede ser orientable y permite transformar la máquina en bulldozer o en angledozer,

Niveladora (o grader) Este aparato permite el acabado de superficies tanto horizontales como oblicuas. Se emplea para nivelar el fondo de las excavaciones y para rectificar y pulir los taludes.

Ripper En general va montado en la parte posterior de un bulldozer y permite el desfonde le las capas duras.

Se la puede emplear ventajosamente para los trabajos de roturación, para amontonar y desplazar los materiales procedentes de excavación y para extender e igualar los terraplenes (Fig 161). 5.5. EL “ANGLEDOZER” (O “BULLDOZER” ANGULAR) El angledozer es de una construcción parecida a la del bulldozer con la diferencia de que el delantal de barrido pude orientarse según ángulos diversos con relación al eje de la marcha. El angledozer se emplea principalmente para el movimiento y desplazamiento de tierras dejándolas a un lado. En una operación es posible excavar el terraplenar simultáneamente (Fig. 162).


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El escudo o delantal del angledozer está inclinado con relación al eje de la marcha del tractor. De este modo permite efectuar un desplazamiento lateral de los escombros. Dicho escudo puede ser orientable y permite transformar la máquina en bulldozer o en angledozer. 5.6. LA NIVELADORA (O “GRADER”) La niveladora es también una máquina de empuje que, con motor propio o remolcada por un tractor, sirve para excavar, desplazar e igualar una superficie de tierra. Su delantal, de perfil curvado, puede adoptar cualquier inclinación, con relación al eje de marcha por una parte y respecto del plano horizontal, por otra. Esta máquina se emplea para desplazar lateralmente grandes cantidades de materiales y para el arreglo de superficie y taludes (Fig. 163). Niveladora (o grader): Este aparato permite el acabado de superficies tanto horizontales como oblicuas. Se emplea para nivelar el fondo de las excavaciones y para rectificar y pulir los taludes. 5.7. LA ESCARIFICADORA (O “RIPPER”) La escarificadora es una especie de rastrillo o grada de grandes dimensiones, con dientes o uñas espaciados e intercambiables, y destinado a roturar y desintegrar los terrenos por capas sucesivas. Esta máquina va generalmente montada como complemento de los “traxcavators”, los “granders” o los tractores de orugas (Fig. 164). Ripper: En general va montado en la parte posterior de un bulldozer y permite el desfonde de las capas duras. 5.8. LA DESMOCHADORA O ESCAPARPADORA (“SCRAPER”) El “scraper”, aparato automotor, equipado con neumáticos o con orugas, o simplemente tirado por un tractor de oruga, se utiliza para la extracción de tierras a pequeñas capas. Puede remover las tierras y cargarlas en una sola operación, transportarlas y verterlas in interrumpir la marcha. Con todo, en ciertos terrenos es necesaria la ayuda de un tractor de orugas u otro medio de remolque suplementario. La eficiencia de esas máquinas es excelente, pues los tiempos “muertos” son prácticamente nulos en una obra bien organizada. Importa, sin embargo, para mejorar el rendimiento, que se eviten los transportes de recorrido demasiado largo (máximo de 600 a 700 m). 3 En terreno de tipo medio, un “scraper” de 15 m puede excavar y transportar, sobre un recorrido 3 de 500 m aproximadamente, 120 m de tierra por hora (Fig. 165 y 168).


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6.1. TRANSPORTE DE LAS TIERRAS Los vehículos más empleados para el transporte de tierras son: la carretilla, el volquete, las vagonetas Decauville, el camión, el dumper, etc., que se escogen de acuerdo con la importancia de la obra y la clase de trabajo que deba realizarse. 6.2. LA CARRETILLA Instrumento utilizado en obras de poca importancia: tiene una cabida de 1/30 a 1/15 de metro cúbico. La velocidad de desplazamiento es de 3 a 3,6 km/h. El transporte se efectúa por relevos de 30 m en terreno horizontal (o de 30 m para una pendiente de 8%). Cuando la distancia a franquear excede de 90 m, es preferible servirse de otro aparato. En una jornada de 3 10 horas es posible transportar 20 m a 30 m de distancia. 6.3. EL VOLQUETE 3

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Arrastrado por un caballo, contiene de 0,5 a 1 m . Esta cabida pasa a ser de 1,5 m cuando se utilizan dos caballos. La velocidad media de los desplazamientos varía de 3 a 3,6 Km/h. Este vehículo puede servir para transportes de 30 a 600 m. Las rampas fuertes requieren a veces el enganche de tres o cuatro caballos en hilera. 6.4. LA VAGONETA DECAUVILLE Está compuesta de una cubeta basculante montada sobre un “chasis” o bastidor; rueda sobre vías férreas de escasa anchura colocadas directamente sobre el suelo. Este medio de transporte sirve para la evacuación de tierras incluso sobre terrenos muy mojados y es muy adecuado para obras de extensa superficie. Los cambios de aguja, las placas giratorias demás material completan el sistema de vías. La falta de movilidad y flexibilidad de este modo de transporte puede ser perjudicial para la 3 organización general del trabajo. La cabida de las vagonetas van de 0,250 m (cuando se las


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA 3

empuja a brazo) 0,500 m y aún más cuando dos desplazamientos se efectúan a base de una pequeña locomotora (o caballos). 6.5. EL CAMION El vehículo automóvil comprende una cubeta que bascula hacia atrás o lateralmente (en ambos sentidos o en uno solo). La capacidad de la cubeta varía en función de la potencia del motor. 3 Un camión de 5 t puede transportar de 3 a 3,5 m de escombro (sin asentar) por viaje. Las 3 mayores máquinas actuales tienen una capacidad de 18 m , lo cual permite para ciertos trabajos particulares (canteras, construcción de autopistas, etc.) realizar notables economías en los tiempos de transporte y carga. Existe en el mercado una gran diversidad de máquinas de esta clase. Se dará preferencia a aquellas que, accionadas por motores Diesel, presenten las mejores características de rendimiento y economía.

Por las relaciones que damos a continuación se puede determinar el número de camiones necesarios para evacuar las tierras de una excavación dada: Q = producción horaria de la excavadora; C = cabina de la caja o cubeta de los camiones; T = tiempo en horas, necesario para el transporte (ida, descarga y regreso); N = número de camiones por hora; X = número de camiones que hay que poner en servicio. Se tiene: Q = N.C X = N.T + 1. Ejemplo: ¿Cuántos camiones serán precisos para evacuar los escombros producidos por una 3 excavadora cuyo rendimiento es de 55 m /h, sabiendo que la cabida de los camiones es de 3,5 3 m y que el tiempo de transporte (a 30 km/h de promedio) dura 16 minutos? 3 Q = 55 m /h 3 C = 3,5 m

T  16 min, o sea

16  0,267 de hora 60


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N


55  15,72 3,5

X = 15,72 . 0,267 + = 5,2 camiones. Será necesario disponer de 5 ó 6 camiones según las posibilidades de la empresa. El producto horario de la excavadora debe calcularse teniendo en cuenta las pérdidas de tiempo inevitables, debidas a las maniobras de los camiones. Por ejemplo, el acceso a las obras por una sola vía puede ser causa de esperar motivadas por los cruces de los vehículos, etc. Los camiones de cubeta múltiple ofrecen interesantes posibilidades en las obras de movimientos de tierras, cuando es baja la producción de la excavadora. Permiten obtener un rendimiento óptimo de la parte motriz reduciendo los tiempos de espera y de maniobra junto a la excavadora (Fig. 170). 6.6. LOS DUMPERS Y LOS SEMIRREMOLQUES Los dumpers llevan una caja o cubeta basculante hacia delante montada sobre un chasis automotor. Las ruedas delanteras, de gran diámetro, son motrices y están colocadas debajo de la cubeta; las ruedas de atrás son directrices. 3 La capacidad de estas máquinas varía entre 150 l y 18 m . La potencia puede alcanzar los 400 CV. El movimiento basculante y el de retorno a la posición normal de la cubeta se obtienen mediante un sencillo efecto de inercia. La velocidad de desplazamiento es de unos 20 a 25 Km/h. Esta clase de vehículos no es adecuada para un transporte regular por carretera. La distancia máxima recorrida por estos vehículos no debería exceder de 1,200 m (Fig. 171 y 172). 7.

LOS TERRAPLENES Los terraplenes se hacen por superposición de capas de 0,20 a 0,40 m de espesor, bien apisonadas, con el propósito de reducir en gran medida el esponjamiento del material aportado. La rodadura de los vehículos sobre las capas ya colocadas constituye un excelente apisonamiento. Para obtener una compactación interesante sobre grandes superficies, da buenos resultados proceder a un cilindrado intensivo de las diversas capas. A este efecto se emplean rodillos o rulos compresores. Los aparatos más eficaces son los rulos vibrantes o los rodillos con pies de cabra vibrantes. La acción de esos aparatos se deja sentir en un espesor de 0,40 a 0,80 m para una velocidad de desplazamiento de 3 a 6 km/h. Esos rodillos suelen ir remolcados por tractores de orugas. El rodillo de pies de cabra es muy apropiado para los terrenos arcillosos (Fig. 173). La utilización de chasis, montado sobre trenes de ruedas con neumáticos, permite también llevar a cabo la compactación de los terrenos (Fig. 174). Para compactar pequeñas superficies se emplea el pisón de brazo, o bien, si se quiere lograr mayor eficacia, el pisón mecánico soltador o vibrante. Es conveniente compactar cada capa por separado (Fig. 175 a 177).


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Cuando el terraplén descansa sobre una superficie de terreno inclinada, es conveniente realizar el asentado por escalones sucesivos, evitándose de esta forma eventuales deslizamientos. Por otra parte, es preferible, antes de proceder a un terraplenado, limpiar e suelo subyacente de la vegetación que lo cubre. Se evita así en buena parte los asientos ulteriores.


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De todos modos, después de la ejecución de un terraplenado, se producirá siempre algo de asiento. Cuya importancia depende del material empleado y de la altura del terraplén. En general se puede admitir, según Winkler (Fig. 178): Terraplén gredoso o arcilloso h´ = h/12 b´ = h/8 Terraplén de tierra h´ = h/14 b´ = h/9 Terraplén arenoso h´ = h/23 b´ = h/15 Terraplén de tierra h´ = h/40 b´ = h/40

Asiento de los terraplenes Cuando la pendiente del terreno es fuerte se adopta para el asiento horizontal b´D de la parte de aguas abajo:

H

S que sustituye al valor de " h" en la tabla 2

Teniendo en cuenta estos valores, se aumentará algo la altura de los terraplenes a fin de que después del asiento sufrido se alcance el nivel previsto (Fig. 179).

Asiento de los terraplenes Cuando se terraplenan excavacines en forma de zanjas, es preciso prever el asiento que experimentarán ulteriormente. 8.

MEDICIÓN EN METROS DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS Antes de emprender la ejecución de los movimientos de tierras, es preciso establecer, por nivelación, un levantamiento del terreno primitivo. Para efectuar el cálculo de los volúmenes de los desmontes y de los terraplenes realizados, una vez concluidos los movimientos de tierras se realiza la nivelación de las excavaciones y taludes ejecutados. Comparando el estado de antes y después del movimiento de tierras es posible calcular los volúmenes desplazados. Para facilitar las comparaciones, se elige un punto determinado de referencia general que se le pueda utilizar en las dos nivelaciones.




Cuando se trata de excavaciones de gran longitud y escasa anchura (excavaciones para canalizaciones, canales, carreteras, etc.), se procede a levantar perfiles transversales. El volumen excavado se obtiene entonces aplicando las fórmulas dadas en el capítulo XIV: Geometría; la superficie de las bases la proporciona el levantamiento, la distancia entre perfiles es conocida (Fig. 180). 9.

EXPLOSIVOS El empleo de explosivos es a veces necesario para la ejecución de ciertos movimientos de tierras. Los explosivos más empleados son: la dinamita goma, la gamsita y la cheddita, que son explosivos de seguridad. La explosión se produce por medio de un disparador eléctrico o bien por combustión de una mecha de seguridad. La mecha Bickford es la más empleada; arde a una velocidad de unos 65 cm por minuto. Esa mecha va fija a un detonador o cebo que provoca la explosión. El explosivo debe ir colocado al fondo de un barreno, en íntimo contacto con el detonador solidario de la mecha Bickford. A continuación se ataca el barreno (mediante un atacador de madera) con arena sin comprimir y luego con salchichones o cilindros de arcilla. Algunos mineros preconizan la interposición de un cierto espesor de papel entre la carga y el atacado a fin de facilitar el desatacado en caso de falla. Mediante algunas precauciones de impermeabilidad (mecha impermeable, recubrimientos de grasa o de pez sobre el detonador y su enlace con la mecha), el atacado puede hacerse con agua lo cual facilita aun más el desatacado (Fig. 181 y 182).

Observaciones: el almacenado y empleo de los explosivos está sometido a reglamentaciones severas. Los usuarios han de conocerlas bien. Por otra parte, los elementos necesarios para el cálculo de las cargas y para la disposición de los barrenos se salen del marco de esta obra.


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BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA EXCAVACIONES

La mayoría de los contratistas generales trabaja muy bien en construcción verticales, sobre el nivel del terreno; sin embargo, bajo el nivel del terreno muchos de ellos tienen dificultades. Son números los que pierden dinero en sus proyectos, debido a problemas en el subsuelo. A menudo se escoge el gerente el proyecto por su capacidad ara levantar estructuras de acero, colar concreto o efectuar otras construcciones verticales, pero con mucha frecuencia no entiende los problemas que se presentan en el subsuelo por lo que pronto se encuentra con graves dificultades, y tiene que pedir ayuda. La construcción en el subsuelo es tan difícil y exigente como la que se realiza sobre el terreno. 11.1. Estabilidad de taludes 11.1.1. Angulo de inclinación Muchas excavaciones se inician con un corte vertical. Algunos suelos se mantienen erectos hasta profundidades considerables, cuando se cortan verticalmente; pero la mayoría se desploma. Cuando los taludes verticales se desploman hasta un ángulo estable, grandes bloques de material pueden caer al fondo de la excavación. En general, en los suelos arenosos, la arna tenderá a deslizarse y desplomarse durante el proceso de excavación. Por lo común, ésta se estabiliza a un determinado ángulo, sin riesgos importantes. No obstante, los suelos limosos, arcillosos o de arena cementada se excavan a veces hasta profundidades considerables, antes de que los grandes bloques de material se deslicen hasta el fondo. Durante las excavaciones se puede calcular el ángulo al que puede esperarse que se mantenga el suelo temporalmente. En la tabla 11.1. se presentan algunos ángulos aproximados y empíricos. Al iniciar una excavación, es más fácil comenzar el corte en el ángulo de inclinación propuesto. Si el ángulo deseado del talud temporal tiene una relación de una horizontal a uno vertical y la profundidad de la excavación es de 15 pies (4.5 m), la parte superior de la excavación debe principiarse a 15 pies (4.5 m) fuera del fondo propuesto. Tabla 11.1ª Tipo de suelo 1. Arena o arena y grava

Algunos ángulos típicos de inclinación temporal 45° para laderas mojadas; 35° o 1 ½ a 1 para laderas secas; los taludes húmedos deben ser más tendidos.

2. Arena cementada

Vertical a 10 pies (3 m); ½ a 1 a 20 pies (6m) o más; ¾ a 1 para taludes altos. Vertical a 3 pies (0.90 m); ½ a 1 a 6 pies (1.80 m); ¾ a 1 a 10 pies (3 m); 1 ½ a 1 para laderas altas. Para taludes húmedos, inclinaciones menores, de hasta 4 a 1.

3. Limo blando o arcilla blanda 4. Limo o arcilla moderadamente firme 5. Limo o arcilla firme 6. Lodo

Vertical a 6 pies (1.80 m); ½ a 1 a 10 pies más altos; pero las inclinaciones deberán ser menores par laderas mojadas. Vertical a 10 pies (3 m) ½ a 1 a 20 pies (6 m); ¾ a 1 a 30 pies (9 m); la 1 para taludes más altos, excepto taludes planos en suelo mojado.

a

Hay muchas excepciones. Los “valores típicos” anteriores no son para utilizarlos en el diseño de taludes. La ley federal conocida como “Ocupational Sfety and Health Act”, así como también los códigos industriales estatales, limitan la altura de los cortes verticales no apuntalados, donde haya hombres trabajando. En la sección 22.2. del capítulo 22 se dan ángulos típicos de inclinación para taludes permanentes. 11.1.2. Socavaciones Después de cortar un talud, a veces es necesario socavarlo para introducir cimentaciones o líneas de servicio público. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER - SMOOTS - LIMUSA

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Cuando es necesario socavar y no es posible lograr un ángulo estable para el talud, la socavación deberá hacerse en secciones estrechas. La parte superior del talud deberá descargarse todo lo que sea posible y no deberá dejarse encima ningún equipo de construcción. A veces, los taludes se socavan en el proceso de la excavación. El suelo se desploma y corre hasta la máquina excavadora. Esto no es muy peligroso en arena limpia, que se deslizará hasta su ángulo de reposo; no obstante, puede resultar peligroso en suelos cementados, arenas mojadas, con aparente cohesión, o limos y arcillas que permanecerán verticales temporalmente y, luego, un gran bloque se desprenderá y caerá como un deslizamiento de tierras. 11.1.3. Erosión Las laderas de excavación no tienen ningún recubrimiento y ninguna protección natural, por lo que son muy susceptibles a la erosión por fuertes lluvias. Es muy importante limitar la cantidad de agua que corre por las laderas de excavaciones. Esto se puede hacer mediante la construcción de un dique o una barrera en la parte superior de talud, que desvíe al agua de la excavación, en lugar de correr sobre el talud. Antes de lluvias inminentes, el frente de la excavación también se puede proteger cubriéndolo con láminas de materiales plásticos, o bien, rociándolo con varios materiales impermeables. El silicato de sodio es uno de los materiales que se utilizan con este fin (una modificación del proceso de Joostn). Este material se puede inyectar en una ladera, o bien, se puede rociar sobre la superficie de un talud (véase la sección 30.1 de capítulo 30). 11.1.4. Agrietamiento El agrietamiento de las laderas excavadas en pendientes muy inclinadas puede plantear un problema grave, como resultado de la desecación del suelo. El suelo tenderá a desmoronarse y desplomarse. Lo que es todavía peor es que las grietas profundas pueden hacer que se deslicen grandes bloques de material. A menudo, los taludes parecen encontrarse en una pendiente segura; pero puede caer algún boque de material que se desprenda de la pared de la excavación, lo cual suele provocar muchos daños y heridos. Luego, cuando se completa el relleno, el suelo puede volver a mojarse. En esas condiciones, el suelo puede dilatarse y, quizá, resquebrajar muros o losas de concreto situados sobre el talud. Los agrietamientos se pueden reducir con facilidad, limitando la evaporación del agua. A veces esto se lleva cabo rociando frecuentes o “aspersiones atomizadas” de las laderas.

Figura 11.1. Guía para establecer la distancia de seguridad desde el borde de los taludes o las laderas, para le almacenamiento de materiales o la colocación de equipos. También se puede lograr mediante un recubrimiento protector de la ladera. Los recubrimientos de protección pueden ser láminas de material plástico, compuestos químicos TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER - SMOOTS - LIMUSA

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rociados, materiales bituminosos rociados u otros materiales impermeables (véase la referencia 19). 11.1.5. Cargas en la parte superior del talud. Es natural que los contratistas depositen maquinaria en la parte superior de los taludes, amontonen el exceso de materiales de excavación en el suelo, o bien, almacenen materiales de construcción en la parte superior de las laderas. Además, la maquinaria pesada puede causar vibraciones que aumenten los riesgos de desplome de las laderas. La estabilidad de un talud con una sobrecarga agregada en el borde, se puede analizar, como se describe en la sección 25.2. del capítulo 25. Por otra parte, los códigos de la construcción o los estatales y federales de seguridad pueden establecer limitaciones de carga en los bordes de las excavaciones. También es posible calcular una “distancia segura hacia atrás” del borde, para colocar cargas. La distancia hacia atrás del borde superior de una ladera puede estimarse como guía aproximada, suponiendo que el talud podría considerarse seguro, si fuera más alto; pero se situará en el ángulo de inclinación utilizado al efectuar la excavación. Si ese ángulo de inclinación es de ¾ a 1, por ejemplo, y el peso sobre las bases de una unidad del equipo es 2 2 de 500 Lb/pie (2,2400 kg/m ), esto equivaldría a hacer que la excavación tuviera 5 pies (1.5 m) más de profundidad. Esto se ilustra en la figura 11.1.a. Puesto que el equipó se puede utilizar para levantar cargas, puede aumentar la presión máxima ejercida sobre la base más cercana a la excavación. Al efectuar los cálculos, este aumento debe agregarse a la carga de las bases. Por ejemplo, si al elevar alguna carga, de las bases se debe incrementar a 1,000 2 2 Lb/pie (4,880 kg/m ), la altura equivalente de suelo nuevo es de 10 pies (3 m). Como se muestra en la figura 11.1 b, los 10 pies (3 m) de suelo nuevo se pueden reemplazar con un bloque de material. El borde del bloque se encuentra aproximadamente a 4 pies (1.20 m) de distancia del borde de la ladera. La base de la grúa debe mantenerse también por lo menos a 4 pies (1.20 m) de distancia del borde de la excavación. 11.1.6. Detección de movimiento Los deslizamientos de tierras y las fracturas de las laderas no se producen de pronto y sin advertencias. Dan señales de la inminencia de la fractura, antes de que se produzca realmente. El problema más importante consiste en que muchas veces no se observan o toman en consideración esas indicaciones. Durante el funcionamiento de equipos en posiciones precarias en la parte superior de pendientes, debe darse a alguien la tarea específica de inspeccionar con frecuencia la parte superior del talud. Se deberá observar si hay señales de agrietamientos a una distancia de borde igual a la altura del talud. Asimismo, se deberán observar los hinchamientos en el centro o al pie de la ladera y las partículas de tierra que se desprendan del talud por debajo de la maquinaria. Los movimientos ligeros de las ladras se pueden descubrir observando puntos fijos de referencia. Un método más conveniente, pero también más costoso, consiste en instalar recubrimientos especiales en orificios perforados. Esos casquillos o recubrimientos y los instrumentos para medir sus movimientos se pueden obtener en varios lugares; sin embargo, sería mejor trabajar con un ingeniero de suelos que esté familiarizado con el funcionamiento de esos equipos (véase la sección 10.12 del capítulo 10). 11.1.7. Cortes verticales En algunos casos se pueden hacer cortes verticales en suelos cementados o que se componen de limos o arcillas de gran cohesión. También se pueden efectuar cortes verticales en suelos arenosos que tienen una “cohesión temporal aparente”, debido a su contenido de agua. En general, los cortes verticales se deben considerar temporales y rellenarse o estabilizarse en alguna otra forma, tan pronto como sea posible. En general la máxima altura vertical a la que se puede mantener un suelo limoso o arcilloso es igual a la expresión siguiente:

altura 

2 x cohesión peso del suelo

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La cohesión se mide mediante pruebas de laboratorio, como se describe en la sección 7.4 del capítulo 7, y se debe incluir en los informes de suelos. 2 2 En un terreno arcilloso con una cohesión de 500 Lb/pie (2,440 kg/m ) y un peso de 100 3 3 Lb/pie (1,625 kg/m ), la altura temporal a la que se puede cortar un tlud vertical es de 10 pies (3 m). Este cálculo no incluye ningún factor de seguridad. Con un factor de seguridad de 1.5, latura permitida del corte sería de 6 ½ pies (1.95 m). En general, se deben evitar los cortes verticales. Los operadores de equipos no deben iniciarse ninguna excavación verticalmente para descubrir, cuando concluye el trabajo, que es muy difícil volver atrás y tender el talud. Las excavaciones deben iniciarse de acuerdo con las líneas de corte requeridas para la pendiente deseada. Si una ladera es demasiado escarpada y comienza a desplomarse, el método más evidente de estabilización consiste en disminuir su pendiente. Cuando no haya espacio para tender un talud, se necesitará tomar alguna otra medida. Es conveniente que esas medidas se tomen antes de iniciar una excavación o antes de que se haya avanzado demasiado. Los métodos de estabilización incluyen: Desagüe: En muchos casos la extracción de agua muy atrás de las pendientes, utilizando pozos o “web points”, hace aumentar la estabilidad de las laderas. Cubierta de gunite: Si la ladera no tiene una pendiente excesiva, una cubierta de gunite retendrá a veces la humedad del suelo y agregará cierta resistencia. Productos químicos: Cuando es necesario cortar laderas muy escarpadas en zonas con grandes limitaciones de espacio, es posible estabilizar algunos suelos, inyectándoles productos químicos. Véase la sección 30.4 del capítulo 30. Apuntalamiento: Con frecuencia los taludes se estabilizan por medio de apuntalamientos, como se describen en el capítulo 12. 11.2. Protección del fondo 11.2.1. Desecación y agrietamientos Los suelos del fondo de una excavación pueden secarse excesivamente, agrietarse y contraerse, si se dejan expuestos durante periodos prolongados a un cima seco y cálido. Si los suelos se dilatan al recuperar su contenido normal de agua esto puede provocar un problema después del colado de losas de pisos de edificios. Por consiguiente, puede resultar necesario rociar el suelo o cubrirlo temporalmente con arena o láminas de plástico, para limitar la evaporación del agua. 11.2.2. Saturación Con mucha frecuencia, los suelos del fondo de una excavación pueden estar saturados. Aun cuando el nivel freático del terreno puede estar por debajo del fondo de la excavación o el sitio puede drenarse por medio de zanjas perimetrales, pozos o web points, es común descubrir que el fondo de una excavación se vuelve inestable para el funcionamiento de cargadores de extremo frontal, camiones de volteo y otros equipos pesados sobre ruedas. Asimismo los suelos saturados y blando pueden ser poco convenientes para colar cimentaciones corridas para apoyo de columnas de edificios. Esos suelos pueden haberse hinchado o dilatado al retirarse la carga de los materiales de excavación que estaban sobre ellos. Así, los suelos volverán a comprimirse al aplicarles la carga de los cimientos. En los casos en que la subrasante está en suelos limosos o arcillosos húmedos, suele resultar menos costoso excavar de 12 a 18 pulgadas más (30 a 45 cm) y rellenar ese espacio con tierras selectas, de drenaje libre, para proporcionar una buena “base de trabajo”. Algunas veces, la descompostura de equipos puede hacer que las operaciones de desagüe se detengan durante varias horas o hasta días enteros. En este caso, el nivel del agua del terreno asciende y puede llenar la excavación. Mientras si el agua asciende en la excavación, los suelos del fondo pueden soltarse y alterarse mucho. Cuando el sistema de drenaje vuelve a funcionar y se ha desaguado y desecado la excavación, puede ser necesario retirar la tierra suelta. Las excavaciones pueden rellenarse con materiales selectos. Si el suelo del fondo de una excavación es arenoso, similar a lo que pudiera juzgarse como “tierra selecta”, es posible volver a compactarlo adecuadamente. Es preciso volver a compactar todo el fondo de la excavación.


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Las heladas y las fuertes lluvias también pueden ablandar el suelo del fono de las excavaciones. La protección contra las lluvias debe incluir diques o pequeñas barreras en tono al perímetro de la excavación, para evitar que el sitio se convierta en un sumidero de toda la zona adyacente. Asimismo, al menos en un caso, durante la temporada de lluvias un contratista levantó una lona de circo sobre el sitio. Es más difícil la protección contra las heladas. A los suelos arenosos no les afecta mucho, pero los limosos o arcillosos se pueden dilatar cuando se congelan y convertirse en lodazales cuando se deshielan. Es muy poco conveniente construir cimentaciones sobre terrenos congelados, porque durante la primavera siguiente se asientan muchos cuando se produce el deshielo. Si no es posible evitar las heladas, cubriendo el terreno con tierra o calentándolo, será necesario excavar todo el suelo congelado bajo las zapatas y remplazarlo con grava o concreto delgado. Esos costos deberán incluirse en la cotización. 11.2.3. evantamientos Durante el hincado de pilotes, se ha descubierto muchas veces que las excavaciones para las puntas de los pilotes se elevan. En la figura 11.2. se muestra la excavación para los cimientos de una torre alta. Se hincaron aproximadamente 70 pilotes con un espaciamiento de 3 ½ pies (1.05 cm) de centro a centro. Los pilotes eran de unos 60 pies (18 m) de longitud, de conicidad escalonada, con un diámetro promedio de 12 pulgadas (30 cm). Durante el hincado, se observó que el terreno se levantaba impulsando también hacia arriba a los pilotes hincados anteriormente. Al concluir el hincado, se midió el levantamiento de los pilotes, que variaba de 0 a 16 pulgadas (0 a 40 cm). El levantamiento promedio fue de, aproximadamente, 4 a 5 pulgadas (10 a 12.5 cm). En muchos casos, el orificio de entrada de pilotes se excava en exceso para dejar margen para el levantamiento del terreno. Se puede utilizar una perforación previa en coda ubicación de pilotes, para retirar el exceso de tierra y, en esa forma, evitar el levantamiento del terreno. El levantamiento se describe con más detalle en las secciones 16.8, 16.9 y 16.10, en el capítulo 16. Figura 11.2. Cimentación de chimenea alta, mostrando el levantamiento vertical de los pilotes 11.2.4. Excavaciones excesivas accidentales A veces las excavaciones se hacen a demasiada profundidad, ya sea debido a errores de medición o por equivocaciones de los operadores de las máquinas. También se pueden contar las excavaciones a mayor profundidad, para poder recortar los rincones con maquinaria de mayor tamaño. Los operadores de equipos tienen tendencia a rellenar los sitios excavados en exceso, haciendo pasar palas de excavadoras o cubetas vertederas por el fondo de las excavaciones disfrazando en esa forma las zonas excavadas a demasiada profundidad. Esto se verá con más detalle en la sección 14.11 de capítulo 14. 11.3. Selección de equipos La selección de equipos para las excavaciones es importante para la economía del trabajo. Las características de los suelos que influyen en la selección e equipos incluyen: Dureza del suelo. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER - SMOOTS - LIMUSA

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Rigidez o cohesión del suelo. Cantidad de agua presente en el suelo. Capacidad del suelo para soportar equipos pesados, sin cubrirse de baches y convertirse en un lodazal. En los informes de investigación de suelos se pueden encontrar indicaciones sobre la dureza de los suelos que se encontrarán en el curso de las excavaciones. Los indicadores suelen ser los siguientes: La descripción del suelo. El conteo de golpes del suelo. El valor de capacidad de carga de diseño del suelo. El ángulo recomendado de inclinación para las excavaciones. En algunos casos el método de excavación puede ser importante. En general el suelo está formado de estratos. Puede ser conveniente excavar el suelo superficial y en seguida excavar y conservar los materiales adecuados, que puedan utilizarse como rellenos selectos. Al contrario, si se debe efectuar una operación de relleno general con el material excavado, tal vez resulte conveniente cortar los estratos transversalmente, mezclando los materiales buenos con los malos. En la referencia 20 pueden encontrarse estudios más detallados sobre la selección de equipos. 11.4. Desagüe 11.4.1. Síntomas de dificultades. Cuando una excavación llega al nivel freático del terreno, puede no ser evidente de inmediato que se ha llegado a él; sin embargo, las excavadoras o los equipos de construcción o carga, sobre ruedas, al fondo de la excavación, pueden encontrarse con problemas de baches, ondulaciones y fallas del suelo. En algunos casos, puede parecer que los equipos de construcción corren el peligro de hundirse, hasta perderse de vista, si se prosiguen las excavaciones. A veces, al retirar los equipos de las excavaciones, el agua se filtrará a través de la superficie, provocando un levantamiento del terreno. El agua parece “hervir” al salir del terreno, formando pequeños conos que parecen volcanes. En la figura 11.3. se muestra “arena hirviente”. 11.4.2. Métodos. El método más común para desagua una excavación consiste en construir uno o varios cárcamos al fondo de la excavación. Con frecuencia, los cárcamos se sitúan fuera de los límites del edificio. Tal vez sea necesario excavar fosas (zanjas perimetrales) en torno al perímetro de la excavación, para conducir el agua hasta los cárcamos. Cuando el agua llega a los cárcamos, se elimina por medio de bombas, que deben estar diseñadas con ese fin. Con frecuencia se utilizan bombas eléctricas sumergibles Flyght. En las referencias 21 y 22 se encuentra una exposición detallada sobre los métodos de desagüe. Otros métodos pueden incluir coladeras, pozos, cubiertas de grava y drenajes franceses. 11.4.3. Depósitos subterráneos. Para el almacenamiento de aceites, productos petroleros y otros líquidos se colocan grandes depósitos bajo tierra. Con frecuencia esos depósitos se sitúan en zonas de gran humedad, que requieren desagües. En esos casos, puede proseguirse el desagüe hasta poder efectuar en seco el relleno de la excavación. Ha habido casos en que los tanques se han salido del terreno al ejecutarse el relleno. En muchos de esos casos, se utilizaron chorros de agua como medio para compactar la tierra de relleno. En otros casos, durante la colocación del depósito se hizo descender el nivel del agua por medio de bombeo, dejando que volviera a la excavación cuando se efectuaba el relleno. Si el agua regresa a su nivel anterior, hará que el depósito se levante o flote. Si el proceso de relleno no se ha completado todavía, se necesitarán cantidades de material de relleno sobre los depósitos o un buen anclaje, para evitar que los depósitos se eleven y se salgan del terreno cuando se vacíen. 11.4.4. Tuberías subterráneas. Las excavaciones para el tendido de tuberías se estudian en la sección 13.4 del capítulo 13. 11.5. Excavaciones en rocas.


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Las excavaciones en rocas no se estudian en este libro, exceptuando algunos comentarios al respecto. Fig. 11.4. Ejemplo del deslizamiento potencial de las rocas a lo largo de planos de deposición. Muchas excavaciones se harán a través de planos débiles en las rocas. Esos planos pueden ser de deposición, en el caso de rocas sedimentarias, fracturas en rocas duras o zonas de fallas en cualquier tipo de rocas. Si el plano débil se encuentra en ángulo, puede hacer que uno de lo lados de la excavación presente dificultades, como se muestra en la figura 11.4. 11.6. Resumen. Los puntos más importantes de este capítulo son los siguientes: Hechos:

Las excavaciones importantes requieren una planeación, tomando en cuenta la seguridad y la economía. Pueden parecer fáciles y luego convertirse en problemas graves y costosos.

Atención a: El agrietamiento de los taludes o las laderas, “se desprenden” bloques de materiales, que caen a las zonas de trajo. Las cargas pesadas en la parte superior de las excavaciones son peligrosas y deben situarse tan alejadas de los bordes como sea posible. Debe tenerse cuidado de no excavar a demasiada profundidad para las zapatas.


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ENCOFRADOS FIERRERÍA APUNTALAMIENTOS Y ARRIOSTRAMIENTOS

En general, el diseño de los apuntalamientos y los arriostramientos corresponde al contratista, o bien a un subcontratista especializado en esos trabajos. El diseño siempre es responsabilidad del contratista, tanto si lo hacen sus propios ingenieros como algún subcontratista especializado. En este caso, el contratista contrata los servicios de ingenieros profesionales titulados, para que preparen el diseño. Las leyes relativas a la responsabilidad por el diseño pueden variar de unos estados a otros. A veces el propietario puede hacer que le diseñen el sistema de apuntalamiento y aceptar la responsabilidad por su funcionamiento adecuado. En algunos departamentos de construcción se han establecido normas para los sistemas de apuntalamiento y para aprobar o rechazar diseños propuestos por los contratistas cuando éstos no adquieren ninguna responsabilidad. En algunos estados, la OSHA, el Departamento de Seguridad Industrial, o el departamento local de la construcción pueden exigir la aprobación por sus ingenieros de seguridad de los sistemas propuestos de apuntalamiento. Cualquiera de esas agencias puede hacer que se detenga una obra.} En diseño de los sistemas de apuntalamiento se asa en la presión que se espera que ejerza una cuña de suelos sobre la parte posterior del apuntalamiento. En la figura 12.1. se muestra una cuña supuesta de ese tipo.

Fig. 12.1. Presión activa del suelo sobre el muro. Resistencia pasiva que restringe el anclaje del atiesador. 12.1. Pilotes laminados. Los pilotes laminados se construyen de acero, concreto reforzado o madera. Los de acero tienen enclavamientos que sujetan a los pilotes entre sí. Los de concreto o madera tienen por lo común conexiones de saliente y muescas que sujetan parcialmente los pilotes unos a otros. Los pilotes laminados se hincan en torno al perímetro de una excavación. Por lo común se instalan antes de comenzar la excavación, cuando la excavación ha llegado a algún punto dado, o cuando se encuentra agua. Las tablestacas se suelen hincar con martillos similares a los hincadores de pilotes normales, con la excepción de que son de menor tamaño y, por lo común, de doble acción. Los pilotes laminados menores se pueden hincar con adaptación de martillos perforadores.

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NOVIEMBRE 2001 Casi siempre se fija en el suelo una guía o plantilla, como ayuda para alinear las láminas. El larguero permanente puede fijarse como guía frontal, como se muestra en la figura 12.2. Los pilotes de las esquinas se suelen colocar al principio y los demás parten de cada extremo, hasta que se juntan en el centro, Las láminas se deben hincar en tiradas de no más de 5 pies (1.5 m) cana una, para evitar que los pilotes se salgan de sus enclavamientos. En los terrenos más duros, las tiradas deberán ser más cortas.


Los pilotes laminados se restringen después de hincarlos y efectuar una excavación hasta una profundidad de aproximadamente una cuarta parte de la excavación propuesta. La restricción se puede hacer mediante arriostramientos cruzados, puntales o anclajes con atiesadores. En la figura 12.2. se muestran varios ejemplos. Fig. 12.2. Plantilla y larguero permanente, utilizados para alinear los pilotes laminados durante el hincado. Casi siempre los ingenieros diseñadores son quienes trazan las líneas de pilotes laminados. Las proporciones dependen mucho de los métodos de construcción, el tipo de suelo de que se trate y las condiciones hidráulicas. Las proporciones indicadas en la figura 12.3 son un promedio para suelos arenosos razonablemente buenos, pro encima del nivel freático.

Fig. 12.3. Muro de pilotes laminados con atiesadores y anclajes. Es común poner “largueros” frente a los pilotes laminados, como parte del sistema de anclaje y se utilizan varillas sujetadoras o ariostramientos internos que empujan a los largueros o se TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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NOVIEMBRE 2001 ENCOFRADOS FIERRERÍA apoyan en ellos. Cuando se instalan varillas de anclaje, se someten a un tensado previo, por medio de tensores o templadores o por otros métodos. El pretensado debe ser aproximadamente igual a la fuerza que se espera que soportarán los atiesadores. Por consiguiente, conforme prosigue la excavación, se puede esperar que la deflexión de los pilotes laminados se limitará a plegar los pilotes y no estirará las varillas de anclaje. Esto tiende a limitar la deflexión lateral, protegiendo las calles y los edificios adyacentes a la excavación. Es inevitable cierta deflexión de los pilotes laminados; por tanto, este sistema nunca es tan efectivo como el recalce de las estructuras adyacentes. Si el apuntalamiento se hace por medio de puntales inclinados internos, es común utilizar gatos para preesforzar los puntales con el fin de que opriman a los largueros o cepos con una fuerza igual a la fuerza de diseño esperada. De este modo, se limitan las deflexiones, conforme prosigue la excavación. 12.2. Tablestacas Las tablestacas resultan más económicas que los pilotes laminados y se utilizan en las excavaciones para edificios.

Fig. 12.4. (a) Etapa 1 – Perforación del orificio. Se coloca la tablestaca en el orificio. Se rellena con concreto. En general el espaciamiento de los pilotes es de 6 a 8 pies (1.80 a 2.40 m) de centro a centro (b) Etapa 2 – Excavación para la primera hilera de atiesadores. Se preesfuerzan los atiesadores. Se pone un encostillado de madera entre las tablestacas. (c) Etapa 3 – Excavación e instalación de la segunda hilera de atiesadores. Los tablestacas son vigas fuertes colocadas verticalmente a lo largo del perímetro de la excavación. El espaci8amiento entre tablestacas puede variar de 4 ó 5 pies a 10 ó 15 pies (1.20 ó 1.50 m a 3.00 a 4.5 m). En la mayoría de los casos, se pone un encostillado entre las tablestacas, que puede consistir de tablas; pero, otras veces, es de placas de concreto precolado o de concreto colado in situ. Si se utiliza concreto colado in situ, puede ser el muro final permanente del edificio. En algunos casos, el suelo es suficientemente firme para el enlace entre los pilotes. En esos casos, puede no utilizarse el encostillado. Si no se usa, el suelo que se encuentra entre los pilotes puede protegerse contra la desecación. La protección puede consistir en una aspersión de compuestos químicos o un recubrimiento con materiales plásticos o gunite. Además, es conveniente protegerse contra la posibilidad de que alguna porción de tierra caiga del frente vertical. Esto se evita colgando una malla de alambre o mediante material para cercas, a lo largo del frente, sujeto a los pilotes. En orificio, por encima del nivel de cimentación, se puede rellenar con tierra o con concreto delgado, de baja resistencia, que se pueda retirar con facilidad, al colocar el encostillado. A veces, se perforan orificios para cada pilote, utilizando una perforadora barrenadora; pero la tierra no se saca del orificio. La perforación previa hace que resulte más fácil hincar los pilotes verticalmente. 12.3. Recubrimientos. El recubrimiento puede consistir en pilotes laminados, encostillados de madera entre tablestacas o tablas mantenidas contra los bordes de zanjas. En recubrimiento impide que la tierra se desplome de los cortes verticales y puede apoyarse contra el frente vertical con suficiente fuerza para evitar una falla de deslizamiento o corrimiento. En la figura 12.1. se muestra una de esas superficies de falla. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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Por lo común, el encostillado se pone detrás de los bordes de tablestacas. Al poner encostillados y tablas de madera, es necesario que el recubrimiento esté apoyado firmemente en el suelo. El suelo, en su lugar tiene cierta resistencia; sin embargo, muchos suelos, tales como los arcillosos y los limosos, pierden resistencia cuando se les permite cierto deslizamiento y se desarrolla un plano de fractura. Por lo tanto, el recubrimiento se debe presionar firmemente contra el suelo para evitar que se inicie el deslizamiento. Entonces la resistencia del suelo ayuda a resistir los corrimientos. No obstante, si el suelo se desliza, aunque sólo sea una o dos pulgadas (2.54 ó 5.08 cm) en el hueco que se encuentra tras un recubrimiento flojo, habrá perdido gran parte de su resistencia natural y ejercerá mayor presión contra el recubrimiento. Cuando las excavaciones excesivas hacen que los recubrimientos queden flojos, será preciso utilizar un relleno, concreto o bloques de madera, detrás de las tablas del recubrimiento, para que éstas se apoyen firmemente contra el frente del suelo. Si se produce algún ligero desplazamiento, aunque sólo sea de una pulgada (2.54 cm), los bloques de material pueden estirarse, haciendo que se produzcan agrietamientos. Esto puede causar daños a pavimentos o estructuras adyacentes. Lo que es todavía peor es que el suelo agrietado actúa como una esponja durante las lluvias, absorbiendo agua con rapidez, haciéndose más pesado e imponiendo mayores cargas al recubrimiento. El encostillado se debe separar, con aberturas de ½ a 1 pulgada (1.27 a 2.54 cm) entre las tablas, para que el agua pueda correr hacia el exterior. En las aberturas se puede meter tela de saco o arpillera, para dejar pasar el agua, impidiendo que se desprenda la tierra (pérdida de tierra). A veces, se construyen en hilera, lado a lado, pilotes colados in situ en perforaciones verticales. Estos actúan como una combinación de tablestacas y recubrimiento. En la figura 12.5. se muestra una de estas instalaciones. 12.4. Arriostramientos Por lo común, los puntales inclinados se colocan en un ángulo de 30 ó 40 grados en relación al plano horizontal (véase la figura 12.6.). Si la excavación no es demasiado amplia, se puede utilizar un apuntalamiento cruzado o transversal. Las fuerzas que se deben aplicar en el diseño del arriostramiento deberá calcularlas un ingeniero de diseño. En la referencia 17 se presenta un análisis de esos cálculos. Los puntales deben apoyarse en una zapata o calza, como se muestra en la figura 12.6. El diseño de esas zapatas se analiza en la sección 14.13 del capítulo 14. 12.5. Anclajes Con frecuencia se colocan anclajes a varios pies por debajo de la superficie del terreno. Estos pueden ser bloque individual o vigas continuas. En general, se pueden diseñar, suponiendo que la resistencia pasiva del suelo sea aproximadamente igual al peso de la cuña del suelo que se impulsaría hacia fuera si el suelo se fractura. Esta “cuña pasiva” se muestra en la figura 12.1. No obstante, para resolver las incógnitas en las variaciones de las condiciones de los suelos, es práctica común utilizar un factor de seguridad, dentro de la gama de 1 ½ a 2, al diseñar loa anclajes. Por consiguiente, la geometría del anclaje debe ser tal que tienda a arrastrar hacia fuera una mayor cuña de tierra. Fig. 12.6. La calza o zapata puede ser de madera, acero y concreto, pilotes, pilotes de escarpes o pilotes laminados. Cuando es posible, lo mejor es el apuntalamiento contra una cimentación interna permanente. En las excavaciones profundas resulta conveniente colocar anclajes que se instalan con equipos perforadores. Estos anclajes empotrados pueden extenderse hasta el hecho rocoso y afianzarse a él. Como alternativa, los anclajes empotrados pueden extenderse mucho al interior del suelo y obtener su resistencia de la fricción entre el suelo y un TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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NOVIEMBRE 2001 ENCOFRADOS FIERRERÍA cilindro de concreto. Esto se indica en la figura 12.7. Una tercera alternativa consiste en acampanar un anclaje circular, utilizando una herramienta acampanadora especial. Este método se muestra en la figura 12.7. y se describe en la página 375 de la referencia 17. El tamaño o la longitud de los anclajes que se extienden al interior de las rocas o del suelo, dependerá de la resistencia de las rocas o del suelo de que se trate. Todos los anclajes deben extenderse por detrás de una línea que puede definirse como la “línea tras la cual no es probable que ocurra una fractura”. Si se examina el dibujo de la figura 12.7, se verá que la línea a lo largo de la cual es más probable que ocurra una fractura, puede ser la A. Un cálculo de estabilidad indicaría que el factor de seguridad es 0.7. Más atrás, en la línea B, la fractura es menos probable. En este punto, el factor de seguridad puede ser de 1.0. Todavía más atrás, en la línea C, las fracturas son muy improbables. En este punto, el factor de seguridad puede ser de 1.5. Fig. 12.7. Selección de profundidades de empotramiento para sistemas perforados de anclajes. En relación con el factor o el grado de seguridad que se desee, se escogería una línea como la C como zona segura contra los deslizamientos o como “la línea tras la cual son improbables las fracturas”. El anclaje debe obtener su resistencia del suelo o la roca que se encuentra detrás de la línea C. La resistencia crítica de un cilindro de concreto se puede estimar como el área perimetral del cilindro por la resistencia al corte del suelo, a lo largo del cilindro de concreto. Como ejemplo, supóngase que se tiene: 2

Resistencia del suelo = 1,000 lb/pie (4,880 2 kg/m ) en promedio, a la profundidad del anclaje. Diámetro del anclaje = 1 pie (30 cm); área superficial = 3 pies (0.90 cm) por pie de longitud (30 cm). Capacidad deseada = 50,000 lb (22,700 kg). Factor de seguridad deseado = 1.5. Longitud requerida = 25 pies (7.5 m). En el caso de un anclaje acampanado, la profundidad por debajo el nivel del terreno influye considerablemente en la capacidad de carga. Supóngase que a la profundidad de que se trata, 2 2 la capacidad de carga equivale a 20,000 lb/pie (97,650 kg/m ). Entonces, el tamaño del anclaje será de 2 Área = 3.75 pies2 (0.349 m ); diámetro = 27 pulg. (68 cm). En la mayoría de los trabajos se realizan pruebas de extracción para verificar la capacidad de los anclajes. La construcción de anclajes requiere capacidad, experiencia y un suelo de tipo conveniente. Las características del suelo que se requieren incluyen: 1. El suelo debe ser suficientemente firme para que un orificio se mantenga abierto, sin desplomes. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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NOVIEMBRE 2001 ENCOFRADOS FIERRERÍA 2. El orificio debe estar seco aunque con alguna modificación de los métodos de construcción es posible desarrollar un anclaje satisfactorio, cuando el orificio se encuentre por debajo del nivel freático. 3. Que no haya peñasco o bordes de rocas que dificulten la perforación o desvíen las barrenas, haciendo que los orificios sean irregulares. En la mayoría de los casos, se considera que los anclajes son temporales y útiles para mantener las excavaciones abiertas durante las operaciones de construcción. No obstante, a veces es conveniente que los anclajes sean permanentes. En este caso, lo primero que necesita es que la varilla de acero esté bien cubierta de concreto o con alguna otra protección, para resistir el deterioro. Las varillas de anclajes llevan por lo común cargas del orden de 30,000 hasta 100,000 libras (13,620 a 45,400 kg). Las cargas más comunes son del orden de 50,000 libras (22,700 kg). Las varillas suelen tener 1 pulgada de diámetro y se hacen de acero de alta resistencia. Por lo común, el espaciamiento horizontal entre varillas de anclaje suele ser de 8 a 15 pies (2.40 a 4.5 m). Cuando se requieren excavaciones profundas, los anclajes se pueden colocar en hileras, unos debajo de otros. En general el espaciamiento vertical entre anclajes es dl orden de 6 a 8 pies (1.80 a 2.40 m). Véase las referencias 23 y 24. La fórmula que sigue se puede utilizar para determinar la profundidad de empotramiento que se requiere para resistir las cargas laterales cuando no hay en la superficie del terreno ninguna limitación como, por ejemplo, un pavimento rígido. Véase la sección 12.6, que sigue. 12.6. Puntales de erección libre. A veces se utilizan tablestacas para mantener el apuntalamiento como postes libres (véase la figura 12.8). El puntal desarrolla resistencia contra las inclinaciones debidas a la resistencia pasiva del suelo. Hay varios métodos para calcular la resistencia contra las inclinaciones. Algunas de esas fórmulas se denominan de astabandera o mástil (véase la fórmula siguiente y la figura 12.8).

Fig. 12.8. Fórmula de astabandera o mástil para calcular la resistencia a la torsión (del Uniform Building Code).

d EN DONDE

A = P = S1 = b

=

h

=

d

=



A 4.36h 1  1  2 A

  

2.34 P/S1b. Fuerza lateral aplicada, en libras. Presión lateral permisible de carga del suelo, basada en una profundidad igual a un tercio de la profundidad de empotramiento. Diámetro de zapata o poste redondo o dimensión diagonal de una zapata o un poste cuadrado (en pies). Distancia en pies de la superficie del terreno al punto de aplicación de P. Profundidad de empotramiento en pies; pero no por encima de 12 pies, para calcular la presión lateral.


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12.7. Presiones geológicas 12.7.1. Tipos de suelos. Las presiones geológicas ejercidas sobre los sistemas de apuntalamiento y arriostramiento dependen mucho del tipo de suelo que se debe retener. En el caso de arena, las presiones se pueden predecir con mucha exactitud y, por lo común, no sufren modificaciones debido a los cambios meteorológicos, precipitaciones pluviales u otros condiciones. Por lo contrario, los suelos arcillosos pueden ser impredecibles. Muchas veces puede hacerse una excavación vertical, hasta la profundidad deseada, de tal modo que el suelo arcilloso se mantenga sin desplomes, sin necesidad de apuntalamiento. Este último se necesita, sobre todo, para evitar los riesgos, cuando la arcilla tiende a secarse y caen bloques de ella al fondo de la excavación. No obstante, si una excavación en arcilla se deja abierta durante varios meses, como es posible que se necesite hacer en un sitio de construcción, puede tener que soportar una gran variedad de condiciones meteorológicas, tales como lluvias, nieves o heladas. Después de instalar el apuntalamiento, la principal preocupación es la lluvia y la saturación del suelo, que puede hacer que el apuntalamiento pierda resistencia y se haga más pesado. Esto hace aumentar mucho las presiones sobre el mismo. Suponiendo que se diseñara un sistema de apuntalamiento para retener un talud de arcilla, 2 2 utilizando una presión líquida equivalente de 30 lb/pie (146 kg/m ) por pie (30 cm) de produndidad del suelo, esa misma arcilla, después de su saturación, puede perder la mayor 2 2 parte de su resistencia y pesar más de 100 lb/pie (488 kg/m ). La presión combinada del 2 2 suelo y el agua puede llegar a ser del orden de 70 u 80 lb/pie (341 ó 390 kg/m ) por pie (30 cm) de profundidad. Esto es más del doble de la presión de diseño original. Pueden presentarse riesgos todavía mayores en el apuntalamiento de suelos expansivos, tales como los adobes o las arcillas lodosas y pegajosas. Esos suelos se dilatan cuando se mojan, ejercen presiones reales mayores y tienden a levantarse y extenderse lateralmente. La presión lateral ejercida sobre el sistema de apuntalamiento puede aumentar en varios centenares de libras por pie cuadrado (o kilogramo por metro cuadrado). 12.7.2. Métodos de construcción Los suelos requieren cierta deformación para desarrollar su resistencia. Esta deformación puede estar en la gama de 0.1 a 1.0% de altura de la excavación. Un sistema flexible, que haga presión constante contra el talud de tierra, pero permita que se produzcan ciertas deformaciones, puede hacer que se obtenga una condición óptima, llamada a veces de presión “activa”. Para esta condición, el sistema de apuntalamiento puede tener la resistencia mínima. Por otra parte, si el sistema de apuntalamiento es muy rígido y no permite ninguna deformación del suelo, éste permanece en una condición que se denomina “en reposo”. En este caso, la presión ejercida por el suelo sobre el sistema de apuntalamiento puede ser de un 50% a un 100% mayor. Con frecuencia se requieren apuntalamientos rígidos en zonas urbanas congestionadas; de otro modo, la deformación rompería las líneas de servicio público o agrietará los edificios cercanos a la excavación. El suelo arenoso puede desecarse tras un sistema de apuntalamiento. Si se abren orificios o grietas en el recubrimiento, la arena puede pasar por esas aberturas. La sangría continua del suelo puede socavar grandes bloques que llegan a desarrollar una mayor inestabilidad y ejercer una mayor fuerza sobre el sistema de recubrimiento. Para los sistemas temporales o permanentes de retención es esencial el drenaje apropiado del suelo retenido. Cuando el recubrimiento se extienda por debajo del nivel freático o cuando se pueda producir una saturación debido a las lluvias, puede ser necesario construir previamente filtros o aliviadores en la arena o la grava. La construcción del recubrimiento o el encostillado, de tal modo que no esté en contacto uniforme con el talud, es una causa potencial de cambios de la presión del suelo. Esto se describió anteriormente. 12.7.3. Sobrecarga. Las sobrecargas, que pueden aplicarse debida al amontonamiento de tierras excavada, materiales de construcción apilados o equipos adyacentes al borde de la excavación, pueden imponer cargas mucho mayores sobre el sistema de apuntalamiento. En la figura 12.9 se TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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NOVIEMBRE 2001 ENCOFRADOS FIERRERÍA presenta una gráfica que indica los aumentos de la presión lateral, debido a una carga sobre ruedas, colocada cerca de una excavación. 12.8. Zanja de lechada El método de zanjas de inyección se ha utilizado durante muchos años en Europa. Se introdujo a los Estados Unidos para importantes obras de construcción de presas y, más recientemente, se ha utilizado con buenos resultados en varios grandes edificios comerciales de Nueva York, San Francisco y otras ciudades. En este sistema, se excava una zanja en secciones y cada una de éstas se mantiene siempre llena de lechada, que es una mezcla de agua y arcilla o lodo. Con frecuencia, el “lodo” es bentonita. Se puede hacer que la lechada sea más pesada, mediante algunos aditivos, como por ejemplo el baroid. La presión hidrostática de la lechada es suficiente para sostener los taludes y evitar que se produzcan fracturas. Además, la costra lodosa que se deposita sobre las paredes de la excavación impide que el agua de la lechada penetre en el suelo y haga que se ablande.

Fig. 12.9. Cargas en los muros, debido a cargas sobre ruedas o zapatas. Después de excavar la zanja hasta la profundidad deseada, se hace descender al fondo de la misma un tubo-embudo de concreto. Se vierte concreto en el fondo, lo cual hace que éste se eleve gradualmente y llene la zanja, obligando a salir a la lechada. Este método se describe con más detalle en la referencia 26. Uno de los inconvenientes de este método es que las piedras, los antiguos pilotes de madera u otras construcciones crean problemas al efectuar las excavaciones. TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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12.9. Muros permanentes. En algunos casos resulta conveniente, desde el punto de vista económico, hacer los recubrimientos y los encostillados con concreto colado in situ. Posteriormente este concreto se convierte en el muro permanente de los sótanos. 12.10. Excavaciones de zanjas Cada vez se necesitan zanjas más profundas en más calles de las ciudades, para tender líneas de servicio público, cada vez de mayores dimensiones. Muchas zanjas tienen 50 pies (15 metros) de profundidad. Por lo común, las zanjas profundas se apuntalan transversalmente conforme se van excavando. Fig. 12.10. Nota: Diagrama de presión horizontal para la excavación de zanjas en suelos arcillosos. La forma de diagrama de presión varía para suelos distintos. Asimismo, los niveles freáticos más altos que el fondo de la excavación imponen cargas adicionales. Basándose en mediciones extensas para excavaciones profundas en suelos arcillosos, se elaboró un diagrama de presiones laterales que es muy diferente del sistema común de “equivalencia de líquidos”. Este diagrama se ilustra en la figura 12.10. En las referencias 17 y 18 se da una descripción más detallada de este método. Puesto que las zanjas pueden se de gran longitud, a veces de varios kilómetros, la cantidad de apuntalamientos y ariostramientos constituye un gasto considerable. A veces los contratistas inician una excavación de prueba y experimentan con varios métodos de apuntalamiento y arriostramiento, con el fin de descubrir el sistema más viable y económico. os principales problemas que se encuentran en los proyectos son: 1. Pérdida de tierra adyacente al sistema de apuntalamiento. 2. Torsión grave de los largueros, los puntales trasversales o los contrafuertes de zanjas. 3. Inestabilidad del fondo de la excavación, debido a lo inadecuado del desaguüe. 4. Ablandamiento del fondo de la excavación debido a lo inadecuado del subdrenaje, lo cual hace que las tubería se asienten cuando se rellenan las zanjas. 5. Cimientos de edificios adyacentes, que requieren recalces, apuntalamiento adicional o la estabilización del suelo por debajo de los cimientos. 6. El desagüe constante, durante mucho tiempo, puede hacer descender el nivel del agua bajo estructuras cercanas sostenidas sobre pilotes de madera. Estos pilotes pueden descomponerse durante el “periodo seco” y perder tanta resistencia que se produzcan asentamiento de los edificios. 7. Socavación de planos de deposición, junturas o fracturas en rocas, permitiendo que un bloque de material se deslice hacia abajo, sobre un plano de falla. En un artículo apareció en la revista Civil Engineering Magazine apareció el siguiente párrafo: Se considera que los desplomes son la causa principal de muertes entre los trabajadores de la construcción. En una reunión reciente de la Sección de la Construcción del Congreso de seguridad Nacional, se reveló que, en el curso de los últimos años, el desplome de zanjas fue causa de la muerte de más de 125 trabajadores. Una investigación llevada a cabo por la L.B. Foster Company, cuyos resultados se dieron a conocer en lar reunión, reveló que la mayoría de los desplomes se deben a la falta de apuntalamiento, lo inadecuado de los apuntalamientos y el amontonamiento de materiales de excavación demasiado cerca del borde de las zanjas. Se descubrió que la mitad de las zanjas, en lugares donde se produjeron accidentes, no tenían apuntalamientos en absoluto. Y un boletín de noticias de la Civil Engineering-ASCE, de mayo de 1973, indica: El año pasado se registraron más de 110 muertes en accidentes que tuvieron lugar en zanjas, en sitios de construcción. Estas y otras estadísticas fueron citadas en una conferencia sobre TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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NOVIEMBRE 2001 ENCOFRADOS FIERRERÍA el tema, celebrada a fines del mes de marzo por la Occupational Safety and Health Administration, en Washington, D.C. La conferencia duró medio día, y asistieron aproximadamente 200 contratistas de la construcción, funcionarios de sindicatos laborales, arquitectos, ingenieros y funcionarios de la OSHA, la conferencia fue acogida como el lanzamiento de una campaña a nivel nacional para reducir el número de muertos y heridos, debido a los desplomes en excavaciones para la construcción. Como sucede con frecuencia en la construcción, las estadísticas sobre heridos, las cifras de pérdidas de vidas y heridas en esos accidentes, son inadecuadas por muchas razones, incluyendo la disparidad entre los sistemas de información de la mayoría de los estados. De todos modos, Chaid Robbins, secretario adjunto del Trabajo de la OSHA, declaró que se produjeron “más de 110” muertes en ese tipo de accidentes, en el último año, junto con muchos heridos y accidentes casi fatales. Al igual que el Secretario del Trabajo Peter J. Brennan Robbins declaró que “una de las tareas más importantes del Departamento de Trabajo” es el hacer hincapié en lo serio de los accidentes debidos a desplomes y su prevención. Las exposiciones hechas por numerosos oradores, además de algunas diapositivas y una película de la Associated General Contractors Labores Union, puso de manifiesto que se trata de un problema respecto al que existe casi un completo acuerdo de todas las partes y para cuya resolución se han hecho ya considerables esfuerzos. Leonar E. Dodson, presidente de la Olson Construction Co., de Lincoln, Nebraska, hablando por cuenta de la AGC, indicó que se habían establecido numerosos cursillos breves en todo el territorio de los Estados Unidos, para dar “cursos” de un día a capataces de la construcción y otras personas, sobre el apuntalamiento adecuado de las zanjas y los métodos de protección. W. Vernon Reed, hablando en nombre del departamenteo AFLCIO Building Traders, respaldó con entusiasmo los esfuerzos hechos en este sentido por los contratistas y la OSHA, y añadió que los sindicatos respaldarán lo que denominó “pena capital” (pérdida del empleo) para los miembros que no respeten las reglas de seguridad de sus patrones . “Los sindicatos no se sienten entusiasmados al tener que proteger a quienes no siguen las órdenes relativas a la seguridad “, declaró Reed, funcionario de la Laborers International Unión (Sindicato Internacional de Trabajadores), agregó que las “acciones de trabajo” de sindicato (manifestaciones y otras presiones) “no eran razonables, cuando las cuestiones relativas en la seguridad no van de acuerdo con lo planeado”. El representante de los trabajadores dijo que la mayoría de los accidentes en los trabajos de construcción parecen afectar en los últimos años a trabajadores cada vez más jóvenes. Lo que surgió como el tema principal en la reunión fue la necesidad de adiestramiento, sobre todo para los pequeños contratistas, además de la necesidad de una planeación cuidadosa de ingeniería en cualquier trabajo de excavación, incluyendo estudios de suelos para determinar el tipo de tratamiento, apuntalamientos, arriostramientos, cálculo de pendientes de taludes, etc., que puedan necesitarse para que las excavaciones resulten más seguras. 12.11. Resumen. Los puntos principales de este capítulo son los siguientes: HECHOS : Con frecuencia se producen desplomes. Los periódicos y las revistas especializadas presentan muchos relatos sobre desplomes y fallas en los apuntalamientos. Los sistemas de apuntalamientos deben construirse mejor que en el pasado. El sistema de apuntalamiento debe ser un trabajo de cooperación entre el constructor y el diseñador. ATENCIÓN A : Apuntalamientos flojos, que permitan amplios movimientos de grandes bloques de tierra. Es preciso observar la iniciación de los movimientos: Las señales incluyen hundimientos cerca del sistema de apuntalamiento, agrietamientos del terreno, ruidos frecuentes y la fractura del sistema.


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BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA RELLENOS

Es probable que en la mayoría de los trabajos ordinarios de construcción, la operación de relleno sea una de las más importantes del terraplenado a la que se presta menos atención. Esto incluye los rellenos en torno a muros de sótanos y sobre líneas subterráneas de servicio público. Con frecuencia esos rellenos adquieren importancia debido a que hay muchos que se hacen con poco cuidado y ello causa la rotura de tubería de agua y, asimismo, asentamientos de losas de pisos, aceras o banquetas, calles y carreteras, lo que produce muchas demandas judiciales en contra de los contratistas. Los rellenos se deben poner en espacios restringidos, lo que limita las posibilidades de selección de equipos, y se deben compactar con equipos mecánicos, tales como pequeños compactadores de pata de cabra, rodillos vibratorios o pequeñas aplanadoras de llantas de hule. Cuando el espacio es aún más limitado, con frecuencia se utilizan pisones “simples” o “triples” de Ingersoll-Rand, o bien, martinetes o pisones Barco o Wacker. En circunstancias especiales, por ejemplo en suelos arenosos limpios, los rellenos se pueden compactar por medio del chiflonado. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el anegamiento, el chiflonado o la inundación producen rellenos e baja densidad que casi siempre se asientan posteriormente. 13.1. Selección del material. Los rellenos en torno a las estructuras tienen un volumen relativamente pequeño. Por consiguiente, el costo del material parece pequeño en comparación con el tiempo de mano de ora y equipo que se requiere para compactarlo en su lugar. A menudo, desde el punto de vista económico, es más conveniente adquirir material de buena calidad, que pueda compactarse con facilidad, en lugar de emplear materiales excavados en el sitio mismo, cuya compactación resulte difícil. 13.2. Rellenos detrás de muros. Los rellenos detrás de los muros se encuentran generalmente en zanjas profundas y angostas, por lo que el problema principal consiste en lograr hacer descender a los hombres y el equipo hasta el punto en que debe efectuar el trabajo. En general se utilizan pisones manuales, tales como los “powder puff” de Ingersoll Rand, los Barco, los Wacker y otras máquinas similares. En la mayoría de los casos los ingenieros especifican que el relleno debe hacerse por medio de métodos mecánicos. Para realizar un relleno con palas en forma manual, dejando una buena compactación se necesita energía y una gran cantidad de trabajo. La mayoría de las tierras no se compactan al caer a un agujero, ni mediante la anegación o el chiflonado. Sólo muy de vez en cuando las condiciones del suelo son “apropiadas” para que el chiflonado dé buenos resultados (véase la sección 13.4.). En algunos casos, la parte inferior de las excavaciones angostas se rellena dejando caer grava menuda. En cuando el relleno esté o suficientemente alto para permitir el trabajo normal, se apisona la grava y, a continuación, se van echando y compactando capas de tierra, hasta completar el relleno. Es importante que los rellenos de tierra se pongan en estratos o capas, de manera similar a como se efectúan los terraplenados de nivelación de terrenos en general, como se describe en el capítulo 23. En general, las capas deben ser del orden de 6 a 8 pulgadas (15 a 20 cm) de espesor y se deben apisonar cada una de ellas individualmente, antes de aplicar la siguiente. Cuando la zona de trabajo llega a tener 5 ó 6 pies (1.5 ó 1.8 m) de anchura, podrán utilizarse, con mayor eficiencia, muchos tipos de pequeños compactadores o apisonadoras. Los equipos típicos incluyen máquinas vibratorias del orden de 3 pies (0.90 cm) de anchura. Los fabricantes de esos equipos aparecen en la lista que se da en la referencia 27. Además, es posible utilizar una máquina en la parte superior del talud, con un aguilón que descienda en el orificio o la zanja, con un pisón vibratorio fijo al aguilón. Esas máquinas pueden llegar hasta profundidades de 20 pies (6 metros). Su empleo es más eficiente que la compactación con pequeñas máquinas manuales, además de que aumentan la seguridad, puesto que no es necesario que haya ningún trabajador en el fondo de la excavación. Después de que los muros de un sótano se hayan colado y descimbrado, la zanja angosta entre el muro y el frente de la ladera de la excavación puede ser peligrosa. En la mayoría de los estados, una zona restringida por paredes de sótanos adyacentes a un talud se considera TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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como una zanja y las leyes de seguridad se aplican a los hombres que trabajan en ella, en la misma forma que a quienes trabajan en zanjas para tuberías. Al colocar y compactar el relleno, se desarrollan presiones laterales sobre el muro del sótano. Por lo común, el muro suele ceder un poco. Esa cedencia casi siempre es pequeña, probablemente de menos de 1/10 del 1% de la altura del muro. En un muro de 20 pies de profundidad (6 m), la cedencia del muro puede ser de ¼ de pulgada (0.6 cm). La compactación del suelo, detrás de la pared, puede ejercer una presión muy fuerte sobre el muro. Por lo tanto, con frecuencia suelen ponerse apuntalamientos para retener los muros, mientras se ponen los rellenos. Una buena alternativa es poner en su lugar las losas internas de pisos, como apuntalamientos transversales, antes de poner el relleno. A veces, los ingenieros de suelos cometen el error de calcular las presiones laterales que se ejercen sobre un muro de retención, tomando en consideración los suelos naturales que existen antes de iniciar la construcción; sin embargo, al efectuar la construcción, se suele retirar por completo el suelo original. Se levanta el muro y se pone como relleno compactado, detrás de la pared, parte del suelo retirado o algún otro material. Las presiones laterales que este relleno compactado ejerce sobre el muro son las más importantes. Por lo tanto, el muro no se puede diseñar en forma adecuada en tanto el diseñador no sepa cómo será el relleno. En general esto se resuelve exigiendo que se utilice como relleno el suelo original, o algún material superior, y que s compacte hasta alcanzar una densidad especificada. Cuando el suelo natural sea limoso o arcillosos, o cuando esté húmedo y resbaladizo, las especificaciones pueden exigir que se usen otros materiales. En general los materiales de relleno se describen en las especificaciones por medio de tamaños de mallas de tamices o utilizando las designaciones propias de cada localidad. Las especificaciones típicas para materiales de rellenos importados son como sigue: De preferencia el material debe ser arena o arena y grava, sin que pase más del 20% por un tamiz de malla 200. El relleno estará libre de grumos, madera, desechos de mampostería u otros materiales perjudiciales; se deberá compactar en capas que no sobrepasen 8 pulgadas (20 cm) de espesor, a una densidad de 90% del máximo determinado por el Método AASHO Modificado de Pruebas de Compactación (Modified AASHO Meted of Compaction Testing). Muchos muros son impermeables y llevan drenes al pie, como se indica en la figura 13.1. Fig. 13.1. Falla de un buen sistema de drenaje, debido a un relleno inadecuado. El relleno se pone en capas y se compacta; sin embargo, el relleno compactado puede contener una capa de suelo limosos y arcilloso apisonado, como se muestra en la figura 13.1. Esa capa detendrá el flujo natural del descenso del agua, que se quedará estancada en el estrato de arcilla. Debido a esto, el agua se acumulará sobre la capa de arcilla y puede encontrar alguna falla en la impermeabilización del muro, lo cual causaría que ésta se filtrara por la pared. En el caso de los sótanos que se extiendan por debajo del nivel freático del terreno, será necesario utilizar drenajes durante la construcción. Por lo común, se instalan “web points”, posos profundos, zanjas perimetrales y sumideros u otros sistemas, para hacer descender el nivel del agua. La tendencia del agua a acumularse a los lados de las excavaciones será un problema al tratar de colocar un relleno bien compactado. Por consiguiente, un buen método para resolver esta dificultad consiste en utilizar grava menuda o arena limpia para rellenar los primeros pies (metros). En caso necesario, se pueden instalar temporalmente pequeños cárcamos, para poder bombear hacia fuera el exceso de agua. 13.3. Relleno para grandes alcantarillas. A menudo se utilizan grandes alcantarillas de metal corrugado bajo las carreteras. El metal corrugado es muy flexible y no tiene resistencia suficiente para actuar como puente. Por consiguiente, su estabilidad depende, en gran parte, de la resistencia del relleno del suelo que TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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lo rodea. Los procedimientos específicos de construcción para la colocación de esos rellenos se dan en manuales, tales como el de la referencia 28. 13.4. Rellenos en zanjas de líneas de servicios públicos Las zanjas para líneas de servicios públicos se abren en los sitios de construcción en las calles, a través de éstas y en todo tipo de terreno. Hay muchas teorías relativas a la construcción y el relleno de las zanjas para tuberías. El lecho y el soporte de las tuberías son muy importantes. En la mayoría de los casos, las tuberías mismas se diseñan estructuralmente para soportar sólo el peso del suelo bajo el que se encuentran, con cierta ayuda del suelo de apoyo. En estos casos, la conformación del fondo de la zanja para que se ajuste al contorno de la tubería u otros métodos para dar apoyo al tercio o la mitad inferior de la tubería, son muy importantes para evitar que las tuberías se hundan y fracturen. En la figura 13.2. se dan varias secciones de corte transversal de lechos para tuberías. En las referencias 28 y 29, de los capítulos 24 y 25 se presentan estudios detallados de la preparación de los lechos de zanjas para recibir tuberías. Desde el punto de vista económico, a veces se considera más conveniente invertir un poco más en la tubería misma, que se fabrica para que tenga mayor resistencia estructural, par soportar toda la presión que ejercen los suelos que la recubren, aún cuando se apoye sólo en una superficie dura y plana. De este modo, se pueden eliminar los procedimientos especiales de preparación de los lechos, los cuidados especiales y los procedimientos para poner el relleno en torno a las tuberías y por encima de ellas. Fig. 13.2. Lechos para tuberías. Si se desea más información al respecto, véanse las referencias 28 y 29. Las excavaciones para instalar tuberías se pueden cortar verticalmente o con taludes. Las excavaciones verticales requieren que se retiren cantidades menores de materiales y se pueden cortar con zanjadoras o excavadoras de cangilones. No obstante, la mayoría de las zanjas, para no tener que apuntalarlas. La forma de la excavación puede tener efectos importantes sobre la carga que impone el relleno a la tubería y, a veces, las especificaciones exigen formas especiales. El apuntalamiento de las zanjas se especifica, con diseños típicos, en los códigos federales estatales de seguridad; sin embargo, hay cierto margen de libertad con respecto a dichos códigos, porque no tienen definiciones muy específicas sobre las condiciones de los suelos. Hay gran cantidad de suelos diferentes entre los “duros” y los “blandos”. Por ende, el contratista tiene considerable libertad para escoger un sistema de apuntalamiento y debe tomar varias decisiones al respecto. Para las zanjas profundas, los datos proporcionados por ingenieros de suelos pueden ser muy útiles al preparar los diseños de las zanjas. Como una alternativa, se pueden hacer experimentos. Se excavan zanjas de prueba, apuntalándolas mediante algún diseño dado, para ver si funcionan. Si se presentan dificultades, puede probarse algún diseño modificado. Las presiones laterales sobre el apuntalamiento, en seco, pueden ser el orden de 20 a 30 lb/pie de profundidad, No obstante, por debajo del nivel freático, esas presiones se pueden hacer tres veces mayores, del orden de 70 a 80 lb/pie por pie de profundidad (32.23 a 36.83 kilográmetros por metro de profundidad). En las tuberías, el relleno se pone tradicionalmente echado la tierra y anegando o chiflonando el suelo para provocar su asentamiento; sin embargo, con los años, se ha descubierto que, en general, esos rellenos se asientan y hunden. Cuando se encuentran bajo carreteras, el


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pavimento requiere reparaciones continuas y las superficies son irregulares y poco satisfactorias para los automovilistas. ¿Cuándo se puede utilizar el anegado o el chiflonado? En general se ha descubierto que los suelos de arena limpia se compactan relativamente bien mediante el anegado y el chiflonado. Si el suelo del fondo de la zanja es de arena de drenaje libre y el nivel freático se encuentra por debajo del fondo de la zanja, el agua del chiflonado fluirá hacia abajo, a través del material del relleno y más allá del fondo de la zanja. En general el drenaje descendente compacta más o menos bien los rellenos de arena. En esas condiciones, las pruebas hechas con rellenos de arena suelen producir una compactación del 85 al 90% de la base del método AASHO modificado. No obstante, el chiflonado no resulta muy eficiente para los rellenos de limo, arcilla, o arena que contenga ciertas cantidades de limo o arcilla. Esos rellenos permanecen blandos y húmedos durante cierto tiempo y las densidades de prueba suelen indicar una compactación inferior al 85%. En San Luis, un comité de la American Society of Civil Engineers realizó un estudio de las prácticas de relleno, durante 5 años. El informe presentó las conclusiones siguientes: 1. El pisón mecánico (manual) es relativamente poco eficiente para obtener densidades satisfactorias en seco, en rellenos con suelos cohesivos, para utilizarlo bajo aceras o banquetas, pavimentos y estructuras ligeras. 2. El compactador móvil de zanjas (en ciertas condiciones y con algunas limitaciones) puede producir densidades en seco satisfactoria en rellenos con suelos cohesivos que vayan a utilizarse bajo pavimentos y estructuras ligeras. 3. El método de compactación por chiflonado de los suelos cohesivos y las zanjas no produce densidades en seco que sean satisfactorias para utilizarlas bajo aceras o banquetas, pavimentos y estructuras ligeras, durante un periodo razonable. Para los rellenos en las calles, es común que varios pies (metros) del fondo se pongan en capas bastante gruesas, de hasta 2 pies (0.60 m) de espesor, con una compactación ligera. No obstante, los 2 ó 3 pies (0.60 ó 0.90 m) superiores, inmediatamente pro debajo del pavimento, se deben compactar hasta el 90%. Es muy común considerar el pavimento como provisional y será preciso efectuar repavimentaciones y reparaciones en el futuro, cuando se produzcan asentamientos. En los rellenos de zanjas para tuberías, en el campo abierto, el material de relleno se suele echar suelto y se aplano la superficie; sin embargo, para los cruces de carreteras se requiere compactación. En los creces de vías del ferrocarril, o autopistas, es común abrir túneles con perforadoras barrenadoras. Cuando las tuberías se encuentren bajo cimientos de estructuras u otras instalaciones que no permitan que se produzcan asentamientos, es necesario poner el relleno en capas delgadas, de 6 a 8 pulgadas (15 a 20 cm) de espesor, compactando todas y cada una de las con equipos mecánicos. Esas condiciones, se requiere el empleo de equipos mecánicos, incluso en los suelos arenosos. Por asegurarse de que la compactación sea adecuada. 13.5. Tuberías sumergidas Es muy difícil construir líneas de tuberías en condiciones de inmersión. Además, puede resultar difícil mantener las tuberías en el fondo. Con frecuencia, al estar vacías, las tuberías y los depósitos enterrados se salen a la superficie, debido a un alto nivel freático del terreno. Por esta razón se creó el sistema de web points, que es el que se emplea comúnmente. Este es el mejor de todos los sistemas para desaguar líneas de tuberías en forma temporal, para estabilizar las excavaciones y para permitir la colocación y la compactación de los rellenos. A veces, se construyen líneas de tuberías, poniendo una base de grava bajo ellas y colocando bombas sumergibles en la grava con el fin de extraer el agua. Esto da buenos resultados en muchos suelos; pero, en algunos casos, el ascenso del agua a través del suelo puede azur un ablandamiento del fondo de la zanja, lo que provoca ondulaciones y demandas judiciales. Con frecuencia se colocan tuberías de gran tamaño, tales como los oleoductos, efectuando amplias excavaciones, sujetando las tuberías en su lugar por medio de anclajes atornillados y echándoles encima material suelto de relleno. A continuación, se llevan a cabo la renivelación y el aplanado, para compensar los asentamientos del relleno. Este método da resultado en las zanjas en campo abierto; pero no bajo los pavimentos. Para compactar los rellenos en zanjas se utilizan muchos tipos distintos de equipos. En el fondo de la zanja y en torno a la tubería, puede echarse el material de relleno a pala o TEMA: MOVIMIENTO DE TIERRA REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – FLETCHER – SMOOTS - LIMUSA

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introducirlo con palos, o compactarse con pequeños vibradores o pisones manuales. Cuando el relleno recubre la tubería por completo, se pueden usar pequeños vibradores. Cuando el relleno esté ya a 1 ó 2 pies (0.30 ó 0.60 m) por encima de la tubería, se acostumbra utilizar aplanadoras de ruedas de hule, pequeños tractores o apisonadoras de tambor vibratorio. Cuando el relleno está a una distancia de la superficie de 2 ó 3 pies (0.60 ó 0.90 m), es común el empleo de equipos más pesados, tales como los compactadores de pie de cabra o las apisonadoras de redas de camión. En las zanjas verticales, la porción inferior del relleno se compacta con pequeñas herramientas manuales y sólo los últimos 2 ó 3 pies (0.60 ó 0.90 cm) se compactan con equipos mecánicos pesados. Es difícil humedecer o acondicionar en alguna otra forma el material de relleno “situado” al fondo de una zanja. Por consiguiente, cuando se deba desecar el suelo, humedecerse, etc., esos cambios tendrán que hacerse en la superficie, antes de echar el material al fondo de la zanja. En la superficie hay espacio para utilizar camiones con barras rociadoras para humedecerlos suelos y herramientas escarificadores para mezclar los materiales. Las rocas pueden causar dificultades en los rellenos, puesto que rompen las cubiertas protectoras. Mientras la tierra excavada se encuentre en la superficie, se puede seleccionar material libre de rocas, para ponerlo en torno a las tuberías. De otro modo, será preciso que la cubierta de la tubería sea más gruesa o que tenga alguna otra protección. 13.6. Resumen. Los puntos más importantes de este capítulo son los siguientes: HECHOS

:

Los rellenos son un problema para los contratistas. En general no se hacen en serie y resulta costoso mantener ociosos los equipos de compactación, en espera de que se vuelva a hacer algún relleno. Con frecuencia la lluvia cae en las zanjas cuando es preciso poner el relleno, por lo tanto, los rellenos están casi siempre sueltos y se asientan, lo que provoca desacuerdos con los propietarios.

ATENCIÓN A :

1. Contratos para terrenos con niveles freáticos elevados. 2. Taludes muy escarpados o paredes de zanjas con suelos que “se desprenden” o con agrietamiento en la superficie, a poca distancia del borde del talud. 3. El material de relleno demasiado húmedo o excesivamente seco, con el que será difícil trabajar en una zanja. 4. Piedras grandes y cortantes en la tierra, pueden crear dificultades al efectuar el relleno.


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NOVIEMBRE 2001

ENCOFRADOS FIERRERÍA REPLANTEO DE CIMIENTOS

Replantear cimientos es trasladar al terreno los datos del plano de cimentación del proyecto. Para ello hay varios sistemas, pero el que más cómodo y exacto nos ha parecido siempre, es el utilizado por camillas. Pero en el ejemplo que vamos a exponer, no nos limitaremos al edificio urbano de fácil solución, sino a ese tipo de construcción actual donde las casas, al agruparse por cientos, la línea recta tiene una importancia vital, ya que las fachadas, principalmente las que dan a la calle, tienen que pañear unas con otras en forma correcta e impecable, siendo motivo de orgullo para el que lo realiza, cuando, desde una esquina se ven todas las fachadas confundidas en una línea vertical perfectamente aplomada. Para realizar un buen replanteo, lo primero de que tendremos que proveernos es de una cinta metálica, a ser posible de 50 metros. Esta tiene la ventaja sobre las demás de que su variación es inapreciable a los cambios de temperatura y podemos trabajar aun cuando la lluvia humedezca el suelo. También dispondremos de una docena de jalones de dos metros, estacas, listones de madera para camillas, martillo, clavos y cuerdas de albañil en cantidad suficiente para lo que queremos realizar. EJEMPLO DE REPLANTEO En posesión del plano de ordenación (fig. 33) observamos que representa una serie de casitas para colonos con los anexos de dependencias agrícolas y un extenso corral, cuyas parcelas o solares miden entre ejes 18 x 40 metros. Este grupo está situado a 30 metros del eje de la carretera y paralelo al mismo, teniendo su arranque a partir del hito del km 92. Procederemos así: 1° Si la carretera es de 8 m, escantillaremos 4 en los puntos A y B. 2° Con una cuerda uniremos A con B, con los que obtendremos el eje de la carretera. 3° En el punto C haremos una escuadra con el 3, 4, 5 o múltiplos de estos números, que no es más que un triángulo cuyos catetos miden 3 y 4 metros respectivamente, teniendo 5 metros la hipotenusa (Fig. 34).

4° Obteniendo el punto D, situaremos dos jalones, uno en C y otro en D, con los que podremos tirar líneas hasta los puntos H y E (Fig. 35), los cuales fijaremos exactamente midiendo 30 y 40 metros, respectivamente, según el acotado del plano. 5° Para obtener el punto F (Fig. 33) mediremos, a partir del C, los 144 metros que nos piden. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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6° También, y desde el punto F y para conseguir el I y el G, operaremos de igual forma que lo descrito en el apartado 4°. 7° Con una cuerda uniremos los puntos E, G, H, I, cuyo resultado serpa un rectángulo. 8° Desplazándolas del eje una distancia suficiente para que luego no estorben al excavar las zanjas, situaremos las camillas de replanteo cada 18 metros, los que, a su vez, nos servirán de comprobación si el trabajo está bien realizado. Para el replanteo de las casas de los diferentes tipos, recurriremos a los planos de cimentación, cuyo replanteo no ofrecerá dificultad si nos limitamos a ejecutarlo tal y como lo hemos hecho para su conjunto, máximo cuando tantos puntos y líneas tenemos ya como referencia. Sea la figura 36 el plano de cimiento de una casa tipo A. Inmediatamente observamos que su escuadra principal se corresponde exactamente con la formada en el plano de ordenación por el ángulo E, H, I, bastándonos, por lo tanto, medir desde el punto H y hacia el E los 7´50 metros para volver inmediatamente después al punto H y medir con dirección al I los 7 y 4 metros respectivamente, donde situaremos las camillas correspondientes, desde las cuales realizaremos nuevas escuadras hasta conseguir el conjunto de la figura 37.

Una vez clavadas las camillas en el terreno, señalaremos en las mismas el ancho de la cimentación (en nuestro caso 0´70 m) y uniremos las señales por medio de cordeles. Una vez realizado esto, con la punta de un pico o con cal, señalaremos en el terreno las zanjas de cimentación. Quitaremos después las cuerdas y ya podemos dar la orden de comenzar la excavación, no sin antes advertir al personal que respete las camillas, pues se da el caso, harto frecuente, de que éstas, o son arrancadas o quedan enterradas con los productos de la excavación, lo que significa, al poner miras para levantar muros, tener que volver a replantear, con la consiguiente pérdida de tiempo, errores, etc., mientras que, con la camilla intacta, el oficial de miras tendrá seguridad en su trabajo. Una regla general y común para todos es la de cotejar los planos de cimientos con los de planta, pues se nos ha dado frecuentes casos de que uno y otro no se correspondían entre sí, bien por error del proyectista o bien por parte del delineante que los dibujó, lo que después da motivos a rectificaciones que en materia de cimientos puede resultar peligroso por los añadidos y pegados que hay que realizar sobre el hormigón ya fraguado y endurecido, cuando lo ideal es la continuidad monolítica de la cimentación. SISTEMA PRÁCTICO PARA EL REPLANTEO DE ESCUADRAS EN EL TERRENO Anteriormente nos hemos referido varias veces a la realización de escuadras y éstas podrán parecer complicadas para aquellos quienes se inicien en el oficio, por cuya circunstancia expondremos un método mucho más sencillo que simplifica extraordinariamente esta operación. Supongamos (Fig. 38) que tenemos ya clavadas en el terreno las camillas A y B y que en el punto C tenemos que levantar una escuadra. 1° Con cuerda de albañil bien tensada uniremos los ejes de las camillas A y B. 2° A derecha e izquierda del punto C escantillaremos, con la cinta métrica, 4 metros, con lo que nos habrán salido dos nuevos puntos: el D y el E. Estos puntos estarán representados por estacas en cuya testa se habrá clavado un clavo sin terminar de embutir en la madera, cuando (de esto depende el éxito de la operación) de que el referido clavo sea vertical y a efe de la cuerda AB. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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3° Tomando un número cualquiera – por ejemplo el 12, situaremos la anilla de la cinta en el punto D y otro operario hará coincidir el número 12 con el clavo del punto E. 4° Doblando la cinta por la mitad del número elegido, o sea 6, y utilizando para ello los dedos pulgar e índice, nos moveremos de forma hasta que veamos que la cinta ha quedado tensa. Entonces formará un ángulo cuyo vértice será el punto F, donde situaremos otra estaca provista de su correspondiente clavo. 5° Invirtiendo las cosas volveremos a realizar estas operaciones hasta conseguir el punto G, con lo cual quedará terminada la escuadra, y si hacemos pasar un cordel por los puntos F, C, G, esta nueva líneas será la perpendicular a la recta AB. Advirtiendo que, como puede suceder que al tensar la cinta se tense más de un lado que de otro, es conveniente rectificar los puntos separadamente, es decir, que se medirán aisladamente partiendo desde D y desde E hacia F, G, los metros haciendo las rectificaciones a que haya lugar. Debe cuidarse el plano de las estacas y la verticalidad de los clavos ya que una variación nos conduciría a errores. SISTEMA PRÁCTICO PARA EL REPLANTEO DE ALINEACIONES Si como es frecuente tenemos en obra un nivel corriente de anteojo (no es necesario que tenga limbo) podremos trazar ejes de 200 a 300 metros con extraordinaria exactitud, con lo que queda eliminado el pandeo de la cuerda, bien por su peso propio en largas distancias o bien por viento.

Sean los puntos A y B de la figura 39. En A colocaremos el aparato perfecta y exactamente aplomado, de forma que estando en estación el objetivo capte perfectamente el jalón situado en B, el cual aparecerá en la forma que indica la Fig. 40, y después será tarea sencilla ir colocando jalones con dirección al aparato sin más cuidado que el de ir observando su verticalidad en relación con el anterior, ayudándonos del hilo del retículo. Quien haga esto, no pase cuidado que si uno de los jalones está mal puesto, se verá perfectamente y con toda precisión. Debe tenerse en cuenta que las imágenes se ven invertidas.

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EXCAVACIÓN DE ZANJAS Dijimos en un principio que para cimentar sobre un terreno el ideal es la roca, pues para cimentar sobre ella resultaría inútil dar base de sustentación a los muros e incluso se podría prescindir de las zanjas, pero éstas tienen la ventaja de evitar que se descalcen los muros cuando se practican ciertos trabajos en los sótanos, además de hacer más difícil todos los movimientos o deslizamientos que pudiera producir una causa cualquiera. Por tanto, y después del replanteo, la excavación en zanjas será la primera operación a realizar en toda obra. La excavación, pues, se realizará de acuerdo con el plano de cimentación del proyecto y con el ancho exigido, así como la profundidad que haya determinado el arquitecto o director de la obra, evitando en lo posible (a no ser que específicamente así se exija) la formación de taludes (Fig. 41), pues éstos perjudican la obra, ya que un cimiento construido así, presionará en forma de cuña sobre el terreno, produciéndose asientos difíciles de corregir luego. Todos los parámetros de la zanja deberán estar perfectamente recortados, su fondo bien nivelado y completamente limpio de productos de excavación. Al efectuar la excavación y ser arrancadas las tierras, éstas aumentan de volumen, produciéndose entonces lo que se llama esponjamiento, el cual varía según la naturaleza del terreno, pero en la práctica se admite un 25 por ciento de esponjamiento, o sea que, multiplicando la cubicación del terreno a excavar por 1,25, nos dará el volumen total a trasportar. Este tanto por ciento es la medida que resulta de los diferentes terrenos, pues como decimos antes, el esponjamiento varía con arreglo a la naturaleza de las tierra, como seguidamente veremos por la tabla 6. ESPONJAMIENTO DE LOS TERRENOS TABLA 6 NATURALEZA DE LAS TIERRAS Tierra vegetal (aluviones, arenas, etc.)... Tierra franca muy grasa ... ... ... ... ... ... Tierra margosa y arcillosa medianamente compacta ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . Tierra margosa y arcillosa muy compacta Roca desmontada con barrenos y reducida a trozos ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Un metro cúbico de excavación produce 3 3 Sin compresión m Comprimida todo lo posible m 1´10 1´05 1´20 1´07 1´50 1´70

1´30 1´40

1´66

1´40

ENTIBACIONES Hay muchas clases de entibaciones, pero ciñéndonos a lo meramente constructivo, señalaremos tres tipos de entibaciones para zanjas, vaciados y pozos. Las entibaciones tienen como principal misión la de proteger al obrero cuando éste ejecuta una tarea bajo la rasante del terreno. Mientras que las zanjas o pozos son de poca profundidad y se tiene la seguridad de que l terreno es coherente, no es necesario tomar tal precaución; pero si, por el contrario, se trata de terrenos movedizo o poco consistente, entonces es cuando se impone la entibación, sin escatimar material alguno, pues en estos casos un ahorro mal entendido de madera puede conducir a lamentables fracasos, muy difíciles de TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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compensar por tratarse de vidas humanas que se ponen en juego. Por lo tanto, entibación es la operación destinada a la contención de tierra, que se realiza de manera transitoria (hasta el relleno de cimiento) mediante piezas de madera, cuyo sistema varía con arreglo a la clase de excavación de que se trate así como de la calidad del terreno. En el caso de que éste sea algo consistente, bastarán unos tablones adosados a la zanja y unos dales de rollizo par impedir el desprendimiento de tierras. Los codales no entran a presión, sino que ésta se realiza mediante un par de cuñas que se introducen entre la testa del rollizo y la tabla o el tablón de sujeción conforme se dispone en la figura 42. Para terrenos de menos cohesión y, por lo tanto, más propensos al desprendimiento, en las figuras 43, 44, 45 y 46 representamos varios sistemas de acodalamientos, observando la precaución, si ello es posible, de dejar, entre codales, el espacio suficiente para que de una forma más o menos cómoda pueda pasar un obrero con su herramienta. A medida que se van rellenando las zanjas, podrá irse quitando la madera en pequeños trechos y mientras el hormigón va fraguando, ya que de otro modo sería muy difícil o costoso recuperar la madera.

Cuando los terrenos no son consistentes, se realizan los entibados (Fig. 47 y 48) mediante un forro de tablas que cubren totalmente las paredes de la zanja. Esta tabla, que puede ser la denominada ripia, puede ir colocada tanto vertical como horizontalmente. El sistema de acodalamiento de las figuras 47 y 48 se efectúa, en el primer caso (Fig. 47) mediante unos codales sobre una alfarjía o tablón que distribuye la presión uniformemente por todas las tablas; y en el segundo se realiza por tablones que sustituyen a los codales. Las entibaciones de los vaciados difiere de los anteriores en que éstas no pueden realizarse por presión contra los dos paramentos verticales, ya que sólo existe uno, por lo que debían realizarse mediante tornapuntas


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La entibación en este caso se realiza (Fig. 49) con un forro de tablas o tablones disponiéndolas vertical u horizontalmente, según se trate de las primeras o de las segundas, unidas por una alfarjía. A cierta distancia se colocan unos tacos de madera hincados en el suelo, y entre éstos y las alfarjías se coloca el tornapunta. En la citada Fig. 49 hay dos tornapuntas que son los que en realidad absorben el empuje de las tierras. Esta entibación se desarma a medida que se va construyendo el muro, siendo conveniente dejar algunos huecos en el mismo para mantener algunas tornapuntas, hasta que el mismo tenga la altura y la rigidez necesaria para que su continuación no ofrezca peligro alguno. Seguidamente presentaremos los tipos que para entibación de pozos se utiliza más corrientemente. Para pozos circulares se realiza un forrado de tablas de la pared del pozo mediante tablas verticales y estrechas, las que permiten, más que las anchas, una mejor adaptación a la forma circular; estas tablas se sostienen mediante unos anillos extensibles de hierro (Fig. 50). Este sistema posee el inconveniente de que, como las tablas tendrán una longitud menor que la profundidad del pozo, el entibado quedará cortado y, por lo tanto, formará dos zonas, existiendo el peligro de que, ala ser independiente una de otra, haya derrumbamientos. Esto puede evitarse no emparejando tablas de igual longitud, sino alternando unas más largas con otras más cortas con el fin de presentar un entibado de superficie descontinúa y que las zonas queden enlazadas entre sí. Las entibaciones de pozos rectangulares son más fáciles de realizar, ya que todo se reduce a un forrado de tablas, que se pueden disponer de manera horizontal o vertical, aconsejándose esta última por el ahorro de tabla que supone el aserrado que sería necesario ejecutar en la primera y un acodalamiento de rollizo que se fija mediante cuñas, tal y como se indica en la Fig. 51, que representan el alzado y la sección. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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EXCAVACIÓN DE POSOS PARA CIMIENTOS DE PILARES La excavación de pozos para pilares está sujeta a las mismas reglas que las preconizadas para la excavación de zanjas. Los pozos formarán, una vez rellenos, lo que en construcción se denomina cimentación aislada, de la que ya hablaremos en el próximo capítulo, y es el lugar donde se exige más resistencia al terreno por la razón de que la carga será más concentrada, pues en una cimentación corrida, aquélla se reparte más uniformemente a todo su largo. En una estructura de hormigón armado, el pozo para pilares adquiere una máxima importancia, ya que de él dependerá la estabilidad de todo el conjunto. Por poco importante que sea el edificio, tendrá como mínimo un metro de lado, siendo su profundidad la que de antemano hayan dictado los ensayos sobre la resistencia del terreno. AGOTAMIENTOS Es frecuente que al hacer una excavación más o menos profunda haga su presencia el agua. Esto sucede cuando se llega a una cota inferior del nivel freático, y es entonces cuando no sólo se hace necesaria su extracción, sino que la misma debe ser continua hasta que los orificios por donde pase el agua sea tapados convenientemente. Uno de los procedimientos más utilizados es el agotamiento mediante bombas en caso de que las filtraciones sean pequeñas y fluyan de forma regular, en cuyo caso el agotamiento deberá ejecutarse sin interrupción alguna. Sin embargo, este método no es aconsejable cuando se trate de suelos de composición arenosa, pues si ésta es fina existe el peligro de que sea absorbida por la propia bomba, produciéndose una subpresión hidráulica, lo que puede dar lugar a la formación de arenas movedizas. Si antes de proceder a la excavación o vaciado de un terreno para cimentación de los sondeos preliminares sacamos la conclusión de que a cierto nivel del subsuelo existe agua que conviene extraer, se emplean los tubos sonda a que nos referimos, los que en su parte interior, llevan para la protección de los orificios una tupida tela metálica que hace las veces de filtro; y en la parte superior, conectado al tubo de aspiración, una bomba de agotamiento. Toda operación de agotamiento deberá ser vigilada, no sólo durante la construcción de la cimentación propiamente dicha, sino algún tiempo después.

Para sacar el agua es muy recomendable hacer un pozo de toma o sumidero que se irá profundamente a medida que se continúa con la excavación (Fig. 53), a cuyo lugar deberá se dirigida el agua mediante pendientes apropiadas. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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Una cuestión importante es elegir bien la situación de los pozos de agotamiento. El número de éstos variará con arreglo a la extensión e importancia de la obra y de las facilidades con que se cuente para la evacuación del agua. En cuanto a su situación, una norma general (salvo excepciones que teóricamente no son previsibles) son las esquinas o ángulos del edificio a construir. Los pozos deberán tener una sección de unos dos metros en cuadro por 1´20 de profundidad, aproximadamente, por debajo del nivel de los cimientos. Para profundidades mayores de 7 metros, que es prácticamente la altura máxima de operación de las bombas, se colocarán las mismas por debajo de la rasante del terreno y por encima de la capa freática. De este modo el agua llegará hasta la boca de descarga por efectos de impulsión, en cuyo punto se realiza el desagüe mediante zanjas o tuberías. Las bombas más frecuentemente usadas son las de diafragma (Fig. 54), accionadas a mano o con motor, y las bombas centrífugas (Fig. 55 y 56). Indudablemente que la más aconsejable para esta clase de trabajo es la bomba centrífuga, cuyas dimensiones dependerán del volumen de agua a elevar. Suelen estar provistas de un tubo de succión extensible mediante prensaestopas, y provisto de una válvula de pie. El prensaestopas permite alargar el tubo de succión sin dificultad a medida que se va profundizando el pozo. Hay que disponer de las cadenas o cables necesarios para que, fijados estos amarres junto a la bomba, se pueda trasladar con alguna comodidad. Debe tenerse especial cuidado en que las juntas del tubo de succión sean perfectamente impermeables, para lo que se utilizará anillos de goma. Los codos deben tener un radio lo más amplio posible. Las bombas centrífugas (como se ha dicho anteriormente) pueden elevar el agua hasta los 8 metros de altura, pero cuando dan su máximo rendimiento es en la comprendida entre los 2 y 2´50 metros.

MAQUINARIA PARA EXCAVAR ZANJAS Azadón mecánico y zanjadoras Aunque no es nuestra intención dar aquí noticias sobre la maquinaria empleada en construcción (1), señalaremos, por su elevado rendimiento práctico, dos tipos: el azadón mecánico y la zanjadora, cuyas descripciones hacemos seguidamente. El azadón mecánico es una máquina para trabajar en movimiento de tierras a nivel inferior a su sustentación o ligeramente superior a ésta. Tiene especial aplicación para hacer trincheras y zanjas, pues su brazo y la cuchara de que va provisto puede trabajar a 7 metros bajo su nivel de sustentación, y por encima de éste, 3 metros. En la figura 57 puede verse la construcción de una zanja para tubería construida por un azadón; en la figura 58, una máquina de este TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. – CEAC

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tipo con entera movilidad montada sobre camión, y en la 59, un azadón mecánico remolcado por tractor, adecuado para pequeñas excavaciones. Las zanjadoras reciben también el nombre de trincheradoras, y son máquinas que arrancan tierra de forma regular, abriendo zanjas del ancho requerido para luego disponer, dentro de las zanjas, cimientos, conductos de tuberías de desagües, de cables de instalación eléctrica, etc. Este tipo de máquina lo maneja un solo operario (igual que la anterior) y van excavando a la vez que avanzando en el trabajo. Su manejo es sencillo, como el de un tractor. Los anchos y profundidades a realizar son variables, así las hay que excavan trincheras desde 40 a 150 cm de ancho y hasta 3´80 m de profundidad. Están formadas por un aparato motor que actúa sobre una hilera continua de cangilones metálicos, los cuales pasan por un botalón telescópico, pudiendo excavar a razón de 2´50 metros longitudinales por minuto. A ese tipo corresponde la zanjadora de la figura 60. Hay también máquinas más pequeñas, igualmente en forma de rosario los cangilones, y montadas sobre carriles. Estas excavan en un ancho máximo de 90 cm y una profundidad de 2´50 metros. Las zanjadoras gigantes pueden excavar 2´60 m de ancho a 5 m de profundidad. El rosario va inclinado (aun cuando también pueden realizar cortes verticales), transportando la tierra movida hacia arriba, para descargar a un lado sobre la orilla de la zanja abierta e incluso directamente, si el material no va a ser aprovechado nuevamente, sobre camiones de trasporte (Fig. 61 y 62).


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TRAZADO Y REPLANTEO, NIVELES DE OBRA 2.1.

VERIFICACIÓN DE LAS MEDIDAS DE LOS TERRENOS

2.1.1.

Forma de los terrenos. Una porción de área limitada por determinado número de lados, es un polígono. La forma de los terrenos corresponde a la de los polígonos. Al contorno constituido por los lados del polígono se le denomina poligonal. Ángulos de un polígono son los ángulos formados por los lados consecutivos. Vértices son los puntos de intersección de los dos lados consecutivos. Diagonales de un polígono son los segmentos de recta que unen dos vértices no consecutivos. La Fig. 2.1 es un polígono; los lados AB, BC, CD y AD constituyen la poligonal. El polígono que muestra la figura tiene cuatro ángulos internos; uno de ellos, el ángulo ABC, está formado por los lados consecutivos AB y BC. Refiriéndonos a la misma figura, el polígono tiene dos diagonales: AC y BD.

2.1.2.

Verificación de la forma de los terrenos. Antes de proceder al trazado de cualquier obra es indispensable comprobar si la forma de medidas del lote indicadas en los planos corresponden a las reales obtenidas en el terreno. exigencia señalada podría parecer innecesaria sino fuera porque en la práctica y con cierta frecuencia se evidencian discrepancias entre lo indicado en los planos y la verdadera forma y medidas de los terrenos. En todo caso, la constatación debe ser de rutina para evitar problemas ulteriores, muchas veces insalvables. Ciertamente, la verificación de la forma y medida de terrenos de gran extensión demanda la intervención de topógrafos y el empleo de equipos de ingeniería; sin embargo, cuando se trata de lotes de reducida dimensión y más aun si son cuadriláteros la constatación es posible efectuarla con implementos simples, tales como huinchas, cordeles y estacas.

2.1.3.

Verificación de un terreno que tiene cuatro lados. Frecuentemente los terrenos tienen cuatro lados, es decir, son cuadriláteros (polígonos que tienen cuatro lados). Es conveniente señalar que la forma exacta de un terreno de este tipo no es posible definirla conociendo sólo las medidas de sus lados; es necesario conocer al menos uno de sus ángulos internos o la medida de una de sus diagonales. La Fig. 2.2, pro ejemplo, muestra dos cuadriláteros que tienen sus cuatro lados correspondientes iguales; sin embargo, los cuadriláteros no son iguales. El procedimiento que describiremos a continuación consiste en medir los lados y las dos diagonales. Desde luego, las mediciones deben realizarse con la mayor exactitud posible, empleando preferentemente huincha metálica. Teniendo las medidas de los lados y diagonales se procede al dibujo del terreno, requiriéndose de un compás, escalímetro y lápiz duro

afilado. El procedimiento es el siguiente: a) Dibujar el lado que corresponda al frente del lote, en la Fig. 2.3. el lado AB.

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b) Con el compás, tomando como centro el vértice A, trazar un arco de circunferencia cuyo radio, en la escala escogida, sea igual al lado AD (Fig. 2.4-a). c) Repetir el procedimiento indicado en b), pero tomando ahora como centro el vértice B. Con radio igual a la diagonal BD interceptar el arco anteriormente trazado, determinando así el vértice D (Fig. 2.4-b). d) Uniendo los vértices A y D definimos el lado AD (Fig. 2.4c). e) Haciendo centro en el vértice D trazar un arco de circunferencia cuyo radio sea igual al lado CD (Fig. 2.4-d). f) Repetir lo señalado en e) tomando como centro el vértice B. Con radio igual al lado BC interceptar el arco anteriormente trazado, obteniendo así el vértice C (Fig. 2.4-e). Uniendo el vértice C con los vértices B y D queda definida la forma de terreno propuesto. g) Comprobar con el escalímetro que la diagonal AC sea igual a la medida tomada en el terreno. El procedimiento descrito puede ser aplicado a terrenos de más de cuatro lados, descomponiendo el lote en triángulos. 2.2.

METODOS AUXILIARES EMPLEADOS EN EL TRAZADO

2.2.1.

Mediciones. El trazado de obras de gran extensión demanda, necesariamente, la intervención de topógrafos y el empleo de instrumentos y equipos apropiados; sin embargo, el trazado de obras de reducida a mediana extensión es posible realizarlo simplemente con huincha y cordeles, siempre y cuando se lleve a cabo con apropiado esmero a efecto de conseguir la exactitud deseada. De preferencia la huincha será metálica, de longitud no menor de 25 m. Es necesario indicar a los ayudantes cuál es el cero de la huincha, pues, como sabemos , las huinchas están provistas de argollas que, en algunos tipos de huincha, no forman parte de la longitud real de las mismas. También es indispensable que la huincha, al efectuar las mediciones, sea fuertemente tensada.


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Las mediciones deben ser horizontales, pues como tales están indicadas en los planos. Cuando las medidas son tomadas apoyando la huincha en terrenos de moderada pendiente el error en que pueda incurrirse no tiene mayor significación. No sucede lo mismo cuando el terreno tiene pronunciada pendiente; en este caso, es preciso tomar medidas horizontales progresivamente por tramos, a este método se le denomina medición por cultelación. Por ejemplo, la longitud entre los puntos A y B es la suma de las medidas parciales I1, I2, I3 (Fig. 2.5). 2.2.2.

Empleo de escuadras. Las escuadras de madera, similares a la que muestra la Fig. 2.6, son, sin duda, útiles para trazos complementarios o de reducida longitud; no es recomendable su empleo para trazados de mayor extensión. Desde luego, debe desecharse, por no proporcionar la necesaria exactitud, la utilización de pequeñas escuadras de fierro.

2.2.3.

Trazar una perpendicular a un alineamiento dado. Trazar una perpendicular a un alineamiento equivale a trazar un ángulo recto, es decir, de 90°.

El procedimiento para trazar un ángulo de 90° se fundamenta en el principio siguiente: si los lados de un triángulo miden 3,4 y 5 m el ángulo formado por los lados que miden 3 y 4 m es un ángulo recto (Fig. 2-7). Ejemplo: Se trata de trazar un alineamiento perpendicular a un alineamiento o eje, AB (Fig. 2.8-a).

Procedimiento: a) Tensamos un cordel entre las vallas A y B, definiendo así el alineamiento AB. Los travesaños de las vallas deben estar al mismo nivel. b) Tensamos un cordel entre las vallas C y D auxiliándonos con una escuadra de madera. Aún no podemos asegurar que el alineamiento CD sea exactamente perpendicular al alineamiento AB. c) A partir de la intersección de los dos cordeles medimos 3 m sobre el cordel AB, esta medida la marcamos en el cordel estableciendo el punto P. Una vez hecha la marca no se debe modificar la tensión del cordel AB (Fig. 2.8-b). d) Exactamente hacemos lo mismo sobre el cordel CD pero tomando en este caso una medida de 4 m, definiendo el punto Q. e) Verificamos con la huincha si la medida entre los puntos P y Q es 5 m. Si esto se cumple, los alineamientos AB y CD son perpendiculares entre sí. Es preciso que la comprobación se realice cuidadosamente. f) De no cumplirse la condición indicada corregir el alineamiento CD, repitiendo el procedimiento tantas veces cuantas sean necesarias hasta conseguir el triángulo 3,4,5. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO. Z. - SENCICO

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Es indispensable, en cada corrección, tomar nuevamente las medidas 3 y 4 m sobre los cordeles AB y CD respectivamente, no siendo válidas las marcas anteriores

2.2.4. Trazar una paralela a un alineamiento dado, separada una distancia “d” de dicho alineamiento (Fig. 2.9). Procedimiento: a) Desde los puntos B y C, convencionalmente escogidos sobre el alineamiento AX, trazamos perpendiculares a AX. Si la distancia d es reducida se puede emplear una escuadra de madera para trazar las perpendiculares. Si la distancia es grande procede aplicar el método descrito en 2.2.3. b) En las perpendiculares trazadas y a partir de los puntos B y C medimos la distancia prevista “d”, estableciendo los puntos P y Q. c) Uniendo los puntos P y Q obtenemos la paralela buscada.


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SENCICO NOVIEMBRE 2001 2.2.5.


Dados un alineamiento base y un punto por el que debe pasar una paralela a dicho alineamiento, trazar la paralela. En la Fig. 2.10-a, AX es un alineamiento base y B es un punto por el que debe pasar una paralela a AX.


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Procedimiento: a) Ubicamos en el alineamiento AX un punto cualquiera, tal como C. Tendemos un cordel que una los puntos B y C (Fig. 2.10 b). b) Dividimos por mitad el segmento de recta BC determinando el punto M (Fig. 2.10-c). c) Desde un punto D, elegido arbitrariamente sobre AX, establecemos mediante cordel el alineamiento DM (Fig. 2.10-d). d) Sobre el alineamiento DM y a partir el punto M medimos una distancia igual a DM, obteniendo así el punto Z (Fig. 2.10-e). e) Uniendo los puntos B y Z trazamos la paralela buscada (Fig. 2.10-f). 2.2.6.

Trazado de ángulos. El trazado de alineamientos que forman determinados ángulos con un alineamiento dado es posible realizarlo empleando el método de la tangente trigonométrica. El procedimiento consiste en tomar sobre el alineamiento dado, digamos AX, a partir del vértice previsto una distancia convencionalmente escogida, estableciendo, de esta manera, el punto C. Al segmento de recta AC lo designamos base (Fig. 2-11). Desde el punto C trazamos una perpendicular al alineamiento AX. Sobre esta perpendicular y a partir del punto C tomamos una longitud igual al producto de la longitud de la base, AC, por la tangente del ángulo propuesto, definiendo así el punto B. Uniendo los puntos A y B y prolongando la recta obtenemos el alineamiento AZ que forma con el alineamiento AX el ángulo previsto. Es recomendable que la longitud de la base sea de 2, 3, 4, 5 m. Cuanto más grande es la base, mayor será la exactitud que cabe esperarse; aunque es pertinente advertir que cuando se trata de ángulos grandes l longitud de la perpendicular resulta excesiva e inconveniente para el trazado. Aun cuando la tabla 2.1 está referida sólo a algunos ángulos es de utilidad práctica. Para ángulos que no figuran en la Tabla, las tangentes pueden obtenerse de computadoras provistas de funciones trigonométricas. Desde luego, el grado de exactitud que se logre con el método descrito depende del esmero con que se realice. Su empleo es aceptable en obras relativamente pequeñas, mas no en proyectos que demanden mayor precisión, en los que, generalmente, se recurre a topógrafos y equipos de ingeniería. Tabla 2.1. Valores de “a” (m) para trazar ángulo (Ver Figura 2.11). Ángulos 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 60° 65° 70°

Base (m) 2 0.35 0.54 0.73 0.93 1.15 1.40 1.68 2.00 2.38 2.86 3.46 4.29 5.49

3 0.53 0.80 1.09 1.40 1.73 2.10 2.52 3.00 3.58 4.28 5.20 6.43 8.24


4 0.71 1.07 1.46 1.87 2.31 2.80 3.36 4.00 4.77 5.71 6.93 8.58 10.99

5 0.88 1.34 1.82 2.33 2.89 3.50 4.20 5.00 5.96 7.14 8.66 10.72 13.74



Ejemplo: Trazar un alineamiento AZ que forme un ángulo de 20° con un alineamiento dado AX (Fig. 2.12). a) Sobre el alineamiento AX y a partir del punto A tomamos una longitud de 5 m, estableciendo el punto C. b) Desde el punto C trazamos una perpendicular a AX. Medimos en esta perpendicular a partir del punto C una longitud igual al producto de 5 m por la tangente de 20°, determinando el punto B. Como la tangente de 20° es 0.36397, la longitud a tomarse será 5 x 0.36397 = 1.82 m, coincidente con el valor que figura en la tabla 2.1 para un ángulo de 20° y una base de 5 m. c) Uniendo lo puntos A y B y prolongando la recta se obtiene el alineamiento AZ, que forma un ángulo de 20° con el alineamiento AX. 2.2.7.

Dividir un ángulo cualquiera. Se trata de dividir por la mitad el ángulo formado por los alineamientos AX y AZ (Fig. 2.13). Procedimiento: a. En los alineamiento AX y AZ y a partir del vértice A tomamos una misma longitud definiendo los puntos B y C (Fig. 2.13-a). b. Tendemos un cordel que una los puntos B y C. c. Dividimos n mitad el segmento de recta BC, marcando en el cordel el punto M. d. Uniendo el vértice A con el punto M y prolongando la recta se obtiene el alineamiento AY, que divide en la mitad el ángulo XAZ (Fig. 2.13-b).

2.3.

TRAZADO Y REPLANTEO

2.3.1.

Método de trazado. La ubicación y medidas de cimientos, muros y columnas son indicadas en los planos y están referidas a sistemas de ejes y alineamientos, propuestos en cada proyecto en particular.


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Los ejes y alineamientos, perpendiculares entre sí, constituyen sistemas de coordenadas y son identificados con números y letras a efecto de facilitar el trazado y replanteo. La Fig. 2.14 muestra el plano de la cimentación de un edificio. Como se advertirá, la ubicación de columnas, muros y sus respectivas zapatas está referida al sistema de ejes propuestos en el plano de trazado. Los ejes y/o alineamientos son materializados en obra mediante vallas o “tarjetas”, en las que se realizan apropiadas marcas. Cada eje o alineamiento está definido por sus respectivos pares de vallas o “tarjetas” (Fig. 2.15 y 2.16). Las vallas son ubicadas convenientemente en el contorno de la zona de trabajo. Deben ser suficientemente sólidas, construidas con madera en buen estado y estar algo separadas de las excavaciones para evitar su remoción durante los trabajos, asimismo deben estar alineadas. El primer paso del trazado es la definición de los ejes o alineamientos base. Refiriéndonos a la Fig. 2.14 tomamos como tales el alineamiento A y el eje 1. En el ejemplo propuesto, por tratarse de un edificio en esquina y con los frentes a la calle, hay que tener extremo cuidado en respetar los retiros municipales correspondientes. Trazado el alineamiento A se procede a la definición del eje 1, éste debe ser perpendicular al alineamiento A; para ello, podemos emplear el método descrito en el acápite 2.2.3.


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Definidos el alineamiento A y el eje 1, se procede a establecer lo demás ejes y alineamientos tomando las cotas que indiquen los planos, marcando su exacta ubicación en las vallas o tarjetas. Es preciso insistir en la necesidad de que los ejes base 1 y A sean perpendiculares entre sí, porque de lo contrario el trazado de los otros ejes resultaría incorrecto ya que, como es fácil advertir, el procedimiento consiste en trazar paralelas a dichos ejes base. Como ha sido ya señalado, las medidas indicadas en los planos son consideradas horizontales; por lo tanto, como tales deben ser reproducidas en el terreno. Es conveniente, asimismo, tomar las medidas por el procedimiento de acumulación de las mismas, tal como muestra la Fig. 2.17; la equivocación que, eventualmente, pueda cometerse al determinar una medida parcial no altera la correcta ubicación de lo demás ejes. Las marcas en los travesaños en la vallas son hechas con lápiz de carpintero. Un corte con serrucho, de poca profundidad, contribuye a la definición de la marcas. Si fuera necesaria alguna corrección, las marcas anuladas deben ser totalmente eliminadas para no incurrir en errores en la progresión de los trabajos. Previendo que pueda producirse la remoción de las vallas es útil trasladar los trazos o marcas a estacas de fierros ancladas en el suelo, de preferencia con concreto (Fig. 2.18). Con el propósito de facilitar el trazado es conveniente distinguir entre ejes principales y ejes de segundo orden. No es recomendable exagerar en el número de ejes, más vale referir el trazado a ejes principales, y relacionar a éstos los trazos complementarios. Cuando la complejidad de un proyecto lo demande, el trazado se simplifica dividiéndolo por sectores; prácticamente, como si tratara de dos o más obras, relacionando, desde luego, los ejes correspondientes. 2.3.2.

Replanteo de la cimentación. El replanteo consiste en trazar en el terreno la ubicación y las medidas de los cimientos, que indiquen los planos correspondientes. El procedimiento se realiza mediante cordeles fuertemente tensados entre los pares de vallas que definen cada uno de los ejes o alineamientos.


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El replanteo de cimientos corridos para muros portantes no encierra mayormente dificultad alguna. Trazos auxiliares en las vallas, por ejemplo los que corresponden a los anchos de los cimientos, facilitan los procedimientos. El replanteo de zapatas aisladas de concreto se ejecuta proyectando sobre el terreno los ejes que definen su ubicación; la Fig. 2.19 ilustra el método de replanteo. Mediante escuadras, reglas y huincha se procede al trazado de las zapatas, de acuerdo a las medidas que señale el plano de cimentación. Es necesario advertir que no siempre las columnas y consiguientemente las zapatas están referidas a ejes, es decir, que pasan por su centro, sino que su ubicación pude estar definida por alineamientos; al respecto observar la Fig. 2.14. 2.4.

ESTABLECIMIENTO Y CONTROL DE NIVELES DE OBRA

2.4.1.

El proceso de establecer y controlar niveles. Al inicio de la construcción y durante la progresión de los trabajos es necesario el establecimiento de los niveles previstos en los planos. Los niveles corresponden a cimientos, pisos, techos, colectores de desagüe y demás componentes de las edificaciones. El proceso de establecimiento de niveles se facilita descomponiéndolo en las siguientes etapas:  Verificación del nivel del terreno  Evaluación del plan de niveles  Control de niveles en obra

2.4.2.

Verificación del relieve del terreno. Así como la previa comprobación de la forma y medidas del terreno es indispensable para el trazado de las obras, la verificación del relieve del terreno debe ser de rutina. En caso de contarse con planos topográficos, como ocurre generalmente en obras grandes, la labor se simplifica; pero aun cuando se trate de terrenos relativamente pequeños, la constatación es ineludible. Debe tenerse en cuenta que en no pocos casos, por no disponer oportunamente de la información concerniente, los proyectistas desarrollan los proyectos refiriéndolos a terreno plano y horizontal. Sin embargo, cuando el constructor se apresta a dar inicio a los trabajos puede ocurrir que dicha suposición no concuerde con la realidad; que, inclusive, la configuración altimétrica del terreno difiera sustancialmente de la suposición indicada. No queda, pues, más remedio, si se quiere actuar responsablemente, que verificar, antes del inicio de la obra, el relieve del terreno, a efecto de adoptar las previsiones pertinentes en cada caso. Cuando se trate de terrenos de poca extensión no es indispensable contar con planos de curvas a nivel. Basta, en la mayoría de los casos, conocer los niveles correspondientes a los vértices, los de algunos puntos interiores y los de la vereda. La información podemos obtenerla con relativa facilidad mediante un nivel de ingeniero y una mira. El primer paso del procedimiento es estacional el instrumento en cualquier punto dentro o fuera del terreno, pero apropiado para tomar lecturas de mira correspondientes a los puntos seleccionados. Asegurando firmemente en el suelo las patas del trípode y luego de nivelar el anteojo del instrumento, se toman y registran las respectivas lecturas de mira de los puntos escogidos. Es conveniente numerar los puntos cuyos niveles se desea obtener. Ejemplo: Se trata de obtener información del relieve del terreno que muestra la Fig. 2.20. Procedimiento: En primer lugar debemos definir cuál es el nivel referencial (Bench Mark, BM). En el ejemplo, escogemos el punto P-1 como BM =  0.000. Las lecturas de mira son: P-1 (BM) 1.48 P-2 0.74 P-3 0.95 P-4 0.62 P-5 1.26


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Para referir los niveles de los puntos al nivel  0.000, correspondiente al BM escogido, confeccionamos la siguiente tabla: PUNTO

LECTURA DE MIRA (M)

DIFERENCIA DE ALTURAS

NIVEL REFERIDO AL BM =  0.00

P-1 P-2 P-3 P-4 P-5

1.48 0.74 0.95 0.62 1.26

1.48 – 1.48 1.48 – 0.74 1.48 – 0.95 1.48 – 1.67 1.48 – 1.26

0.00 +0.74 +0.53 - 0.19 +0.22

Los niveles del terreno propuesto son mostrados en la Fig. 2.21

Adviértase que la diferencia de lecturas correspondientes a dos puntos es la diferencia del nivel entre esos puntos (Fig. 2.22). Debe observarse, también, que las diferencias o restas obtenidas son algebraicas: por eso es que el punto P-4 tiene el nivel –0.19, es decir está 0.19 m debajo del nivel  0.00. Desde luego, podríamos haber escogido como BM cualquier otro punto, por ejemplo el que indique el plano del proyecto, o el nivel de vereda coincidente con el ingreso de la vivienda. Para simplificar el ejemplo no hemos tomado niveles correspondientes a la vereda; sin embargo es imprescindible hacerlo para establecer la relación entre los niveles del terreno y los de la vereda. Además con el fin de comprobar la factibilidad de conexión del sistema de desagüe al colector público es indispensable determinar los niveles de los fondos de los buzones y/o colectores de la red pública de desagüe. Generalmente los proyectos de obra de mayor importancia y magnitud incluyen planos de curvas a nivel. Si bien la elaboración de este tipo de planos escapa del alcance del presente Capítulo, se estima de utilidad exponer algunas características de ellos. Las curvas que figuran el los planos de curvas a nivel representan intersecciones del terreno con virtuales planos horizontales, por lo tanto, todos los puntos que definen una curva están en el mismo nivel. Las orillas de un lago ilustran el concepto expuesto. Los virtuales o imaginarios planos son equidistantes entre sí, es decir, una misma distancia los separa; por ello, a la distancia que los separa se le denomina equidistancia. Su magnitud depende de la extensión y relieve de los terrenos, de la escala seleccionada y del grado de precisión requerido. TEMA: TRAZADO Y REPLANTEO - NIVELACIÓN REFER: EL MAESTRO DE OBRA – J. PACHECO. Z. - SENCICO

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En los planos figuran las cotas o niveles de cada curva. Cuando una zona del terreno es muy escarpada las curvas aparecen muy próximas entre sí. Por el contrario, si el terreno es relativamente plano las curvas figurarán alejadas unas de otras. 2.4.3.

Evaluación del plan de niveles. Esta etapa consiste en cotejar la información correspondiente al relieve real del terreno con diversas consideraciones o exigencias de carácter técnico, arquitectónico, o de costos. De la evaluación podría surgir la necesidad de modificar el plan de niveles propuesto en los planos. Por ejemplo, una pendiente pronunciada de la vereda en el frente de la fachada obligaría a modificar los niveles de los pisos terminados, previsto en el proyecto, si es que desea que ningún tramo de la fachada quede debajo del nivel de la vereda. Este caso es mostrado en la Fig. 2.23. Algunas veces la profundidad de la red pública de desagüe resulta insuficiente para satisfacer las pendientes mínimas de colectores de las instalaciones sanitarias interiores. Cabe, en esta circunstancia, proponer la modificación de los niveles de los pisos terminados indicados en los planos (Fig. 2.24). En los proyectos de conjunto habitacionales debe ser práctica usual el estudio de niveles en relación con las pendientes de las veredas en los frentes de fachadas. Un escalonamiento ordenado arquitectónicamente puede ser propuesto (Fig. 2.25). Asimismo, aspectos vinculados con la protección contra humedad merecen, ser tenidos en cuenta en esta etapa de evaluación. También es posible, como resultado del estudio del plan de niveles, lograr significativa reducción de los costos de las partidas de movimiento de tierra, encofrados, etc. No obstante, cualquier modificación que se proponga deberá estar sujeta a previa consulta y aprobación de los proyectistas.

2.4.4.

Control de niveles en obra. Como ha sido ya indicado, al inicio de la obra y durante la progresión de los trabajos es necesario efectuar marcas de los niveles, a los que se referirán los diversos componentes de la obra: excavaciones, cimientos, muros, vigas y techos, etc., previstos en los planos. En obras de gran extensión será necesario emplear métodos y equipo topográficos, compatibles con la exactitud requerida. En obras relativamente pequeñas es aceptable adoptar procedimientos más simples; por ejemplo, el empleo de mangueras de plástico transparentes aprovechando el principio de vasos comunicantes. El método es ampliamente conocido en la práctica de obra. Al comenzar la obra de niveles son establecidos


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en poyos de concreto o en otros elementos fácilmente identificables, suficientemente estancos y convenientemente ubicados para evitar su remoción durante la progresión de los trabajos. Conforme avanza la construcción, las marcas se trasladan a columnas, muros etc. Es práctica común en construcciones de albañilería, “correr” nivel en el perímetro interior de los diversos ambientes, marcando el nivel + 1.00 m del piso terminado; a este nivel se referirán los diversos trabajaos y componentes de las edificaciones: altura e muros y de columna, encofrado de vigas y techos, dinteles de puertas y ventanas, y, desde luego, los niveles de los pisos terminados (Figs. 2.26, 2.27, y 2.28).


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CONSTRUCCIONES DE LOS CIMIENTOS MATERIALES CON QUE SE PUEDEN CONSTRUIR LOS CIMIENTOS Los materiales con que se pueden construir los cimientos dependen, en gran parte, del grado higrométrico del terreno y la mayor o menor facilidad que el mismo tenga para absorber el agua meteórica. Los tipos de cimentación hasta ahora conocidos, aparte del pilotaje que señalaremos o estudiaremos en capítulo aparte, son: a) de mampostería b) de mampostería hormigonada c) de hormigón ciclópeo d) de hormigón en masa e) de hormigón armado f) de ladrillo g) de piezas prefabricadas

CIMIENTOS DE MAMPOSTERÍA La piedra, es le elemento más generalizado no solamente en el ambiente rural, sino también en el urbano, donde es fácil observar cómo las fundaciones se resuelven con material pétreo. Pero no toda la piedra es apta para la construcción de cimiento y es conveniente que antes de elegirla se realice un ensayo previo, el que y en principio, nos dará a conocer si resiste bien a la intemperie y no es heladiza, reconociéndose prácticamente estos extremos si ha aguantado bien el aire libre, uno o dos inviernos. Tampoco deben emplearse piedras que estén aglomeradas con óxido de manganeso o hierro, ya que no resistiría al aire. Los esquisitos pizarrosos y piedras que al golpe se parte en lajas, no deben emplearse, pues son piedras en que la humedad pude penetrar fácilmente. En cuanto a las piedras que absorben agua o tienden a disgregarse por las heladas, deben desecharse por completo. Una excelente piedra de construcción, es aquella que no tiene grietas ni oquedades y en cuya rugosa superficie se adhiere mejor el material de agarre, cosa que no ocurre con las de superficie lisa, que siempre estarán expuestas al deslizamiento. En la tabla 7 puede verse algunas características técnicas de las piedras más utilizadas. COEFICIENTE DE TRABAJO DE LA PIEDRA PARA CIMIENTOS TABLA 7 Piedras Sillería de granito Sillería de arenisca Sillería de caliza dura Sillería de caliza blanda Mampostería de piedra molar Mampostería de granito Mampostería de caliza (húmeda) Mampostería de caliza (seca) Pizarra Esquisto

Peso específico Kg/m 2.600 a 2.900 1.800 a 2.500 2.000 a 2.500 1.600 a 2.000 1.200 a 1.500 2.200 a 2.500 2.300 a 2.500 2.200 a 2.400 2.600 a 2.900 2.700 a 2.900

3

Coeficiente de trabajo Kg/cm 40 a 50 20 a 25 12 a 15 5a8 6a8 10 a 15 6a8 6 a 10

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Pero esto, que sería tan sencillo, en la práctica no se suele hacer, salvo en algún caso aislado. En el mejor de los casos nos limitamos a reconocer la dureza de una piedra golpeándola con la maceta, de cuyo sonido observamos que si es hueco, sordo, la piedra es blanda mientras que, si el sonido es agudo, metálico, la piedra es dura. También reconoceremos la calidad de una piedra rompiéndola y viendo sus fragmentos: si éstos se presentan con aristas vivas propicias al corte, es dura y si estas aristas se presentan sin filo o con el canto romo, la piedra es blanda. De todas formas cualquier procedimiento será dudoso si, como decíamos antes, no se recurre a un laboratorio adecuado, que es quien en definitiva nos podrá dar la resistencia por centímetro cuadrado de una piedra con arreglo a su naturaleza.

TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC



MANERA DE CONSTRUIR LOS CIMIENTOS: LADRILLO; CAPA DE ARENA EN EL FONDO

DE

MAMPOSTERÍA,

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DE

En principio, por ser buenos conductores de humedad, descontaremos para material de agarre los morteros de yeso y cal, aunque este último sea discutible, y utilizaremos el de mortero de cemento Pórtland y, sin inconveniente el de cemento natural y cal hidráulica cuya dosificación variará según la humedad del terreno y su más o menos facilidad en absorber las aguas pluviales. Para terreno seco impermeable bastará con la dosificación 1:6, pero si el terreno es húmedo o absorbe con facilidad, el agua de lluvia y no se dispone barreras anticapilares, convendrá rebajar la arena para que el mortero resulte más impermeable. Esto en cuanto a terrenos corrientes que de los anegados, ya trataremos más adelante. Construir una cimentación de mampostería, equivale, en todos sus aspectos, a construir una pared por el mismo sistema, para la que se observará y aún se acentuará las reglas que para las mismas se usan. En la figura 63 presentamos un relleno defectuoso de mampostería ordinaria donde con línea de trazos hemos destacado la posibilidad de dos juntas si la piedra no es convenientemente aparejada, llamándose aparejo a la disposición en cuanto a trabazón de las piedras o mampuestos, procurando que sus hilados monten una sobre otra de manera que la superior mate la junta de la inferior (Fig. 64). Si el terreno es sensiblemente horizontal, se rellenará el cimiento hasta su rasante. Pero si la nivelación no está hecha, convendrá enrasar a unos 10 centímetros más bajo que el terreno con el fin de que, al efectuar la nivelación del muro, no haya necesidad de demoler parte de la cimentación pro haber quedado ésta más elevada y luego constituya un estorbo para aceras, calles, etc.

CAPA DE ARENA EN EL FONDO Recordamos que, con frecuencia, y una vez excavada la zanja de cimentación, ha surgido siempre el problema de cómo debería iniciarse esta cimentación. Queremos decir que si, por ejemplo, se trataba de un cimiento de mampostería, que es lo que en contacto con el terreno deberá ir, si una hilada de piedra en seco o un tendel de mortero. Las dos soluciones dejan que desear, pues al dejar y precisamente en la base piedras sin recibir, éstas quedarían sueltas y por muy bien que se macizaran con ripio siempre quedarían coqueras no muy interesantes desde el punto de vista constructivo; la segunda solución parece más racional pero presenta el inconveniente de que el tendel, al ser extendido con la paleta, ésta arrastraría tierra, que al confundirse con el mortero, le hará perder mucho de su resistencia máxima.

CIMIENTOS DE MAMPOSTERÍA HORMIGONADA La cimentación resulta con mampostería hormigonada constituye una derivación de la anterior con la diferencia de que, en vez de utilizar el mortero como material de agarre, se utiliza el hormigón. La piedra se dispondrá en hiladas horizontales. En cuanto al vertido del hormigón, podremos decir que colocada la primera hilada de piedra se recubrirá con una capa de hormigón que será apisonada con todo vigor, a fin de que “la grasa” se introduzca por todas la juntas que pudieran quedar. La mampostería hormigonada se realiza mediante banquetas escalonada para dar lugar (Fig. 65), a que la piedra sea colocada como si se tratara de mampostería. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC



Este trabajo tiene 4 importantes fases: 1° Al comenzar la cimentación, s echará en el firme la primera togada de hormigón, que un peón, calzado con botas de goma y provisto de un rastrillo repartirá a lo largo de la zanja de forma que venga a quedar de unos 10 cm de espesor. 2° El oficial, provisto de paleta sentará la primera hilada de piedra, calzándola lo suficiente con el mismo hormigón de la zanja, cuidando especialmente de que ninguna zona de su asiento quede en falso o con alguna oquedad. 3° Posteriormente se volverá a echar otra tongada de hormigón equivalente a la primera, en cuanto a espesor, que será igualmente repartida por el mismo procedimiento aprisionando después. 4° Volverá a ponerse otra hilada de piedra, pero esta vez retranqueada 50 ó 60 cm con el fin de presentar un buen enlace cuando se continúe el trabajo; y así sucesivamente hasta su coronación procurando hacerla coincidir con hormigón, cuya superficie se dejará a “paso regla” o sea sin rematar, para que luego el mortero de arranque de los muros “haga clavo” en las rugosidades; obteniéndose con esto una más íntima unión entre cimentaciones y paredes.

CIMIENTOS CON HORMIGÓN CICLÓPEO También se utiliza, sobre todo en grandes macizos, el hormigón ciclópeo. Tiene la ventaja sobre los anteriores de que resulta algo más barato al eliminar la mano de obra del oficial u oficiales, ya que para la confección y puesta en obra el hormigón ciclópeo, no se requiere especialización alguna, bastando, por tanto, los obreros con la categoría de peones. El hormigón ciclópeo es muy parecido a la mampostería hormigonada y en rigor deben observarse casi las mismas precauciones, con la sola diferencia de que en la primera debe colocarse la piedra como si se tratara de una pared. En el hormigón ciclópeo, la piedra puede ser más pequeña y ser tirada por el obrero desde lo alto de la zanja y siempre que las capas de piedra y hormigón, se lleven alternadas, es decir, tongada de hormigón con tongada de piedra, procurando que no se amontone la piedra ni roce con la pared de la zanja. Es decir que la piedra debe ir totalmente envuelta en hormigón pues en caso contrario se produciría la coquera; la terrible coquera de la que hay que huir a toda costa.

CIMIENTOS CON HORMIGÓN EN MASA Este tipo de cimentación es el más generalizado cuando las condiciones del terreno lo permiten; es también el que menos complicación tiene y el más rápido en su ejecución, máxime si se dispone de una hormigonera corriente de 250 litros, accionada con motor eléctrico de 220 voltios o con motor de gasolina.

RECONOCIMIENTO DE LOS ARIDOS QUE FORMAN EL HORMIGÓN Loa áridos que intervienen en la formación de morteros y hormigones deben tener ciertas características en cuanto a granulometría y limpieza de limos o arcillas. En la obra se reconocen las arenas tomando un puñado y estrujándolo en la mano. Si mancha y no cruje, será una arena deficiente; pero si ésta deja la mano limpia y cruje ásperamente, la admitiremos sin más averiguaciones. También se puede echar un puñado de arena en agua limpia, que quedará más o menos turbia según contenga más o menos impurezas. Pero estos reconocimientos de tipo práctico, no nos llevan al resultado final de conocer exactamente cuando un árido es apto o no para su empleo. Y ante la duda no nos quedará otro remedio que investigar químicamente su composición, lo que en la práctica, al no tratarse de un caso especial, se pasa por alto, quizá por el retraso que en la obra suponen todas estas gestiones, de no haberlas previsto antes de su comienzo. En las normas españolas se prohíbe el empleo de áridos con un contenido de arcilla superior al 3 por 100 en peso. Vamos a describir primeramente un ensayo de arenas a pie de obra. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Para ello se toma una probeta de cristal o de plástico de 250 centímetros cúbicos (Fig. 66). De la muestra representativa de la arena a ensayar se toma una determinada porción que se pasa por un tamiz y de la parte tamizada se echa en la probeta la cantidad necesaria para alcanzar en ella la división 100. A continuación se agrega agua hasta la división 150 y tapando la probeta con la mano, o mejor aún con un tapón de goma, se agita vigorosamente durante tres minutos. Se deja sedimentar en reposo completo durante una hora y al cabo de este tiempo se observará en la probeta tres zonas: La inferior estará constituida por la arena que ya se habrá depositado. Una zona intermedia constituida por la sedimentación de limos y arcillas; y Una tercera zona de agua trasparente o ase trasparente. Si la zona ocupada por la sedimentación de arcilla es decir, la intermedia, mide menos de 8 mm (Fig. 67) la arena es totalmente utilizable, siendo tanto más limpia cuanto menor sea esta zona. Si esta zona tiene exactamente 8 mm, la arena tendrá el ya prohibido 3 por 100 de arcilla, por tanto se deberá lavar, si ello es económicamente posible, o desechar en caso contrario. No hay que decir que si la zona fuese superior a 8 mm (Fig. 68) es que pasa del 3 por 100, tanto más cuanto más amplia sea esta zona. Determinación de la materia orgánica existente en un árido Uno de los principales enemigos de un mortero o de un hormigón es la materia orgánica, hasta tal punto que ésta puede llegar a impedir que el hormigón fragüe o, en el mejor de los casos, reducirá su resistencia mecánica haciéndole más atacable por los agentes atmosféricos y reduciendo en mayor o menor cantidad su durabilidad. El que una arena o un árido manche los dedos, no es prueba suficiente para desecharla, bien es verdad que la mayor parte de las veces será así, pero es necesario cerciorarse bien, sobre todo, cuando obtener una buena arena de miga o de río resulte caro. Para analizar un árido desde este punto de vista, s sigue el procedimiento de Duff Abrams. Primeramente disolveremos completamente 15 gramos de sosa (hidróxido sódico) de buena calidad, en medio litro de agua. Conviene emplear una disolución recientemente hecha, ya que si lleva mucho tiempo preparada podría estar impurificada y falsearnos los resultados. A continuación pondremos en una probeta graduada de 300 centímetros cúbicos, árido hasta la división 200. Seguidamente se tapa la probeta con tapón de goma o cristal y se agita vigorosamente unos minutos, dejándola a continuación en reposo. Transcurridas 24 horas de reposo, se observa el color del líquido existente encima de la arena de acuerdo con las siguientes características: Árido bueno para todo: líquido transparente o ligeramente amarillo. Árido bueno sólo para trabajos que no sean delicados: líquido anaranjado. Árido malo, pero utilizable en trabajos secundarios líquido de color parduzco. Árido rechazable totalmente: líquido casi negruzco. No demos, pues, más palos de ciego con respecto a la determinación de un árido y enfoquemos las cosas, desde su principio con un punto de vista más objetivo y más eficiente, ya que, unas horas perdidas (y que para estos ensayos se puede aprovechar la transición entre excavación y preparación de hormigonado) no significan nada si ello nos puede reportar una gran tranquilidad eliminando, en un principio, muchas preocupaciones con respecto al comportamiento de los áridos, material básico, por el momento en la construcción de edificios. Para las cimentaciones de hormigón en masa no es recomendable, económicamente, construirlas 3 con dosificaciones que pasen de los 200 kilos de cemento por m de hormigón; en la práctica el más utilizado es el de 150 y en algún caso, el aludido de 200.

CONFECCIÓN DEL HORMIGÓN A MANO El hormigón, como todo el mundo, sabe, es una mezcla de cemento, grava y arena, cuya dosificación varía según el fin a que se destine. Los cementos a utilizar son los de fraguado lento y, a ser posible, los denominados cementos artificiales Pórtland, aunque en cimentaciones de no mucha envergadura, pueden utilizarse los naturales. Pero lo que sí discutiremos son los de fraguado rápido por la razón de que como todo hormigón necesita un apisonado y éste lleva algún tiempo, aquél fraguaría antes de comenzar tal operación. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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A continuación presentamos en la tabla 8 las dosificaciones más comúnmente usadas en fundaciones de edificios, indicando en las primeras columnas de proporción en volumen; y en la cuarta los kilos de 3 cemento que entran en tal proporción por m de hormigón y la última, sus aplicaciones.

Cemento

APLICACIONES DEL HORMIGÓN EN CIMIENTOS Arena Grava Kg de cemento por m2

1 1 1

1´50 2 3

3 4 6

400 300 200

1

4

8

150

TABLA 8 Aplicaciones Hormigón armado Cimentación de máquinas Cimientos de alguna importancia Cimientos ordinarios

Relación agua – cemento En la confección del hormigón, la relación agua – cemento es de vital importancia, ya que un exceso de aquélla resta un poco su resistencia mecánica, lo que hace necesario contratar a obreros y capataces con cierta responsabilidad moral, pues hemos visto muchas veces cómo éstos, llevados de su tendencia a reducir el trabajo, de apisonado, procuran añadir al hormigón la mayor cantidad de agua posible y se impone la necesidad de que el hormigón sea trabajado convenientemente cuando no son muy manejables por excesivamente secos. Una prueba práctica de la relación agua – cemento, la obtendremos fácilmente de la manera siguiente. Si al tomar un poco de hormigón y oprimirlo con la mano, se forma una bola y resume ligeramente y conserva su forma al soltarla, puede admitirse que la cantidad de agua es la conveniente. A no se en obras pequeñas o de escasa importancia, en la actualidad no se hace el hormigón a mano, pero como esta práctica se sigue utilizando especialmente en el ambiente rural, daremos aquí algunas normas al efecto: Sobre una pastera confeccionada con tablas o sobre una chapa, vamos volcando ordenadamente y con arreglo a la dosificación del hormigón que queremos realizar, los áridos y el cemento en seco. Este montón se volverá, como mínimo, tres veces al objeto de que el cemento se mezcle íntimamente con los áridos, cosa que reconoceremos cuando el montón haya tomado un color gris uniforme. Realizando esto se irá volteando, al mismo tiempo que otro obrero eche agua en pequeñas dosis; hasta conseguir la pastosidad común del hormigón y que reconoceremos mediante la prueba ya indicada. Las normas alemanas prescriben que para el volteo en seco, se mezclará separadamente la arena con el cemento y luego al montón resultante se le adicionará la grava, con lo que ya todo junto se procederá a nuevos volteos. Esto es comprensible, pues si el secreto de un buen hormigón es el que el cemento se confunda y mezcle uniformemente cuando más volteos en seco se den mayor será esta uniformidad.

CONFECCIÓN MANUAL DEL HORMIGÓN EN CUBETAS ESPECIALES Uno de los procedimientos que simplifica extraordinariamente la puesta en obra o el volcado del hormigón en zanjas, pozos de cimentación, etc., es la confección del mismo en cubetas especiales (Fig. 69), en donde puede hacerse el hormigón sin mas operaciones auxiliares que, como decimos antes, su puesta en obra, lo cual facilita la forma cóncava del sistema que estudiamos. Mezclaos a mano todos los elementos que integran el hormigón no es necesario trasportarlo a lugar alguno, ya que con un simple impulso, la cubeta bascula, pudiendo terminarse la operación mediante una batidera de palo largo, si es que TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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en el primer impulso no haya volcado todo y hubiera quedado dentro del aparato restos del material.

CONFECCIÓN MECÁNICA DEL HORMIGÓN Pero hoy en día y debido también a las amplias facilidades que las casas constructoras del material auxiliar para obras, conceden, es fácil que cualquier contratista de obras, por modesto que sea, posea una hormigonera con la que, no sólo se consigue que el esfuerzo humano sea menor al confeccionar el hormigón, sino que su rendimiento es mucho mayor. Hay varios sistemas de hormigoneras: desde las más sencillas, hasta el complicado castillete; pero las más usuales son los dos modelos que presentamos a continuación: Hormigonera de bombo oscilante: La figura 70 representa una hormigonera de este tipo, que suele ser de tamaño pequeño pero no más de medio saco de cemento. Como observará el lector en la figura, va dispuesta para motor, hincándose la plataforma del mismo, ya que a estas hormigueras se las puede adoptar, distintamente, bien un motor eléctrico o uno de gasolina. Las características técnicas de esta hormigonera son:  Capacidad del tambor, 160 litros. 3  Rendimiento, 3 a 4 m por hora.  Potencia del motor, 2 CV. Peso propio de la máquina, incluyendo el carro de transporte, 450 Kg. La mezcla del hormigón es debido a que el tambor donde van alojados los materiales lleva dispuesto unas palas fijas, las que, al girar, mezclan los componentes del hormigón, mezcla que será más completa cuando más rápidamente se consiga remover los materiales mediante el movimiento reseñado. El tiempo de amasado contado desde que ha terminado de cargarse el tambor hasta la descarga de éste, viene determinando por la velocidad de la máquina y el volumen del material que interesa mezclar. La velocidad del tambor (velocidad óptima, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del diámetro del tambor), por ello, la duración del a mezcla debe ser, en hormigonera de eje vertical (basculante del tambor) de 30 segundos en un tambor de un metro de diámetro. Y en hormigoneras de eje horizontal, 90 segundos con tambor también de un metro de diámetro. En hormigoneras de eje inclinado, 120 segundos con una cubeta de un metro de diámetro. Hormigoneras fijas de tambor giratorio: Estas hormigoneras llevan una tabla junto a la estructura de la máquina para recibir los materiales, canal inclinable con doble mando para descargar el depósito dosificador de agua. La figura 71 corresponde a una hormigonera del tipo que describimos. Se construye de diversos tamaños según capacidad del tambor. Estas máquinas son para obras de importancia, por su capacidad y rendimiento, proporcionado grande masas de hormigón con regularidad. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


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A continuación presentamos dos cuadros con las características de capacidad y rendimiento de las hormigoneras de tambor basculante y fijo más corriente utilizadas en España. HORMIGONERAS DE TAMBOR BASCULANTE TABLA 9 Fabricante

Modelo

Capacidad litros

Rendimiento en 8 horas m

Ferrovías y

22011

125

20

Siderúrgica

22014

180

24

“

22012

250

40

“

22013

325

48

El Medrano

160

160

24

“

300

300

48

H-1

160

32

“

H-2

160

47

“

H-3

265

64

“

G-2

160

32

Emira-10

200

65

“ 20

250

“

“ 40

377

“

“ 50

600

“

SHP.20

200

40

Jautor-250

250

42

27-C

270

56

27-SC

270

32

“

35-SC

350

40

“

35-C

350

64

“

Mipra

160

28

Mipra

300

72

OB

150

35

Guardiola, S.A.

El

material

industrial

C.A.

Huarte y Cía. Gumersindo García Luis Grasset

Metalúrgica San Martín “

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Florencio Gómez Es muy importante que para confeccionar el hormigón en la hormigonera, se echen en ella los diferentes elementos siguiendo exactamente este orden: 1° Agua 2° Cemento 3° Arena 4° Grava


SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001

Fabricante El Medrano “ “ Luis Grasset “ “ “ “ “ “ Ferrovías y Siderurgia “ Florencio Gómez “ “ “ “ “ “ “ Metalúrgica San Martín “ “ “ “

ENCOFRADOS FIERRERÍA HORMIGONERAS DE TAMBOR FIJO TABLA 10 2 Modelo Capacidad litros Rendimiento en 8 horas m Universal 500 Universal 750 Universal 1000 50-T 50-C 80-T 80-T 100-T 150-T 150-C 22031 22032 0 T-1 T-2 T-3 T-4 T-5 C-1 C-2 Roll-100 Roll-200 Roll-300 Roll-750 Roll-100

500 750 1000 500 500 800 800 1000 1500 1500 1000 1500 130 200 350 700 1000 1350 200 350 100 200 300 750 1000

184 272 360 80 80 144 144 176 288 288 160 240 35 48 80 160 240 320 48 80 24 48 72 184 240

Ya que, de no hacerlo así, el hormigón no saldría homogéneo y habría zonas en las que sobraría de un material y faltaría otro. Sobre todo hay que tener especial cuidado en echar el agua primero y su medida exacta, pues se ha dado el caso de que al adicionar agua, el hormigón ha salido bueno en su parte superior, quedando, en el fondo, completamente seco. Esto es fácil de comprender si se observa el trabajo de una hormigonera y la función de sus palas interiores, las que tienen por objeto impeler hacia arriba los elementos menos pesados consiguiendo confundir y mezclar todos los elementos uniformemente.

PUESTA EN OBRA DEL HORMIGÓN El hormigonado o puesta en obra del hormigón, lo llamaremos hablando de cimentación, relleno de zanjas. Consta de dos fases: El transporte desde el lugar de su confección y el lanzamiento propiamente dicho. El transporte puede hacerse mediante carretillas y, si se trata de obras de mucha importancia, mediante trenes de hormigonar, castilletes de distribución o cintas transportadoras. El lanzamiento tiene como remate el apisonado del hormigón, que se realiza mediante pistones, generalmente de hierro. Nos ha dado siempre un resultado práctico, consiguiéndose notables aumentos en el rendimiento del trabajo, volcar el hormigón directamente en las zanjas mediante una tolva de madera o chapa realizada al efecto (figura 72), y, sobre todo, para grandes extensiones a hormigonar, si se dispone de hormigoneras accionadas con motor a gasolina porque permiten un largo desplazamiento de los tendidos eléctricos.

MECHINALES Pero antes de echar en las zanjas de primeras cargadas de hormigón, se replanteará con sumo cuidado el lugar en que se hayan situado los conductos para aguas residuales, así como su altura. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Esto tiene por objeto el prever antes del mezclado de cualquier tipo de cimentación, no la colocación de los tubos, sino los huecos por donde han de introducirse los mismos, ya que, de otra manera, sería forzoso perforar la cimentación, lo que significaría un costoso trabajo además de la forzosa vibración producida por el mazo y el puntero, cosa no muy recomendable. Estos mechinales pueden dejarse sin perjuicio para el cemento de las dos formas siguientes: a) de madera b) de yeso Los de madera no son más que un pequeño encofrado realizado mediante cuatro tablas clavadas por su extremo y fijados en la masa de hormigón mediante el mismo. Estos tienen el inconveniente de que, si el cimiento o la situación de los mismos es profunda, costará trabajo recuperar las tablas, por lo que nosotros siempre hemos preferido lo de yeso. Con yeso corriente, se hace un macizo cilíndrico con diámetro un par de centímetros mayores que lo que luego tenga el tubo y de igual longitud que el ancho del cemento. Una vez fraguado y endurecido el yeso se coloca en sentido transversal a la zanja y en el lugar indicado por los planos, y se hormigona tranquilamente, para después cuando convenga, perforar fácilmente, con cualquier herramienta puntiaguda, este yeso. Lo que se conseguirá a los pocos momentos, teniendo el conducto perfectamente logrado. El que recomendamos que se haga un par de centímetros mayor que el tubo, es con el fin de contar con la holgura necesaria para introducir cómodamente después los conductos.

UNIONES DE HORMIGÓN INTERRUMPIDAS Ocurre diariamente que en el relleno de zanjas, bien por terminación de jornada de trabajo, o bien por traslado de tajo, etc, se interrumpe la construcción de un cimiento, que no obstante y pasada esta circunstancia transitoria será necesario continuar. Para ello, a fin de establecer en lo posible su continuidad monolítica, esta interrupción no se dejará con el talud natural que forma el hormigón ni mucho menos en su plano inclinado (figura 73), sino que se tomará ciertas precauciones que conviene reseñar.Calculado el espacio en que acabaremos de hormigonar, con unas tablas de encofrar haremos un encorado en forma de línea quebrada (Fig. 74) o si se considera más fácil en forma de V (Fig. 75), que fijaremos en las zanjas mediante unos pequeños codales, cuyo encofrado se podrá retirar en el momento en que el hormigón haya tomado algo de consistencia. Si al reanudar la cimentación consideramos que la cara o caras con las que se mantuvo en contacto con el encofrado quedarán lisas o casi enlucidas, se salvará, en parte, esta dificultad picando las superficies correspondientes y vaciándolas después con abundante lechada de cemento puro. Caso de que su continuidad sea en sentido ascendente, se anclarán unas piedras tal y como se indica en la figura 75; pero sin olvidar la lechada dicha anteriormente, precaución a tomar no solamente en cimientos, sino también en cualquier estructura en la que el hormigón sea el material preponderante de relleno.


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PROTECCIÓN CONTRA LA INTEMPERIE Aparte de los agentes químicos (de los que haremos mención en el último capítulo de la presente monografía) los enemigos del hormigón son las variaciones de temperatura y, más concretamente, las heladas y el calor excesivos. Las temperaturas muy bajas retrasan el fraguado, debiendo suspenderse esta operación cuando el terremoto marque 4°. Algunos autores aconsejan que si a una temperatura de 0° es necesario continuar hormigonando, se añada a la masa aditivos tales como el cloruro de calcio en una proporción en peso del 4 al 5 por 100, o bien se calienta el agua de amasado; pero estos procedimientos tienen el inconveniente de disminuir la resistencia mecánica del hormigón. No obstante y si por la noche pueden preverse heladas deberá protegerse el cimiento mediante paja, tierra, sacos, etc. A los 7 días de endurecido un hormigón el peligro de heladas ha cesado por completo. En las altas temperaturas de 35 a 40° es más práctico dejar de hormigonar, pero se insiste en ello, convendrá resguardar el cimiento del sol por medio de sacos, ramas, etc., sobre los que continuamente se tendrá un ambiente de humedad mediante riesgos continuos. Como dato curioso diremos que tanto el aspecto de bufado (calor) como el de halada, no se diferencian nada en absoluto. HIERROS “EN ESPERA” En un edificio de estructura de hormigón armado, pero cuya cimentación corrida se haya resuelto con hormigón en masa, la unión de ésta y los pilares se resuelve mediante las “esperas”, cuya definición corresponde al argot de albañilería. Estos hierros, embutidos en la cimentación y sobresaliendo por encima de la rasante de la misma, tienen como misión la de unir toda la estructura, por lo que estos hierros y aun respondiendo al cálculo deberán tener un par de diámetros más que el que le corresponda al pilar. La situación exacta de los mismos es como se presentan en la Fig. 77 (plata) y Fig. 78 (sección) o sea la parte embutida en hormigón (no menos de 69 cm) deberá ser igual a la que se eleva por encima del nivel del mismo. Si el replanteo del edificio se ha realizado por el sistema de camillas la colocación de los esperas se realizará fácilmente si efectuamos la colocación (cosa que de otro modo no sería posible) antes de que el hormigón se endurezca, es decir que el momento justo de su colocación es cuando éste comienza su fraguado. De camilla a camilla (Fig. 79) se tiran los cordeles en cuyo centro se formará un cuadrilátero que será el pilar, y para lo cual habremos descontado los gruesos de recubrimiento. A más los gruesos de los hierros del pilar, posteriormente será fácil introducir los hierros en el hormigón, auxiliándose de una maceta haciéndoles pañear con los cordeles fijados anteriormente. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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CIMIENTOS CON HORMIGÓN ARMADO En edificios muy cargados y en suelos movedizos a los que, por su constitución geológica, para dar con el firme es preciso ir a grandes profundidades, se hace necesaria la utilización del hormigón armado para la cimentación. El hierro que se utiliza en hormigón armado, es el llamado acero dulce y también hierro siemens que se presenta en forma de varilla de sección redonda suministrándose en los calibres de 5 a 40 mm, aunque los más utilizados en la construcción son 5, 6, 7, 8, 12, 14, 18, 20, 22, 24, 25, y 30. La prueba o ensayo del hierro en obra, puede hacerse mediante el doblado en frío sobre otra barra de doble diámetro (Fig. 80) sin que aparezcan grietas ni señal alguna de rotura. La característica primordial el hormigón armado es la perfecta colaboración que existe entre los dos elementos para soportar toda clase de fatigas, estándole reservada al hormigón los esfuerzos de compresión mientras que el hierro absorbe los de tracción. Algunos autores aconsejan que las armaduras se introduzcan en los encofrados libres de óxido o herrumbre, pero la práctica diaria demuestra que puede ahorrarse este trabajo ya que, en varias ocasiones que no se ha limpiado, al efectuar demoliciones, las armaduras salieron completamente intactas y casi pulidas. Pero lo que sí es imprescindible es que la armadura esté lo suficientemente envuelta en hormigón para que los agentes exteriores no provoquen su oxidación. Este recubrimiento de unos 2´5 centímetros como mínimo, debe preverse de antemano, pues en caso contrario puede venir la ruina (o al menos grietas peligrosas) en la obra y precisamente por oxidación de la armadura. Es decir, que en rigor no importa que la armadura se utilice oxidada, sino que, posteriormente debe evitarse su oxidación.

COLOCACIÓN DE LAS ARMADURAS La colocación de la armadura de pilares, pude hacerse cuando el hormigón de la cimentación ya está endurecido. Deberá encajar perfectamente en los cuatro hierros “en espera” a los que se asegurará mediante ligaduras efectuadas con alambre de atar.

BANCO FERRALLISTA Actualmente existen máquinas que con un mínimo esfuerzo doblan el hierro automáticamente, aunque éste sea de gran calibre (Fig. 81). Esta máquina va montada sobre chasis de ruedas para facilitar su trasporte a aquellos puntos de la obra en que convenga situarla. Para su accionamiento consta de un pedal y dispositivos para su mando a mano. Después de haber doblado un hierro adquiere automáticamente su posición inicial, y puede doblarse tanto hacia la derecha como hacia la izquierda sin necesidad de cambiar su dispositivo, lo cual supone el ahorro de personal especializado en el trabajo del hierro. Se construye en tres tipos, SINDO la mayor la que es capaz de doblar en frío hasta redondos de 50 mm, siendo accionada por un motor eléctrico de 4 CV, y tiene un peso propio de 1,500 kg.


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Otras máquinas de pocas pretensiones son las dobladoras a mano, las qué, por ser de sobra conocida no reseñamos y las que también son sustituidas por el banco de ferrallista, que es como si dijéramos lo más elemental en esta clase de trabajos. Con un par de tablones fijaremos mediante puntas clavadas de oído a unas barraquetas corrientes, de andamio, formaremos un buen banco de ferrallista. Para el doblado del hierro, en uno de los extremos clavaremos unas puntas gruesas sin cabeza o mejor aún unos recortes de hierro de calibre 5 u 8 en las que se ha practicado una aguzadura, en sentido diagonal a la barra y tal como se dispones en la figura 82; para después y con los grifos correspondientes se hará el doblado. Para que el hierro se mantenga rígido convendrá situar espaciadamente y a lo largo de la varilla, unos hierros iguales a los descritos en forma de tresbolillo (misma figura). Para el doblado de los hierros de compresión bastará hacer una plantilla, aunque en realidad y tal es la pericia de muchísimos ferrallistas que con sólo este artefacto hemos visto realizar obras de gran envergadura.

LIGADURAS Ya hemos enunciado antes que el atado o ligaduras se efectuarán en las armaduras de hormigón armado mediante el alambre de atar, que no es más que un alambre arrollado. Para ello hay también atadores mecánicos (figura 83), los cuales ahorran un 80 por 100 de mano de obra, efectuando de 3.000 a 1.500 atados por hora, según sea más o menos grande el aparato. Las ligaduras a mano, se realizan pasando el alambre de manera que la ligadura presente la forma de cruz de San Andrés, la cual se fijará mediante la tenaza, dando vueltas al alambre y tensándolo mediante leve apoyo de la cabeza contar el hierro de la armadura. La operación se termina cortando el alambre sobrante, cuidando de que no sea al mismo tipo de la armadura, ya que de esta forma se disminuirá el atado, todo lo cual se muestra gráficamente en la figura 84.

CIMIENTOS CON FABRICA DE LADRILLO Si por cualquier circunstancia, final de jornada, etc., hubiera necesidad de interrumpir la construcción del cimiento convendrá dejarlo en superficie escalonada o mejor aún con entrantes y salientes a modo de dientes, pues de este modo al continuar los trabajos se conseguirá una más perfecta trabazón y continuidad (Fig. 86). Para terrenos eminentemente secos y para edificios de tipos chalet o casita de campo, no hay inconveniente en construir la cimentación con ladrillo macizo o mejor aún con el ladrillo denominado “gafa” que es el que tiene dos agujeros en el centro en forma de óvalo. Este ladrillo tiene la ventaja de que, al introducirse el mortero por los referidos agujeros, éstos se opondrán al deslizamiento con mucha más firmeza que los corrientes. El ladrillo deberá estar bien conocido, no tendrá TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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caliches y sus superficies deberán presentar un aspecto rugoso. Toda su masa será de composición homogénea. La prueba práctica de la calidad del ladrillo se hace frotando uno contra otro, pues si está bien cocido sus superficies permanecerán inalterables mientras que, en caso contrario, su masa se desmoronará. Otra prueba consiste en golpearle con un objeto duro, debiendo el sonido resultante ser agudo, metálico. La cimentación con ladrillo se ejecutará con arreglo a las normas existentes para los muros previniendo y dejando los pasos correspondientes a las tarjetas, las que se construirán mediante pilastra haciendo, como dintel de las mismas, una cuantas vueltas a modo de arco de descarga. Antes de su puesta en obra, los ladrillos deberán ser regados con abundancia y puestos sobre las hileras a restregar sobre buena pasta de mortero y, mejor aún, vaciando el cubo por entero y extendiéndole con la paleta. El aparejo más indicado es “a la española”, o sea a tizón con juntas encontradas. Si las paredes de las zanjas con respecto al grueso de la cimentación lo permiten, se dispondrán las miras correspondientes y en todo caso se verificará el nivel, pero nunca se hará en forma que éste apoye directamente en las hiladas, sino en una regla larga, tal como se enseña en la figura 85. Durante el tiempo que dura el fraguado del mortero se mantendrá la cimentación en un bien ambiente de humedad mediante riesgos. Los tendeles no deberán ser excesivos, procurándose un grueso de juntas entre los 5 y los 12 milímetros. En los cimientos escalonados de fábrica de ladrillo, el ancho se aumentará siempre en medio ladrillo, de modo que cada lado cuente con un sobrando de ¼ de ladrillos. En las paredes medianeras se da todo el sobreancho, de ½ ladrillo, en el lado interior. De este modo los escalos serán:  Fábrica de ladrillo con cal y ensanche en ambos lados, 2 hiladas.  Fábrica de ladrillo con cal y en un solo lado, 4 hiladas.  Fábrica de ladrillo recocido o de máquina, 1 a 2 hiladas. El escalón inferior se construye, en general, una o dos hiladas más alto, ya que en la hilada inferir, por estar colocada sobre el terreno, a veces eficiente, no se puede contar con la misma resistencia y distribución de fuerzas que en la hilada superiores. Las figuras 87 y 88 ilustrarán estos conceptos.

CIMIENTOS CON PIEZAS PREFABRICADAS En Bogotá, y en el Centro Interamericano de Viviendas se desarrollaron unos interesantes estudios, con carácter de ensayo, al objeto de dotar las viviendas de un tipo de cimentación con piezas prefabricadas. Describimos este tipo de cimiento prefabricado en las figuras siguientes: Fig. 89. Excavación realizada, a la manera tradicional. Fig. 90. En el fondo de la zanja, relleno de arena de 10 cm de espesor y sobre la misma una barrera capilar de asfalto. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Fig. 91. Cimentación de bloques huecos, dirección en forma de trapecio que facilita la transmisión de la carga al terreno. Fig. 92. Sobre los bloques huecos de la cimentación se indica la construcción del muro, también de bloque huecos. Fig. 93. Con el relleno de tierra la cimentación queda terminada. Otro tipo de cimentación prefabricada, es el realizado por los franceses, de cuya construcción dan idea las figuras siguientes:


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Fig. 94. El bloque hueco que constituye el cimiento en mutua ligazón con el panel, también prefabricado, es izado por una grúa y colocado en el lugar correspondiente. Fig. 95. Detalle constructivo del cimiento con la pared incorporada al mismo, mostrando los mechinales por donde se inyecta el cemento y donde se aprecia también la ubicación de la cubierta y el cielo raso. Fig. 96. Cimentación prefabricada continua de cerámica precomprimida de Freyssinet.

ENCOFRADOS Aunque a simple vista sea una paradoja muchas veces nos hemos visto obligados a encontrar parte o toda de una cimentación. No siempre los terrenos son sensiblemente horizontales, sino que, por el contrario, presentan pequeñas ondulaciones, donde no merece la pena realizar una cimentación escalonada, y es entonces cuando, para continuar el nivel de la cimentación, se impone el encofrado. En las figuras 97 y 98 se muestra un ejemplo de lo dicho, cuya orientación suele bastar con unos cuantos tableros y, si acaso, algún tornapunta, ya que el propio terreno hará las veces del mismo. Como norma general para la preparación de los tableros, diremos que los barrotes extremos de los mismos no se disponen a ras de los extremos de las TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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tablas, sino remitidos en un espesor de tabla. Todas las cruces de barrotes extremos y tablas se aseguran con dos clavos, los de barrotes intermedios, con un solo clavo. Los clavos se colocarán de modo que la distancia al borde de la tabla en dirección a la fibra, sea por lo menos de 10 diámetros del clavo y transversalmente a la fibra de 5 diámetros. Con esto no solo trata de evitarse que se raje la madera, sino que también se procura buen asiento a la cabeza de los clavos y, por lo tanto, eficacia estática. Si un clavo se encuentra muy cerca de la testa de la tabla, un esfuerzo de tracción en sentido de la fibra no encontraría resistencia delante del clavo y se abriría la madera. Por eso dejando por lo menos 10 diámetros al final de la tabla, se tendrá madera suficiente para oponer resistencia al esfuerzo de cortadura ejercido por el clavo. El consejo de situar el clavo a 5 diámetros al borde de la tabla en sentido vertical a la fibra, lo justificamos porque un clavo es como una cuña que tiende a separar la fibra de la madera y para que quede fuera es necesario que encuentre en la tabla la resistencia suficiente. Tampoco los clavos deben clavarse muy próximos entre sí, pues cada uno de ellos acentuará en este caso el efecto de cuña de su compañero corriendo el riesgo de hendir la madera o de que los clavos no queden firmes y asegurados. Dado el caso anterior de cimentación, con las indicaciones que acabamos de dar para la confección de tableros, realizaremos las mismas, para uso repetido, con arreglo a la figura 90. También puede suceder que para alcanzar la cota que nos indique el plano de cimentación, esta “salga” fuera de la rasante del terreno y entonces el encofrado se hace un poco más complicado en cuanto a su arriostramiento se refiere y que estudiaremos seguidamente. Como las tablas de los tableros resultan fatigadas por flexión y los barrotes son los destinados a recibir el empuje, es decir a impedir la flexión de las tablas, es preciso elegir la distancia del embarrotado de acuerdo con los esfuerzos que se presente y cuya distancia limite debe ser la de 60 cm. También en principio, obtendremos un ahorro notable en la clavazón si disponemos el embarrotado de los tableros de forma que estos se hinquen en el terreno (Fig. 100). Se aseguran solo con un clavo a la tabla superior del tablero y, circunstancialmente, alguna tabla que no siente bien para evitar escapes de hormigón e imperfecciones en los parámetros. Hay muchas maneras de arriostrar los encofrados, pero la que ha nuestro juicio es la más conveniente, tanto en el orden técnico como en el económico, es la representada en la figura 101. Las correas las haremos con cuadrillo de 10 x 10 cm; estas tienen por objeto absorber más aun el empuje a flexión, ya que suponemos una cimentación de alguna importancia. Cada 80 cm. longitudinales, dispondremos de latiguillos con hierro de  5 mm (estos latiguillos, una vez desencofrados, se cortarán a ras del hormigón, aunque hay también quien acostumbra a doblar el hierro sobrante con el que el elemento adquiere algo más de consistencia) que terminaremos de tensar mediante cuñas. A excepción de las carreras y estacas, se puede utilizar tabla de 10´5 x 2´5 cm. Los codales, que en realidad no son más que escotillones con el ancho exacto de lo que ha de ser la cimentación y que hay que ir quitando a medida que avanza el relleno de cimientos, los fijaremos TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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provisionalmente con clavos sin embutirlos totalmente en la madera para su fácil extracción. Dando a las tablas un filo de cierra en su mitad obtendremos los codales. La longitud de los tornapuntas depende de la altura de los cimientos y de la distancia de las estacas a los tableros. El tornapunta debe quedar con inclinación de 45 a 60° y su pie clavado en un costado de la estaca. Para completar la rigidez o arriostramiento del tornapunta es preciso triangular la unión con una solera o riostra. Esta es una pieza horizontal o muy inclinada que va del pie del tornapunta a la base del barrote y va clavada a la estaca. Nunca se clavará el tornapunta y la solera al mismo lado de la estaca, sino uno por la derecha y otro por la izquierda, con objeto de que la estaca trabe mejor. Disponiendo los tornapuntas de este modo y colocando bien las carreras y latiguillos, se obtendrían encofrados con estabilidad perfecta. BÓVEDAS Cuando para encontrar un terreno firme sobre el que asentar el edificio debe excavarse profundidades superiores a los 2 m, desde el punto de vista económico no es aconsejable el cimiento continuo y es entonces cuando se recurre a la cimentación llamada discontinua. Cimentación discontinua es aquella que está formada por una base previa de pilares o bóvedas, sobre la que se establece la obra de fábrica; o sea que en vez de efectuar la excavación en zanja, se procede: 1° A la construcción de pozos de cimentación que estarán separados unos de otros, como máximo de 3 a 4 m. El material de relleno de estos pozos, es el hormigón. También se puede utilizar el ladrillo. 2° Construcción de arcos entre pozo y pozo de cimentación. Estos arcos son de obra de fábrica o de hormigón, llamados usualmente arcos de descarga. 3° Cimentación continua sobre la base formada, con obra de fábrica corriente. Los pozos se procurarán distribuir entre los puntos más cargados (ángulos, entre paños, etc.), pueden tener sección rectangular. El relleno de los pozos con hormigón se efectúa por capas sucesivas de 20 a 30 cm bien apisonadas. Las cimbras de los arcos de cimentación las forman el terreno mismo, para lo cual se acondiciona el terreno mediante riesgos y apisonado. Los arcos pueden ser: de medio punto (véase figura 23), rebajados o elíptico, aplicándose estos últimos cuando los pozos estén muy distanciados unos de otros, en cuyo caso es necesario unirlos en los arranques con una varilla de hierro para compensar empujes, como puede verse en la figura 24 del primer capítulo.

BOVEDAS INVERTIDAS Una forma de repartir la presión de pilares aislados al terreno, es la construcción de bóvedas invertidas cuyos arranques están bajo los zócalos de los distintos pilares de cimentación, tal como se indica en la figura 27 del primer capítulo. Esta clase de tipo de cimentación sirve para sustituir a las lozas y vigas de hormigón armado, y hoy en día casi no se emplean. No obstante, esta clase de bóvedas se pueden colocar como sostén parcial de la obra o en toda la extensión de su superficie, en cuyo caso es necesario que se proyecte para aguantar fatigas longitudinales que producen las bóvedas. Especialmente en sus arranques, para lo cual se colocan (como anteriormente dijimos) tensores bien protegidos contra la oxidación. Un caso concreto de construcción de bóveda invertida puede ser un puente de ferrocarril cuyas sobrecargas de trenes, no es imposible transmitir al terreno solamente mediante las pilas y estribos, sino que es necesario la superficie adicional de la bóvedas invertidas, cosa que también permitirá reforzar las pilas y el arco superior. Este sistema de cimentación que estudiamos, adolece del defecto que si los asientos son desiguales, la propia acción de la bóveda no tiene lugar, pudiendo agrietarse, con el inconveniente de la falta de ligazón de conjunto.

ZAPATAS Se da el nombre de zapatas, a los zampeados escalonados que gradualmente pasan, del grueso del muro, al nivel de mayor superficie de sustentación, lo que ya se estudió debidamente en el apartado sección escalonado y a la cual remitimos al lector.


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ZAPATAS ARMADAS Las zapatas armadas pueden construir un sustitutivo del emparrillado y tienen como finalidad repartir la carga en una mayor superficie. En rigor no es más que una losa armada como puede verse en la figura 102.

CIMENTACIÓN SOBRE ARENA Cuando el terreno es arenoso el mejor sistema es el pilotaje, pero sus características ya las veremos más adelante al tratar este tema. Ahora vamos a estudiar la arena como base de sustentación. La arena se ha empleado bastante como cimentación: ejemplo: depósitos de palastro para gasolina. Pero para ello es necesario que el terreno reúna 2 características esenciales: que no sea demasiado blando (pues la arena se hundiría poco a poco en el mismo) y que esté al abrigo de corriente de agua pues la arrastraría. Para realizar una cimentación de arena se comienza efectuando una excavación de unos 75 cm. Posteriormente, echaremos la arena por capas sucesivas que se irán apisonando con objeto de que la misma se introduzca en las paredes laterales de la zanja. La cimentación de arena presenta la ventaja de lo reducido de su coste y la de que reparte uniformemente la carga del edificio. El procedimiento anterior indicado es muy antiguo, usándose aun en la actualidad. Se basa (Fig. 103) en que la presión del cimiento sobre la arena se trasmite al suelo según una pirámide truncada cuyas caras están inclinadas a 45°, con lo que la superficie del asiento del cimiento C se amplía. La letra D corresponde a la altura del relleno de la arena,, el cual se puede mejorar mediante un apisonado mecánico.

CIMENTACIÓN SOBRE FANGO La cimentación sobre terrenos fangosos, es de especial interés, ya que muchas veces es necesario afrontarlas en labores portuarias. Estos terrenos tienen asientos enormes y a veces verdaderos hundimientos, tales como un dique que se construyó en La Spezia (Italia) el cual se apoyaba en un lecho de fango y el que, al término de 4 años, descendía 18 metros en algunos puntos. Estos hundimientos de fundaciones pueden aminorarse interponiendo entre fango y el cemento una gruesa capa de arena que oscile entre los 2´50 y 3 m de altura. Sistema del que quedó prácticamente demostrada la eficacia, pues en el mismo terreno del puerto de la Spezia se construyó después en esta forma y en los 16 años de terminada la construcción sólo se nota un asiento de 80 cm como máximo. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Pero el sistema más generalizado, es el que se ejecuta mediante el emparrillado, el cual (Fig. 104) es una construcción de largueros de madera de encina dispuestos en sentido horizontal y transversal sobre las cuales se establece una plataforma del mismo material. El emparrillado debería tener una superficie algo mayor que la del edificio pero en la práctica se limita la construcción del emparrillado a la superficie ocupada por muros, aunque con mucha más anchura para mejor repartir su carga. Entre los emparrillados se coloca tierra apisonada, a la vez que se une por medio de largueros. Los travesaños van debajo y son de 20 a 30 cm de espesor. En la unión de cimientos de 2 alas contiguas, los largueros de una de ellas se prolongan por encima de la otra (Fig. 105). Cuando existe desigualdad en el asiento de las cargas, es fácil la aparición de grietas por flexión de los maderos, lo que se evita enlazando los diferente cimientos con arcos de descarga y ampliando los mismos con zapatas (Fig. 106). Actualmente, en la construcción de los emparrillados, se emplea, más que la madera, el hormigón armado, en forma de losas ya descritas, o formado por un grupo de vigas metálicas paralelas entre sí y tubos intermedios para su fijación y correcta distribución, tal y como se ve en la Fig. 107, la que representa el emparrillado de los apoyos de las columnas del rascacielos Empire State de New York.


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CIMENTACIÓN EN EL AGUA Como luego veremos, éstas se realizan mediante ataguías, tablestacas, etc., pero para aquellos lugares en que las profundidades sean excesivas, la cimentación se realiza mediante cajones sin tapa, llamados cajones flotantes, los que son construidos en tierra y botados al agua de forma análoga como cualquier embarcación. Estos cajones pueden ser construidos de hormigón armado y acero. Emplazando el cajón que nos referimos en el lugar exacto, y utilizando arena como lastre, se va sumergiendo mediante una guía de pilotes, con el fin de que llegue al fondo en su posición correcta, donde se le asegurará mediante anclajes. El suelo que haya de soportar el cajón deberá ser horizontal. Dicho terreno se prepara con excavadoras, o bien haciendo un terraplano con arena. Los grandes cajones flotantes se dividen interiormente en compartimientos, tanto en sentido horizontal como transversal, con objeto de dotarlos de mayor resistencia, de todo lo cual da una idea las figuras 108 (alzado) y 109 (planta). En las cimentaciones en el agua también se emplea el sistema denominado sobre escalera, el cual consiste en que una vez realizada la superficie de asiento por medio de dragas, se lanzan al agua bloques de piedras u hormigón, sobre los cuales se establecen las fundaciones (Fig. 110).

ATAGUÍAS TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Con objeto de que un terreno anegado se pueda construir una cimentación, se disponen ataguías (también conocidas con el nombre de diques). El sistema consiste en formar un empalizado o recinto cerrado lo suficientemente impermeable para que el agua, una vez sacada de este recinto, no pueda penetrar otra vez y dificulte las faenas de excavación. El sistema más elemental es el formado por un terraplén de tierra apisonada (Fig. 111) la que, para la formación del recinto, dependerá de su calidad, así como de su espesor, de su apisonado y del movimiento que tengan las aguas. A título de orientación podemos indicar que para aguas tranquilas y de profundidades no mayores a un metro, si se emplean tierras arcillosas dan buenos resultados estas ataguías, construyéndose con un ancho en la parte superior igual a la profundidad del agua. El ancho de la parte inferior depende de talud natural de la tierra a emplear. Cuando la altura del agua sea superior a un metro, será necesario reforzar el sostén de tierra con una pared de madera, que puede situarse en el centro como en la figura 111; de tras del montón de tierras (Fig. 112), apoyada a la pared por un tornapuntas, o como en la figura 113, en que la pared de madera está en contacto con el agua, suprimiéndose el tornapuntas. Las estacas acostumbran a ser de 0´18 a 0´25 m de diámetro colocadas a la distancia de 1 a 1´25 m y enlazadas por los tablones con travesaños (Fig. 14). La ataguía con doble pared de madera forma un cajón que se rellena de tierra. En la figura 115 puede verse un esquema de las ataguías de este tipo. Como se observará, está formada por dos paredes continuas de tablones, situados a 2´25 m de distancia, con una serie de estacas externas bien incrustadas en la tierra. La forma de colocar los tablones depende de la finalidad que se persiga; si se trata de conseguir solamente el apoyo de la tierra, se coloca uno al lado del otro como en la figura 116. Cuando a demás del apoyo interesa la impermeabilidad se


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ensamblan los tablones en la forma que se indican en las figuras 117 y 118. Este tipo de sostén es muy utilizado para alturas de agua de 3 a 3´50 m.

Cuando la altura de agua es superior a 3´50 m el tipo de dique o sostén que se utiliza es el de escalera que consiste en una serie de diques adosados de diferentes alturas. En la figura 119 pude observarse un muro ataguía con dos escalones para una altura de 5 m, relleno de arena.

La arena se emplea en lugar de tierra, cuando se teme que pueda haber infiltraciones de agua.

TABLESTACAS También los tablestacados son paredes formados por tablones unidos por travesaños y terminados en punta que se hincan en el terreno, tal como puede verse en la figura 120 en la que se observa que hay unos tablones que se hincan más profundos haciendo las veces de pilotes. Para evitar el desplazamiento que los empujes pueden ocasionar sobre el tablestacado se unen mediante costillas de perfiles laminados o con las puntas ensambladas como anteriormente indicamos al referirnos a las ataguías. El fin primordial de las tablestacas es asegurar TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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las paredes contra los desprendimientos antes de iniciar la excavación, cuando, por alguna razón exista agua subterránea en el lugar de la obra.

CAJONES INDIOS El método indio se ejecuta mediante pozos de ladrillo u hormigón. Los de fábrica de ladrillo, generalmente circulares, tienen la ventaja, dado su peso, de que su descenso puede hacerse sin piezas suplementarias; simultáneamente puede efectuarse su prolongación con el descenso. Según se va ejecutando, los muros de fábrica de ladrillo deberán sobresalir de la tierra lo necesario para que, al descenso inmediato, puedan resistir la presión del terreno y el muro sobresalga algo de la superficie. Con una corona triangular de madera o un corte de acero, quedará protegida la parte inferior de la pared, que es la que se abrirá paso en el terreno durante su hinca. Hay un inconveniente en la hinca de estos pozos y es que como son circulares, tienen la tendencia a girar sobre su eje lo que produce desplazamiento de la dirección vertical que interesa dar. La dimensión de los pozos es proporcionar a las cargas que deba soportar, así como a la resistencia del suelo, aunque no se tengan en cuenta las fuerzas de razonamiento entre las cajas y la tierra. Para la construcción de estos pozos se adoptarán grandes dimensiones, pues es preferible construir pocos muros de este tipo a muchos de dimensiones más pequeñas. Los muros serán construidos con fábricas de ladrillo prensado o recosido, recibida con mortero de segmento de fraguado rápido. Su paramento exterior, en roce con la tierra, deberá ser enlucido a fin de disminuir el rozamiento. Con objeto de aumentar el peso se harán más gruesas las paredes por su parte interior siempre que haya espacio suficiente. Cuando el suelo esté formado por estratos de distinta naturaleza que oponga al rozamiento resistencia variable puede armarse la pared sobre una columna en la que se ancla, evitándose con ello que el pozo se destruya por disminución brusca de rozamiento. En la actualidad y por sus inconvenientes y muchas dificultades no se usa este procedimiento, prefiriéndose otros sistemas de cimentaciones tales como pilote, aire comprimido, etc., que lo ha desplazado por completo, y es raro que cualquier tratado de técnica constructiva moderno, lo incluya en su índice.


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CÁLCULO DE DIMENSIONES CALCULO DE LA ARMADURA DE UN CIMIENTO: Dado el carácter eminentemente práctico de la presente monografía, y con el deseo de que la misma llegue a aquellas personas que por razón de su oficio no hayan penetrado nunca en los intricados laberintos de las fórmulas matemáticas, las eludiremos en lo posible, resolviendo la mayoría de los casos, mediante sencillas operaciones aritméticas, o mediante tablas, como las presentadas a continuación. Con las mismas resolveremos, en un instante, la losa cuadrada que necesitamos, el mínimo hierro y el calibre de que está compuesta la armadura; su espesor, y la carga admisible que la losa resistirá, teniendo en cuenta la resistencia que por centímetro cuadrado tiene un terreno.

TABLAS PARA EL CÁLCULO DE LOSAS DE HORMIGÓN ARMADO PARA CIMIENTOS Resistencia del terreno = 0´5 kg/cm Dimensiones de la losa metros 1´50 1´75 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_

x x x x x x x

1´50 1´75 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_

0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

x x x x x x x x x x x x

0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

N° barras cruzadas, cantidad y diámetro

Carga máxima admisible en kgs.

25 25 28 30 30 32 38

5 de 12 Ø mm. 6 de 15 Ø mm. 7 de 18 Ø mm. 7 de 18 Ø mm. 9 de 18 Ø mm. 11 de 18 Ø mm. 10 de 22 Ø mm.

10.000 12.000 19.000 22.000 24.000 30.000 36.000

Espesor de la losa cm.


Carga máxima admisible en Kgs.

25 25 25 28 32 38 38 40 45 48 50 55

3 de 12 Ø mm. 4 de 12 Ø mm. 6 de 12 Ø mm. 7 de 15 Ø mm. 7 de 18 Ø mm. 9 de 18 Ø mm. 8 de 22 Ø mm. 9 de 22 Ø mm. 8 de 25 Ø mm. 11 de 25 Ø mm. 10 de 28 Ø mm. 11 de 28 Ø mm.

7.500 10.000 13.500 21.000 30.000 40.000 46.000 52.000 65.000 80.000 95.000 112.000

2

Resistencia del terreno = 1´50 Kg/cm Dimensiones de la losa metros 0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50


0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

TABLA 11


Resistencia del terreno = 1 Kg/cm Dimensiones de la losa metros

2

TABLA 12

2

TABLA 13




25 25 25 32 35 42 42 46 50 55 60 62


12.500 16.000 20.000 32.000 46.000 62.000 71.000 80.000 100.000 124.000 150.000 160.000


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Resistencia del terreno = 2 Kg/cm Dimensiones de la losa metros 0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

x 0´90 x 1´_ x 1´25 x 1´50 x 1´80 x 2´_ x 2´25 x 2´50 x 2´75 x 3´_ x 3´25

2

25

TABLA 14




25

6 de 12 Ø mm.

16.000

25

9 de 12 Ø mm.

21.000

28

11 de 12 Ø mm.

28.000

35

10 de 15 Ø mm.

43.000

40

10 de 18 Ø mm.

62.000

45

13 de 18 Ø mm.

84.000

47

11 de 22 Ø mm.

95.000

50

13 de 22 Ø mm.

109.000

55

10 de 28 Ø mm.

137.000

62

12 de 28 Ø mm.

168.000

68

15 de 28 Ø mm.

200.000

72

17 de 28 Ø mm.

238.000




25 25 30 38 42 45 52 55 60 68 72 77


20.000 27.000 35.000 55.000 78.000 90.000 120.000 137.000 173.000 212.000 255.000 300.000




25 30 32 40 45 50 55 62 65 70 77 80


24.000 32.000 42.000 66.000 94.000 110.000 146.000 185.000 208.000 256.000 308.000 336.000

x 3´50 2

Resistencia del terreno = 2´5 Kg/cm TABLA 15 Dimensiones de la losa metros 0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50


0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

Resistencia del terreno = 3 Kg/ cm Dimensiones de la losa metros 0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50


0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

2

TABLA 16


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Resistencia del terreno = 4 Kg/cm Dimensiones de la losa metros 0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50




28 32 35 40 50 52 60 67 70 77 85 87


32.000 43.000 56.000 88.000 126.000 148.000 196.000 250.000 280.000 345.000 415.000 454.000




30 32 35 42 50 55 62 70 72 80 87 90


40.000 54.000 71.000 111.000 159.000 186.000 247.000 316.000 354.000 435.000 525.000 573.000

Resistencia del terreno = 5 Kg/cm

0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´ _ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50


TABLA 17 N° barras cruzadas, cantidad y diámetro

0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

Dimensiones de la losa metros

2

26

0´90 1´_ 1´25 1´50 1´80 2´_ 2´25 2´50 2´75 3´_ 3´25 3´50

2

TABLA 18

FÓRMULA RANKINE Uno de los procedimientos sencillos para saber si una cimentación o, mejor dicho, el terreno, soportará o no el edificio que pensamos construir y que nos determinará, por medio del cálculo, la 2 cantidad de kilos por cm , es la fórmula de Rankine, cuya expresión es: P=Hxdxk En la que: P H d k

2

es la carga cifrada en kilos que un terreno puede soportar por cm . la profundidad en metros de la cimentación. el peso de la tierra en toneladas por metro cúbico (también densidad). es un coeficiente constante hallado según el ángulo de rozamiento o talud natural del terreno.

La tabla número 19, en la que se expresan los valores d y k, ayudará al constructor en cuantos problemas de cimentación le salgan al paso. Su manejo es sencillísimo, como se verá luego.




COEFICIENTES PARA LA FÓRMULA RANKINE Naturaleza de terreno

TABLA 19

Valor d T/m

Tierra franca Gravilla humedecida Greda y arcilla compacta Afirmado humedecido Terrenos muy asentados Agua Tierra vegetal ligera y húmeda Cieno fluido Arena pura y seca Arcilla humedecida

1´50 1´85 1´90 1´60 1´80 1´_ 1´40 1´65 1´90 1´98

3

Valor k 2´91 0´353 20´06 0´735 a 1´10 9´73 0´100 1´45 a 1´60 0´151 0´274 0´271 a 0´257

Téngase en cuenta que para cargas de seguridad sólo se admitirá la décima parte de la carga límite que hemos calculado. Luego, si tenemos realizada una cimentación en tierra franca cuya profundidad es de 0´70 m, tendremos: P=Hxdxk 2 Y sustituyendo por cifras: P = 0´70 x 1´50 x 2´91 = Kg/cm Y como la décima parte de 3´05 es 0´30, obtendremos que la resistencia del terreno por centímetro cuadrado es 0.30 Kg.

CIMENTACIÓN ESCALONADA Toda superficie de asiento de los cimientos, o sea la cara inferior en que se apoya sobre el terreno, deberá ser siempre un plano perfectamente perpendicular a la dirección de las fuerzas que gravitan sobre él, ya que de otra forma la cimentación estaría expuesta al deslizamiento. De acuerdo con este principio y en el caso en que sea necesario cimentar en terrenos inclinados, el fondo de los mismos no será ni un plano inclinado ni un plano horizontal, sino una serie de planos horizontales a distinta altura, tal como se detalla en la figura 121.

SECCIÓN ESCALONADA Uno de los factores más importantes para la estabilidad de los edificios, después de la consistencia del terreno, es el zampeado, el cual tiene como misión repartir la carga del edificio sobre una base mayor, disminuyendo con esto la compresión vertical y permitiendo construir sobre un terreno poco resistente. Pero para construir un zampeado no basta darle la superficie calculada, sino que es preciso llegar hasta ella (contando desde el muro sin crear puntos débiles, lo que deberá hacerse de una forma gradual y seguir el procedimiento señalado en la figura 122. Si se dispone de piedra dura y la cimentación se resuelve mediante sillería, la superficie de asiento puede escalonadamente aumentarse, disponiendo en cada una rezapo consistente en un tercio de la longitud de cada pieza (Fig. 123). SECCION TRONCO – PIRAMIDAL Este sistema de cimentación aislada cumple la misma misión que la anterior y generalmente es para elementos muy cargados y de una superficie reducida, por lo que el cimiento debe disponerse de forma que la carga se reparta (igual que en el sistema anterior) en la mayor superficie posible. Esto puede solucionarse dando al cimiento una sección tronco – piramidal, como ya se vio en la figura 28 en la que el bloque B tenía por misión trasladar la carga P que actúa sobre el pilar A a una placa C.


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CARGA EXCÉNTRICA El sistema de cálculos de cimientos ordinarios de carga centrada (Fig. 124) se establece mediante la fórmula. P En la que  σ (letra griega sigma) es la resistencia que por b xl centímetro cuadrado tiene el terreno; P la carga total que actúa sobre el mismo; b el ancho del cimiento, y l la longitud que, en el caso de cimientos continuos, se refiere a un metro de pared. Ahora bien, si la carga vertical P actúa fuera del centro del cimiento, como por ejemplo en la figura 125, en que el eje del pilar está a una distancia d del eje del cimiento, nos encontramos en el caso de una carga excéntrica, por lo que la presión que el pilar ejerce sobre un lado de la cimentación será mayor que sobre el otro. En este caso, el terreno trabajará a dos coeficientes distintos que encontraremos por las siguientes fórmulas: Estas P P  6d   6d  J1  1   1   fórmulas J 2  b xl b  b xl b    son válidas mientras la excentricidad d sea inferior a 1/6 del ancho del cimiento, o sea d menor b: 6. Cuando esta excentricidad es mayor, como en el caso de la figura 126, entonces la presión en el extremo que apoya el muro o pilar debe calcularse por la siguiente fórmula: En la que a es la distancia del eje del pilar al extremo en el que se calcula el coeficiente de trabajo que se somete el terreno, tal como puede verse en la citada figura 126. Cuando el lector se encuentre con algún caso de carga excéntrica 2P para cimientos, J1  a 3 x a x l procederá calcularlo como si se tratara de un cimiento ordinario y, una vez determinadas sus dimensiones, calculará con las fórmulas que acabamos de dar, a qué coeficiente de trabajo queda sometido el terreno según sean las condiciones de excentricidad. Si resulta superior al que puede soportar el terreno por su naturaleza, se aumentarán las dimensiones del cimiento hasta que el terreno esté sometido por el cimiento a un coeficiente de trabajo adecuado a su naturaleza.

CÁLCULO DEL POZOS Generalmente van destinados a cimentaciones para pilares, cuyo cálculo se realiza de forma parecida a “la anchura y profundidad de los cimientos” estudiados en el capítulo I, teniendo en cuenta la diferencia que entre una y otra superficie existe. Veamos un ejemplo: Se desea saber el cimiento necesario para un pilar de ladrillo de 60 x 60 cms cargado con 35,000 Kg, en un terreno cuyo coeficiente de trabajo es de 2 Kg por centímetro cuadrado. Operaremos de la siguiente forma: Carga del pilar 35.000 Kg 10 por 100 peso propio 3.500 Kg 38.500 Kg TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Por lo que la superficie necesitaría para el cimiento, teniendo en cuenta que el terreno resiste 2 Kg por centímetro cuadrado, serán:

38.500  19.250 cm 2 2 2

Como el cimiento es circular y sabemos que el área del círculo es π r obtendremos:

r2 

sup erficie y 3´1416

r

superficie 3´1416

Y como nos interesa saber el diámetro del cimiento tendremos:

d

sup erficie x 4 3´1416

Al multiplicar r por 2 hallamos el diámetro y debemos multiplicar la superficie por 4, porque al sacar la raíz cuadrada queda 2, y así subsiste la igualdad. Aplicando esta fórmula al ejemplo supuesto tendremos:

d



19.250 x 4 3´1416



77.000 3´1416



24.509  156 centímetros,

que redondearemos por exceso, cifrando en 1´60 metros de diámetro. Su profundidad sería: 1´60 – 0´60 = 1 metro Como puede verse en la figura 127. Pero siguiendo el criterio anteriormente dicho, y con objeto de eliminar en lo posible todo proceso matemático, presentamos a continuación la tabla número 20 para el cálculo e pozos de cimientos para pilares. 2 Determinación del ancho del pozo (diámetro) teniendo en cuenta la resistencia del terreno en Kg/cm y la carga en toneladas del pilar. TABLA 20 2

Diámetro Carga en tonelada que soporta un terreno con resistencia expresada en Kg. Por cm del pozo 0,80 0´50 1,_ 1,50 2,_ 2,50 3,_ 3,50 4,_ 4,50 5,_ 1,_ 2,3 4,6 6,9 9,2 11,5 13,8 16,1 18,4 20,7 23,_ 1,20 3,5 7,2 10,7 14,3 17,8 21,4 25,_ 28,6 32,2 116,_ 1,40 5,1 10,3 15,4 20,6 25,7 30,8 36,_ 41,1 46,3 143,_ 1,60 7,_ 14,_ 21,_ 28,_ 35,_ 42,_ 49,_ 56,_ 63,_ 35,8 1,80 9,1 18,2 27,4 36,5 45,6 54,8 64,_ 73,1 82,2 51,5 2,_ 11,6 23,2 34,7 46,3 58,_ 69,5 81,1 92,6 104,_ 70,_ 2,20 14,3 28,6 42,9 57,2 71,5 85,8 100,1 114,4 128,7 91,4 2,40 17,3 34,6 51,9 69,2 85,5 103,8 121,1 138,5 148,8 173,_ 20,6 41,2 61,8 82,4 03,6 123,6 144,2 164,8 185,4 206,_



BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA PILOTES

En terrenos de escasa resistencia, en los que la zona para recibir las cargas está a gran profundidad o cuando el terreno está empapado de agua, se recurre al sistema de pilotaje. Tiene por misión transmitir las cargas que gravitarían sobre un estrato del terreno a otro de mayor resistencia, ahorrando la total excavación para la búsqueda del mismo y el mayor volumen de cimentación. Los pilotes se clasifican como sigue:

de punta a. pilotes de madera ... de tornillo de disco  b. pilotes metáli cos .. ...de punta de tornillo 

en masa armados  c. pilotes de hormigón. prefabrica dos en taller  prefabrica dos "in situ "   pretensados PILOTES DE MADERA Son árboles derechos, generalmente de encina, la que se escoge sin nudos, y con un diámetro de 20 a 30 cm. Para protegerlos d la humedad se les hace un revestimiento previo con hormigón, hierro o sustancias alquitranadas, etc. Su parte inferior termina en punta, cuya longitud varía desde su propio diámetro al doble del mismo. A la misma se le adapta unas chapas de hierro en la forma que puede verse en la Fig. 118. La parte superior es protegida con una arandela de hierro con el fin de que cuando se procede a su hincamiento, el martinete no desgaje la madera. Los pilotes de madera provistos de tornillos se utilizan generalmente para el pilotaje en sentido oblicuo.

PILOTES METÁLICOS Como ya dijimos anteriormente, los pilotes metálicos, pueden ser de disco, de punta o de tornillo. Los de discos son muy utilizados en la construcción de las cimentaciones de puentes ferroviarios. Su parte inferior está formada por una plancha circular (disco) reforzada por medio de nervios, con un agujero en el centro (Fig. 129 y 130), por el que se inyecta agua a presión para hacer la abertura por la que se introduce el piloto. El de punta (Fig. 131), se clava por percusión o también por inyección o presión por el agujero central de que está provisto. Los pilotes de tornillos son muy utilizados en terrenos sujetos a cambio de humedad y sequedad; su punta (Fig. 132, 133 y 134), va provista de 2 a 3 filetes en espiral de gran saliente, que al hacer girar el pilote, lo introducen en el terreno. Este tipo de pilote está en función con la dureza del terreno, disminuyendo el diámetro de la hélice cuanto más aumenta aquella.


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PILOTES DE HORMIGÓN En un principio se creyó que a la acción de los martinetes de hincamiento; el hormigón se desintegraría. La práctica demostró lo contrario. Los pilotes de hormigón se utiliza solo en pequeñas profundidades, existiendo infinidad de tipos, de cuya nomenclatura dimos cuenta a principio del presente capítulo y de los cuales trataremos separadamente según marca o denominación. Pilote “Vibro”: Son los formados mediante tubos de un largo máximo de 20 metros. Su hinca es por medio de martinetes, llevando en su interior una armadura compuesta con 4 varillas de 20 mm Ø son muy utilizados en Inlaterra (Fig. 135 y 136).


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Otro pilote similar al SIMPLEX es el “Strauss”, diferenciándose únicamente en que la introducción del tubo se ejecuta mediante taladro Pilote “Simplex” Es muy utilizado en los Estados Unidos. Consiste en clavar un tubo de acero provisto, en su parte inferior, de una punta resistente. La forma de operar es la siguiente: se va echando el hormigón al mismo tiempo que se va extrayendo el pilote poco a poco y a medida que se va sucediendo las tongadas, las que se apisonan mediante el pisón suspendido de una clave. En las Fig. 137, 138 y 139 puede verse el hincado, retirado y como queda finalmente el pilote. A veces, a la base se le da mayor superficie, denominándose en este caso pilote “simplex prensado”. Tiene el inconveniente de que la tarea de extraer el tubo se hace penosa y difícil y dificultándose, caso de tener armadura, su apisonado hasta el punto de que pueda modificarse su posición. Pilote “Wilhem” Este es un sistema perfeccionado del “simplex”, en el sentido de darle más superficie a la base, para lo que utiliza un explosivo que al estallar hace un cono esférico, por donde se introduce el hormigón (Fig. 140, 141, 142, y 143).

Su proceso de construcción es el siguiente: 1° En el terreno se hinca un tubo de acero en cuyo seno inferior se deposita una carga de dinamita protegida con un tablero de madera. 2° Se rellena el tubo con hormigón fluido. 3° Se extrae un poco de tubo y se provoca la explosión, a cuyo efecto el terreno se comprime, produciéndose el vano esférico mencionado anteriormente, y que pasa a ocupar el hormigón fluido. 4° Se rellena el tubo, que se va sacando poco a poco hasta la formación del pilote. Pilote “Radio” Es uno de los más usados en España. La perforación se efectúa como si se tratara de un sondeo de gran diámetro, con diversos elementos, de forma que se van conociendo las diversas zonas de terreno que se van atravesando, con lo que se adapta la longitud del pilote a la resistencia de estos. Una vez perforado, se coloca la armadura y acto seguido se rellena con hormigón mediante una cuchara especial, cerrada en un extremo inferior por una válvula automática que se abre cuando se apoya en el fondo, con lo que se evita que el hormigón se mezcle con el agua que puede existir entre el tubo y la forma. Se va rellenando por partes y lentamente se apisona a la vez y se va retirando el tubo de forma, con lo que el pilote no sale cilíndrico sino con protuberancias que son como las resultantes de su herencia en el terreno. El diámetro de los tubos es entre 35 y 45 cm, lo que resulta para el pilote de 40 a 60 cm según el terreno y sus características. Para terrenos de poca consistencia son de gran aplicación. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Pilote “Derquí” Otro tipo de pilote de los más empleados en España es el “Derquí”. Sus características corresponde al de tipo strauss, aunque más perfeccionado. El hormigonato se efectúa mediante una campana de cierre estanco. Las tuberías de moldeo y perforación se recuperan por fases. El vertido del hormigón en el interior del tubo se efectúa disponiendo una tolva o campana en su parte superior con cierre totalmente estanco y el llenado se realiza sin disgregación del árido, con lo que se logra una mayor homogeneidad del material. Otro tipo de pilote de Derquí es el conocido con el nombre de “Con estroma “ y que es muy adecuado para terrenos muy blandos, caracterizándose por tener la base ensanchada y una doble armadura, la normal y otra de tela metálica cuya forma recuerda los antiguos corsés femeninos y que se coloca después de vertido el hormigón en la base ampliada. Se emplean, como puede verse en las figuras 144, 145, y 146, dos tubos de diferente diámetro, el mayor para dar a la base el ensanche necesario (Fig. 144), y una vez hormigonado éste y colocado el corsé de tela metálica se coloca el segundo tubo (Fig. 145). A medida que se va hormigonando se retiran los dos tubos, realizando el vertido del hormigón como en el pilote descrito en primer lugar por medio de la tolva o campana Derquí. Para cargar muy próximos entre si y fuertemente concentradas, se utiliza el pilote Derquí con ensanche excavado, cuyo procedimiento consiste, mediante trépanos ya rotativos, ya por percusión y con tubos, llegar hasta la profundidad conveniente a la del pilote, menos 2 m a fin de poder ensanchar la base.

DESMOCHADO DE PILOTES El desmochado de los pilotes consiste en cortarlos a nivel de la rasante del terreno.

COLOCACIÓN DE PILOTES Los pilotes se colocan al tresbolillo o formando otras figuras semejantes. De entre ellos se retira la tierra removida, cuyo hueco se rellena con hormigón. Posteriormente se forma (enmarcándolos a todos) un emparrillado de madera chapada, sobre la que se apoya toda la construcción o edificio; algo similar a lo que representado en la figura 147. Para mayor facilidad de hincar el pilotaje oblicuamente, se usan pilotes de tornillo, que son los que, en vez de una punta característica, tienen un tornillo. Si la longitud o la profundidad que hay que alcanzar es tal que no es posible contar con pilotes de madera de una sola pieza, pueden empalmarse dos, uniéndolas primero sólidamente con varillas de hierro y luego recubriéndolas con hormigón. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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EXTRACCIÓN DE PILOTES La extracción de pilotes se realiza generalmente solo en los casos en que se han colocado de forma transitoria, pudiéndose realizar esta operación con un trozo de palanca (Fig. 148) que, como podrá observar el lector, por uno de sus extremos tiene dispuesta una tenaza, un anillo de agarre o una cadena, según expresa la citada figura. Otro procedimiento, que para pilotes de gran longitud es más eficaz, consiste en utilizar una prensa hidráulica (Fig. 149) que colocada en forma fija permite un desarrollo de mayor fuerza extractora y de fácil manejo.

También, en ciertas ocasiones, se utilizan ciertos explosivos.

CÁLCULO DE PILOTES El cálculo de pilotes se realiza teniendo en cuenta: a) Su construcción. b) El transporte del taller a la obra por las vibraciones que sufre el material. c) Su levantamiento por grúa. d) Su hinca. e) Las cargas a soportar. Como regla general se puede decir que el cálculo se basa, principalmente, en los esfuerzos que sufre durante su transporte y la tensión producida al ser izado por la grúa para prepararlo a la hinca. También, como es natural entra en juego la sección del hormigón y del hierro de que está compuesta su armadura; así como también la transmisión de fuerzas por frotamiento con el terreno y presión de la punta aunque estas circunstancias quedarán perfectamente determinadas con pilotes y cargas de ensayo, empíricamente se puede tomar la de 1´ 2 toneladas por cada cm de longitud del pilote enteramente embutido en el terreno. Una vez determinado el numero de pilotes a colocar, será necesario determinar la forma de la losa sobre la que irá la construcción cuya forma geométrica se habrá escogido, partiendo de colocar los pilotes al tresbolillo, formar una figura (losa) cuadrada, rectangular o poligonal, según más interese en cada caso. Despreciando el peso propio de la losa y el de la tierra superpuesta, se determinarán, para el cálculo de las mismas, los momentos y la reacción que el pilote ejerce en su eje, pues es necesario tener muy en cuenta el esfuerzo portante a que está sometida la losa. Seguidamente y por las tablas damos las diferentes medidas de las losas para cimentaciones con pilotes de hormigón armado y de madera. La carga concentrada es de 30 toneladas para los primeros y 15 para los segundos. La distancia entre ejes es de 0´ 90 y 0´ 75 respectivamente.


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PILOTES DE HORMIGÓN ARMADO TABLA 21 LOSA Rectangular a = 1´50 m b = 0´90 m Columna 30 x 30 Triangular a = b = c = 2´_ m Columna 30 x 30 Cuadrada a = b = 1´50 Columna 40 x 40 Cuadrada a = b = 1´90 m Columna 40 x 40 Rectangular a = 2´40 m b = 1´50 m Columna 45 x 55 Exagonal Distancia entre vértices a = 2´54 m Distancia entre bases b = 2´20 m Columna 50 x 50 m Cuadrada a = b = 2´40 m Columna 55 x 55 cm Rectangular a = 3´30 m b = 2´40 m Columna 68 x 68 cm Rectangular a = 3´30 m b = 3´10 m Columna 60 cm Ø Cuadrada a = b = 3´30 m Columna 66 cm Ø Rectangular a = 3´80 m b = 3´20 m Columna 66 cm Ø Rectangular a = 4´20 m b = 3´30 m Columna 70 cm Ø

Toneladas carga

Altura Útil cm

Altura Total cm

a

b

N° de pilotes

53

45 55 61

55 65 71

8 Ø 16 6  16 5  16

4 Ø 16 3  16 3  16

2

45 53 61 43 50 60 58 65 75

55 63 71 53 60 70 68 75 85

10 Ø 16 8  16 7  16 17 Ø 16 17 Ø 16 15  16 15  16 12  16 12  16 17 Ø 16 17 Ø 16 16  16 16  16 13  16 13  16

156

65 75 85

75 85 95

16 Ø 19 14  19 13  19

17 Ø 16 15  16 13  19

6

181

70 80 85

80 90 95

13 Ø 19 11  19 10  19

15 Ø 19 13  19 12  19

7

231

85 95 105

95 105 115

17 Ø 19 16  19 14  19

17 Ø 19 16  19 14  19

9

308 304 301

87´5 105 120

100 117´5 132´5

19 Ø 22 16  22 14  22

11 Ø 25 9  25 10  22

12

355 351 348

92´5 107´5 120

105 120 132´5

22 Ø 22 18  22 16  22

22 Ø 22 19  22 10  28

14

405 401 397

104 116´5 121´5

116´5 129 134

20 Ø 25 23  19 12  28

20 Ø 25 23  19 12  28

16

450 446 441

116´5 121´5 136´5

129 134 149

24 Ø 25 16  28 18  25

17 Ø 25 15  25 18  22

18

500 495 490

120 137´5 152´5

132´5 150 165

28 Ø 25 25  25 12  28

20 Ø 25 18  25 16  25

20

80

105

130

Para el cálculo de la anterior tabla se han empleado: 2 Coeficiente de trabajo del hormigón = 20 kg/cm 2 Coeficiente de trabajo del acero = 400 kg/cm 2 Coeficiente de esfuerzo cortante = 5 kg/cm


Barras

3

4

5

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PILOTES DE MADERA LOSA Rectangular a = 1´37 m b = 0´76 m Columna 30 x 30 cm Triangular a = b = c = 1´80 m Columna 30 x 30 cm Cuadrada a = b = 1´37 m Columna 30 x 30 cm Cuadrada a = b = 1´72 Columna 40 x 40 cm Rectangular a = 2´10 m b = 1´35 m Columna 42 x 42 cm Exagonal Distancia entre vértices a = 2´20 m Distancia entre bases b = 1´90 m Columna 38 x 38 cm Cuadrada a = b = 2´10 m Columna 43 x 43 cm Rectangular a = 2´85 m b = 2´10 m Columna 48 x 48 cm Rectangular a = 2´85 m b = 2´65 m Columna 50 x 50 cm Cuadrada a = b = 2´85 m Columna 55 x 55 cm Rectangular a = 3´20 m b = 2´85 m Columna 55 x 55 cm Rectangular a = 3´60 m b = 2´85 m Columna 60 x 60 cm

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TABLA 22

Toneladas carga

Altura Útil cm

Altura Total cm

a

b

N° de pilotes

26´5

33 30 37´5

33 40 47´5

6  16 8 Ø 16 5 Ø 16

4 Ø 16 4  16 4  16

2

30 37´5 45 33 37´5 45 37´5 45 50

40 47´5 55 43 47´5 55 47´5 55 60

7 Ø 16 6  16 5  16 12 Ø 16 12 Ø 16 10  16 10  16 8  16 8  16 15 Ø 16 15 Ø 16 12  16 12  16 11  16 11  16

78

45 50 57´5

55 60 67´5

11 Ø 19 10  19 9  19

12 Ø 16 11  16 10  16

6

90

47´5 53 60´5

57´5 63 70´5

15 Ø 16 13  16 11  16

15 Ø 16 13  16 11  16

7

115

53 58 65´5

63 68 75´5

17 Ø 19 15  19 13  19

17 Ø 19 15  19 13  19

9

152

63´5 71 81

76 83´5 93´5

14 Ø 22 12  22 11  19

14 Ø 19 13  19 14  16

12

176

63´5 71 81

76 83´5 93´5

13 Ø 22 12  22 14  19

12 Ø 22 11  22 13  19

14

202

68´5 76 86

81 88´5 98´5

15 Ø 22 14  22 12  22

15 Ø 22 14  22 12  22

16

224

78´5 91 100

91 103´5 112´5

18 Ø 22 12  25 14  22

13 Ø 22 11  22 10  22

18

248

81 91 101

93´5 103´5 113´5

13 Ø 28 15  25 18  22

15 Ø 22 18  19 16  19

20

39

52,5

65


Barras

3

4

5



MAQUINARIA PARA LA HINCA DE PILOTES Dará una idea bastante exacta de lo que es un martinete para la hinca de pilotes, nuestras figuras 150 y 151 que, aunque anticuado y rústico, es donde se basó la moderna maquinaria que luego reseñaremos. El martinete que describimos, es un aparato de madera cuya misión es hacer subir y bajar un peso que al oficiar de maza golpea la cabeza del pilote a cuyo esfuerzo el pilote se va hincando en el terreno. Como más tarde veremos hay muchos tipos de martinetes, de trinquete de vapor, etc.; pero el que ahora nos ocupa es accionado mediante cuerdas de las que tira el obrero para que se eleve la masa, y luego soltarlas con lo que, la mayor, por su propio peso golpea la cabeza del pilote, hasta que se produce el rechazo y el pilote no puede entrar más, lo que quiere decir que se ha encontrado terreno firme. En muchas ocasiones no se llega al verdadero rechazo, sino que se da una serie de golpes con un peso determinado y no se avanza, o no tiene un avance limitado; se considera que se ha encontrado un terreno lo suficientemente firme para dar por terminada la operación. En toda esta maquinaria, repetimos, hay muchos tipos que van desde el casquillete doble de 25 m de altura hasta el que va montado sobre camión, requiriéndose para su puesta a punto un corto espacio de tiempo. Los martinetes de estructura metálica están compuesto de perfiles laminados con objeto de facilitar el montaje de las mismas facilitándose así un cómodo desplazamiento y su situación exacta en el punto o puntos de hincaduras es debido a uno sordillos que llevan en su base. La energía motriz que empele a los martinetes es el vapor, merced a una caldera que lleva instalada en su base que genera una máquina y dos cabrias: una para el martillo o masa y la otra para el pilote. También, y además del vapor, puede utilizarse petroleo, electricidad, etc., siendo esta última (si se dispone de ella) la más recomendable, ya que evita humo y ruidos. Una máquina de este tipo es el modelo XVII de la casa Franki. Puede hincar pilotes de diámetro usual con tubo de 52 cm de diámetro para las que se emplea una masa de 3.200 kilos en peso. La longitud máxima es de 9 m con 70 cm, no obstante puede alcanzar los 18 m mediante dispositivos de prolongación. El peso total de la máquina es de 15,000 kilos incluyendo la cabria con sus tres tambores acmetros; cabrias de 5 tambores y potencia del motor 130 CV. Para pilotes de gran longitud, la casa antes citada fabrica otro tipo que denomina XIII y que es capaz para pilotes cualquiera que sea su diámetro. Las características de esta máquina son: longitud máxima de pilotes = 30 m; cabria de 6 tambores y potencia del motor 130 CV. Desde el año 1887 se viene empleando con éxito, en los Estados Unidos, el martillo Warrington – Vulcan de simple efecto accionado por aire comprimido a media presión o vapor y cuya maza es un peso equivalente al del total de la máquina. Su conjunto se mueve por medio del aire comprimido o vapor, aunque en la caída de la maza sólo interviene la gravedad. Siendo relativamente pequeña la altura desde donde cae el pisón, el pilote recibe el impacto sin que su cabeza se agriete ni dañe y sin que se produzca excesivo rechazo o vibración. Una pequeña válvula de distribución y un pequeño paso de vapor o aire comprimido, actúan de reductores con lo que el gasto es el mínimo. Los perfiles laminados de hierros en U constituyen la armazón de la máquina y disponiendo dos de ellos a uno y otro costado de la misma, actuarán de guía para el martillo. Como es natural existen muchos modelos, pero para determinar el más conveniente hay que considerar las características del terreno y la relación entre peso del mazo y del pilote. Como regla general se estima que el mazo debe tener la suficiente energía para sobreponerse a la inercia del


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pilote, la fricción peculiar y resistencia elástica y el suficiente peso para que, durante el impacto, se reduzca al mínimo la inevitable pérdida de energía. En las tablas 23 y 24 presentamos las características de los martillos a utilizar, según las condiciones del terreno, martillos y pilote empleado. Los martillos son de la casa Warrington-Vulcan.

CARACTERÍSTICAS DE MARTILLOS PARA HINCAR PILOTES TABLA 23 Longitud pilote metros

7´50 15 22

{ { {

Penetración

½ total ½ total ½ total

TIPO DE MARTILLO PILOTE DE HORMIGÓN PILOTE DE MADERA ARMADO 45 kg/ml 90kg/ml 225 kg/ml 590 kg/ml m° _ 2 m° _ 2 m° _ 2 m° _ 1 m° _ 2 m° _ 2 m° 2 _ 1 m° _ 1 m° _ 2-1 m° _ 2-1 m° 1 m° _ 0 _ m° _ 1 _ m° _ 0 _ m° _ 1 _ _ _ m° _ 1-0 _ _ _

Este tipo de martillo es el indicado para atravesar tierras cuya composición sea la las arcillas duras, gravas compactas y arena con gran resistencia, y el de la tabla 24 es para terrenos de arcillas y gravas con resistencia normal.

CARACTERÍSTICA DE MARTILLOS PARA HINCAR PILOTES TABLA 24 Longitud pilote metros

7´50 15 22´50

{ { {

Penetración

½ total ½ total ½ total

TIPO DE MARTILLO PILOTE DE HORMIGÓN PILOTE DE MADERA ARMADO 45 kg/ml 90kg/ml 225 kg/ml 590 kg/ml m° _ 3 m° 3 _ 2 m° _ 2 m° 1 m° _ 3 m° 3 _ 2 m° 2 m° 1 m° 3 _ 2 m° 2 m° 1 m° 1 _ 0 m° 2 m° 2 _ 1 m° 1 m° 1 _ 0 m° 1 m° 0 m° 1 m° 0

Continuando con los martillos de la firma Warrington-Vulcan presentamos en la tabla 25 las referencias de tipos seriados, correspondiendo las energías hincadas a las del choque estando basadas en la carrera normal del martillo.

CARACTERÍSTICAS DE MARTILLOS PARA HINCAR PILOTES TABLA 25 Tipo de martillo Impactos por minuto Diámetro émbolo mm. Carrera émbolo mm. 2 Presión vapor kg/cm Longitud martillo mm. Peso total kg. Potencia CV 2 Volumen aire m por mm. Energía choque en kg.

n° 0

n° 1

n° 2

n° 3

n° 4

50 420 1000 5´6 4500 8000 60 23´55 3412

60 340 900 5´6 3900 4300 40 15´82 2100

70 265 740 5´6 3450 3300 25 9´40 1016

80 200 600 5´6 2850 1850 18 6´12 508

80 100 535 5´6 2100 700 8 1 115

Otro tipo similar al anterior es el de doble efecto con la ventaja de que el número de impactos es doble y su consumo de aire comprimido o vapor, mucho menor.


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BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


LESIONES Y REPARACIÓN DE CIMIENTOS PELIGROS A QUE ESTAN EXPUESTAS LAS CIMENTACIONES ASIENTOS Todo edificio hace su asiento y es muy fácil de observar como en muchos edificios recién construidos aparecen fisuras y grietas que son fáciles de reparar y tapar. En construcción ocurre igual que en mecánica. Un motor nuevo recién salido de la fábrica, no da el mismo rendimiento como cuando ya lleva algún tiempo en movimiento; que es cuando por sí solo se ha terminado de ajustar y acoplar. Es decir que todo el edificio se acopla, se ajusta, pues al fin y al cabo una casa no es más que una máquina de vivir, y que no se asombre los legos si, una vez terminada la obra, observan alguna que otra grieta por ahí. Las grietas verdaderamente peligrosas y que reclaman con urgencia el maderamen espectacular del apeo, son aquellas de trazado parabólico que aparecen en las distintas fábricas y macizos con una inclinación aproximada de 45° (Fig. 152).

En las esquinas, la curvatura anterior se invierte en los parámetros, conservando sus características en la vertical del encuentro de paredes (Fig. 153).

En las paredes con huecos o ventanales y puertas, las figuras llevan otra dirección a las apuntadas, ya que estas siguen el curso de los elementos más débiles. Si las cargas actuantes son concentradas en dos puntos, el caso es idéntico al de la viga simplemente apoyada y las grietas siguen la trayectoria del esfuerzo constante máximo (Fig. 154).

Ejemplo: Lo difícil que resulta averiguar la causa de un asiento lo puede comprobar no hace mucho tiempo. Por un reconocimiento que se hicieron, jamás pudimos averiguar las causas que mediaron para que los pilares de la fachada lateral de un edificio destinado a almacén, recién construido, se desplazara TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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de su base un par de centímetros. Y sin embargo, todo estaba perfectamente: cimentación, terreno, armaduras...pero la grieta resultante estaba allí (más ancha de abajo que de arriba). El edificio en cuestión, de estructura de hormigón armado, estaba construido con pilares de 4´20 m de altura, distribuidos cada 4 m eje, coronados por una viga cadena para apoyo de la cubierta (Fig. 155). La cimentación de 200 kg de cemento Pórtland, se apoyaba directamente sobre un estrato de roca dura, cuyo previo reconocimiento nos dio un espesor de 2´50 m repartidos y sensiblemente horizontales. De la construcción doy fe que fue esmeradísima, pues personalmente atendí el último detalle, cosa que me fue posible dado lo reducido de la obra. No cabía pensar más que en un seísmo, pero en este caso, ¿cómo fue posible que este lateral lo acusara y el resto de la construcción no?. Pero la segunda parte fue más exasperante todavía. Parece lógico que si el parámetro afectado se pica, se limpia, se riega abundantemente o mejor aún se enlecha como cemento puro, y se enfosca, la grieta no vuelve a surgir; pero en nuestro caso las cosas sucedieron de otro modo. Por tres veces se repitió la operación y por tres veces la grieta se manifestó aun sin tanta violencia como al principio. Sospechando que los pilares continuarán en movimiento, se colocaron 2 ó 3 “chivatos” (testigos), los que al cabo de cierto tiempo permanecieron intactos. Una prueba más y la grieta volvió a salir culebreando por el muro. Se consultaron textos, técnicos; todos daban el remedio conocido y hubo hasta quien dijo que, al producirse la dilatación, la grieta no sería posible taparla nunca. Pero como aquello si pertenecía a mi oficio, apuré el último recurso. De la capital de provincia hice traer una malla hexagonal, de las que se utilizan para parque de gallinero; la que, después de picar el enfoscado en una zona de un metro de ancho a uno y a otro lado de la grieta, coloqué bien tirante y sujetada por puntas: posteriormente enfoqué de forma que el mortero se proyectara contra la grieta lo más violentamente posible (Fig. 156). Después de esto se fracasó, pintó y esperamos. A los tres meses no había ni huella de la grieta. Hoy ha pasado mucho tiempo de aquello y el almacén de “pilares torcidos”, continúa en la misma posición que lo dejamos, y es que los edificios también tienen derecho de salir triunfantes con su misterio.

CORRIMIENTOS Ante el desplazamiento del plano de asiento el compartimiento de un edificio de hormigón armado, por la ligazón y la continuidad monolítica que significa el hierro de su estructura, sufre muy poco, máxime, si su cimentación la compone una placa armada. Corrientemente son escasos los fenómenos de este tipo. No obstante, tampoco hay que excluirlo del cuadro de las posibilidades y aún así y caso de producirse los daños, serán insignificantes. En cuanto a las de fábrica ordinaria, de ladrillo o bloques, no pueden producir más que fenómenos de sedimento o rotación que reseñamos brevemente.

CEDIMIENTOS Hay que señalar dos clases, los leves y los considerables. Leves: son los producidos por los asientos eventuales del terreno donde se apoya la cimentación o por accidentes de índole constructiva o casual, tales como inundaciones de sótanos, infiltraciones de agua, construcción de calles contiguas, nuevos edificios adyacentes, etc. La duración de este fenómeno es breve y por lo TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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general no llega a manifestarse en la estructura principal de la obra y por lo tanto no merece una atención especial, ya que la estabilidad del edificio no corre ningún peligro. Otra cosa es cuando la superficie de asiento de la cimentación va cediendo en forma gradual y rápida, circunstancia reconocible por los “chivatos” rotos, pues entonces cuando se precisa un ingente apuntalamiento. Para que este resulte eficaz se deben observar las siguientes reglas: 1° Si el edificio es de varios pisos, el apuntalamiento deberá efectuarse con dos ordenes de tablones de pino o abeto, en el que el primero quede empotrado a la altura del forjado del piso de la segunda planta, y el 2° puede muy bien acomodarse, en sentido paralelo, al forjado de la planta primera. Los dos ordenes se enlazarán entre sí por tablas cruzadas, de manera que se forme una viga celosía (Fig. 157). El ángulo de los puntales con la horizontal del pavimento terreno exterior no deberá ser menor de 60°. 2° Recercar con un cuadrillo de escuadra de 10 x 10 cm todos los huecos (Fig. 158) o, si se prefiere, cercarlos con ladrillos macizos (Fig. 159). Una vez dispuesto el apuntalamiento en la forma descrita, ya se puede comenzar, con cierta seguridad, los trabajos de realce.

ROTACIÓN DE CIMIENTOS Los fenómenos de rotación son idénticos a los anteriores; manifestándose en una deformación más o menos acentuada de las armaduras de pilares (en edificios de hormigón armado) al que sigue un despegue de la capa envolvente de hormigón. Las reparaciones de este fenómeno son sencillas y elementales, pero a cambio de que se utilice un buen material en áridos y un buen Pórtland en cementos. Los trabajos consisten en: 1° Ensanche de la base de cimentación. 2° Colocación de encadenados de hierro que se oponga al deslizamiento de los muros. 3° Y en las grietas hacer un buen zurcido con mortero muy rico en cemento, no sin antes haber despegado y picado el mortero viejo que se halle desprendido.

CIMENTACIÓN SOBRE TERRENOS INCLINADOS Partiendo de la base de que la cimentación de un edificio deberá ser siempre horizontal y lo más nivelado posible, es completamente improcedente cimentar en un terreno inclinado siguiendo la rasante del terreno. Para salvar esta dificultad, la excavación se hace escalonada (Fig. 160) al objeto de que el plano de asiento sea también horizontal. Sabido es que todo cimiento trabaja a la TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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comprensión y si se cimentara siguiendo el plano inclinado, las fuerzas verticales intentaría seguir esta pendiente y el peligro del deslizamiento estaría siempre presente.

FENÓMENO DEL BUJEO Si el terreno donde se asienta un edificio está compuesto por tierras de origen sedimentario y constituidas de sílice, aluminio y óxido de cal en íntima mezcla tiene la particularidad de absorber y retener el agua; pero si sus estructuras moleculares tienen cierta porosidad, esta las hace impermeables. No obstante, un terreno así formado se alterará si varía la porción de agua contenida en la capa freática. Las consecuencias del fenómeno del bujeo pueden ser muy importantes, pues un terreno en grado de saturación se reblandece hasta formar masas modelables, de viscosidad variable. El terreno pierde su principal contextura de firmeza y es incapaz de oponerse a los esfuerzos de deslizamiento y corrimiento, provocando la ruina en los edificios afectados. Las zonas más propias para el bujeo se hayan en las regiones donde con más frecuencia se suceden los cambios atmosféricos de humedad y temperatura y que, además, estén situados en sitios altos y en pendientes, donde la aportación de agua sea exclusivamente la de lluvia, pues está claro que la violenta transmisión de humedad a sequedad transforman estos terrenos, sin propiedades mecánicas, contrayéndose y agrietándose en profundidades que oscilan entre los 5 y los 12 m de profundidad. De allí la explicación de los efectos del bujeo. En el estado húmedo y cuando un muro está presionado por un empuje vertical igual a su peso, permanecerá en equilibrio, si el barro tuviera la fluidez del agua. Pero como en la práctica no sucede así, se establecerá que cuando el peso del muro esté contrarrestado por el de la masa desalojada, siempre menor, incrementada en el correspondiente a las fuerzas de rozamiento, el muro descendería con el nivel freático hasta encontrar una nueva superficie de apoyo (Fig. 161). Pero no termina aquí la cosa, pues en el descenso es íntimamente ligado con el, es muy posible que se inicie un movimiento de rotación alrededor del eje del plano de cimiento (Fig. 162) y en el sentido de la zona más húmeda hacia la más seca. En estado seco, la composición del suelo formado por los estratos aluminio – silicios referidos anteriormente, libera fuerzas expansivas traducidas en empujes hacia las cimentaciones que 2 alcanzan0 valores del orden de los 15 kg/cm (media normal de 8 kg) (Fig. 162). Este defecto de fuerzas (digamos en libertad) son las que producen la explosión de la cimentación, originándose fracturas y grietas en planos verticales; sin que hasta el presente se hayan definido con exactitud la forma y distribución de las tensiones expansivas; sin embargo se ha ensayado con buen resultado una ley parabólica para el peritaje de algunas cimentaciones explosionadas, por lo que parece ser una aproximación aceptable. Los remedios que para la supresión de los fenómenos del bujeo se han establecido, quedan resumidos en los siguientes: 1° Anulando los movimientos verticales. 2° Suprimiendo los de giro. 3° Evitando los de flexión lateral. 4° Repartiendo las cargas de manera uniforme. 5° Favoreciendo la conservación de un estado de humedad constante.

ESTABILIZACIÓN DE TERRENOS MEDIANTE LA SILICATACIÓN A veces surge la necesidad insoslayable de construir en terrenos que ya “a priori” sabemos no reúnen las condiciones debidas por que se fisuran, son inconscientes, permeables, etc., lo que extraña unos peligros de hundimiento y corrimientos del terreno y, en definitiva, resquebrajamientos en la obra. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Esto es evitable “vigorizando” el terreno, procurándole artificialmente esa fortaleza, esa consistencia que le falta, del mismo modo que se vigoriza al enfermo con inyecciones que le introducen en el organismo los elementos biológicos que necesita y de los que está en un estado deficitario. ¿Cómo, pues, se vigoriza o estabiliza el suelo? El procedimiento genérico es el de inyección de soluciones químicas que, al dar mayor dureza al terreno, aumentan su resistencia. Hay varios procedimientos particulares que analizaremos a continuación y que llevan el nombre de sus autores. Procedimiento Jooten El ingeniero berlinés Joosten preconiza la inyección de silicato sódico y que posteriormente otra de un segundo líquido (ácido o sal ácida) que reaccione con silicato. Entonces tiene lugar la solidificación. La inyección se hace introduciendo en el terreno tubos puntiagudos de acero de 25 mm de diámetro, hasta una profundidad de 25 m y distanciados entre sí de 0,75 a 1,00 m. En su parte inferior llevan unos agujeros por los que a una presión de 100 atmósferas se “riega” el terreno con la solución primero, e inyecciones de 50 cm de espesor, partiendo de la parte superior de la capa que se quiere mejorar hasta la profundidad necesaria, bajando el tubo 50 cm antes de cada inyección. Terminada esta operación se inyecta una solución salina del mismo modo, pero levantado el tubo 50 cm por cada inyección, hasta llegar a la superficie de la capa que se quiere endurecer. Este procedimiento puede aplicarse también para terrenos situados debajo de una obra, como se muestra en la Fig. 163. La resistencia de los terrenos solidificados por este procedimiento depende de su naturaleza: las arenas finas 2 varían entre 10 y 40 kg/cm ; en las gravas y guijarros, de 40 a 2 100 kg/cm , y en las arenas movedizas, llega a los 190 2 kg/cm . además, la resistencia crece con el tiempo, de tal modo que probetas ensayadas a los 28 días, con una 2 resistencia de 22,5 a 24 kg/cm , 6 meses después alcanzaban los 40,5. Este procedimiento se ha empleado con éxito para cortar las vías de agua en trabajos de carreteras y hacer estancas las obras de fábricas aún para grandes cargas de agua (hasta 75 m). Las arenas de granos redondeados parecen aglomerarse mejor formando una masa más dura y más cohesionada, aunque también los granos angulosos dan buenos resultados. Los suelos que mejor admiten la silicatación son los de arenas movedizas no demasiado finas y silíceas. En resumen, el método Joosten se ha empleado con éxito en minas, impermeabilización de obras de fábrica y otras aplicaciones.

Método Gayrard El principio Gayrard no difiere esencialmente del método Joosten y solamente discrepa en las mezclas a inyectar. Según Gayrard (ingeniero Frances), en circunstancias normales, una solución de silicato alcalino de comercio, diluida en 9 veces su volumen de agua y llenando todos lo poros de un terreno basta para hacerlo impermeable y aumentar su resistencia. Pueden utilizarse simultáneamente: Bicarbonato de sodio potasio, 3,15 por 100. Cloruro de sodio, 3,15 por 100. Hipoclorito de sodio o potasio, 0,3 – 1 por 100 Estos porcentajes se refieren al peso de silicato empleado.

Procedimientos Francois El contratista Belga A. Francois.

Inyecta soluciones de


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silicato y una sal ácida que casi siempre es sulfato de alumina, aumentando la concentración de varios cm de longitud. Se acaba la consolidación mediante inyecciones de cemento. Se diferencia del Joosten en que las inyecciones de las dos soluciones son aplicadas simultáneamente por los dos agujeros vecinos. 2 El sistema Francois equivale a la inyección de lechada de cemento a razón de 200 Kg/cm . En la figura 164 puede verse un aparato de inyección para silicatación de terrenos. Hay una aplicación curiosa que podríamos llamar de tipo “preventivo” y es la silicatación de terraplenes con exquisitos hulleros. Estos exquisitos suelen ir mezclado con una cierta cantidad de carbón con los consiguientes perjuicios. Como el silicato sodio es un excelente ignifugo, formara una cortina refractaria al fuego. En Estados Unidos se esta empleando el silicato sódico para la estabilización de terrenos en carreteras.

REPARACIONES Y RECALCES Siendo este tema muy amplio, ya que por si solo significa todo un libro, como los seguidores de estas monografías podrán comprobar en fecha próxima, dejaré la exposición en tipo general para reducirme a una experiencia propia, pues aunque esto sea repetición de uno de los capítulos anteriores, creo que el caso bien merece la pena de divulgarse ampliamente. Las operaciones que voy a detallar son las consecuencias del ataque de aguas selenitosas descrito anteriormente, cuya cimentación hubo que sustituir completamente. El recalce de un edificio, como toda reparación importante, es siempre peligroso, difícil y caro. Hay que trabajar en pésimas condiciones y por mucho que se estudie la operación, siempre habrá alguna circunstancia adversa que nos haga dudar de sí el método elegido es bueno, además de la incógnita de cómo se comportarán los muros si eliminamos, en parte su punto de apoyo. Para estar tranquilos sobre este particular, en un principio se pensó quitar primero la parte exterior (Fig. 165, parte rallada), rellenarla y luego la interior, con el fin de que cada mitad soportará el peso de los muros; pensamiento que se desechó, pues en todo el perímetro del edificio se hubiera establecido una junta y aunque esta no amenazara seriamente la estabilidad del edificio, la tenemos al menos para provocar el desarrollo de las fuerzas capilares. Posteriormente se pensó en el recalce por juntas el cual consiste en cimentaciones corridas, en demoler alternativamente cada metro de cimentación (Fig. 166); pero el problema anterior se acentuaba, pues aparte de la humedad precedente de la lluvia al filtrarse por la junta de la obra con el muro, se perdía totalmente la continuidad monolítica de la cimentación cosa que era necesario evitar en lo posible.


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Aprovechando la circunstancia de que los muros estaban construidos por el sistema de paredes armadas, se cayó en la cuenta de que los muros podían aguantar su propio peso y el de la cubierta, durante el tiempo que durara la operación, ya que los hierros que longitudinalmente la atravesaban podían trabajar a modo de vigas, y por lo tanto, dejar entre pilar y pilar – en los cuales estaban anclados – el espacio necesario no solo para trabajar cómodamente, sino también para construir la cimentación en forma escalonada para cuando se hormigonarán los pilares contar con una superficie que nos diera ciertas garantías de seguridad. Es decir: que lo que exigimos al edificio era que los pilares soportaran las paredes y estas – una vez recalzadas – que soportaran a las anteriores, pues en manera alguna queríamos apeos ni apuntalamientos, ya que hubiera significado una nota discordante apear un edificio que se acababa de construir. Y así se hizo, francamente, el éxito coronó nuestros esfuerzos, pues demolida la parte de cimentación correspondiente a las paredes, dispusimos la solera de carbonilla, ladrillo, etc., elevamos los muretes de protección a toda velocidad y rellenamos la caja resultante con hormigón de 200 k de cemento, quedando un conjunto tal y como se expresa en la Fig. 167.

Terminada esta operación de paredes, reanudamos el segundo ciclo de pilares con lo que de poco tiempo y construida la acera, nada denotaba que la cimentación hubiera sido sustituida, coronando nuestro éxito el que ni durante los trabajos, ni mucho después apareciera grieta alguna de asientos, lo que demuestra que doto trabajo, si se pone interés en él, sale a la perfección aunque para ejecutarlo no se disponga de un gran lujo de medios. Como aplicación de este tema estudiamos a continuación un moderno sistema de realce de cimientos mediante pilotes.

REALCE DE CIMENTACIÓN CON “PALI RADICE” El recalce de cimientos por “pali radice” de origen Italiano se realiza a base de pilotes de hormigón que se sitúan de bajo de las cimentaciones a realizar mediante perforaciones oblicuas. El “pali radice” se efectúa perforando (no hincando), mediante dispositivos especiales, las estructuras existentes que se deseen recalzar y continuando la perforación a rotación por el terreno, para formar un tubo de unos 10 cm de diámetro, hasta alcanzar una profundidad adecuada, en relación con las características del terreno. El avance de la perforación se obtiene mediante aire comprimido, agua u otros dispositivos (según la naturaleza del terreno). Una vez ejecutada la perforación, se introduce en el tubo vaciado un alma metálica formada por una o varias barras de acero con aletas. Después se vierte en el tubo un hormigón rico en cemento, con ayuda de aire comprimido. El hormigón llena la cavidad del pilote tanto en el terreno como en los cimientos, los que así quedan automáticamente ligados al pilote. El vertido del hormigón a presión hace que este penetre en todos los insterticios del terreno y crea en este una zona de transición que hará colaborar todo el terreno en el sostenimiento de las cargas de la obra recalzada.


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El diámetro del pilote “pali radice” terminado, resulta de 15 a 20 cm, y a veces más, en donde las capas del terreno más débiles han cedido a la presión, con lo que el pilote compensa automáticamente las diferencias de resistencia de las diversas capas del terreno, presentado mayor diámetro allí donde su mayor diámetro es precisamente necesario. La resistencia de estos pilotes es muy elevada. Contando con un amplio coeficiente de seguridad, puede admitirse que un pilote de 10 cm de diámetro sostiene una carga de más de 10 toneladas pueden perforarse con cualquier inclinación. La mayor ventaja del sistema del “pali radice” consiste en que su construcción no produce vibraciones en la obra existente y en que no necesita apenas espacio para su ejecución. Como ejemplo de este sistema puede ver en la figura 168 y 169 el realce de la cimentación de un muro; en la figura 170 recalce de la pila de un puente; y en la figura 171 el recalce de un muro de sostenimiento. En este ejemplo (Fig. 171) los pilotes tipo A y D funcionan como tirantes y los B y C cumplen la función de recalce.


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HUMEDADES La principal característica de una cimentación, aparte de su condición resistente, es la de que sea impermeable. Todos los terrenos tienen agua, uno en más y otros en menos proporción según su capacidad absorbente. Por lo que juzgamos útil conocer el estado de permeabilidad que tiene el terreno donde pensamos erigir un edificio cualquiera. Para ello tomaremos una muestra de tierra en su estado natural. La pesaremos en una balanza de precisión. Posteriormente la secaremos en un horno mufla a la temperatura de 105° y por diferencia de peso obtendremos la cantidad en los pesos de la muestra.

HUMEDAD DE OBRA Toda obra efectuada según el sistema tradicional de construcción no sería posible sin su vehículo acuoso; todos los morteros se amenazan con agua; gravas y arenas necesitan lavados previos; toda obra cocida tiene que colocarse mojada; los hormigones necesitan riegos mediante sufragado, lo que nos da un elevado porcentaje de humedad en el momento que el albañil termina su tarea, habiéndose 3 calculado que en 1 m de fábrica de ladrillo recién terminado contiene de 130 a 230 litros de agua. Por esta razón el material que ha de integrar el relleno de zanjas, lo hemos de estudiar y elegir con cuidado. Descontando de antemano el yeso y, si es posible, también la cal, por ser buenos conductores higrométricos, solo nos queda el cemento (y en casos muy concretos de sequedad el ladrillo) y dentro de su gran variedad de clases, el cemento o supercemento artificial tipo Pórtland.


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IMPERMEABILIZACIÓN: BARRERAS ANTICAPILARES Si antes de empezar una obra no se tuviera la precaución de proteger de humedades el edificio, es muy posible que está absorbida por la cimentación comience su ascensión capilar por los muros, cosa que es fácil de evitar dada la técnica y los materiales que, a tales efectos, existen en el mercado. Una solución sencilla sería construir los cimientos con piedras densas y duras que, al no ser porosas, no dejarán ascender la humedad; pero como no siempre se tiene a mano esta clase de piedra, en la práctica se sustituyen por la caliza, pero sin resultado alguno por la porosidad de la misma. Otra solución más aconsejable es la de construir una verdugada formada por 3 ó 4 hiladas de ladrillo recibidas con un mortero impermeable (1: 1) y que rodeen todo el perímetro del edificio, o bien hacer una verdugada de hormigón impermeable. Pero la solución más racional para evitar las humedades capilares consiste en establecer verdaderas barreras anticapilares, en los muros, formadas por capas de asfalto fundido, chapas de plomo, o bien capas de mortero impermeables. Este último sistema solo es recomendable cuando el terreno en que se apoyan los cimientos es muy firme y no existe el peligro de pequeños asientos que, aunque no pongan en peligro la estabilidad de la obra si producieran fisura en la capa de mortero impermeable, por donde se introducirá la humedad. En cambio las capas de asfalto fundido o plomo, gracias a su elasticidad o maleabilidad, no son afectadas por estos movimientos. En la figura 172 y 173 presentamos 2 formas sencillas de formar estas barreras, la primera mediante una capa de plomo, un poco más alta que el nivel del terreno y la segunda con dos capas de betún asfáltico, distanciadas una de otra un metro, para mayor seguridad al establecer una doble barrera. La elección de uno y otro sistema dependerá de la importancia que pueda llegar adquirir la humedad procedente del terreno. Los materiales más utilizados para formar estas barreras son el plomo y, sobre todo, telas y fieltros bituminosos. Otros sistemas de protección contra la humedad, consiste en confeccionar los cimientos con hormigones y morteros hidrofugados, o sea, a los que se le ha añadido, en el agua de amasado, aditivos impermeabilizantes. Las figuras 174 y 175 son dos ejemplos de impermeabilización de cimientos. En la figura 174 el orden de ejecución de trabajo sería (véanse números en la figura). 1. Hormigón hidrófugo en cimientos. 2. Muros de hormigón en masa, impermeabilizados hasta 30 cm sobre rasante del terreno. 3. Pedraplén anticapilar. 4. Losa de hormigón hidrofugado. 5. Muros sobre rasantes, muros interiores, pilares, tabiques, etc., sin impermeabilizar.


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TRATAMIENTO ELECTRO OSMOTICO En la lucha que contra la humedad se viene practicando en todo el mundo cabe destacar los ensayos realizados en Suiza y Holanda a tal respecto. El tratamiento electro-osmótico (patenteErnst) fue ideado en Suiza y tiene la enorme ventaja de que se pueda instalar en un edificio completamente terminado y que los gastos de su funcionamiento son complemente nulos. El invento está basado en la electricidad, pues según los ensayos Suizos se ha comprobado que, en el subsuelo donde se apoya los cimientos de un edificio cualquiera y los muros a nivel del suelo hay una diferencia de potencia eléctrica de 10 a 100 milivoltios, diferencia que depende de su constitución: humedad, elementos químicos, etc. El sistema Ernst (Fig 176) consiste en que dentro del muro se introduce un alambre de cobre que actúa como conductor horizontal, el cual por medio de tomas de tierra de un metal distinto clavado en el suelo, crea una polaridad inversa a la anterior (polo positivo en el muro, polo negativo en el terreno) estableciéndose una dirección inversa de la humedad a las del efecto capilar. No es preciso, al menos hasta el momento, una fuente de energía eléctrica, por lo que no hay que considerar gasto alguno de funcionamiento. La colocación de los alambre de cobre, de 4 a 5 mm de diámetro se hacen en muro en el que previamente se han hecho una pequeñas rozas que penetran en el interior del mismo y a una distancia, entre si de 50 cm. Todo el edificio pude rodearse con una tupida red, unida a profundas y numerosas tomas de tierra. En las líneas generales, este es el sistema electro-osmótico que actualmente es aplicado por un número determinado de casas especiales. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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AGENTES QUÍMICOS QUE ATACAN LOS CIMIENTOS Los componentes básicos del cemento artificial Pórtland, no son la cal, la sílice y la arcilla. Candat ha complementado esta cifra con el óxido de hierro, magnesio y anhídrido sulfúrico. El cemento Pórtland se vuelve más impermeable si fragua bajo el agua. De aquí que se recomienda llenar los dispositivos de agua construidos en hormigón a los pocos días de terminada la construcción de los mismos. Esta impermeabilidad no es debida a la ausencia de poros, como puede suponerse, sino al agua que al filtrarse por los poros finísimos del hormigón, va depositando poco a poco pequeñas cantidades de sales cálcicas insolubles, que terminan por llenarlas casi por completo. Este fenómeno, naturalmente más acentuado con aguas muy calizas, tiene efecto, aún con las aguas tan puras de Madrid, normalmente en un periodo de 15 a 20 días. Por lo tanto y dada la característica principal del cemento, elegiremos a este como aglutinante único en toda clase de cimentaciones expuestas a humedades, ya sea por sí mismo o pondrá resistencia a las fuerzas capilares. Pero como en toda composición química, el cemento en contacto con otras sustancias puede producir reacciones tan violentas que, alterando totalmente sus propiedades lleguen incluso anularle por completo. El suelo está lleno de sustancias que antes de edificar convendría analizar y ensayar. Afortunadamente, son pocos frecuentes los casos que se dan de que un agente químico haya atacado a una cimentación; pero como son perfectamente reconocibles, convendrá tenerlas presentes cuando iniciemos la primera fase de una construcción. A estos elementos, digamos precisos, los señaló Mazzocchi como “Los enemigos de Pórtland” y aunque dejaremos a un lado los detalles técnicos, más propios de un tratado especializado pasaremos a innumerarlos, ordenándolos como disolventes, disgregantes, destructores, nocivos o simplemente como disminuidores de la resistencia mecánica de hormigones y morteros. Las aguas dulces. El agua químicamente pura. Las aguas potables ordinarias que contengan bicarbonatos. Las aguas selenitosas. Las aguas marinas. Las lejías de sosa. Las aguas amoniacales. Las aguas pantanosas. Las salmueras. Las soluciones azucaradas. Los ácidos en general. Las sales ácidas. El humus. Las materias grasas. Los aceites minerales. Los aceites vegetales. Los aceites animales. El cloruro de calcio. Las sales de magnesia. El hidrógeno sulfurado. El gas del alumbrado. Las aguas sulfuradas gaseosas. Las aguas ricas en ácido carbónico. Y en general los líquidos a alta temperatura. Es muy posible que, ante tales agentes nocivos para el cemento, el entusiasmo de muchos decaiga un poco o les haga tomar exageradas precauciones que solo encarecerían el costo ya elevado de una cimentación. Si bien es cierto que no nos cansaremos de repetir que en España se descuida bastante el acto de reconocer el terreno antes de echar en las zanjas la primera tongada de hormigón, también es cierto que esto no sucede con frecuencia, pues en más de 20 años de práctica constructiva solo conocemos un caso en el que por la acción de las aguas selenitosas toda la TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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cimentación se descompuso, de tal forma que fue necesaria su inmediata sustitución. Caso que creemos merece la pena mencionarlo. Fue como sigue: Ya habíamos “cubierto aguas” y realizado el enfoscado de las fachadas de un importante edificio cuando a los 5 o 6 días de haber sufrido una lluvia torrencial comenzaron a surgir grietas por todas las paredes y manchas de humedad que ascendían por capilaridad, lo que dada la sólida y cuidada estructura de la edificación, aquello era francamente imposible que así sucediera. Anteriormente a esto, observamos que a unos 30 cm de la arrasante del terreno se había dado con una roca de aspecto grisáceo, de la cual teníamos la sospecha de que fuera un yacimiento de yeso (sulfato de cal). Consultado con el director de la obra sobre la piedra en cuestión, este aseguró que, no obstante hallarse presente el sulfato de cal, ello no constituía peligro alguno, debido a su mínimo tanto por ciento y que se podría continuar la obra tranquilamente, cosa que así se hizo hasta que surgieron las grietas aludidas. Realizadas unas cuantas calas, el hormigón de la cimentación no podía presentar aspecto más desastroso. El hormigón se desmoronaba al tacto y su aspecto era el de la miga de pan mal cosido, después de haberle sobado con exceso. Cemento y arena habían desaparecido y en su lugar había una masa de igual valor a la de la piedra donde se apoyaba la cimentación, cuya desagradable olor recordaba el yeso negro. ¿Orígenes?, muy sencillo. El agua de lluvia, al entrar al contacto con el terreno, francamente yesoso, dio lugar a la formación de aguas selenitosas, las cuales tienen una acción disgragante notable sobre los cementos Pórtland; penetrando en la masa de cemento, determina la formación del sulfato cálcico, que se une a la alúmina para dar lugar, con aumento de volumen, a un compuesto cristalino.

¿Remedios? Cimentar con cemento Pórtland. Tipo V de U.S.A. metalúrgico de alto horno, aluminoso y pusolánico, o sobresulfatado. Pero como estos cementos o son muy costosos o de débiles adquisición, se ideó una protección acompañada de drenaje (“dren” en el argot constructivo) que, en causando las aguas pluviales, las alejara de la cimentación. Todo lo cual (Fig. 177) consistió en: 1° Una solera de carbonilla y ladrillo en seco 2° Excavada la correspondiente zanja a un lado y otro de la cimentación, se chaparon con ladrillo macizo los costados tanto de la cimentación como del terreno. 3° Esta especie de caja se enfoscó con tierra refractaria y cemento de dosificación 1:3. 4° Una vez seco el enfoscado, se le dio una mano de pintura asfáltica a la que siguió otra de otro producto, también asfáltico, pero mucho más denso y el que, para poder hacerlo manejable, se diluyó un poco en gas – oil. 5° Se rellenó con grava gruesa (morrillo) la caja anterior citada, cuidando de que las piedras tuvieran todos los mismos tamaños, al objeto de obtener la mayor porción de huecos posible para que las aguas se deslizaran con el menor impedimento. 6° En su parte superior se construyó una acera para evitar infiltraciones; y 7° A todo esto se le dio una estudiada pendiente de un 2 por 100 colocándose arquetas de salida en los sitios estratégicos, con lo que se dio terminada la operación a satisfacción de todos. TEMA : CIMENTACIONES REFER: CIMIENTOS – A. HIDALGO B. - CEAC

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Y esto, amables lectores, que fue solo una experiencia, nos sirvió de tan buena lección que, en lo que a nosotros respecta, jamás volvimos a tropezar con ningún otro caso, aunque si bien pusimos todos los medios a nuestro alcance para saber con que clase de terrenos teníamos que vérnoslas cuando nos encargaban la dirección de una obra cualquiera.

DRENAJES En los terrenos ya construidos, es decir: en aquellos solares o parcelas en las que al edificar no se tuvo en cuenta la contingencia de humedades, la técnica más aplicada al caso es la del avenamiento, la cual consiste en dar salida a las aguas que se estancan alrededor de la construcción. Esta agua pueden tener (como ya hemos dicho) dos procedencias: de aguas de lluvia que caen sobre terreno y que debido a la poca pendiente de este, fallos o permeabilidad, quedan estancadas alrededor del edificio, o bien de aguas subterráneas que existan en el terreno. Tanto en un caso como en el otro, si el agua corre sobre una capa impermeable (por ejemplo de arcilla) y la construcción en su parte mas baja queda un nivel inferior a esta capa (por existir sótanos) es necesario que se canalicen esta aguas bien dando pendiente natural al terreno, para que se alejen o conduciéndolas hacia un pozo. Puede ocurrir que la capa impermeable de terreno, por donde se desliza el agua, sea horizontal (Fig. 178) o en ladera (Fig. 179) más alta que el asiento del cimiento (Fig. 178), o bien más elevada por un lado y más baja por el otro (Fig. 179) debido a la pendiente de la ladera. En el caso de la citada Fig. 178, lo mas recomendable es hacer un pozo absorbente a donde se conduzcan las aguas mediante una tubería dren, cuyo colector de recogida se coloca entre unas piedras que hacen de filtro, como puede apreciarse en la Fig. 180. En cambio, para el caso de la Fig. 179, las aguas pueden recogerse mediante un canal en la parte alta de la ladera y de forma que este canal sea parcialmente absorbente, y con conductores laterales que conduzcan las aguas a puntos del terreno más bajos que los cimientos, lo cual sería fácil de realizar debido a que el terreno es en ladera. En la Fig. 181 representamos gráficamente este sistema. Si la construcción queda aislada o sea circundada por parte del solar libre y asimismo en el interior del recinto de la construcción, mientras no se haya cubierto la primera planta, deberá disponerse el terreno de forma que existan pendientes y puntos de circulación de agua con fácil salida al exterior, en evitación de que se formen charcos. Con respecto a los cimientos, se procurará que, en su parte de contacto; con las tierras y en especial en el perímetro exterior, reúna las máximas garantías de impermeabilidad. A este efecto, en el momento de abrir las zanjas estas se harán de anchura superior a la del relleno y lo suficiente para que desciendan las aguas. La zanja que quedara libre una vez construido el cimiento se rellenará con piedra y grava (Fig. 182) con el fin de que el agua caiga fácilmente al canalillo de recogida evitándose así la humedad que con el contacto de las tierras empapadas sería transmitida al cuerpo del cimiento. También puede colocarse este objeto construyendo un tabiquillo vertical revocado y enlucido, algo separado del cimiento dejando así una cámara de aire (Fig. 183).


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TERREMOTOS También fenómenos endógenos, son los conocidos por sacudidas sísmicas, que según lo mas o menos alejada que la construcción esté de su más epicentro, causan a la misma desde ligeras grietas hasta la ruina total de la obra. Pero los técnicos – y es especial ahora con las bombas atómicas y de hidrógeno - coinciden en afirmar que es el hormigón armado quien más resiste a estas vibraciones telúricas; pues se sabe por experiencia la diferencia y el comportamiento que hay entre un edificio de estructura de hormigón armado y otro de fábrica de ladrillo, pues mientras el primero aguanta bien la sacudida, el otro se derrumbó por completo. En España, poca experiencia tenemos de edificios afectados por terremotos, y si algo hubo, fue tan insignificante que en materia constructiva no mereció la pena ocuparse de ella, ya que, en todo caso se reducirán a pequeñas grietas y fisuras fáciles de reparar con un mortero; y en el peor de los casos en las que el subsuelo haya cedido algo, bastará con aumentar la base de la cimentación, encadenando, si fuera menester, algún muro desplazado. En España no tenemos, afortunadamente, experiencia sobre terremotos, pero valgan las presentes líneas como grito de alerta caso de que contra las bombas atómicas y de hidrógeno, se descubra algún material verdaderamente eficiente contra los poderosos estragos de las mismas.


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LAS CIMENTACIONES 5.1. PRINCIPIOS GENERALES Las cimentaciones están destinadas a repartir sobre el terreno el peso de la obra. Es pues conveniente, para determinar sus dimensiones, conocer, por una parte, el peso total de la obra (enteramente acabada, incluidas las sobrecargas accidentales), y por otra, la actitud portante del terreno sobre el cual descansa la construcción. Tal reacción puede escribirse así:

Peso de la obra  Aptitud por tan te del terreno Superf . apoyo sobre el terreno La aptitud portante o de sustentación de un terreno destinado a construcción viene definida por 2 la carga unitaria (expresada en kg/cm ) bajo la cual, prácticamente, el asiento cesa de aumentar. Esta característica puede ser modificada por la aparición de determinados fenómenos exteriores, tales como las heladas, las venas de aguas superficiales o subterráneas, etc. Asimismo, para disminuir los peligros y azares enunciados, deberán respetarse algunas reglas. .2.

PROFUNDIDAD DE LAS CIMENTACIONES Las cimentaciones deben establecerse en el terreno a una profundidad tal que su base esté fuera del alcance de las heladas. Esta profundidad mínima se calcula a base de 5 a 8 cm por grado de temperatura bajo cero. Teniendo en cuenta esos valores se obtiene, por ejemplo, una profundidad mínima de: 0,90 m para las regiones de Rhin inferior, 0,80 m para Ginebra y las orillas del Lemán, 0,70 m para la región lionesa, el Maconés y la Borgoña, 0,60 m para el valle del Ródano, 0,40 a 0,25 m para el litoral del Atlántico y del Mediterráneo, etc. Quede entendido que en el interior de dichas zonas hay puntos más expuestos al frío que puedan exigir profundidades superiores (Fig. 183). Observación: estas mismas profundidades deben respetarse en la colocación de conducciones y canalizaciones dentro del terreno. En roca compacta, las cimentaciones se situarán como mínimo a 20 cm por debajo de la superficie de la capa rocosa, a fin de proporcionar el debido anclaje (Fig. 184). Profundidad mínima de cimentaciones (caso general)

Cimentación en roca

.3. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

DRENAJE DEL TERRENO

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Para evitar, por una parte, los riesgos de que se modifique la naturaleza del terreno por la irrupción de aguas, y por otra parte, una constante humedad en las cimentaciones y el ascenso por capilaridad del agua en las paredes, es recomendable instalar drenajes. Esos drenajes deben colocarse cerca de las cimentaciones. Pueden estar formados por drenes o tubos de barro cosido, o por tubos escurrideros de hormigón perforados y colocados sin juntas, a tope. El diámetro de tal drenaje está en relación con la cantidad de agua que deba captar, y la pendiente que se le proporciona debe ser por lo menos de 3 mm por metro.

Una vez colocado en su sitio, los drenes se rodean y recubren con una camisa de drenaje. Esta camisa está constituida por grava de 30 y 50 mm de diámetro y un lecho de gravas filtrantes de pequeño diámetro hasta una altura de 40 a 50 cm. El terraplenado se completa luego con tierra (Fig. 185). A fin de aumentar la eficacia del drenaje es indispensable enlucir o revocar la cara de la pared en contacto con la tierra, con un enlucido hidrófugo si es necesario (mortero mas producto hidrófugo: Sika, Barra, Plastocrete, etc.) o alisar la superficie de la pared y pintarla con productos bituminosos. Para evitar las infiltraciones posibles entre la zapata de base y el muro, el enlucido se dispondrá en forma achaflanada, redondeada sobre el retallo de la cimentación. .4.

DISPOSICIÓN DE LAS CIMENTACIONES Con la finalidad de evitar los posibles deslizamientos, el asiento de los cimientos debe ser perpendicular a la dirección de los esfuerzos transmitidos. Esta observación afecta a las cimentaciones normales sobre suelo inclinado, para las cuales se construirán escalones, macizos bajo bóvedas, estribos de puente, macizos de anclaje, etc. (Fig. 186).

.5.

MATERIALES UTILIZADOS Es posible realizar las cimentaciones con los materiales tradicionales utilizados en construcción. Sin embargo, a causa de su deficiente comportamiento en determinados medios, ni la madera ni el hierro se usan más que raras veces. La madera puede ser conveniente en los medios acuíferos, a condición de que permanezca constantemente sumergida en tal medio: las alternancias de humedad y sequedad conducen a su

TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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putrefacción. El empleo del hierro ofrece un grave inconveniente: el de su rápida oxidación. Para ser utilizado en tales obras, el hierro debe estar protegido en forma eficaz y duradera. La mampostería se emplea corrientemente en establecimiento de las cimentaciones. Esa mampostería pude ser de adoquines o mampuestos; puede emplearse también la fábrica de ladrillo o el hormigón (armado o sin armar). Conviene que los materiales empleados no sean sensibles al hielo ni susceptibles de deterioro por causa de la humedad. .6.

CÁLCULO DEL PESO DE LA CONSTRUCCIÓN El peso total de una construcción se determina tomando como base los planos exactos del proyecto. El cálculo del volumen de los materiales puesto en obra y el conocimiento de su peso por metro cúbico permiten determinar el peso propio de los muros, de los pisos, de los entramados de madera, de la cubierta, etc. el peso de las sobrecargas permanentes, los embaldosados, con su mortero de colocación, los techos, etc. deben entrar en dichos cálculos.

E l p e s o de los pisos y de su sobrecarga debe repartirse según las “reacciones de apoyo” sobre las paredes. A este efecto se tendrán en cuenta los elementos citados en el capítulo XVI (resistencia de los materiales) y las indicaciones mencionadas en la figuras 187, 188, y 189. Las sobrecargas admitidas son las que figuran en el capítulo IX: pisos y losas. El párrafo 3.7 da un ejemplo sobre el cálculo de las cimentaciones.

5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS TERRENOS DE CONSTRUCCIÓN La actitud portante o de sustentación de un terreno se puede determinar o bien por ensayos directos efectuado sobre el terreno o bien por el ensayo, realizado en el laboratorio, de muestras tomadas en el propio terreno. Prácticamente, es posible establecer ciertos valores por comparación con obras similares.


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Los ensayos sobre el terreno consisten en medir el hundimiento de una superficie unitaria conocida, bajo una carga que se aumenta progresivamente. Esos ensayos y el cuadro de los resultados obtenidos están representados en las figuras 190 y 191: la figura 190 reproduce el dispositivo de ensayo y la figura 191 indica la forma de enunciar los resultados obtenidos. Estos ensayos deben efectuarse sobre el suelo de los cimientos y la carga se dispondrá mediante sacos de peso conocido o bien por medio de laminado de hierro. La carga máxima soportada por el terreno es el límite más allá del cual la relación entre los hundimientos y el incremento de la carga crece bruscamente. Esta carga, en 2 nuestro ejemplo, vale 18 kg/cm .

Siendo esta una carga de rotura se adopta prácticamente 1/10 de dicho valor. Este importante coeficiente de seguridad es debido a la incertidumbre que en cuanto a su homogeneidad presenta el conjunto del terreno de cimentación.


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Deberán procederse siempre algunos ensayos antes de fijar definitivamente los valores que haya que adquirir. Este número depende de la superficie que hay que explorar y de la homogeneidad presumible de las capas del terreno. Este método no es muy aplicable a los terrenos arcillosos, por ser estos muy compresibles. Los ensayos realizados por especialistas, mediante el penetrómetro y los aparatos de presión lateral, permiten determinar, con una precisión interesante, la actitud de sustentación de los terrenos a diferentes niveles. Cualquiera que sea el método empleado para la realización de los ensayos, importa conocer el terreno no solamente a nivel de los cimientos sino también por debajo de los mismos. Siempre es necesario buscar el espesor de la capa de asiento y asegurando de sí las capas subyacentes son comprensibles o carecen de resistencia. En resumen, es útil explorar el terreno en una profundidad definida por la figura 193 y 194. Tabla 13. Clasificación sumaria de los terrenos de construcción según las solicitaciones admisibles (fuerzas o aptitudes de sustentación). Naturaleza del terreno Limo, turba Tierra vegetal, terraplenes

Solicitación 2 admisible en kg/cm 0,000 0,500

Arena muy fina

0,000 a 2,000

Arenas secas y gravas mezcladas

3,000 a 5,000

Arcilla acuífera

0,300 a 1,000

Greda arenosa, arcilla, tierra de dureza media

1,500 a 3,000

Marga, arcilla o greda, tierra dura Rocas blandas poco agrietadas, sanas, en capas regulares Rocas duras, de buena calidad, sanas, en capas regulares Granitos, gneis, etc.

3,000 a 5,500 7,000 a 10,000 10,000 a 20,000

Observaciones Proyectar cimentaciones sobre pilotes Valor variable en función de la calidad de los materiales, de la compacidad y del espesor de la capa Terreno utilizable únicamente cuando está encerrado en un recinto de tablestacas, a fin de evitar que se escurra bajo la acción de las cargas Reducir estos valores en1/3 si hay peligro de infiltración de agua Susceptible de asientos lentos proporcionales a las dosis de agua. Exige un estudio detenido Con la reserva de que esa tierra no pueda ni desecarse ni saturarse de agua. En caso de infiltración de agua, reducir los valores en 1/3 Como en el caso anterior Estos valores pueden ser reducidos a mitad para las rocas muy agrietadas Como en el caso anterior La carga unitaria de trabajo admisible queda limitada a la correspondiente a la obra de fábrica soportada

Para obras de importancia, en terrenos de capas diferentes y de resistencia dudosa, es conveniente proceder a sondajes. Los sondajes destinados a extracción de muestras (denominadas en Francia y Suiza “carottes”, zanahorias) se realiza con herramientas especiales. Las muestras extraídas se mandan a laboratorio en donde, mediante experiencias y análisis, se determinan las características del terreno. Este método es costoso, pero permite obtener resultados indiscutibles. Prácticamente pueden considerarse como terrenos buenos para cimientos los que son duros, sólidos, sin infiltración de agua y los formados por capas casi horizontales. La resistencia que presenta al pico y a la pala, al hundimiento de un piquete de madera o de hierro, el sonido que producen al ser golpeados, son indicios que permiten apreciar sus cualidades. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD



El examen de la estabilidad de la construcción sobre el terreno permite establecer una tabla o cuadro de las solicitaciones prácticamente admisibles (Tabla 13). Antes de iniciar una construcción es conveniente explorar toda la superficie del terreno con el propósito de respetar la solicitaciones máximas admisibles en la diversas clases de suelo halladas; todo ello con el fin de obtener un asiento regular y uniforme de todo el edificio, asiento que, por otra parte, a de ser de un valor despreciable.

3.1. CIMENTACIONES SENCILLAS Los basamentos continuos debajo de las paredes, de sección rectangular o trapezoidal y las zapatas o zócalos aislados debajo de los pilares, en forma de tronco de pirámide, se denominan cimentaciones sencillas o simples.

3.2. BASAMENTOS DEBAJO DE PAREDES Las cimentaciones en formas de zapatas o basamentos continuos se acostumbran a disponerlas directamente en zanjas abiertas en la tierra. Requieren encofrados laterales, salvo en casos particulares. Las paredes de las zanjas sirven de encofrado. La anchura de las zapatas o basamentos no debe ser inferior a 35 cm, pues este valor viene determinado por la anchura de la pala que se emplea en la excavación. En construcciones de escasa importancia, pabellones, casita de recreo, garajes particulares (de una planta), cuyas cargas y luces son normales, los retallos de las cimentaciones pueden ser simplemente de 10 cm. Este valor basta en la mayoría de los casos para distribuir en un terreno de buena clase las cargas transmitidas por las paredes de fachada (Fig. 203). En esas mismas construcciones los muros divisorios reciben cargas mayores procedentes de los pisos y enlosados. En cambio no soportan ninguna carga de la armazón de cubierta. Sin embargo, debido a que generalmente tienen menor espesor que los muros contra tierra, conviene dar a las cimentaciones de aquellas paredes unos retallos mayores que a las cimentaciones de fachada. El material que se emplea generalmente es el hormigón; hecho con buena granulometría y con una consistencia de tierra húmeda, debe apisonarse concienzudamente al ser colocado. La dosificación es de 200 kg de cemento Pórtland (o de cemento aluminoso) por metro cúbico de hormigón puesto en obra. Si bien estáticamente este hormigón no exige armadura, unos ligeros hierros longitudinales permiten formar un encadenamiento cuya eficacia suprime ciertas deformaciones creadas por la falta de TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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homogeneidad de los terrenos. Los estribos, o marcos, permiten la colocación de una armadura superior, hacen homogénea la sección y se oponen a posibles grietas. Para construcciones más importantes, inmuebles de viviendas con varios pisos, construcciones industriales, construcciones con grandes luces o que soportan fuertes cargas, la dimensión o anchura de las zapatas de basamento se deduce del cálculo de las cargas.

Peso por m de cimentacion (en kg )  ancho basamento (en cm) Solicitación admisible en el terreno (en kg / cm 2 ).100cm* *longitud unitaria del basamento.

El aumento del retallo de las zapatas de basamento engendra sobre el asiento de las cimentaciones solicitaciones por tracción. Estas últimas pueden ser absorbidas por medio de armaduras, o bien, si son débiles, por la propia obra de fábrica. Es, pues, posible realizar tales basamentos con mampostería, con obra de ladrillo o con hormigón armado.

3.3. CON OBRA DE FÁBRICA: LADRILLO, MAMPOSTERÍA U HORMIGÓN Es posible construir los basamentos con obra de ladrillo, con mampostería ordinaria o con hormigón. El empleo de este último material tiende a generalizarse, en razón de su rápida puesta en obra y de su precio. El esfuerzo máximo que se puede atribuir, por tracción, a un hormigón es 2 de 3 kg/cm . Para satisfacer esta condición hay una regla sencilla que consiste en repartir los esfuerzos a 30° respecto a la dirección de su acción, como se indica en la Fig. 204. La forma de la zapata puede acomodarse a ese trazado, o bien está constituida por escalones o retallos circunscritos a dicha forma (Fig. 205).


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En este caso, para un basamento de hormigón (Fig. 206) se reserva un retallo o dentellón de 5 cm aprox. para facilitar la colocación de encofrado de la pared; el espesor en la base será al menos de 10 cm a fin de evitar las aristas demasiado frágiles (Fig. 206). Esa pendiente de 30° (respecto de la vertical) puede ser asimilada aproximadamente a un valor de 2/3. Esta fórmula empírica permite definir el espesor de una zapata de sección rectangular. La altura de una zapata de hormigón sin armar tiene un valor 3 veces superior al del semiretallo (Fig. 207). El hormigón utilizado para la realización de las cimentaciones se dosifica a 200 kg de cemento Pórtland (o de cemento aluminoso) por metro cúbico, su consistencia es de tierra húmeda, y se le apisona fuertemente al ponerle en obra. Además con el fin de evitar la contaminación del hormigón blando o las suciedades del fondo de las excavaciones, conviene extender sobre dicho fondo una capa de hormigón árido. Este hormigón, que se llama hormigón de limpieza, lleva una dosis de 150 kg de cemento Pórtland por metro cúbico.

3.4. CON HORMIGÓN ARMADO Los esfuerzos de tracción, producidos en la parte baja de la zapata de basamento pueden ser absorbidos por armaduras. Estos aceros, dispuestos transversalmente en la parte baja de la zapata, deben, sin embargo, quedar suficientemente revestidos para estar al abrigo de la corrosión. Semejante ejecución resulta en realidad económica cuando los retallos son ya de importancia. La economía conseguida con la disminución del peso propio de las cimentaciones no es despreciable. La cantidad de armaduras que entra en los basamentos de cimentación puede estimarse entre 3 25 y 40 kg por m de hormigón puesto en obra. Por otra parte, la altura entre las armaduras inferiores y la parte superior de la zapata H puede determinarse arbitrariamente por la expresión siguiente: H = retallo de la zapata. 0,5 (Para el cálculo de la armadura de las zapatas, véase capítulo XVII: hormigón armado). En cuanto a la ejecución de estas zapatas, el hormigón debe estar dosificado a 300 kg de cemento Pórtland (o de cemento aluminoso) por metro cúbico puesto en obra, para satisfacer a las condiciones de resistencia y para la protección suficiente de los aceros. La consistencia tierra – húmeda – plástica debe permitir el apisonado o el pervibrado. A fin de que al hormigonar se respete las características dimensiónales de los basamentos, se pueden prever armaduras que se adapten al perfil proyectado. Así es posible efectuar un control de espesores de hormigonados.


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Las armaduras longitudinales desempeñan el papel de barras de repartición y crean un encadenamiento en forma de viga que asegura la homogeneidad y la rigidez de la base del edificio.

3.5. ZAPATAS DEL BASAMENTO DESCENTRADAS DE BAJO DE LOS MUROS Cuando las zapatas estás situadas debajo de paredes cuyo parámetro desnudo – exterior está precisamente en la línea que limita en la propiedad, o bien cuando se levanta una pared junto a otra ya existente, resulta obligado descentrar la zapata de basamento respecto de la pared que soporta. Puesto que el retallo no esta equilibrado estáticamente, es conveniente ligar la zapata con el nudo. Esta última observación afecta principalmente a las zapatas de hormigón armado. Cuando el reparto de las cargas sigue la línea de presiones definida en el párrafo 3.3, los peligros no son de importancia. El enlace recomendado (zapata – muro) puede realizarse mediante la prolongación de las armaduras de la zapata hacia el muro: de una manera continua o ciertamente en puntos característicos (pilares, por ejemplo) (Fig. 215 y 216). Observación: si, por razones estáticas, tiene que armarse la pared que carga sobre los cimientos, deberá enlazarse con las cimentaciones por medio de armaduras de espera dispuestas en las zapatas. Dichas armaduras se unirán luego con los herrajes de la propia pared. En la ejecución de zapatas en forma de escalones, las armaduras se dispondrán de tal forma que se evite el descantillado de las aristas. Conviene proporcionar un enlace entre los distintos escalones. Este enlace puede realizarse con el empleo de mar o de estribos.

3.6. ZAPATAS DE BASAMENTO, AISLADAS, DEBAJO DE PILARES Estas zapatas, de forma piramidal, pueden establecerse indistintamente con obra de fábrica o con hormigón armado o sin armar. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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3.6.1. CON OBRA DE FABRICA Los razonamientos formulados por las zapatas de sustentación de paredes son aplicables a estas obras. Sin embargo, en este caso no puede concederse un ángulo de repartición de las presiones superiores a 25°. Esta pendiente puede ser asimilada aproximadamente a un valor de 1/2 . Esta forma empírica permite determinar la altura de un mac de cimentación debajo de un pilar, que, según acabamos de ver, vale dos veces el valor del retallo (Fig. 217 y 218). El establecimiento de esta forma de zapata obra de fábrica es poco corriente en la actualidad la utilización del hormigón armado conduce a soluciones más económicas y reduce la carga sobre el terreno.

3.6.2. CON HORMIGÓN ARMADO Los esfuerzos de tracción que existen en la parte inferior de la zapata se manifiestas según las direcciones de los ejes principales. La absorción de estos esfuerzos implica la colocación de armadura según los citados ejes. Las cimentaciones comprenden, pues, dos capas de armadura superpuesta, cada capa sirve a la vez de armadura principal en sentido y de repartición en el otro. El peso unitario de armadura por metro cúbico de hormigón varía según las solicitaciones admitidas sobre el suelo y la altura dada. Se puede 3 estimar la cantidad de armadura entre 50 y 100 kg/m . La altura de la zapata puede definirse, en primera aproximación, por la expresión que acompaña a la figura 219. (El cálculo de la armadura aparece en el capítulo XVII: hormigón armado). Conviene que la cara superior de la zapata, destinada a recibir el encofrado del fuste del pilar, cuente con un retallo de 5 cm poco mas o menos. El borde de la zapata tiene una altura comprendida entre 10 y 20 cm, según se indica en la figura 219. el enlace de la zapata con el TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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pilar está asegurado por una armadura de espera comprendida en el hierro del armado de las cimentaciones (Fig. 220). Con el fin de conseguir la resistencia requerida procurar a los aceros una protección contra la corrosión, el hormigón se dosifica a razón de 300 kg de C.P. (o de C.A.) por metro cúbico de hormigón puesto en obra. El hormigón debe estar fuertemente apisonado o vibrado. Generalmente se vierte sencillamente entre paredes de tierra, preparadas al hacer a excavación, y con las gotas requeridas. Con anterioridad, se colocó el hierro de armadura sobre una capa de unos 5 cm de espesor, hecha con hormigón árido , hormigón de limpieza 3 (dosificado a razón de 150 kg/m ).

3.7. EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN CONJUNTO DE CIMENTACIONES Supongamos que hay que determinar las cimentaciones que deben tener las paredes y pilares del local representando en los croquis de las figura 221, pág. 101; la actitud de sustentación del 2 terreno es, como máximo, de 1,3 kg/cm .

a)

ZAPATA DEBAJO DE LAS PAREDES Se calcula las zapatas debajo de las paredes, considerando una longitud unitaria (por ejemplo: 1 m). Los pesos por metro cúbico pueden establecerse como sigue: 3 3 Hormigón sin armar 2,4 t/m colocación 1,7 t/m 3 3 Hormigón armado 2,5 t/m ladrillos 1,25 t/m Enlosado, incluido el mortero para su peso a considerar = volumen . peso unitario. Peso de la pared a la altura del sótano Reacción de la losa sobre el sótano..........hormigón Losetas Sobre carga accidental Antepechos, alféizares a la altura de la planta (piso) Carga losa sobre la planta.........................hormigón Hormigón dependiente Aislamiento Nieve normas

1,00 . 0,30 . 2,60 . 2,4 = 1,872 t 1,00 . 4,95 . 0,18 . 2,5 . 0,375 = 0,835 t 1,00 . 4,64 . 0,07 . 1,7 . 0,375 = 0,208 t 1,00 . 4,64 . 0,500 . 0,375 = 0,871 t 1,00 . 1,00 . 0,16 . 1,25 = 0,200 t 2 0,16 . 2,5 = 0,400 t/m 2 0,07 . 2,4 = 0,168 t/m 2 = 0,020 t/m 2 + = 0,100 t/m admitida según las 0,668


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Reacción de la losa Alero Cubierta (bajo la losa) 2 Vidrios 30 kg/m

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1,00 . 4,95 . 0,668 . 0,375 1,00 . 0,50 . 0,688 1,00 . 0,16 . 0,25 . 2,5 1,00 . 1,60 . 0,030

= = = =

1,280 0,344 0,100 0,048

t t t t

5.758 kg  4.800 cm 2 2 1,2 * kg / cm 4.800 Longitud  100 cm, anchura   48 cm, admitir 50 cm 100

sup erficie de zapata por m

* Para limitar los tanteos, es preferible adoptar un valor ligeramente inferior a la solicitación máxima admisible.

b)

ZAPATAS BAJO PILARES (DISTANCIA ENTRE CENTROS DE APOYOS: 5,00 m) Peso pilar

0,30 . 0,30 . 2,10 . 2,5

=

0,473 t

Peso viga maestra 0,30 . 0,50 . 5,00 . 2,5 = 1,875 t 2 Carga de la losa sobre el suelo de sótano. .hormigón 0,18 . 2,5 = 0,450 t/m 2 Losetas 0,07 . 1,7 = 0,120 t/m 2 Sobrecarga 0,500 t/m 1,070 Reacción losa sobre el suelo del sótano 1,00 . 4,95 . 1,070 . 1,25 . 5,00 = 3,310 t 2 Carga losa sobre la planta (piso)................hormigón 0,400 t/m 2 Hormigón dependiente 0,168 t/m 2 Aislamiento 0,020 t/m 2 Reacción losa sobre la planta (piso) 0,100 t/m 0,688 1,00 . 4,95 . 0,688 . 1,25 . 5,00 = 2,120 t 7,778 t Carga total por pilar, al nivel de las cimentaciones 7.778 kg

Superficie zapata

7.778  6.475 cm 2 1,2

Si se admiten zapatas cuadradas, su lado será:

6.475  80,5 cm Admitir: 82 cm La presión real sobre el terreno, teniendo en cuenta el peso de las zapatas, será, pues: Zapata bajo pared, altura admitida de 30 cm 0,50 . 1,00 . 0,30 . 2,5 = 0,375 t 0,375 + 5,758 = 6,133 t

6.133  1,225 kg / cm 100.50 Zapata bajo pilar

0,80 . 0,80 . 0,25 . 2,5 = 0,400 t 0,400 + 7,778 = 8,178 t

8.178  1,280 kg / cm 2 80.80 2

Estas dos solicitaciones son inferiores al valor 1,3 kg/cm máximo admisible sobre el terreno. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD



3.8. ZAPATAS CONTINUAS BAJO PILARES Cuando las zapatas tienen dimensiones tales que si se toca en un sentido, es preferible unirlas para que lleguen a formar una zapata continua. Esta zapata, destinada a repartir la carga recibida por el conjunto de los pilares, debe reforzarse con una viga en su parte superior. Esta viga constituye un arriostramiento imborrable a la estabilidad de la obra. Pueden ir provista de acartelamientos para satisfacer a sus requerimientos de los momentos o de los esfuerzos importantes (véase el capítulo XVII: hormigón armado). La armadura, dispuesta longitudinalmente, es perpendicular a la armadura de la zapata. La anchura de la zapata, que puede ser variable, debe respetar los principios de la repartición de cargas sobre terreno (Fig. 224).

3.9. ZAMPEADO GENERAL Si a consecuencia de la escasa resistencia del terreno de cimentación, las zapatas de los pilares aislados tienden a juntarse, es preferible establecer un zampeado general. El zampeado general presenta la disposición de una plataforma o tablero de cimentación que transmite las cargas de la construcción al terreno mediante una superficie igual o superior a la de la obra. Es una especie de piso invertido que recibe la solicitación unitaria del terreno y descansa sobre los puntos de apoyo sobre de la construcción (Figuras 225 y 226).


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Puede constar de una sencilla losa, gruesa, o de vigas longitudinales y transversales que enlazan los apoyos portantes que sostienen una losa más delgada. Se recurre a una losa en forma de z invertida cuando la disposición de los pilares excluye la solución del retesamiento por medio de nervaduras. Las ventajas de las cimentaciones sobre zampeado general son, por una parte, una cierta disminución de los riesgos de asiento y, por otra, el excelente enlace que proporciona a las bases de la obra. En cambio esta solución debe rechazarse cuando el terreno de cimentación es de resistencia irregular, por que las diferencias en el asiento de una base semejante pueden comprometer la estabilidad de la obra.

a) b) c)

En general puede adoptarse esta solución: Cuando el terreno es poco resistente pero homogéneo, Cuando la superficie de la construcción es pequeña en relación con su volumen (silos, rascacielos, etc.), Cuando se quiere un sótano seco en una construcción asentada en una capa acuífera subterránea (para realizar una entibación en forma de cubeta). La ejecución de un zampeado va precedida de la formación de una capa de hormigón árido que haga posible la colocación de la armadura sobre una superficie limpia. El zampeado se suele 3 hacer con hormigón armado dosificado a razón de 300 kg de cemento Pórtland por m . la ejecución de bóvedas múltiples con obra de fábrica permite también la misma solución (Figuras 227 y 228).

4.1. OBRAS EN TERRENO FUERTEMENTE ACUÍFEROS Cuando las cimentaciones de una construcción se establece sobre un subsuelo gredoso que, por ser impermeable, retiene naturalmente las aguas, es preciso tener en cuenta ciertos trabajos que resultan necesarios para evitar la penetración del agua en los sótanos de la obra. Los diversos métodos que cabe prever, depende de la importancia de la capa atravesada y del nivel al cual pueden llegar las aguas. Por otra parte, es posible que el agua se presente de una manera permanente o intermitente. Cuando las aguas subterráneas de llegada intermitente no son de volumen importante, es posible evacuarlas mediante un simple avenamiento o drenaje cubierto con una camisa de grava gruesa, como queda descrito en el párrafo 1.3. Las aguas recogidas por el drenaje luego se evacuan en el alcantarillado o, según el caso, en un poso negro. El diámetro de las tajeas o drenes utilizados varía de 10 a 15 cm. Es importante contar con paredes y enlucidos impermeables y herméticos e incluso con la aplicación de una pintura protectora, a fin de evitar toda penetración de humedad en las paredes. Si resulta posible evacuar las aguas del avenamiento en la alcantarilla (cuando la propia alcantarilla está sumergida, o cuando se halla en un nivel superior al del avenamiento), el avenamiento resulta perjudicial y esta solución debe rechazarse. Es preciso entonces construir TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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una especie de cajón cerrado por sus paredes y sus zampados de fondo y sobre el mismo edificar la construcción. Esta última solución es la que prevalece, por ejemplo, cuando las cimentaciones están situadas por debajo del nivel de una capa de agua subterránea o freática. Estos trabajos, cuyo estudio requiere la competencia de especialista, exigen una ejecución minuciosa. En efecto, del cuidado que se ponga en la realización depende el valor definitivo de la obra. Por otra parte, después de la terminación de los trabajos las reparaciones resultan difíciles y costosas. 4.2. OBRAS SOMETIDAS A SUBPRESIONES Cuando una obra se sitúa por debajo del plano de la capa de agua queda sometida al empuje hidráulico. Este empuje que actúa perpendicularmente a las paredes, o de abajo arriba, bajo el zampeado, se denomina subpresión.

La presión hidrostática depende de la altura del nivel del agua por encima del punto considerado. Esto, independientemente del volumen del agua en contacto con la obra. La figura 231 pone de manifiesto, comprobada ya en numerosos casos de accidentes. La supresión tiende a levantar la obra y en consecuencia disminuye la solicitación ejercida sobre el terreno. Las cimentaciones (o más exactamente, el zampeado construido en tales casos), deben estar calculados para poder resistir a dicha supresión. El conjunto de las cimentaciones se presenta entonces como se indica en la figura 230.

Este conjunto, denominado entibación en forma de cubeta (cuvelaje) se realiza de la manera siguiente: después de la ejecución de las excavaciones, que resulta desde luego difícil a causa


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de la consistencia plástica del terreno, se coloca un lecho de escollera, en el cual puede incorporarse eventualmente un avenamiento perdido. Este avenamiento o drenaje, accesible en determinados puntos, permite que con el empleo de bombas se rebaje el nivel de la capa de agua subterránea (y una disminución de las subpresiones). Se extiende sobre la escollera una capa de hormigón pobre. La cubeta de entibación exterior, hecha con hormigón dosificado a razón de 300 kg de C.P. por 3 m , está construida por encima de la capa de hormigón pobre o árido. Las paredes se ejecutan después de la entibación descrita más arriba. Su cara exterior se deja enlucida y la unión o enlace con la losa debe tener forma redondeada con el fin de permitir un desarrollo sin rotura de la capa aislante. El especialista en aislamientos aplica, empezando por las paredes, su complejo aislante, cuidando de manera especial el enlace con la losa, que se recubre así mismo con la capa de impermeabilización (enlucidos asfálticos, telas embetunadas, yute o telas de vidrio impregnadas). A fin de evitar el deterioro de esa capa aislante se la protege con un mortero de dos a tres cm de espesor. Viene entonces la colocación de la armadura del zampeado y de las paredes, seguida del hormigonado de estos elementos. La Fig.232 indica una sección o corte de la obra descrita. Todo deterioro de la capa aislante puede acarrear graves consecuencias. Así, pues, en consecuencia, cada cual viene obligado a tomar las precauciones necesarias y en caso de averías señalarlas inmediatamente, con el objeto de que la reparación se haga antes de que resulte casi irrealizable. La presión máxima soportada por 2 la capa aislante es de 4 kg/cm .

Cuando la subpresión ejercida es igual a la solicitación transmitida por el zampeado, la presión sobre el terreno se anula y la obra se apoya sobre el agua, es decir, flota.


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Si la subpresión aumenta, la obra corre el riesgo de ser levantada de su asiento. En general, por razón de su elevado peso propio, este fenómeno ocurre raras veces en los edificios. Por el contrario, en ciertas obras de reducido peso propio, el efecto de las subpresiones puede presentar graves inconvenientes. Este es el caso, por ejemplo, de las piscinas, los depósitos, las cisternas, establecidos en terrenos acuíferos que, sin precauciones particulares, pueden ser TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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levantados por las subpresiones cuando están vacíos. Conviene que estas obras estén sobrecargadas o ancladas fuertemente al terreno por medio de pilotes de ofrecer una resistencia al empuje hidráulico. Observemos que el peso del lastre sumergido es menor y que 3 queda rebajado aproximadamente de uno t/m respecto del que tendría en el aire. Las figuras 239 y 240 mencionan algunos dispositivos que muestran el modo de lastrar cisternas y depósitos.


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5.1. EJECUCIÓN DE TRABAJOS POR DEBAJO DEL NIVEL DE LAS CAPAS DE AGUA Para la ejecución de las excavaciones y las cimentaciones en una capa de agua o en terrenos saturados de ella, pueden recurrirse a diversos dispositivos:

5.2. CORTINA DE TABLESTACAS Las tablestacas con un tipo de pilotes (cuya solución permite un ensamblado para su unión) que una vez hincados en el terreno ofrecen una pared herméticamente cerrada. El procedimiento consiste en crear un recinto cerrado impermeable en cuyo interior se desarrolla los trabajos una vez agotado el agua por medio de bombas. Las tablestacas pueden ser de madera o de hormigón armado cuando deben quedar definitivamente dentro del suelo, o del hierro si se las retira al término de los trabajos. Dichos elementos se clavan en el suelo por medio de un martinete que lleva una masa o pilón de martinada a golpear la cabeza de las tablestacas mediante la interposición de un sombrero o casco que hinca. El extremo inferior clavado o hincado en el terreno está cortado en bisel con objeto de provocar un autoapretado de las tablestacas, una contra otra. Si son de madera, las tablestacas pueden estar compuestas de tablas ensambladas en forma de nura y lengüeta. El extremo hincado en el terreno está provisto de una punta o azuche mecánico que facilita la penetración. La hinca por golpeo se actúa sujetando las tablestacas entre dos cepos puestos horizontalmente y que sirven de guía.


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Si son de hormigón armado, constituyen generalmente uno de los elementos esenciales de las citaciones, por lo que se las coloca de manera dimensional. Sus secciones y dimensiones dependen de las condiciones estáticas; su espesor es de 10 a 25 cm su anchura de 40 a 80 cm. Pueden contener en su perfil un tubo que conduce hasta la punta agua a presión que por socavación permite, en los terrenos blandos la hinca de tablestacas bajo la acción de su propio peso.

Las tablestacas metálicas son las más utilizadas. Son perfiles de formas y características variadas que permiten la construcción de paredes provisionales de elevado momento de inercia. La hinca y el arranque que realizan mediante martillos neumáticos que provocan sacudidas y la vibración de los terrenos que están en contacto con ellas. El 2 peso de un m de pared varía entre 80 y 250 kg.


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Se denomina “ataguía” una construcción compuesta de dos tableros de tablestacas situadas algunos metros de distancia y entre las cuales se coloca un relleno de terraplén. Estas construcciones se emplean para crear presas o retenciones provisionales.


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5.3. REDUCCIÓN DE LA CAPA DE AGUA SUBTERRÁNEA MEDIANTE BOMBAS DE EXTRACCIÓN El agotamiento de una capa subterránea de agua requiere la construcción de posos distribuidos por superficies de los terrenos excavados. La aspiración del agua provoca el descenso del nivel medio de la capa, permitiendo con ello la ejecución de los trabajos. El espaciado de los posos, dictado por el grado de permeabilidad del terreno, excede raramente de 8 a 10 m. Esta clase de trabajo debe estar presentada y realizada por especialistas.


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5.4. PAREDES MOLDEADAS EN EL TERRENO. RECINTOS MOLDEADOS La realización de las cimentaciones y de los desmontes con vistas a la construcción de un inmueble puede emprenderse a gran profundidad, independientemente de la mala naturaleza de los terrenos encontrados, gracias a la utilización de los barros tixotrópicos (Prof. Lorenz, Berlín). Una materia tixotrópica posee la siguiente particularidad: es semilíquida en reposo (consistencia de una sala mahonesa) y líquida cuando está en movimiento. La bentonita es una arcilla muy fina que, una vez dispersada en agua, constituye una especie de barro tixotrópico de una densidad comprendida entre 1,5 y 1,8. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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Este barro, introducido en la excavación a medida que van avanzando los trabajos del desmonte, apuntala las paredes de las zanjas, sustituyendo de este modo el efecto de las tierras evacuadas. Por otra parte, se pone a la llegada de las aguas y colmata las grietas naturales del terreno, gracias al sedimento que forma.

La realización de paredes moldeadas en el propio terreno (que finalmente vienen a constituir los muros de los sótanos de la construcción) puede llevarse a cabo de diferentes maneras. La primera operación consiste en construir dentro del suelo, según los métodos tradicionales, dos muretes paralelos separados uno de otro por una distancia igual al espesor de la futura pared. Tales muretes , de una altura entre 0,50 y 1,50 m, están destinados a servir de guía a las máquinas que realizan la excavación y, además, constituyen el depósito de bentonita (Figuras 258 a 268, páginas 112 a 115).

5.5. REALIZACIÓN DE LAS CIMENTACIONES BAJO LA PROTECCIÓN DE UNA CONGELACIÓN ARTIFICIAL DEL TERRENO La congelación de las capas saturadas de agua permite realizar un recinto resistente y hermético, evita la conmoción de las tierras consiguiente a la hinca de pilotes o tablestacas y suprime el uso de los arriostramientos interiores.


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El procedimiento de congelación de las capas mojadas o saturadas de agua, en la profundidad que haya que atravesar, permite consolidar los terrenos por medio de un muro en cuyo interior el hielo desempeña el papel de aglomerante. Este sistema ofrece la ventaja de suprimir la trepidación y la conmoción provocadas por golpeo (necesario en algunos de los otros sistemas empleados) y permite alcanzar profundidades considerables. La forma del recinto, vista en planta, debe aproximarse a la de una corona a fin de ofrecer mejor resistencia y evitar el empleo de arriostramientos o entibaciones internas. La pared es rigurosamente impermeable y cierra herméticamente. Los tubos que conducen la salmuera (a una temperatura de – 25° a – 30°C) tienen diámetros que varían de 15 a 25 cm. Se les hunde dentro del suelo por perforación, inyección de agua a presión o eventualmente por hincadura (si lo permiten las condiciones del lugar). En ciertas regiones nórdicas, la salmuera se reemplaza por aire frío insuflado en tubos de gran diámetros (unos 50 cm aproximadamente).


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5.6. CIMENTACIONES POR MEDIOS DE CAJONES Este sistema consiste en prefabricar las cimentaciones de una obra y en introducirlas a continuación en el terreno. Las cimentaciones sirven así para estabilidad de la obra y para el revestimiento y refuerzo de la cavidad durante la excavación. Se emplea este sistema en los trabajos realizados en los ríos o en terrenos muy malos. El cajón que constituye la cimentación puede ser un simple recinto (cámara de trabajo al aire libre) o una especie de cajón sin fondo (cámara de trabajo en aire comprimido, que compensa las presiones exteriores).

5.7. CIMENTACIONES PILOTES

SOBRE

Cuando el terreno resistente, necesario para el asiento de una construcción, se haya a gran profundidad, no se pueden aplicar los sistemas de cimentaciones descritas en los párrafos procedentes. TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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Conviene, en tal caso, emplear pilotes que transmitan las cargas del edificio al terreno resistente.

5.7.1. PILOTES HINCADOS Los pilotes pueden ser moldeados de antemano e hincados luego, o bien pueden moldearse directamente en el terreno. No cabe pensar en los pilotes de madera a menos que estén sumergidos en agua en toda su altura (por el riesgo de que se pudran si sufren alternativas de aire y agua). Su longitud máxima es de unos 5 m. Los pilotes de hormigón armado prefabricados pueden alcanzar hasta 30 m de longitud y de 30 a 40 cm de diámetro. Pueden ser hincados o bien pueden confeccionarse en el mismo terreno. Estos problemas requieren la competencia de especialistas que, en cada caso particular, precisaran la actitud de sustentación del terreno en función de la naturaleza geológica del terreno. 5.7.2. PILOTES MOLDEADOS EN EL TERRENO Estos pilotes pueden fabricarse según diferentes sistemas (Franki, Compressol, pilotes de explosión, Simples, etc.) que son objeto de patentes y ofrecen excelentes medios para la realización de tales cimentaciones. El sistema Franki presenta una variedad de posibilidades que permite adaptar el instrumental al tipo de terreno encontrado. El terreno duro, la penetración de tubo se logra mediante percusión de una maza o pilón sobre un tapón de hormigón blando. El terreno acuífero, cuando el agua ofrece el peligro de deteriorar el tapón amortiguador de hormigón blando, el sistema Franki utiliza una punta de hormigón endurecido que maza–pilón golpea con interposición de piezas de madera destinadas a amortiguador el choque.


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El terreno saturado de agua, el tubo constituye una cubierta en dicho interior se desliza un pilote de hormigón armado. Por lo tanto, en este caso no se trata ya de un pilote moldeado en el terreno, que ofrece resistencia por rozamientos laterales. Los puntos de referencia utilizados en el hormigonado sirven para conocer, al nivel del plano de trabajo, la altura de llenado de hormigón. El pilón o masa sirve por una parte para la hinca y por otra para el asentado del hormigón en el tubo y contra el terreno. El sistema compressol puede emplearse en suelos de terraplén o de escasa consistencia, cuando las aguas no abundan. Permite establecer cimentaciones sobre posos flotantes. Gracias a la adherencia del pilote al terreno, no es siempre necesario alcanzar el terreno firme. Este procedimiento consiste en perforar el terreno mediante la caída de una maza – pilón y llenar el poso así realizado con un hormigón dosificado a razón de 400 kg de C.P. por metro cúbico, fuertemente apisonado con la maza.


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En terrenos muy fangosos, ese sistema debe comprender, además, un blindaje logrado con un tubo de palastro (cosa que complica la ejecución). Esto último no es necesario en otras clases de terrenos. Para obturar ciertas venas de aguas molestas, es posible proceder a adiciones de arcilla que colmata las paredes durante la perforación. Este sistema no es adecuado para terrenos no arcillosos. El sistema Simples se parece al sistema Franki. Sin embargo, la penetración se efectúa por golpeo del tubo cuya extremidad lleva un azuche de fundición de un diámetro ligeramente superior al del tubo. El asentado del hormigón se ejecuta por apisonado mediante una masa o pilón. La longitud de esos pilotes no excede de 20 m. El sistema Express permite la realización de pilotes hasta de 20 m de longitud y de un diámetro de 47,5 cm. Hinca del pilote: introducción de un tubo metálico cuya punta está constituida por un azuche de hormigón armado (Fig. 275). El hormigonado se practica luego de quitado el émbolo que está unido al casco o sombrero de golpeo: el hormigón se introduce por la tolva o canalón hasta el fondo de la obra. Esta operación se hace ende por la abertura de la válvula émbolo – corona (Fig. 276). Por el descenso del émbolo que arrastra la corona, el hormigón queda fuertemente comprimido, y al mismo tiempo se levanta el tubo. Esta elevación debe ejecutarse en forma tal que la extremidad del tubo se mantenga en contacto con el hormigón puesto en obra (Fig. 277). El sistema Zeissl permite la realización de pilotes de hormigón vibrado, moldeados en el terreno. Comprende las operaciones siguientes: La hinca de los tubos hasta el terreno firme manteniendo cerrada la válvula o postiguillo de la base. Para facilitar la penetración se puede poner debajo de éste un cono de hormigón armado (Fig. 278). Una vez llegado al terreno firme se hormigona el pilote. El pervibrador se introduce al iniciar la operación (Fig. 279). La extracción del tubo de revestimiento debe efectuarse mientras se acciona el pervibrador. Bajo el efecto de dicha elevación se abre el postiguillo o tapa de base (Fig. 280). El descenso del tubo, por golpeo o hinca, provoca el cierre de la tapa de base y apisonada fuertemente el hormigón formando así el bulbo del pilote (el tubo se vuelve a introducir hasta su primitivo nivel) (Fig. 281).


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Introducción del pervibrador y en todo caso de una armadura (soldada y zunchada); luego, elevación del tubo y comprobación del nivel de hormigón dentro del tubo (Fig. 282). Una vez acabado el pilote de un diámetro de 40 a 50 cm, puede recibir cargas hasta de 150 t (Fig. 283). El sistema Hochstrasser – Weise comprende las operaciones siguientes: Colocación de un tubo de guía por medios tradicionales, excavación y, luego, acuñación. Esta pieza está destinada asegurar la verticalidad del pilote que se desea construir (Fig. 284). La colocación y la introducción por la excavación abierta de tubo de revestimiento (cuyo diámetro tiene de 50 a 150 cm). Para facilitar el descenso del tubo en el terreno hay un dispositivo antirrozamiento a base de rotaciones alternativas en uno y otro sentido. El vaciado se efectúa mediante una cuchara prensora, un trepano o una bomba de grava, según la consistencia del terreno (Fig. 285). Después que la perforación ha llegado a la profundidad requerida, se introduce (eventualmente) una armazón o jaula de hierros soldados que sirve de armadura de hormigón (Fig. 286). El hormigonado se verifica, de acuerdo con la naturaleza del terreno con que se tropieza, por medio de cuchara ordinaria, de cuchara especial para hormigonar bajo el agua o por medio de conductos neumáticos (Fig. 287). La extremidad libre del tubo de revestimiento está obturada con una tapa hermética; luego, por inyección de aire comprimido por la parte superior del tubo, se extrae este, a la vez que se apisona enérgicamente el hormigón. Durante esta operación, se acciona el tubo con un movimiento rotatorio de sentido alternativo que disminuye las fuerzas de fricción. La compresión del hormigón durante toda la operación de extracción del tubo de revestimiento garantiza la continuidad del pilote así realizado.


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El pilote, una vez acabado, presenta asperezas que se amoldan al tercero y aumentan así la fuerza de rozamiento. El pilote acabado puede soportar cargad hasta de 300 t. Es posible construir un bulbo en la base del pilote (Figuras 288 y 289).

6.

CIMENTACIONES EN TERRENOS MALOS No es ya posible considerar los sistemas descritos procedentemente cuando se está en presencia de terrenos muy malos y las capas mejores están a profundidades prácticamente inaccesibles. Un terreno malo se caracteriza por su escasa cohesión y su débil actitud de sustentación. Los terrenos formados por arcillas o limos presentan inconvenientes. La solución del problema de la construcción sobre esos terrenos debe buscarse ya en la fase de la concepción del proyecto. En efecto, mientras sea posible, se recurrirá a soluciones de estructuras ligeras (en tales casos se adoptan frecuentemente armazones metálicas que son más ligeras que las de hormigón) a fin de reducir considerablemente las solicitaciones debidas al peso propio. Además, las cimentaciones tendrán que asegurar una repartición de las cargas en el terreno de la manera más amplia y uniforme posible. Se prestará especial atención a los peligros de asientos ulteriores de la construcción; a tal efecto, puede considerarse la posibilidad del pretensado o de la mejora del terreno.

6.1. CIMENTACIONES DE SUPERFICIE TEMA: CIMENTACIONES REFER: TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN – G. BAUD

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Se recurrirá a las cimentaciones de superficie generalmente en forma de un zampeado de hormigón armado cuando se encuentra en la superficie una capa de terreno de espesor y naturaleza tal que pueda distribuidor sobre terreno subyacente.

6.2. CIMENTACIONES DESPUÉS DE ASIENTO PREVIO DEL TERRENO Éste procedimiento consiste en reemplazar una parte del terreno compresible por un macizo de gravilla o de arena. Esa masa, dispuesta en el emplazamiento de la futura construcción, provoca un asiento y luego una estabilización del terreno. Para obtener una eficacia máxima, es necesario que la sobrecarga provisional creada por el depósito de materiales sea superior a la que impondrá la masa de la construcción futura. Sobre el terreno así estabilizado se establece un zampeado general de hormigón armado.

6.3. CIMENTACIONES SOBRE PILOTES FLOTANTES La asociación de pilotes flotantes con un zampado general permite repartir la carga de la construcción no solo sobre la superficie edificada sino además, gracias a rozamientos de los pilotes introducidos, a la capa de terreno malo. Esta disposición, sin embargo, da lugar a asientos ulteriores producidos, por ejemplo, por vibraciones.

6.4. CIMENTACIONES SOBRE PILOTES CÓNICOS La forma cónica de los pilotes permite a estos últimos soportar fuertes cargas. En efecto, estas pueden ser tres veces mayores con pilotes cónicos que con elementos cilíndricos cuyo


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diámetro fuese igual al de la base del cono.

6.5. CIMENTACIONES POR MEDIO DE CAJONES FLOTANTES Este procedimiento consiste en descargar las capas del terreno subyacente de un peso igual o superior al de la construcción futura. Para ello se construye en el terreno un cajón estanco de hormigón armado tan ligero como sea posible y cuyo volumen corresponda al de las tierras desalojadas. Cuando la obra está edificada y en carga, la relación transmitida al terreno malo es igual a la que soportaban antes las capas subyacentes. La obra descansa sobre la cara superior del cajón, que “flota” así en el terreno bajo el efecto de un empuje de tipo hidrostático.

6.6. MEJORA DE LOS CIMENTACIONES

TERRENOS

PARA

PREPARAR

LAS

Además de los sistemas que acabamos de reseñar, pueden citarse: Las inyecciones de cemento o de arcilla, que permiten consolidar ciertas capas de terrenos; Los posos de arena, columnas de materiales de aporte, construidas en los terrenos que transmiten las cargas recibidas a las capas profundas; Los drenajes, constituidos por tubos o por capa filtrantes; Las vibro-flotaciones, las consolidaciones electroquímicas o electro-físicas, que ya se salen del marco de esta obra.

7.

JUNTAS DE ASIENTO Una obra cualquiera que se añada a una construcción existe que ha sufrido ya un asiento puede construirse de dos maneras distintas: Si el elemento añadido es de pequeñas dimensiones, es posible ligarlo a la obra principal construyendo una ménsula en las paredes de la obra existente (Fig. 297 y 299). En tal caso quedan eliminados los asientos. En cambio, si el anexo a construir es de un volumen más importante (aplicación de una galería




descubierta, de una caja de escalera o de una ampliación de gran superficie), deberá evitarse liga las paredes nuevas con la construcción antigua. Las cimentaciones deben ser independientes unas de otras. La interposición de Pavatex o de Isore permite evitar todo enlace entre los elementos que ya han sufrido asiento y los elementos nuevos. Por otra parte, a fin de que no se produzcan las grietas que siempre resultan desagradables a la vista es preferible marcar la junta de una manera clara y precisa. La nueva construcción anexa, apoyada sobre cimientos propios, podrá así “trabajar” sin que aparezcan lesiones en los muros, en los cimientos o en las obras de enlace entre las dos construcciones (Fig. 298).


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ENCOFRADOS FIERRERÍA PATOLOGÍA DE LAS CIMENTACIONES

1.

INTRODUCCIÓN Este trabajo pretende presentar de manera sucinta los problemas de durabilidad, debidos a la gravedad del medio, mas comunes que afectan a las estructuras de concreto en contacto con el suelo y el agua.

2.

DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO El concreto ha probado a través de los siglos ser un material durable. Existen aún estructuras construidas por los romanos, teles como edificios, cimentaciones, estructuras hidráulicas, que han soportado por casi 2000 años la agresión del medio. Hay innumerables estructuras que no han sobrevivido; muchas de ellas probablemente sufrieron degradación, perdieron sus condiciones de servicio y fueron abandonadas y destruidas con el tiempo. En el mundo moderno, nadie pretende que las estructuras sean “eternas”. La dinámica del crecimiento las renovará o reemplazará probablemente en el lapso de 100 años, lo que si se pretende es que las estructuras sena durables, es decir que mantengan las características de servicio y resistencia, para las que fueron diseñada, por lo menos por el lapso de su vida útil prevista. Para lograr este propósito, es indispensable que las estructuras, además de ser diseñadas por resistencia, se diseñen por durabilidad. En muchos casos el deterioro se evita tomando medidas preventivas, que requieren para ser adecuadas, del conocimiento de los agentes agresivos y de la interacción de los factores que afecta la durabilidad. El deterioro, la generalidad de las veces e s “consecuencia de una elección imperfecta, al casar al concreto elegido, para ser usado en un medio determinado, con las características de ese medio”. Una de las ventajas del concreto es la posibilidad de poder obtener propiedades determinadas con la selección apropiada de cemento, agregado y aditivos y sus proporciones. La perfomance del concreto estará influenciada además, por el diseño y las prácticas constructivas. Ver figura N° 1.

3.

¿QUÉ ATENTA CONTRA LA DURABIOIDAD? La durabilidad de una estructura puede ser comprometida por varios factores reconocidos de degradación del concreto que van desde los superficiales por desgaste, hasta los químicos que afectan la masa misma del concreto y que se pueden agrupar en: (Ver Tabla 1).

TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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a. Agentes físico-mecánico como la abrasión – sea ésta por sólidos o líquidos el impacto, la vibración, y los ciclos de congelamiento y deshielo. b. Agresión química, tal es el caso de la corrosión del concreto por ataque de ácidos, de sulfatos y otros elementos o compuestos presentes en el medio. c. Agresión electro-química, que ocurre en estructuras de concreto armado cuando por la presencia de sales, especialmente cloruros, se genera una celda galvánica con flujo de electrones a través del electrolito – concreto contaminado con cloruros o húmedos - , y corrosión del acero, con la consecuente expansión de los óxidos, producto de la corrosión, que finalmente destruyen el concreto por las tracciones internas generadas. d. Fisuramiento térmico que ocurre en la superficie de elementos estructurales masivos, cuando se produce una gradiente térmica muy pronunciada entre la superficie y la masa interior del concreto. En la tabla 1 se muestra una relación de los mecanismos de deterioro del concreto. En este trabajo se presentan las características del mecanismo de deterioro que más pérdidas produce, la corrosión del concreto por ataque químico y la agresión electo química o corrosión del refuerzo.

4.

MECANISMOS DE ATAQUE AL CONCRETO Los problemas de durabilidad más comunes en estructuras que están en contacto con el suelo o con el agua, tales como las cimentaciones son debido al deterioro y destrucción de los materiales – concreto y acero por agresividad del medio. Se describe seguidamente los mecanismos de deterioro más comunes, clasificados en dos grupos según sea la agresión de origen químico o de origen electro – químico, su conocimiento es indispensable para poder hacerles frente y tener la posibilidad de construir cimentaciones resistentes a l agresión del medio. TABLA 1. MECANISMOS DE DETEIRIORO Factores que pueden producir deterioro prematuro

1. Helada deshielo

Características del concreto

Manifestaciones del deterioro

Características del medio

y Ausencia de aire incorporado en Humedad, la pasta de cemento o agregado deshielo exc. Poroso o ambar en concreto

heladas

y Expansión interna

2. Ataque químico Excesiva cantidad de aluminatos Humedad con agresivo de calcio hidratados en la pasta concentración excesiva de de cemento contenidos de sulf. a. Sulfatos Disueltos solubles. Humedad de pH bajo y Porosidad excesiva b. B. (Leaching) contenido bajo de cal disuelta 3. Abrasión

4. Corrosión refuerzo

Baja resistencia a la abrasión

Expansión int. Y rajaduras Disolución y pérdida de componentes

Abrasivo muchas veces en Desgaste de cero bajo el agua superficie con pérdida de materia

del Metal corrosivo y frecuente Humedad cero, humedad y Expansión interna y presencia en el concreto de agentes que inducen a la rajaduras agentes que inducen a la corrosión corrosión

5. Reacción alkali – Cantidad excesiva de sílice Humead cero. Humead y Expansión Sílice sobuble en agregados y álcalis álcalis den el cemento 6. Otras a. Cemento b. Fisuración Plástica

Cantidad exc. De CaO o MgO no Humedad hidratados en el cemtno Falta de contenido de humedad Indice alto de evaporación sostenido en el período de curado de la humedad especificado.

Expansión interna y rajaduras Fisuración en edad temprana

4.1. MECANISMO DEL ATAQUE QUÍMICO DE LA CORROSIÓN DEL CONCRETO La corrosión del concreto puede darse por factores internos y por factores externos. La corrosión por factores internos se da por las reacciones entre los componentes del concreto. Entre ellas tenemos, la reacción álcali – agregado – es decir la reacción de los agregados o por TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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reacción de los cementos. La reacción álcali – agregado no se ha dado en Perú o por lo menos no esta documentada su ocurrencia; la reacción de los agregados se debe al ácido sulfúrico que se forma por oxidación de sulfuros de fierro, esta reacción tampoco está documentada en el Perú; la reacción del cemento se da por exceso de caída libre o por exceso de magnesio, esta ocurrencia es cosa del pasado por que las normas de fabricación de cementos ponen límites severos al contenido de ambos productos. La corrosión del concreto por factores externos es un fenómeno químico que se produce por la reacción de sustancias agresivas externas con los álcalis del concreto, producto de la hidratación del cemento. En este tipo de corrosión la que nos interesa tratar en estas notas. La corrosión por factores internos la mencionaremos muy sucintamente; si se desea ampliar sobre este tema ver referencia (1).

4.2. SUSTANCIAS AGRESIVAS AL CONCRETO EN EL SUSELO Y EN EL AGUA Las sustancias más dañinas a la estructura de concreto que están enterradas en el suelo y en contacto con aguas subterráneas, y que dan origen a la corrosión del concreto, son los sulfatos y los ácidos. A estos agentes se le suma los cloruros, por su acción destructiva cuando penetran al interior de elementos de concreto armado. Los cloruros, si bien no son dañinos al concreto, su penetración en éste origina, como veremos más adelante, la corrosión del refuerzo. Es importante notar que la actividad nociva de los sulfatos y de los ácidos sólo ocurre en presencia de humedad. Por lo general solo las sustancias químicas que están en solución son agresivas al concreto y su grado de agresividad dependerá de su concentración en la solución. El nivel de concentración tolerable de sulfatos es sustancialmente mayor en suelos relativamente seco y bien drenado que cuando los sulfatos están presentes en el agua subterránea, es la concentración de sulfatos en el agua la que decide si es necesario tomar medidas de prevención. Las aguas subterráneas generalmente aguas de origen natural; su agresividad estará en función al contendido de químicos que recoja en su pasos el subsuelo. Debe tenerse encuentra también la ocurrencia de agua de desecho industrial; éstas por lo general tienen concentraciones muy altas de ácidos y son difíciles de manejar. En la cercanía a plantas industriales que procesan o producen sustancias químicas, se encuentra con frecuencia suelos altamente contaminados son sustancias que pueden ser destructivas del concreto. La vulnerabilidad del concreto será mayor cuando las soluciones agresivas se encuentran bajo presión y son forzadas a penetrar en las porosidades y fisuras del concreto. El agua de mar tiene un alto contenido de sales disueltas las principales son cloruros (alrededor de 18000 ppm) y sulfatos (alrededor de 2000 ppm). A pesar del alto contenido de sulfatos, el agua de mar, en condiciones normales, tiene agresividad moderada sobre el concreto de buena calidad. Algunos investigadores piensan que la poca agresividad es debida al efecto inhibidor de las otras sales en especial la de cloruros. Es importante notar que en algunos lugares, tales como estuarios, radas de puerto y cuerpos de agua, donde existe obstrucción de las corrientes de la marea, puede ocurrir mayor concentración de sales e incluso de compuestos orgánicos agresivos, en particular cuando hay contaminación por desechos orgánicos, minerales u otros. En el puerto del Callao tenemos ejemplos muy recientes de destrucción de pilotes de concreto por severa agresión química y electo – química. La experiencia en estructuras marinas, en aguas no contaminadas, muestra que la exposición atmosférica en las zonas de manera y de salpicadura, es el ambiente más corrosivo. En aguas contaminadas el ataque químico ocurre también en el cuerpo del pilote permanente sumergido.

4.3. ATAQUE QUÍMICO El ataque químico de cemento Pórtland se manifiesta por: 4.3.1. Lixiviación El paso del agua a través del concreto – por filtración o por presión – produce la disolución y extracción de la cal libre con la consecuente pérdida de volumen y de resistencia. La disolución de la cal del concreto ocurre también por contacto con aguas blandas debido al bajo contenido de sales que tienen estas (2). 4.3.2. Degradación de los aglomerantes del cemento Los ácidos fuertes y algunas sales pueden reaccionar con los hidratos e hidróxidos del cemento. TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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4.3.3. Expansión de los productos de la reacción Los mecanismos de expansión se producen en el ataque por sulfatos, en el cristalización de sales, y en la reacción álcali – agregado. 4.3.4. Cristalización de sales La formación de cristales resulta en expansión interna que rompe por tracción el concreto. Este mecanismo debe ser considerado cuando el concreto esta colocado en ambientes muy contaminados y ocurre generalmente, cuando hay filtración de agua a través del concreto. En este trabajo nos ocupamos sólo de la corrosión del concreto producida por sulfatos y por aguas ácidas por ser las sustancias agresivas más comunes en los suelos.

4.4. ATAQUE POR SULFATOS El ataque por sulfatos ocurre especialmente en concretos sumergidos en agua de mar y en concretos enterrados o en contacto con el suelo cuando éstos tienen humedad. Su poder destructivo dependerá de su concentración en solución en los suelos y aguas subterráneas. Los sulfatos más comunes que se encuentran de manera natural en aguas subterráneas son: a) el sulfato de calcio o yeso (CaSO4); b) el sulfato de magnesio (Mg SO4) y c) el sulfato de sodio (Na SO4). Los sulfatos de sodio y magnesio son muy solubles en agua y por tanto pueden encontrarse en concentraciones mucho mayores que con sulfato de calcio. A igualdad de concentraciones en sulfato de magnesio es mucho más agresivo que los sulfatos de sodio, calcio y potasio; su agresión tiene mayor alcance, ya que además de reaccionar con los hidróxidos de calcio y los aluminatos, descompone los silicatos de calcio hidratados, es decir la pasta de cemento. Los sulfatos pueden producir la desintegración del concreto al reaccionar con los hidróxidos de calcio (cal hidratada) liberados en el proceso de hidratación del cemento, y forman sulfato de calcio (yeso). Este a su vez reacciona con el aluminato hidratado de calcio para formar el sulfo aluminiato de calcio (etringita). Estas dos reacciones dan productos sólidos de mayor volumen que el original y son causantes de las expansiones y rupturas del concreto. La descomposición y desintegración del concreto es progresiva mientras éste está expuesto a los agentes que la produce. De no ser detectada y controladas a tiempo, su avance comprometerá el recubrimiento de las barras dejando expuestas la armadura a la acción agresiva directa del medio. El efecto será mas grave y destructivo cuando las sales penetran en la masa del concreto arrastrada por la presión del líquido, como ocurre en las estructuras de contención de suelos o de agua. El daño en estos casos se concentra en la superficie opuesta, en las fisuras por donde ocurre la filtración por la acumulación de sales en las superficies. Adicionalmente al fenómeno químico e independientemente a éste, se produce en muchos casos, un fenómeno físico, que consiste en la cristalización de las sales de sulfatos en los poros y en las fisuras del concreto. La destrucción del concreto se debe a la expansión de las sales al cristalizarse.

4.5. EL ATAQUE POR ACIDOS Por lo general el concreto de cemento Pórtland tiene poca resistencia al ataque de ácidos. La agresividad de los ácidos en el subsuelo ocurre por su presencia en las aguas subterráneas. Los ácidos mas comunes de encontrar en disolución en aguas subterráneas son los ácidos de origen orgánico tales como el ácido úrico que se encuentra en depósitos de turba y el ácido carbónico derivado del dióxido de carbono disuelto. Algunas veces las aguas de origen pantanoso pueden contener ácido sulfúrico como resultado de la descomposición bacteriana de los compuestos sulfurosos. Por lo general la presencia de sulfatos en solución en las aguas subterráneas particularmente en suelos arcillosos, es más frecuente que la acidez (4). La acidez, es decir la presencia o ausencia de compuestos ácidos se mide con la escala logarítmica del indicador de iones de hidrógeno, pH. Cuando el pH del suelo o del agua subterránea está debajo del punto neutro 7,0, el agua es ácida y por lo tanto capaz de atacar a cualquier tipo de cemento Pórtland. La severidad del ataque dependerá de varios factores:


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SENCICO NOVIEMBRE 2001 a.

b.

c.


Del tipo y concentración de ácido presente, los ácidos orgánicos como los inorgánicos, excepción del ácido fosfórico, al descomponer la cal del cemento, forman sales de calcio como cloruros, nitratos y sulfatos, que son solubles en agua. De la posibilidad de renovación del suministro de la solución ácida. Cuando no hay flujo de agua ni cambios de humedad o de nivel de la napa, la reposición de las soluciones ácidas es difícil y la acidez puede ser totalmente neutralizada, con relativo poco daño después del ataque inicial al concreto, los ciclos de humedecimiento y secado puede ser muy dañinos; las sustancias disueltas pueden migrar por las masas de concreto y depositarse en la superficie puede ser de las mismas sustancias o de algún producto de la reacción formada en el concreto. Del contenido de cemento y de la impermeabilidad del concreto. Los concretos pobre y permeables son mas susceptibles al ataque.

4.6. MECANISMO DEL ATAQUE ELECTO – QUÍMICO O DE LA CORROSIÓN DEL REFUERZO Las barras de refuerzo de concreto están sujetas a dos tipo de deterioro: oxidación directa en presencia de humedad y oxigeno; y corrosión por acción electroquímica, que se produce por la presencia de cloruros conjuntamente con humedad de oxígeno. 4.6.1. Protección del refuerzo El acero de refuerzo está protegido de la corrosión por el recubrimiento de concreto que le provee una barrera protectora y por el ambiente alcalino producto de una combinación de reacciones químicas en la superficie del acero. Al fraguar, el cemento suelta álcalis, hidróxidos de sodio, potasio y calcio, convirtiendo al medio alrededor de las barras en pasivo, con un pH alto en el rango de 12.6 a 13.5. En este medio alcalino alto se produce una reacción química en la superficie del concreto, formándose una película protectora que inhibe las reacciones electroquímicas del proceso de corrosión. Ver fig. N° 2.

La superficie del acero embebida en el concreto permanecerá pasivamente mientras subsista un pH alto y no haya presencia importante de cloruros aunque el oxigeno y la humedad lleguen al acero. 4.6.2. Factores que destruyen la protección Esta situación no es estática, la pasividad del acero se pierde cuando se reduce la alcalinidad del concreto, esto ocurre bajo las siguientes condiciones: a) Por carbonatación del concreto, b) Por presencia de concentraciones de cloruros en el concreto que rodea las barras, y c) Por corrientes eléctricas que recorren la masa del concreto. a. Carbonatación del concreto Se produce por la reacción química de los álcalis del concreto, particularmente el hidróxido de calcio, con el anhídrido carbónico del aire, que da como resultado el carbonato de calcio. En TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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esta reacción, el pH del concreto cae a valores por debajo del nivel de protección, dejando a las barras en unos ambientes neutros y expuestos a la oxidación directa en presencia de humedad y oxígeno. La corrosión de las barras en estos casos es generalizada. El ritmo de avance de la carbonatación depende, en gran medida, en la calidad del concreto, en particular en su permeabilidad, y en el estado de fisuración de las superficies. b. Cloruros en la cercanía de las barras de acero Cuando están en presencia de humedad y oxígeno, convierten al concreto en un electrolito, destruyen la película pasivamente que las rodea y protege, y reaccionan con el fierro, generando un proceso electro-químico que produce corrosión del refuerzo de acero aun en concreto no carbonatados. La corrosión debida a cloruros es generalmente localizada. Los cloruros pueden ingresar al concreto, traídos por la brisa marina, por el agua de mar en las zonas de salpicadura, por la atmósfera de ambientes industriales contaminados con cloruros, por la aplicación de cloruros de sodio como agente contaminante en la superficie de los puentes – como ocurre en países nórdicos – o por su presencia en el suelo ya sea por su origen marino o por contaminación. Los cloruros pueden también estar presentes en la masa del concreto, introducidos en el proceso de preparación de la mezcla, con los agregados con el agua de mezcla o con los aditivos del concreto. La composición química del cemento es un factor importante en la neutralización de los sulfatos del cemento y de los cloruros en el concreto. El aluminato tricálcico, C3A, reacciona con dichas sales y forma compuestos insolubles. Será por tanto ventajoso el empleo de los cementos con mayor contenido de C3A. c. Las corrientes eléctricas directas Pueden ingresar al concreto inducidas por equipos tales como motores eléctricos no aislados, sistemas de puesta a tierra defectuosos, trenes eléctricos etc. Cuando dichas corrientes, al recorrer el concreto, encuentran discontinuidad eléctrica en la armadura y esta no tiene una descarga a directa a tierra, se produce corrosión localizada en los puntos de salida de la corriente de cada barra. El efecto de las corrientes vagabundas será mas grave en concretos de baja resistividad, tales como concretos con contenidos altos de humedad o concretos contaminados con cloruros. La corrosión por corrientes vagabundas es una ocurrencia muy frecuente en edificaciones industriales con procesos húmedos y en los que los equipos no están aislados del concreto. Ocurre también en estructuras enterradas en suelos de baja resistividad eléctrica – por lo general suelos húmedos con alto contenido de sales – cuando hay sistemas de puesta a tierra de equipos industriales o de sistemas eléctricos como son las centrales de trasformación eléctrica. 4.6.3. Efectos de la corrosión La corrosión del refuerzo genera óxidos de fierro en la superficie de las barras que producen fuerzas expansivas muy altas, que eventualmente destruyen al concreto que forma el recubrimiento y dejan a las barras expuestas directamente al medio y a la corrosión atmosférica. Las características de la destrucción dependerán del tipo de corrosión, de si éstas es localizada o generalizada, de la disposición de la armadura y su ubicación en la sección del elemento, etc. La corrosión lleva generalmente, la pérdida de la competencia estructural; por la destrucción del concreto; por la corrosión del acero que, cuando es generalizada produce reducción de la sección de la barra y pérdida de adherencia y cuando es localizada produce picaduras que originan concentraciones de esfuerzos que puede llevar a la rotura de las barras con resultados generalmente graves.

5.

DISEÑO POR DURABILIDAD Cuando se diseña o construye una estructura de concreto, es indispensable tomar en cuent una serie de factores interrelacionados para asegurar su durabilidad, estos son: - Las condiciones del medio - Los mecanismo de ataque al concreto - La medida de prevención


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5.1. CONDICIONES DEL MEDIO Es esencial en primer lugar conocer las condiciones de exposición a las que estará sujeto el elemento estructural en su vida útil prevista. La evaluación de las condiciones del suelo debe realizarse en ase a una investigación del sitio ligada al conocimiento geológico del área. Dicha evaluación no debe limitarse a establecer las condiciones de estabilidad y resistencia del suelo. Debe establecer también, la presencia de sustancias dañinas al concreto, la humedad del suelo y el origen de la misma, el nivel de la napa freática, y finalmente la resistividad electrice de los suelos hasta la profunda comprometida por las estructuras enterradas. La agresividad del suelo depende no sólo de la agresividad inherente de las sustancias químicas presentes sino también de su disponibilidad en el tiempo. Por lo general habrá un balance entre el ritmo de ataque y el ritmo en el que la sustancia agresiva se repone por migración en el suelo y a medida que la reacción prosigue, a través del concreto atacado. Dado que las migraciones de sustancias en el suelo solo se da cuando hay presencia de humedad, no sólo debe ponerse atención en determinar que agentes agresivos están presentes, sino también evaluar la permeabilidad del suelo, las variaciones de la napa freática y los efectos de los cambios estacionales y climático en el movimiento del agua subterránea. Una vez que se conoce el medio, debe identificarse a los agentes agresivos en base a la experiencia propia o bibliográfica para luego establecer los mecanismos de deterioro a los que podría estar sujeta la estructura y para definir las medidas de prevención más convenientes.

5.2. MECANISMO DE ATAQUE El conocimiento de los mecanismos de ataque al concreto es indispensable para poder definir las medidas de prevención mas convenientes para cada caso. Debe tenerse en cuenta que la generalidad de las veces la destrucción del concreto se da por una combinación de factores que se superponen y se suceden unos a consecuencia de los primeros. En el numeral 4.0 de este trabajo se describen los mecanismos de ataque mas frecuentes que deben tenerse en cuenta.

5.3. MEDIDAS DE PREVENCIÓN La prevención contra deterioro involucra a todas las actividades de un proyecto, desde el diseño y detallado, selección de materiales, procesos constructivos, protección y mantenimiento. Las medidas de prevención deben ser mas severas en estructuras en las que será difícil o imposible su inspección periódica, tal es el caso de las cimentaciones, estructurales enterradas o de las estructuras sumergidas. Hay una serie de medidas de prevención contra la corrosión del concreto y corrosión del acero que son comunes, hay otras que tiene un carácter más específico al tipo de agresión que se desea combatir. Las medidas de prevención comunes están relacionadas con la calidad del concreto y en especial con su permeabilidad. En cimentaciones y otras estructuras en contacto con el suelo y el agua son más las medidas de prevención comunes que las específicas. Porque en medios agresivos la corrosión del concreto, al no poder ser controladas pro falta de inspección, llevará necesariamente a la corrosión del refuerzo. Debe tenerse presente que solamente las estructuras bien diseñadas por durabilidad, construidas con materiales de la mas alta calidad, asociada con una ejecución rígidamente controlada, pasarán la prueba del tiempo en medio agresivo. La prevención comprende medidas relativas al diseño y medidas relativas a la calidad del concreto, medidas de protección complementarias. 5.3.1. Medidas relativas al diseño y detallado En la etapa de diseño y detallado se toman decisiones que influyen directamente en la durabilidad de las estructuras. Las decisiones para ser correctas, tienen que basarse sobre el conocimiento profundo de las características del medio donde estarán inmersas las estructuras y de las características del uso al que estarán sometidas. Es recomendable que en la etapa se tomen decisiones correctas sobre aspectos tales como: a. Recubrimiento del refuerzo El propósito del recubrimiento es de proveer una barrera semi – impermeable suficientemente gruesa, para asegurar el concreto, en contacto con el acero, no esté carbonatado ni contaminado por sales.


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El espesor del recubrimiento debe ser compatible con las características agresivas del medio. La norma técnica nacional E – 060, Estructuras de Concreto Armado, establece los recubrimientos mínimos y llama la atención sobre los ambientes corrosivos y otras condiciones severas de exposición. El recubrimiento debe mantenerse en todas las superficies, de ser posible incrementarlo en los bordes y esquinas. Las estructuras sujetas a presión hidrostática, deben recibir protección adicional y en lo posible deben ser aisladas del agua mediante membranas impermeabilizantes. Es de notar que en ciertos ambientes, tales como ambientes marinos, el recubrimiento de concreto puede ser insuficiente como barrera contra la penetración de sales y será necesario recubrir a medidas especiales para lograr mayor impermeabilidad – revestimiento selladores o concretos de muy baja permeabilidad logrados con el empleo de aditivos densificadores. b. Control de fisuración Las fisuras en la superficie del concreto aumentan el riesgo de penetración de sales, oxígeno y humedad, propiciando corrosión del concreto y del acero. La fisuraión generalmente se explica por razones de trabajo estructural, tal como las fisuras por flexión, o, por tracciones debidas a la contracción del concreto. Este último producto de la fragua del concreto, del proceso de secado o de las gradientes térmicas – caso de elementos estructurales masivos. Para controlar los efectos de la fisuración que tiene su origen en el comportamiento estructural, es necesario limitar el ancho de fisuras, mediante una adecuada selección, dimensionamiento y distribución del refuerzo. La contracción del concreto debe controlarse principalmente mediante la selección de los componentes del concreto y sus proporciones, con procesos de compactación y curado adecuados y con juntas de control bien ubicadas. La gradiente térmica debe controlarse limitando la temperatura del concreto cuando se lo coloca. Para ello será necesario reducir la resistencia del concreto al mínimo posible para reducir la cantidad del cemento; empelar aditivos apropiados y encofrados que minimicen cambios de temperatura. c. Sección de los elementos Los agentes agresivos del medio penetran al concreto a través de las superficies. Cuando menor sea la superficie expuesta menor será la contaminación del concreto. En consecuencia, en el diseño debe buscarse secciones de perímetro mínimo. Será mejor, en este aspecto, las secciones rectangulares que las secciones con patín, y una sección rectangular ancha que dos angostas, etc. (ver figura N° 3).

Las estructuras masivas son menos vulnerables al ataque químico que las estructuras de secciones pequeñas, por la menor relación del área superficial a volumen expuesto. Sin embargo, problemas de otro tipo, ligados a la fisuración térmica, que pueden ocurrir en estructuras masivas si no se tiene cuidado en la selección de los materiales y en el curado. Los bordes y las esquinas son más susceptibles al ataque. Debe proveerse drenajes para la excavación de aguas sean éstas de cualquier origen. El agua acumulada ingresa a la masa de concreto y al hacerlo disminuye su resistividad, facilitando los procesos de corrosión galvánica. El agua debe drenar sin grandes recorridos horizontales y sin humedecer innecesariamente las superficies verticales. El diseño de los drenes debe evitar el humedecimiento del concreto por capilaridad. Los drenes que atraviesan el concreto deben ser de materiales libre de corrosión (fig. 4).


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Las aguas del subsuelo deben drenarse o desviarse de manera que las estructuras enterradas no sirvan de elementos contenedores de su flujo. La presión de agua contra la superficie de concreto forzará el ingreso del agua a la masa del concreto y con ella de las sales y soluciones ácidas.

5.3.2. Medidas relativas a la calidad del concreto En la generalidad de los casos en mas efectivo y económico lograr concretos de calidad que brinden protección duradera al esfuerzo que recurrir a medidas de protección adicionales o correctivas. La observación de obras y la experimentación realizada en los últimos años, ha llevado a establecer que la durabilidad de una estructura de concreto esta relacionada directamente con la permeabilidad de sus concretos. Es posible decir que permeabilidad es sinónimo de durabilidad. (9). La permeabilidad no es única, dependerá del agente agresivo que trate de penetrar en el concreto, así tenemos: permeabilidad a los líquidos (agua, agua ácida, agua de mar, soluciones de sulfatos, aguas duras, etc.); permeabilidad a los gases (oxígeno, CO 2, SO3 etc) o permeabilidad al ión – cloruro. Las ventajas que se logran con concreto de permeabilidad baja son múltiples: I. Ritmo de carbonatación más lento. En concretos densos, el ritmo de carbonatación disminuye sustancialmente y puede detenerse totalmente a 10 ó 15 mm de la superficie. En cambio en concretos permeables el ritmo de carbonatación es más rápido – por la mayor superficie expuesta – y la penetración será incontrolada. II. El ingreso de agua será restringido y en un determinado medio ambiente, menor cantidad de agua penetrará y quedará retenida en la masa de concreto. En consecuencia dichos concretos tendrán menor conductividad eléctrica, y se privará al proceso eléctrico de uno de sus componentes esenciales: la humedad. III. La penetración de sales – cloruros y sulfatos – y soluciones ácidas será restringida y mas lenta. IV. Mayor resistencia a la compresión, a la tracción y mayor módulo de elasticidad. La permeabilidad es afectada por factores relacionadas con la selección y dosificación de los materiales y por factores relacionados con la obra. a.1. Relación agua / cemento (A/C) La relación A/C, de acuerdo a experimentaciones realizadas (10), tiene influencia muy grande en la permeabilidad del concreto. En ensayos reportados por Whiting (10), variando la relación A/C de 0.26 a 0.75 la permeabilidad del agua a presión hidrostática aumento 4 veces, para la misma variación, la penetración de soluciones de cloruros aumento 10 veces. Diversas normas ponen límites a la relación A/C. La norma técnica E – 060 limita dicha relación para el concreto expuesto a diversas concentraciones de sulfatos, ver tabal 2. El código ACI 318 – 89 limita la relación agua / cemento máximo a 0.40 y estipula la resistencia mínima a la compresión en concreto expuesto a diversos tipos de agresividad. Así, para concretos 2 expuestos a corrosión fija como resistencia mínima 330 kg/ cm con lo cual pretende fijar un nivel mínimo de protección alcalina demás de asegurar un contendido de cemento que permita la posibilidad de concretos densos. Para reducir la relación agua / cemento, sin perder la trabajabilidad de la mezcla es conveniente el uso de aditivos reductores de agua. TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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a.2. Tipo de cemento La composición química del cemento es un factor importante en la neutralización de los cloruros en el concreto. El aluminato tricálcico, C3A, al reaccionar con dichas sales forma compuestos insolubles. Será por tanto, más ventajoso cuando se trata de resistencia a la corrosión galvánica por cloruros el empleo de cementos con mayor contenido de C3A. Para atender el problema de la reacción química, por sulfatos, será necesario emplear cementos resistentes a los sulfatos. El tipo de cemento recomendado dependerá de la concentración de sulfatos en el medio, suelo o agua, en el contacto con el concreto. Los cementos de producción nacional que ofrecen protección contra el ataque de sulfatos son el cemento puzolánico IP. El cemento tipo II y el cemento tipo V. Estos se emplearán de acuerdo a las recomendaciones dadas en la tabla 2. a.3. Granulometría de los agregados Es recomendable emplear agregados con granulometría continua, ya que permiten lograr concreto mas densos. a.4. Sustancia deletéreas Previamente al empleo de los agregados y el agua es necesario hacer análisis químicos para conocer su contenido de sales y otras sustancias deletéreas al concreto. En especial su contenido de cloruros. El contenido total de cloruros no debe exceder del límite dado en la norma E – 060 (ver tabla 4) para cloruros solubles en agua de una muestra de concreto endurecido. En dicha tabla el contenido de cloruros se expresa como porcentaje del cemento en la mezcla. La evaluación de cloruros debe hacerse en función a las proporciones de la mezcla. Debe tenerse en cuenta que una parte del total de cloruros reaccionará con el cemento, durante la hidratación y se convertirán en insolubles y por tanto no dañinos. En muchos lugares de la costa se ha reportado canteras de agregados con muy alto contenido de cloruros solubles (Marcona, Chincha, Pisco u otros). En estos casos ante la dificultad de abastecimiento alternativo, es indispensable lavar los agregados para bajar su contenido de sales solubles. Luego del lavado los agregados deben analizarse por cloruros para establecer si el contenido de cloruros ha disminuido, a niveles compatibles con los límites establecidos por la norma. Es recomendable ser conservador en los contenidos de cloruros que admitimos, ya que la agresividad de estos puede aumentarse por presencia de otras sales despasivantes tales como los sulfatos. El agua en muchos casos puede ser un ingrediente que adiciona cantidades apreciables de cloruros. En centros urbanos por efecto del tratamiento, el agua ya tiene cloruros y debe establecerse su contenido. El agua de pozo debe también ser analizada. Cuando ésta está cercana al mar, por lo general, el agua tiene salinidad alta y no es recomendable emplearla sin un análisis que establezca el contenido de sales y en particular cloruros. TABLA 2. CONCRETO EXPUESTO A SOLUCIONES DE SULFATOS Sulfatos soluble en agua, presente en el suelo como SO4 (*) % en peso

Sulfato en agua p.p.m.

Cemento tipo

Relación a/c máxima (*)

Contenido mínimo de cemento 3 kg/m (*****)

Despreciable

0.0 – 0.1

0 – 150

(***)

(****)

275

Moderado (**)

0.1 – 0.2

150 – 1500

II

0.50

310

Severo

0.2 – 2.0

1500 – 10000

V

0.45

330

 2.0

 1000

V mas puzolana

0.45

370

Exposición a sulfatos

Muy severo

(*) Una relación agua cemento menor puede ser necesaria por razones de impermeabilidad, o por protección contra la corrosión de elementos metálicos embebidos, o por congelación y deshielo. (**) Agua de mar TEMA: CIMENTACIONES REFER: CIMENTACIÓN DE CONCRETO ARMADO EN EDIFICACIONES – C. CASABONNE – ACI - PERÚ

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(***) Debe haberse comprobado que la puzolana es adecuada para mejorar la resistencia del concreto a la acción de los sulfatos, cuando ella es empleada en concretos que contienen cemento Pórtland Tipo V. (****) Para éste tipo de exposición no hay limitaciones (******) Recomendaciones de las normas Británicas. TABLA CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICIÓN Relación agua / cemento máxima

Condiciones de exposición Concreto de baja permeabilidad: a. Expuesto a agua dulce b. Expuesto a agua de mar o agua salobre c. Expuesto a aguas cloacales (*)

0.50 0.45 0.45

Concreto expuesto a proceso de congelación y deshielo en condición húmeda: a. b.

Sardineles, cunetas, secciones delgadas Otros elementos

0.45 0.50

Protección contra la corrosión de concreto Expuesto a la acción de agua de mar aguas, Salobres, neblinas o rocío de esta agua

0.40

Si el recubrimiento mínimo se incrementa en 15 mm

0.45

(*) la resistencia f´c no deberá se menor de 245 kg/ cm2 por razones de durabilidad. TABLA CONTENIDO MÁXIMO DE ION CLORURO Tipo de elemento

Contenido máximo de ion cloruro soluble en agua en el concreto Expresado como % en peso del cemento

Concreto pretensado

0.6

Concreto armado expuesto a la acción de cloruros

0.10

Concreto armado no protegido que puede estar cometido a un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruro (incluye ubicaciones donde el concreto puede estar ocasionalmente húmedo tales como cocinas, garages, estructuras ribereñas y áreas con humedad potencial por condensación)

015

Concreto armado que deberá estar seco o 0.80 protegido de la humedad durante su vida por medio de recubrimientos impermeables a.5. Aditivos En estructuras que estarán sujetas a ambientes especialmente corrosivos, es recomendable el empleo de aditivos densificadores de la mezcla. Tal es el caso de la microsilica que reduce sustancialmente la permeabilidad del concreto al ión – cloruro o de los concretos impregnados con látex, que reducen drásticamente su permeabilidad a líquidos.


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En el empleo de aditivos en el concreto, como aceleradores u otros fines, debe tenerse especial cuidado de no incluir cloruros en la mezcla. Para el efecto deberá analizarse la composición química del aditivo propuesto y desechar en lo posible aquellos en cuya formulación haya cloruros. a.6. Empleo de barras protegidas contra la corrosión El empleo de barras protegidas por resinas epóxicas es una práctica probada extensamente en los países desarrollados del hemisferio norte. El recubrimiento epóxico no reduce significativamente la adherencia. De preferencia las barras deben ser revestidas luego de habilitado. El procedimiento que garantiza la uniformidad del revestimiento y la ausencia de discontinuidades en éste. b. Medidas relativas a la obra El medio mas efectivo para lograr la durabilidad deseado en una estructura de concreto, es asegurar que el concreto desarrolle su calidad potencial. Será de particular importancia no solo el logro de la resistencia a la compresión, sino también, su densidad, su baja permeabilidad entre otras propiedades. Para asegurar esto, los procesos constructivos de mezclado, transporte y colocación, consolidación deben ceñirse a la buena práctica constructiva establecida en norma como el ACI 318, ACI 301 y norma técnica nacional E – 060 y deben ser controlados en todos sus aspectos. De particular importancias será: b.1. El almacenamiento de los materiales Debe evitarse su contaminación sus sustancias deletéreas. En ambientes marinos es necesario proteger las barras no solo para evitar su oxidación por humedad sino también para evitar su contaminación por la brisa cargada de cloruros. En todo caso es recomendable lavar las armaduras con agua potables inmediatamente antes del llenado del concreto. b.2. Curado Del curado del concreto dependerá no solo el logro de la resistencias del concreto sino también la calidad de sus superficies, en gran medida su fisuración y su permeabilidad, (Whiting (10) sostiene que si el concreto no es curado por la vía húmeda por lo menos 7 días, la permeabilidad crecerá 4 veces). El curado temprano y prolongado por vía húmeda es el mas efectivo. Cuando el curado se hace con membranas es necesario certificar previamente la performance de éstas. En superficies horizontales, el aniego continuado es el mas efectivo. Las “arroceras” para este propósito deben formarse con arena libre de contaminantes. En ciertos lugares las arenas que se encuentran en el sitio provienen de zonas costeras y pueden tener contenidos elevados de cloruros. Su empleo en las arroceras no es conveniente, porque producirán corrosión de cualquier barra de acero que sobresalga y porque los cloruros de la arena lavados por el agua serán introducidos en el concreto joven (12). El curado con membranas no es tan efectivo como el curado por vía húmeda. Previamente su empleo es conveniente certificar su performance mediante pruebas comparativas. Ensayos realizados han demostrado que hay “curadores” que no sellan las superficies y la pérdida de humedad es similar a la que ocurre en concreto expuesta al ambiente. b.3. Limitar el revenimiento de la mezcla (slump) Mezclas muy sueltas propician el asentamiento del concreto plástico, por debajo de la armadura superior, generando vacíos en le concreto que debilitan la sección, lo hacen menos denso y llevan a la fisuración del concreto superficial. b.4. Encofrados Los elementos de fijación de los encofrados que atraviesan el concreto deben ser removibles. No debiendo quedar por ningún concepto elementos metálicos, alambres u otros, sin el recubrimiento especificad. La práctica común de fijar los encofrados con alambre amarrado a la armadura, para luego del desencofrado cortar dichos alambres picando el concreto localmente y resanándolo, es tremendamente dañina. Además del daño estético y estructural que se ocasiona con el picado, el resane, la generalidad de las veces, no tendrá la misma calidad del concreto del origen. Se fisurará y será el camino para la corrosión del refuerzo.


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En elementos masivos, el encofrado debe evitar la pérdida de calor y aminorar la gradiente térmica. b.5. Consolidación de la mezcla Tanto para lograr la resistencia y densidad potencial de la mezcla, es indispensable consolidar el concreto por medio de vibradores. La energía de los vibradores debe ser compatible con las características de la mezcla, la masa de concreto por vibrar, el tamaño de las secciones y la congestión de su refuerzo. b.6. Aislamiento del concreto Cuando la concentración de sulfatos o de soluciones ácidas es muy alta, es recomendable, en lo posible, aislar las estructuras del medio agresivo. El aislamiento puede hacerse reemplazando el material contaminado que rodea al concreto, por material no contaminado. Esta solución no es adecuada en terrenos saturados porque el relleno de material importado tenderá a contaminarse muy rápidamente. En estos casos, lo mas adecuado es aislar la estructura de concreto mediante recubrimientos resistentes a sulfatos. La emulsión asfáltica ha probado dar buenos resultados. El aislamiento del fondo de las cimentaciones y las losas pueden hacerse mediante el empleo de membranas plásticas con juntas selladas. Ver figura N° 2. En este aspecto debe tenerse en cuenta que el aislamiento del concreto del medio agresivo, es una solución temporal por cuando los revestimientos tienen vida limitada. Siempre será mejor solución, especialmente en cimentaciones que son casi imposible de inspeccionar, buscar la protección en el mismo concreto: haciéndolo denso y muy baja permeabilidad.


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CIMENTACIONES 14.1 Zapatas aisladas. Las zapatas aisladas consisten generalmente en un cuerpo regular de concreto colocado a poca profundidad bajo el nivel superficial del terreno, y sirven para sostener una columna de edificio. Las zapatas aisladas son el tipo más común de cimentaciones para edificios. En la tabla 14.1 se dan valores promedio típico de carga, para usarlos en el diseño de zapatas aisladas (véase la tabla de la pagina 156). Esto equivale a los valores de carga que se dan en muchos códigos de la construcción. En general, se considera que esos valores de carga son conservadores. Por lo común, las cargas superiores se pueden determinar después de haber pruebas y muestreos de los suelos. La mayoría de los departamentos de la construcción aceptará cargas más altas, basadas en pruebas de laboratorios y recomendaciones de los ingenieros de suelos. A veces los valores de capacidad de carga se presentan en forma gráfica. En la figura 14.1 se presenta una gráfica típica de valores de capacidad de carga. La superficie inferior de las zapatas debe ser tan firme como el mismo suelo en el que se apoyan, hasta una oportunidad mínima de 1.5 veces la anchura de las zapatas. Asimismo, el suelo de cimentación debe tener la misma clasificación que se especifica en los planos. Con frecuencia, las condiciones del suelo cambian mucho de una zapata a la siguiente. En general, una zapata debe apoyarse en un suelo uniforme. Si hay cambios notables, es preciso discutirlos con los ingenieros de suelos.

Tabla 14.1 Valores típicos de capacidad de carga para el diseño de zapatas aisladas, del Uniform Building Code, 1970 Profundidad

Aumento del valor por

mínima de

Clase de material

cada pie de

zapata por

Valor permisible

profundidad a que se

debajo del

si la zapata está a

encuentre la zapata,

Valor máximo

terreno

la profundidad

por debajo de la

Ib/pie2

virgen

mínima Ib/pie2

profundidad mínima Ib/pie2

adyacente (pies) 1 Roca

2

3

4

5

0

20% de la resistencia

0

20% de la resistencia

final al aplastamiento a

Arena gruesa compactada

1

1,500

Arena fina compactada

1

1,000a a

final al aplastamiento a

300

8,000

200a

8,000

a

Arena suelta

2

500

100

3,000

Arcilla dura o arenosa

1

4,000

800

8,000

Arcilla común o de rigidez media

1

2,000

200

6,000 2,000

Arcilla común o arenosa blanda

2

1,000

50

1´6"

1,000b

50

Mezclas inorgánicas compactas de arena y limo.

1

1,000

200

4,000

Mezclas inorgánicas sueltas de arena y limo

2

500

100

1,000

0

0

0

0

Suelos expansivos

Mezclas orgánicas sueltas de arena y limo escombros o lodo a

Estos valores son para zapatas de 1 pie (30 cm) de anchura y pueden incrementarse en proporción directa a la anchura de las zapata, hasta un máximo de tres veces el valor designado. b Para profundidades mayores de 8 pies (2.40 m), utilícense los valores dados para arcilla de consistencia comparable.

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14.2 Zapatas en terrenos inclinados. Por lo común en terrenos inclinados las zapatas se escalonan a la manera de escaleras. A veces, cuando la inclinación de la superficie del terreno es relativamente ligera, las cimentaciones se cuelan de modo que se conformen a la inclinación de la ladera. Cuando una zapata deba encontrarse cerca de otra y a mayor elevación, es común restringir la colocación de tal modo que un plano trazado desde la parte inferior de la zapata más alta, a un ángulo de 45 grados de horizontal, no intersecte a la zapata más baja. Este concepto se ilustra en la figura 14.2. por supuesto, la zapata inferior se deberá construir y rellenar primero. No obstante en algunos casos, será necesario excavar por debajo de una zapata adyacente para instalar una nueva zapata a menor elevación. Puede ser que el ángulo del talud superior no siempre sea seguro. Por ejemplo, si el suelo es de arena con ángulo de fricción de 30grados, el talud estable de 30 grados significará que la zapata superior puede fallar. Es necesario pedir a los ingenieros de suelos métodos adecuados. Si se hace necesario poner zapata a menor distancia que la línea de 45 grados, puede ser necesario limitar el valor de capacidad de carga para la zapata superior y puede esperarse que la zapata inferior tenga asentamientos un poco mayores, puesto que soportará parte de la carga de la zapata superior. Quizá sea mejor poner la zapata superior a mayor profundidad. Asimismo, será posible modificar la localización de la zapata superior y hacer un diseño especial para la conexión entre la columna y la zapata. Hay otro problema relacionado con las cimentaciones en suelos estratificados o rocas sedimentarias. Esta condición se muestra en la figura 14.2. aunque el suelo o la roca sea firme, cada plano de deposición situado a la derecha de la zanja en un plano posible de corrimiento o deslizamiento. La cuña ABC no puede utilizarse para soporte de cimentaciones. La zapata de la derecha deberá mantenerse más allá del punto C; por lo contrario, la zapata de la izquierda puede situarse más cerca de la zanja. TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMMOTS - LIMUSA

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14.3 Cajones acampanados. Se han fabricado perforadoras especiales para la instalación de cajones acampanados como los que aparecen en la figura 14.3. el tipo de perforadora que se usa para instalar estos cajones se en la figura 4.5. en general, se trata de un tipo muy económico de cimentación, porque esos cajones no suelen estar reforzados. Se diseñan como columnas cortas, que no requieren acero vertical de refuerzo. Para fines de diseño, se considera que esos cajones son zapatas aisladas profundas y se utilizan valores de capacidad de carga similares a los que se emplean en el caso de las zapatas aisladas. Debido a la profundidad considerable de la base de los cajones, en general se usan valores más altos de capacidad de carga. Al calcular el peso del cajón, el peso de la tierra extraída se resta del peso de concreto. A veces se instala una forma modificada de cajón acampanado, perforando un pozo abierto de gran diámetro, colando una zapata circular en el fondo y ascendiendo con un pedestal. Con frecuencia, se emplean formas de cartón de sonotubo para el colado de la columna. También los cajones perforados se suelen excavar como pozos rectos, hasta llegar a un estrato duro o al lecho rocoso. Los cajones se diseñan como zapatas aisladas, utilizando la presión de carga permitida sobre la base de la zapata (véase el capítulo 21). 14.4 Zapatas corridas. Las zapatas corridas tales como las de muros y las continuas, así como las cimentaciones con trabes, son zapatas aisladas alargadas, a la longitud suficiente para recibir un muro o una hilera de varias columnas. Con frecuencia las excavaciones para esas zapatas largas se pueden con excavadoras de zanjas, lo que constituye un sistema rápido y económico. Esas excavaciones se pueden recortar en forma manual hasta el tamaño exacto de las zapatas corridas que se vayan a instalar colando el concreto sin necesidad de utilizar cimbras laterales. La eliminación del trabajo de carpintería para el cimbrado puede ahorrar tiempo y dinero. Esas cimentaciones siempre van reforzadas. Las zapatas corridas tienen la ventaja de que sirven como “puentes” sobre las zonas blandas locales. Por consiguiente ofrecerán un apoyo más uniforme para un muro o una hilera de columna que las zapatas individuales. 14.5 Losas de cimentación. Con frecuencia se utilizan losas de cimentación bajo las estructuras muy pesadas. Estas losa son continuas en ambas direcciones y, por tanto, ocupan una superficie muy amplia. Por lo común son gruesas, requieren de gran volumen de concreto y tienen un peso considerable de acero de refuerzo, por lo que resulta costosas. Puede ser conveniente instalarlas donde haya una presión hidrostática ascendente, debido a un alto nivel m freático. Las losas de cimentación tienen ciertas ventajas ya que junto con los muros laterales de los edificios actúan como barcazas. El peso de la tierra excavada antes del colado de la cimentación se puede restar del peso total del edificio, lo que puede hacer que se reduzca considerablemente el asentamiento. A veces las losas de cimentación se sitúan a tal profundidad que el peso de la tierra retirada es igual al peso bruto del edificio. En este caso, los asentamientos futuros de los edificios suelen ser muy pequeños, puesto que no se ejerce ningún peso nuevo sobre el suelo que esta debajo de la cimentación. Las losas de cimentación actúan como zapatas corridas, en ambas direcciones y, por consiguiente, pueden servir como puentes sobre las zonas blandas, con lo que se obtiene un apoyo más uniforme para las columnas de los edificios. TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMMOTS - LIMUSA

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14.6 Cimentaciones planas. Con frecuencia se utilizan cimentaciones planas bajo estructuras ligeras de uno o dos pisos, tales como las casas, los edificios escolares y los edificios ligeros industriales y comerciales. Por lo común, el borde de la cimentación se hace más grueso para construir una zapata perimetral. Además, se puede poner rellenos o encostillados como partes de refuerzo de la cimentación, para recibir muros o zapatas. En la figura 14.4 se ilustra ese tipo de cimentación. Este diseño se emplea, sobre todo, por razones económicas. No es adecuado en zonas de congelación profunda, en niveles freáticos altos o en suelos expansivos. En sus diseños, el Distrito Escolar de la Ciudad de Los Angeles utiliza frecuentemente cimentaciones planas de este tipo. 14.7 Cargas temporales. Los valores de la capacidad de carga que se dan en l figura 14.1 se aplican a cargas muertas estáticas, a cargas vivas estáticas y, con frecuencia, a las cargas vivas aplicadas. También se pueden aplicar cargas temporales debido a la fuerza del viento, las presiones sísmicas laterales, las fuerzas de impactos u otras cargas temporales de muy corta duración. Para esas circunstancias, se acostumbra dejar margen para un aumento de las presiones de carga que pesan sobre el suelo. Los márgenes varían del 10% hasta el 100% un incremento del 33%. Durante la construcción, se pueden aplicar cargas temporales a las zapatas. Por ejemplo, es frecuente que se pongan muros de concreto inclinados sobre zapatas, en posiciones de columnas y en seguida se cuela la zapata corrida bajo el muro inclinado. En ese caso, cuando se termina la construcción del edificio, la zapata puede estar sujeta a una presión de carga mucho mayor que la que debía resistir en el diseño. En general hay cierta resistencia de reserva, que permite que se sobre carguen las cimentaciones. A esto se le suele dar el nombre de factor de seguridad. Con frecuencia los factores de seguridad van de 1.5 a 4.0 Si se planean cargas temporales que sobrepasen considerablemente el valor de capacidad de carga de diseño, será preciso revisar los planos con el diseñador estructural del edificio, para asegurarse de que no se sobrepasará la resistencia de reserva de la cimentación. A veces las cimentaciones fallan, debido a las cargas temporales de construcción. 14.8 Cimientos de suelos compactados. Muchos suelos se depositan en forma natural no compacta, de modo que no proporcionan un buen apoyo para las cimentaciones corrida. Por tanto, a menudo se usan cimentaciones en pilotes o de otros tipos igualmente costosos. En muchos de esos casos, resulta más económico excavar los suelos blandos o sueltos. A veces se pueden utilizar para rellenos compactados de construcción; en otras ocasiones es necesario traer de otra parte materiales para lograr un relleno adecuado. Esos suelos se utilizan para rellenar las excavaciones. Los rellenos se pueden usar mediante cálculo y compactación para que soporten las cargas de cimentación. Esos rellenos se convierten en partes del sistema de cimentación de una estructura y a veces se denominan “rellenos estructurales”. Es un caso como éste, la cimentación para una central eléctrica debería apoyarse sobre un estrato de arena limosa fina y suelta, de 6 metros de espesor (20 pies). Desde el punto de vista económico, se consideró conveniente retirar la tierra suelta. Después de retirarla, se volvió a compactar el suelo al interior de la excavación. El espesor disminuyó de 6 a 4.5 metros (20 a 15 pies). Se trajeron materiales adicionales para compensar la pérdida, y los cimientos de la central eléctrica se instalaron sobre ese “relleno estructural” (véase la referencia 30). Con frecuencia los suelos se compactan en el lugar en que se encuentran, para incrementar su capacidad de carga para poder soportar el peso de las cimentaciones. En el capítulo 23 se analizan los métodos de compactación in situ. TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMMOTS - LIMUSA

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14.9 Tolerancias. 14.9.1 Ubicación de las zapatas. En las primeras etapas de la construcción, la confusión que suele reinar puede hacer que una o más cimentaciones se cuelen fuera de sus posiciones correctas. Entonces se presenta un problema relativo a la posibilidad de utilizar las zapatas. En algunos casos, las zapatas se levantan por medio de grúas y se colocan en los lugares adecuados. En cierto caso, varias zapatas estaban fuera de la posición en una distancia de 2 pies (60 cm). Se perforan orificios en las zapatas, se fijaron pernos en ellos y se levantaron las zapatas. Las bases de las zapatas se limpiaron con agua. Se hicieron nuevas excavaciones de zapatas, que se extendían a una profundidad de 4 pulgadas (10 cm) más que la original. Se vertieron 10 cm (4 pulgadas) de concreto nuevo y se instalaron las zapatas sobre el concreto fresco. En muchas ocasiones se ha considerado la posibilidad de desplazar lateralmente las zapatas, unos cuantos centímetros, mediante el empleo de gatos hidráulicos o equipos pesados de construcción; pero es poco probable que ese procedimiento se haya empleado alguna vez en la práctica. Al parecer, esto implicaría ciertos riesgos, debido a que se aflojarían y se alterarían los suelos debajo de las zapatas, propiciando los asentamientos. Es posible que la conexión de la columna a la zapata pueda aceptar cierto momento de inclinación, en cuyo caso, será todavía posible utilizar la zapata desviada, en posición excéntrica. Esto deberá verificarse con el ingeniero de estructuras. Cuando las excavaciones para zapatas se cortan limpiamente en el suelo y no se usan cimbras laterales, las cimentaciones se suelen extender hacia los lados más de lo planeado; esto parece hacer que la cimentación sea excéntrica; sin embargo, en tanto los cimientos sean tan grandes o mayores que lo planeado en las otras tres direcciones, no se sabe de ningún caso en el que esa excentricidad haya provocado algún problema. 14.10. Secado o saturación. Los suelos situados al fondo de una excavación de cimentación se pueden alterar mucho mediante el secado o la saturación. El secado debe restringirse y se puede regular rociando con frecuencia los suelos o cubriéndolos con láminas de plástico, lonas tierra suelta o paja. Los suelos muy secos y que se contraen y agrietan mucho, pueden recuperar su contenido de humedad después de que se hayan terminado los cimientos y el edificio. En esas condiciones, la recuperación de la humedad puede hacer que los suelos se dilaten y eleven, quizá levantando los cimientos o las losas de pisos. Con frecuencia las excavaciones para cimentaciones se suelen saturar durante las lluvias fuertes, debido a que el agua se acumula en esos puntos bajos. En general, la solución más conveniente suele ser la de excavar a mayor profundidad, para retirar el suelo blando. Si ya se colocó el acero de refuerzo, puede que valga la pena efectuar otros experimentos. Pueden hacerse sondeos para determinar el espesor de los suelos ablandados y el aumento probable de los asentamientos. Para las estructuras flexibles, el asentamiento adicional esperado puede no constituir un problema muy grave.

En algunos casos, se han utilizado calentadores y sopladores para provocar la desecación rápida de suelos saturados. 14.11. Excavaciones excesivas. Muchas excavaciones de cimentación se hacen con grandes máquinas excavadoras, cuyo control en zonas muy limitadas a veces resulta difícil, por lo que es frecuente que las excavaciones sean excesivas. En cierto caso, se hicieron las excavaciones de cimentación, se colocó al acero y el camión de revolvedora estaba listo para verter el concreto. La inspección de los fondos de la excavación incluyó el sondeo con una varilla de acero. En casi todas las excavaciones, la varilla se pudo introducir con facilidad de 6 a 12 pulgadas (15 a 30 cm) en los suelos del fondo. El fondo de las excavación estaba plano; pero se descubrió que el operador de la máquina había excavado en exceso, hasta 12 pulgadas (30 cm) más de profundidad que lo indicado. Luego, vertió tierra suelta a excavación, para nivelar el fondo. TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMMOTS - LIMUSA

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Se han observado muchos casos en los que los suelos situados al fondo de las excavaciones excesivas accidentales. La tierra se reintegró apresuradamente, para ocultar la equivocación cometida. En general, el relleno con concreto delgado se considera como parte de la cimentación de suelos y no como una extensión de la cimentación de concreto propiamente dicha. En general, resulta más barato aceptar que se ha excavado en exceso, ya que el exceso se puede resultar menos costoso que el tratar de compactar los suelos en zonas limitadas y pequeñas. En general, el relleno con concreto delgado se considera como parte de la cimentación de suelos y no como una extensión de la cimentación de concreto propiamente dicha. Con frecuencia los fondos de cimentación son irregulares, debido a problemas encontrados al excavar el suelo. La tendencia natural consiste en “nivelar” el fondo de la excavación. Su aspecto es mejor y resulta más fácil poner el acero. La nivelación se hace con tierra o grava y el material empleado se compacta y se prueba, sin embargo la mayoría de los ingenieros de suelos está de acuerdo en que es mejor dejar el fondo irregular, sin alterar el suelo, echando un poco de concreto para rellenar las partes más bajas. El concreto de relleno puede colarse, si esto facilita la instalación del acero de refuerzo. 14.12. Cargas excéntricas. Las cargas de volteo que hacen que se ejerzan fuerzas excéntricas sobre los cimentos, son muy comunes en las estructuras sujetas a cargas de vientos o sísmicas o para los muros de contención. El método que más se usa para analizar las presiones de cimentación consiste en convertir la excentricidad en una presión de suelos de forma triangular. Esto se indica en la figura 14.5. Se puede “recortar teóricamente” un extremo de la zapata, con el fin de que la parte restante de la cimentación sea concéntrica. En este caso, la cimentación se puede diseñar para que sea más pequeña, utilizando el total de las presiones de capacidad de carga de diseño, como se indico antes.

14.13. Zapatas inclinadas. Las zapatas inclinadas se suelen utilizar como bloques de apoyo para apuntalamientos, como anclajes de atiesadores y como bloques de anclaje para codos de tuberías. Esas zapatas tienen una capacidad de carga más baja que las zapatas cargadas verticalmente a la misma profundidad promedio. A continuación en la figura 14.6 se presenta una guía aproximadamente para estimar la reducción de la capacidad de carga. TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER - SMMOTS - LIMUSA

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Inclinación de la carga A partir de la vertical (grados) 0 30 45 60 90


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Para arcilla (%)

Para arena (%)

100 80 70 60 50

100 40 25 15 10

14.14. Cimentación en suelos expansivos. Varios constructores de residencias han sufrido pérdidas financieras, al construir numerosas casa en suelos expansivos. Esos suelos se dilatan al humedecerse y se contraen al secarse. Los cambios de volumen pueden ser del 5 al 10% o mayores (véase el capítulo 7, sección 7.11: el capítulo 8, sección 8.10 y la figura14.7). El primer problema es el de identificar los suelos. A veces, se pueden encontrar indicaciones mediante el examen del sitio. Los suelos expansivos suelen ser duros y agrietarse cuando se secan. Las grietas del suelo son como ladrillos y no se pueden romper con facilidad. Cuando está mojado, el suelo es plástico, como arcilla de alfarería: 1. Mantener constante el contenido de agua. 2. Situar los cimientos bajo el nivel de cambios de humedad. 3. Tratar los suelos expansivos con los compuestos químicos, como la cal, para estabilizarlos. 4. Excavar y retirar los suelos expansivos en las zonas de construcción, reemplazándolos con suelos estables (véase la figura 14.7 a y b). 14.15. Cimentaciones Franki. Un tipo de cimentación popular en Europa y otras artes del mundo, y que se utiliza en algunas regiones de los Estados Unidos, se conoce como cimentación Franki. Las cimentaciones aisladas. Se instalan mediante el empleo de un equipo especial.




En este método, se introduce en el suelo, al nivel de la cimentación, un bulbo de concreto bajo contenido de agua. Esto desplaza y compacta el suelo natural circundante. cimentación resultante actúa como una zapata aislada, pero se apoya en un suelo que se compactado previamente hasta alcanzar una resistencia mucho mayor. Esta cimentación describe en forma más detallada en el capítulo 19, sección 19.6.3.

110 de La ha se

14.16. Cimentaciones en suelos corrosivos Los compuestos químicos que hay en algunos suelos pueden corroer el acero y deteriorar el concreto. A estos suelos se les llama corrosivos (véase el capítulo 7, sección 7.13; el capítulo 8, sección 8.9 y el capítulo 10, sección 10.10). si los análisis de laboratorio o las pruebas de resistencia indican esas condiciones, pueden necesitarse precauciones espaciales para proteger el concreto y el acero de refuerzo. Se han preparado tablas, basadas en la experiencia, para indicar los porcentajes de compuestos químicos que pueden crear problemas. En la página 170 se presenta una tabla abreviada. Basada en la referencia 31, para mostrar las cantidades de compuestos químicos que pueden causar dificultades. Una solución común en los suelos de alto contenido de sulfatos o cloruros, consiste en utilizar cementos más resistentes, tales como


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Porcentaje de SO3 contenido en Agua del terreno

Suelo arcilloso

0-0.3

0-0.2

0.03-0.1

0.2-0.5

Más de 0.1

Más de 0.5

Gravedad No hay especiales

Recomendaciones

problemas No se necesita tomar medidas especiales

Algunos problemas, Utilicese concreto de sobre todo en paredes cemnteo Pórtland (tipo delgadas de concreto II), resistente a los sulfatos Problemas graves

Utilícese cemento de supersulfato o alto contenido de óxido de aluminio (tipo V) El de tipo V, para que resistan la corrosión. Asimismo, el acero debe protegerse mediante cubiertas más gruesas de concreto, que deben tener un espesor mínimo de 4 pulgadas (10 cm) 14.17. Resumen. Los puntos más importantes de este capítulo son: HECHOS: Con frecuencia los cimientos de edificios se cuelan sobre rellenos de suelos sueltos, en los lugares inadecuados. El agua freática y algunos suelos pueden corroer o causar deterioros en el concreto o el acero de refuerzo. ATENCIÓN A: Las altas cargas temporales sobre las zapatas, que sobrepasen los valores de capacidad de carga de diseño. La desecación del suelo, si la excavación permanece abierta durante mucho tiempo. La acumulación de agua de lluvia en el fondo de las excavaciones excesivas para zapatas, cuando se empelan máquinas grandes. Las pensiones laterales de carga sobre las zapatas, debido a los puntales inclinados. Los suelos agrietados o expansivos.


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ASENTAMIENTOS 15.1. Generalidades Durante la construcción de edificios, a medida que las cargas de columnas se sitúan sobre las cimentaciones, éstas se asientan. Si los cimentos se apoyan sobre roca o suelos muy duros, los asentamientos pueden ser muy pequeños; sin embargo, si se trata de suelos ordinarios de valle, el asentamiento puede ser de una fracción de pulgada o de varias pulgadas. Son comunes los asentamientos de ½ a 1 pulgada (1,27 a 2.54 cm). Gran parte del asentamiento puede producirse durante la construcción. En otros casos, los asentamientos se producen muy lentamente y prosiguen durante varios años, después de concluida la construcción (véase la referencia 32).

15.2. Asentamientos calculados Se ha establecido un sistema de pruebas y cálculos para estimar los asentamientos para una cimentación dada. En la sección 8.6 del capítulo 8 se analizaron las pruebas de consolidación. Estas pruebas miden la comprensión del suelo sometido a las cargas y la velocidad con que se produce la compresión. Cuando una carga se sitúa sobre una cimentación, dicha carga se transfiere hacia abajo a cada uno de los estratos del suelo en que se apoyan los cimientos. En la figura 15.1 se ilustra esta distribución de presiones. Inmediatamente debajo de las zapatas, la presión del suelo aumenta hasta alcanzar casi la capacidad total de presión de carga. A profundidades de 10 ó 20 pies (3 ó 6 metros) por debajo de la superficie del terreno, la carga se distribuye entonces y el aumento de presión es pequeño.

Tabla 15.1 Valores típicos de asentamientos para una carga de columna de 300,000 libras (136,200 kg) Tipo de suelo Arcilla dura Arena compacta Arcilla moderadamente firme Arena moderadamente compacta Arcilla blanda Arena suelta

Presión De carga 2 (Ib/pie ) 10,000 10,000 3,000 3,000 1,500 1,500

Tamaño De zapatas (pies) 51/2X51/2 51/2X51/2 10X10 10X10 14X14 14X14

Asentamientos (pulgadas) 0.5 0.3 1.5 0.8 3.0 1.5

Para calcular los asentamientos, se divide en estratos el suelo en que se apoyan una cimentación. Para obtener el asentamiento total, se estima el asentamiento de cada estrato y se suman los resultados parciales. En la figura 15.1, la curva de presión natural del suelo indica que la presión del suelo, a una 2 2 profundidad de 5 pies (1.5m) es de aproximadamente 500 Ib/pie (2,441 kg/m ), ya que el 3 3 suelo pesa cerca de 100 Ib/pie (1,625 kg/m ). La nueva cimentación tendrá una presión de 2 2 carga de 3,000 Ib/pie (14,647 kg/m ), debido a las cargas muertas y otras cargas estáticas reales. Las cargas temporales debidas a los vientos, los movimientos sísmicos y otras cargas poco frecuentes y de corta duración, casi siempre se deducen por que influyen poco sobre el asentamiento. La presión del suelo se distribuye en éste y, por tanto, el aumento de presión a 2 2 una profundidad de 5 pies (1.5m) no es de 3,000 Ib/pie (14,647 kg/m ), si no de 2 2 aproximadamente 2,100 Ib/pie (10,253 kg/m ).

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ENCOFRADOS FIERRERÍA 2

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Puesto que la presión normal a una profundidad de 5 pies es de 500 Ib/pie (2,441 kg/m ), esta 2 presión aumentará a 2,600 Ib/pie , debido al peso de la cimentación. Basándose en la prueba de consolidación de laboratorio, se descubrió que una muestra obtenida a una profundidad de 2 5 pies (1.5 m) se consolidaba muy poco cuando se le aplicaba una carga de 500 Ib/pie 2 2 (10,253 kg/m ). Esto es razonable, puesto que el suelo se ha cargado ya a 500 Ib/pie (2,441 2 kg/m ) y se ha consolidado. La pequeña consolidación se toma como punto de partida para las mediciones. Al proseguir la prueba de consolidación mediante la aplicación de cargas más pesadas, se descubrió que el suelo se consolida un 1% adicional, cuando se aplica a la 2 muestra de suelo la carga completa de 2,600 Ib/pie (12,694 kg/m2). Suponiendo que ese estrato tenga un espesor de 5 pies (1.5m), la comprensión total del estrato será de 0.6 pulgadas (1.5 cm) (60 pulg. X 1% = 0.6 pulgadas). Se pueden hacer cálculo similar para todos los demás estratos por debajo de la cimentación. El total es el asentamiento esperado de las zapatas, que es probable que se encuentre en la gama de 1.5” (3.81 cm). En la tabla 15.1 se dan varios valores típicos de asentamientos estimados para cimentaciones en varias clases de suelos.

15.3. Asentamientos medidos. Los asentamientos se miden con frecuencia. Dichas mediciones pueden hacerse con mayor facilidad y presión, si se hacen marcas en las columnas, en las primeras fases de la construcción. Si no se hacen esas marcas de referencia, las observaciones de asentamientos se comparan de nuevo con las elevaciones “construidas” para las cimentaciones o las losas de pisos apoyadas. Esos registros suelen ser muchos menos exactos.

15.4. Asentamientos durante la construcción Algunos suelos, como las arenas Y los materiales de drenaje libre, se asientan con rapidez cundo se someten a las cargas. Casi todo el asentamiento suele producirse durante el periodo de construcción; por tanto, una vez concluida la construcción, prácticamente no se producirá ningún asentamiento. Al contrario, los suelos limosos y arcillosos tienen un drenaje lento. Por consiguiente, durante la construcción se producirán asentamientos que proseguirán durante varios años, después de que se ha terminado la construcción. Durante las pruebas de consolidación el laboratorio, se puede medir la velocidad con que se comprimen las muestras de suelos. Esto da una buena indicación del tiempo que puede tomar el asentamiento de las cimentaciones. Se ha establecido un método de calculo para estimar cuanto tiempo se requiera para que se produzca la mayor parte de los asentamientos. El drenaje de un estrato de suelo depende de su velocidad de drenaje y el espesor del estrato. Cuando sea analizado una muestra dado de un estrato de suelo, se puede estimar el tiempo necesario para consolidación, comparado el espesor de la muestra de prueba con el del estrato del suelo, en el terreno.

Muestra de prueba

Estrato de suelo

Espesor = 1 pulgar (2.54cm) Velocidad de asentamiento = 30 minutos Nota: El drenaje del fondo y de la parte superior se aplica a la muestra de prueba y, asimismo, al estrato de suelo. Así, la trayectoria de drenaje es de la mitad del espesor del estrato.

Espesor = 10 Mitad del espesor = 60 pulgadas Tiempo para el asentamiento

 30 min

 60  60 1 2 x1 2

= 30 días En general, se considera que una capa de suelo está libre para drenarse, si hay capas de arena por encima o por debajo de ella. Con frecuencia, los suelos arcillosos se entremezclan con estratos de arena. En ese caso, los estratos de arena actúan como capas de drenaje, haciendo que los asentamientos se produzcan con mayor rapidez que en el caso de un cuerpo de limo o arcilla, sin estratos arenosos.

15.5. Asentamientos admisibles El asentamiento de un edificio se puede medir como el asentamiento total de la estructura, o bien, como el asentamiento diferencial entre zapatas adyacentes o entre el centro y las esquinas de un edificio. En general, si los asentamientos totales son uniformes se pueden tolerar sin grandes dificultades. Si todas las cimentaciones de un edificio se asientan 3 pulgadas, el único TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA



problema será el de acomodo de las instalaciones de servicio público que llegan al edificio y el nivel de las aceras o banquetas y las zonas de estacionamiento de vehículos. Si el asentamiento de los cimientos es desigual, por ejemplo, en el caso de que la zapata de una columna se asiente 1 pulgada (2.54 cm), mientras que una zapata adyacente se asiente 2 pulgadas (5 cm), esto puede hacer que el edificio se distorsione y que las paredes se agrien. Este tipo de asentamiento es mucho más difícil de tolerar. Por consiguiente, los asentamientos diferenciales tienen una importancia mucho mayor que los totales. Algunos tipos de estructura, como las de almacenes grandes llegan a asentarse varios pies, y a pesar de ello se ha tenido pocas dificultades para mantenerlos en funcionamiento. A menudo, los grandes tanques de almacenamiento de petróleo se construyen suponiendo que el asentamiento sea de un pie (30 cm). Lo más importante es que el casco del depósito se asiente de manera uniforme en todas sus partes. En las estructuras comerciales más importantes, es común limitar los asentamientos diferenciales permisibles entre columnas adyacentes a 1 4 de pulgada o menos. Los asentamientos entre columnas adyacentes pueden ser aceptables para estructuras de madera o edificios industriales de estructura ligera de acero. 15.6. Método de ajuste de asentamiento Los asentamientos pueden reducir mediante un cambio en el diseño de las cimentaciones, que puede consistir en hacer cimientos más grandes o más profundos. Asimismo los asentamientos se pueden reducir, si el sitio se carga previamente o se “sobrecarga” antes del construir el edificio (véase la sección 15.7), o bien, efectuando una compactación previa del suelo (véase el capítulo 23). Si durante la construcción y al aplicar las cargas iniciales las asentamientos se producen con rapidez, estos se podrán corregir y no constituirán un problema cuando se entregue el edificio al propietario. Es posible “acelerar” el asentamiento, mejorando el drenaje de los suelos comprensibles. En lo que se refiere al empleo de cimentaciones más anchas, se puede suponer, como guía aproximada, que el asentamiento se reduce al aumentar el área de apoyo de las zapatas cuadradas. Por ejemplo, para una carga de columna de 400 kips, supóngase que el tamaño de la zapata es de 8x8 pies (2.40 X 2.40m) y que el asentamiento estimado es de 1 pulgada (2.54cm). si el tamaño de la zapata se aumenta a 12X12 pies (3.6 X 3.6m), el asentamiento será de 8 + 12 = 2/3 de pulgada (1.69). Si el tamaño de las zapatas aumentan a 16 X16 pies (4.80 X 4.80 m), el asentamiento será de 8 + 16 = 1/2 pulgada (1.27 cm). Esta guía se aplica mejor al suelo arcilloso y limoso que al arenoso. Con frecuencia el ajuste de los asentamientos se efectúa cambiando el método para armar la estructura y la construcción de los muros, con el fin de hacerla más flexible. Los cimientos de edificios ligeros se pueden diseñar con pernos de anclaje largos y ángulos sujetadores en la columna, que permitan que se inserten gatos y que de vez en cuando se levanten las columnas, para renivelar la estructura del edificio. En un edificio se pueden hacer separaciones estructurales a ciertos intervalos. Esto permitirá que las distorsiones y los movimientos del edificio se lleven a cabo a lo largo de “brechas” preestablecidas. Los tableros laterales que se sujeten a columnas de acero pueden absorber movimientos diferenciales apreciables, sin distorsiones. Al contrario, los muros de concreto, los de ladrillo, los de concreto colado in situ o los muros inclinados y continuos de concreto, son frágiles, se agrietan con facilidad y sufren fracturas importantes, aun cuando los asentamientos diferenciales sean pequeños. Es preciso recordar que los muros de concreto bien reforzados pueden tener una considerable resistencia de trabe y pueden servir como puentes sobre las cimentaciones que tienden a asentarse demasiado. A veces, los muros de los edificios se diseñan para que actúen como trabes. Esto parece funcionar bien, siempre que el claro no sea demasiado grande, ya que en estos muros se produce una redistribución de esfuerzos, que no puede determinar.

15.7.

Métodos de preconsolidación.

15.7.1 Relleno de sobrecarga El asentamiento del suelo el que se va construir se puede forzar antes de edificar las estructuras. Con es fin, a menudo se suelen utilizar rellenos de sobrecarga. En general el relleno de sobrecarga que se pone en un sito tiene un peso igual o mayor que el edificio que se TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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va a construir. Antes de iniciar la construcción debe dejarse que transcurra el tiempo necesario para que se produzca el asentamiento. Los rellenos de sobrecarga pueden ser del orden de 4 a 5 pies (1.20 a 1.5 m) para edificios industriales de un piso, supermercados y edificios escolares. Los rellenos de sobrecarga pueden ser de 30 a 40 pies (9 a 12 m) para edificios de concreto reforzado, los cuales son relativamente pesados. A veces se constituyen rellenos de sobrecarga de 30 a 40 pies (9 a 12m) en los sitios en que se construirán tanques pesados de almacenamiento centrales eléctricas u otras estructuras sumamente pesadas. En el fondo de los rellenos de sobrecarga, se pueden poner marcadores de asentamiento para medir el asentamiento y el término del asentamiento. En la figura 15.2 se muestra un relleno típico de sobrecarga. 15.7.2 Compactación o compresión del suelo. Existen varios para compactar o comprimirlos suelos. Entre ellos: (a) vibroflotación; (b) disminución del nivel del agua, mediante el empleo de sumideros o web points; (c) excavaciones del suelo para volverlo a colocar como relleno compactado, y (d) inserción de drenes de arena, drenajes de mecha u otros dispositivos, para permitir que el agua se drene del suelo con mayor rapidez. En estos métodos se describen con más detalle en capítulo 23.

15.8 Corrección Desde la antigüedad, el asentamiento de los cimientos ha constituido un problema; sin embargo, muchas estructuras grandes y pesadas cuyos cimientos han sufrido asentamientos importantes se han establecido o puesto de nuevo en sus posiciones originales. La técnica de la construcción permite corregir problemas muy graves de esta naturaleza, con nosotros razonables, en comparación con el costo de reemplazar la estructura. Esta técnica aplicada a tiempo a la torre inclinada de pista estabilizar la estructura y tal vez nivelarla de nuevo. Los promedios de corrección que más se utilizan son: (a) elevación de los cimientos, inyectando cemento de suelos u otros materiales bajo la cimentaciones; (b) soporte de columnas, mientras se pone una nueva cimentación bajo cimientos ya existentes: (c) extensión de las zapatas a una elevación menor, de porción en porción; (d) inyección de compuestos químicos o lechada en suelos porosos, bajo los cimentos y (e) instalación de pilotes, cajones perforados u otros nuevos cimientos adyacentes a las zapatas existentes, transfiriendo el peso de las columnas a esos nuevos cimientos, por medio de vigas “de aguja”, que se pueden insertar por debajo o por encima de las zapatas, para conectarse directamente a las columnas. Otro método menos común consiste en congelar el suelo, por debajo de una cimentación, y mantenerlo permanentemente congelado.

15.9 Asentamientos de otros tipos de cimentaciones En este capítulo se han estudiado los asentamientos de cimentaciones aisladas; sin embargo, también se pueden producir asentamientos en otros tipos de cimentaciones, tales como los pilotes fricción, los polotes de soporte en el extremo, grupo o conjuntos de pilotes, pilares rectos, cajones perforados y acampanados y otras cimentaciones profundas.Las cimentaciones profundas aplican sus cargas a estratos más firmes y profundos, o bien, distribuyen su carga sobre un área a una mayor profundidad. También esos cimientos se asientan al cargarse; pero, por lo común, los asentamientos son mucho menos que los delas cimentaciones aisladas. Si se utilizaran cimentaciones aisladas en una zona dada y se experimentaran asentamientos del orden de 1 a2 pulgadas (2.54 a 5.08 cm), se podría esperar que los cimientos sobre pilotes u otras cimentaciones profundas apropiadas sufrieran asentamientos de 1/4 a 1/2 pulgada (0.6 a 1.27 cm). No obstante, si los cimientos llegan al apoyo final sobre rocas o suelos duros, los asentamientos serán esencialmente los que se deban a la contracción elástica de los pilotes, al situar las cargas. Supóngase que un edificio se apoya en pilotes de fricción, que se


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apoyan en todo el suelo a través del que se hinchan, sin llegar a tener una carga de extremo final. Si una columna del edificio tiene una carga de 50 toneladas, puede sostener en un pilote simple. Otra columna del edificio puede tener una carga de 400 toneladas y requerirá ocho pilotes. Aunque cada pilote se carga con una cantidad igual, 50 toneladas por pilote, se podrá esperar que el grupo de ocho pilotes se asiente más que el pilote simple. La diferencia de asentamiento puede no ser grande; por ejemplo, el pilote simple se puede asentar 1/4 pulg., y el grupo de pilotes 1/2 pulg. El asentamiento diferencial resultante de 1/4 pulg. (0.6 cm) no constituirá un problema desde el punto de vista estructural y nunca se detectará, a menos que se tomen medidas precisas. El asentamiento de pilotes individuales o de grupos de pilotes es más fácil de estimar que el de las cimentaciones aisladas. Se han creado métodos simplificados para hacer estimados aproximadas de los asentamientos. Esos métodos son muy similares a los que se usan para calcular los asentamientos de cimentaciones aisladas. Por lo común, se supone que la carga sobre los grupos de pilotes se distribuye de tal modo que el grupo de pilotes es equivalente aproximadamente, a una cimentación aislada, situada a cierta profundidad por debajo del restante. Este concepto se ilustra en la figura 15.3. después de transformar el grupo de pilotes en una cimentación aislada equivalente, sobre el suelo, será posible calcular la presión adicional del suelo. Utilizando esta presión del suelo, es posible estimar la consolidación de los diversos estratos de suelos bajo los cimientos, como se describió antes, y será posible calcular el asentamiento total. Por lo contrario, si los pilotes del grupo se hincan en suelos blandos, y luego hasta el rechazo sobre grava y arena muy densa y profunda, la “zapata equivalente” será más profunda, como se muestra en la figura 15.4. Por lo común, los asentamientos de estructuras apoyadas en pilotes son relativamente pequeños y no usan problemas. Sin embargo, puede haber dificultades importantes si una parte de una estructura se apoya en pilotes, TEMA : CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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mientras que otras partes se apoyan sobre cimentaciones aisladas. En la figura 15.5 se muestra una estructura de dos pisos, apoyada en cimentaciones de pilotes. Junto a ella, se levanta una estructura más ligera, de un solo piso, sobre cimientos aislados, que se sujetó al edificio original de dos pisos. En el edificio de un solo piso se produjeron grandes asentamientos. Por regla general, si una parte de una estructura se apoya sobre pilotes, las adiciones, aunque sean ligeras, también deberán ponerse sobre pilotes. Sólo después de un estudio muy cuidadoso de los asentamientos probables, se podrá considerar el uso de una combinación de tipos de cimentaciones. Si se combinan los tipos, será mejor efectuar una separación, con dobles columnas, entre las dos partes de la estructura. Los asentamientos para cajones perforados y acampanados, pilares profundos o una forma modificada de cimentaciones aisladas, se pueden calcular utilizando las mismas técnicas que para las zapatas corridas. Esto se analiza en el capítulo 21. La cimentación Franki se utiliza también como cajón. Sin embargo, el caso se compacta y preconsolida. Por tanto, los asentamientos son apreciablemente menores que los que pudieran calcularse para otros tipos de cajones apoyados en el suelo. En general esta cimentación se emplea para apoyos en suelos arenosos (véase la sección 19.6.3 del capítulo 19). Debe señalarse de nuevo que este análisis no indica con exactitud la manera de efectuar un cálculo del asentamiento. Se pueden obtener más datos por medio de pruebas, como las que se describen en la referencia 4; pero tampoco en esas referencias se indica el método, así como tampoco lo indican los ingenieros de suelos.

15.10 Resumen. Los principales puntos de este capítulo son los siguientes: HECHOS:

ATENCIÓN A:

Los cimientos de los edificios se asientan; lo importante es saber la medida en que esto sucede. Las mayores dificultades se deben a los de asentamientos desiguales de las columnas adyacentes. Los asentamientos de zapata en la arena son rápidos y se producen durante la construcción. Las zapatas sobre arcilla se asientan con lentitud. Además, se pueden mejorar las condiciones de los sitios para reducir el asentamiento. Un sitio de construcción que tiene suelos firmes en un lado y blando en el otro. Zapatas muy cargadas, adyacentes a zapatas con cargas más ligeras.


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BANCO TEMÁTICO ENCOFRADOS FIERRERÍA CIMENTACIONES EN PILOTES

En la práctica, es común que el contratista general confié los trabajos de cimentación en pilotes a algún subcontratista especializado en el hincado de pilotes. En proyectos pequeños, los pilotes puede instalarlos el contratista general; sin embargo, en este libro, el análisis de las cimentaciones sobre pilotes se dirige principalmente a los proyectos grandes, en los que un subcontratista especializado proporciona e hincha los pilotes.

16.1. Documentos que comprende el contrato 

Los documentos que comprende el contrato son:  Condiciones generales.  Forma de contrato.  Especificaciones.  Planos. Condiciones del suelo (pueden no incluirse en los documentos del contrato). El código local de la construcción y todos los reglamentos son obligaciones del contratista, tales como los que rigen el uso de procedimientos mediante grúas y las disposiciones de seguridad. Mientras que al preparar las especificaciones para pilotes, los ingenieros son muy meticulosos para ajustarse a los requerimientos del código de la construcción, el subcontratista debe verificar la compatibilidad de las especificaciones y el código. Con frecuencia, las especificaciones restringen la elección de tipos de pilotes y contienen requisitos para ajustarse a las características del suelo, que pueden esperarse. Entre esos requisitos se incluyen los criterios aceptables de hincado final, el chiflonado o la preexcavación de pilotes, que vayan más allá de las disposiciones de los códigos. La selección del o los tipos de pilotes apropiados para utilizarlos en un proyecto en muy importante y se debe detallar con claridad en las especificaciones. A veces las especificaciones se pueden ampliar, para incluir otros tipos de pilotes, sobre todo cuando es posible ahorrar dinero. En los capítulos 17, 18, 19 y 20 se presentan y analizan varios tipos de pilotes. Al final del capítulo 20 se presenta un resumen breve acerca de los mismos. Las disposiciones de seguros requieren una revisión cuidadosa. Los límites de los que cubren las pólizas de seguros pueden ser insuficientes para los riesgos potenciales. Esto resulta particularmente cierto en lo que se refiere a los seguros por daños a propiedad. El procedimiento que se presenta en la sección 27.2 del capítulo 27 brindará una base para evaluar los riegos. Los daños a propiedades, debidas al hincado de pilotes, se deben principalmente a lo siguiente: (a) rotura o desplazamiento de línea subterráneas de servicio público; (b) daños a estructuras adyacentes y equipos, debido a las vibraciones y (c) desplazamientos de línea subterránea de servicio público; (b) daños a estructuras adyacentes y equipos, debido a las vibraciones y (c) desplazamiento de suelos. En el caso de que se dañen líneas de servicio público, el contratista deberá demostrar que se hicieron todos los esfuerzos razonables para no dañar las líneas situadas bajo los puntos de hincado los efectos de las vibraciones sobre las estructuras adyacentes y los equipos (véase el capítulo 29). El desplazamiento de los sueltos se analiza en la sección 16.7 del capítulo 16. Es necesario obtener una cobertura completa de seguros para la totalidad de las operaciones, ya que las reclamaciones por daños pueden no presentarse sino hasta mucho después de que se hayan completado los trabajos de piloteado. El cumplimiento para las demandas en muy importante cuando l os procedimientos para las demandas de pagos extras requieren que se notifique la intención de hacer una reclamación. La modificación de las órdenes, los trabajos adicionales o las reclamaciones basadas en condiciones latentes exigen que se compilen datos detallados, sobre todo en los proyectos grandes y complicados, cuando los trabajos imprevistos en una zona provocan una reacción en cadena en otras. Es preciso asignar a personas competentes, lo antes posible, la tarea de recoger y preparar los datos pertinentes para responder a las reclamaciones. Es conveniente usar un “método de ruta crítica” (o un sistema similar) para el análisis, para demostrar cuáles son los efectos generales de los trabajos adicionales, tanto en tiempo como en costo. Las determinaciones que se deben hacerse al revisar los informes de suelos que acompañan a los documentos del contrato, son las siguientes: TEMA: CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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Los documentos del contrato pueden especificar que se desconoce la información sobre suelos se le ofrecen al contratista par que los use por su cuenta y riesgo, rechazando toda responsabilidad relativa a su exactitud. A menudo, se invita al contratista a que lleve a cabo sus propias investigaciones de suelos. En la referencia 33 se encuentran los aspectos legales relativos a cualquier reclamación por condiciones modificadas o laterales. Si la investigación de suelos para un sitio dado es adecuada, debe incluir el número de perforación, su profundidad y los datos sobre las decisiones de los suelos. Cuando parezca haber deficiencias, este hecho deberá determinar en gran medida la decisión de presentar o no una cotización para realizar el trabajo. A veces los contratistas prefieren efectuar perforaciones, por cuenta propia, antes de presentar cotizaciones. Después de revisar las perforaciones efectuadas en el suelo, puede ser que no resulte posible hincar pilotes por los métodos habituales; esto puede indicar que será necesario utilizar métodos especiales, tales como el chiflonado.

16.2. Bases para la presentación de cotizaciones de piloteado Existen varias formas para calcular cotizaciones para trabajos con pilotes. Las tres formas más comunes son: Las cotizaciones que se basan en un número fijo de pilotes de una longitud promedio dada. El precio presentado se conoce como “suma principal”. Se presentan precios unitarios para el ajuste de la suma principal, con el fin de tomar en consideración la adición o la omisión de algún pilote de longitud promedio y un precio por pie lineal para los pilotes de longitud mayor que la promedio y, por separado, un crédito por pie lineal para las longitudes omitidas en los pilotes más cortos. En algunos casos, los contratistas incluyen sus propios precios unitarios; en otros , son los ingenieros los que determinan cuáles deben ser dichos precios. Pueden calcularse cotizaciones por una suma global para el desplazamiento y el retiro de equipos, más un precio unitario por pie lineal, basándose en una longitud total para el trabajo. Se obtienen cotizaciones de suma global para un proyecto, cualesquiera que sean las longitudes reales de los pilotes hincados. Los únicos se harán en el caso de que se agreguen u omitan pilotes; para esto se presentan precios unitarios. De esas formas de cotización, la presentación de una suma principal con ajustes puede dar el precio más bajo, puesto que el contratista que efectúa el piloteado puede suponer que serán pequeños los riesgos debidos a la variación de las longitudes.

16.3. Estimación de la capacidad de carga de los pilotes Las capacidades de los pilotes se estiman por medio de dos métodos básicos. En los libros de ingeniería se tratan en detalle la deducción, la aplicación y las limitaciones del análisis estático de la capacidad y de las fórmulas de hincado de pilotes (véase las referencias 34 y 35). Por tanto, lo que sigue es sólo un bosquejo breve de las consideraciones generales. En el método de análisis estático, la capacidad de carga de un pilote se estima a partir de la evaluación de los suelos en que se apoyarán el pilote. El suelo proporciona soporte final de extremo y apoyo de fricción. Ambos pueden calcularse. El perfil del suelo se deberá explorar por medio de perforaciones, pozos u otros procedimientos. La resistencia de los diversos estratos del perfil de suelos se puede medir por medio de pruebas de laboratorio con muestras de suelo, o bien, mediante pruebas de resistencia a la penetración. Por lo común, la resistencia a la penetración se mide introduciendo o hincando en el suelo un muestreador de suelos, un cono o algún otro dispositivo similar. Para cada estrato de suelo se calcula la resistencia de fricción, a partir de los datos obtenidos en las pruebas. La resistencia puede ajustarse para la presión lateral en torno a un pilote, desarrollada cuando se hinca el pilote y desplaza al suelo hacia los lados. El apoyo en cada estrato lo da la resistencia de fricción multiplicada por el área superficial del pilote. Se suman los valores de capacidad de carga de los distintos estratos. Asimismo, se estima la capacidad de carga del suelo a la profundidad propuesta de la punta del pilote, utilizando una fórmula común de capacidad de carga, modificada, probablemente, para la gran profundidad a que se encuentran las puntas de los pilotes. A continuación, se suman todas las capacidades individuales, para obtener la capacidad final del pilote. Por lo común, este valor se reduce a la mitad o las dos terceras partes, para obtener una “capacidad de diseño”.

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SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


La fórmula de hincado de pilotes es producto de muchos años estudio basándose en la comparación de la resistencia al hincado con los resultados de las pruebas de carga. En dicha fórmula se toman en consideración el peso y la caída del martillo y el número de golpes necesarios para hincar un pilote una pulgada (2.54 cm). Se puede obtener una mayor exactitud, tomando en cuenta la eficiencia del procedimiento de hincado, el peso del pilote y otros factores. Las fórmulas más simples, tales como la formula de Engineering News, son los que se utilizan con mayor frecuencia. Para dar un ejemplo del uso de la fórmula Engineering News. Se toman los datos siguientes: Peso del martillo = 5,000 Ib Caída del martillo = 3 pies Velocidad del hincado = 1/4 de pulgada por golpe Capacidad =

peso  caída  2 velocidad de hincado  0.1

=

5,000  3  2 30,000 = = 86,000 Ib 1 / 4  0.1 0.35

= 43 ton (factor de seguridad = aprox 2)

16.4. Pilotes de prueba y pruebas de carga de pilotes En el diseño de cimentaciones de pilotos, los ingenieros determinan las capacidades de carga y las longitudes aproximadas de los pilotes, antes de la construcción. A veces, esas estimaciones se verifican hincando pilotes de prueba y efectuando pruebas de carga en algunos de ellos. Mediante los pilotes de prueba se puede saber si resulta conveniente usar pilotes de una sola pieza, tales como los pilotes de madera o de vigas H. La necesidad de hincar pilotes de prueba para saber qué tipo de material se va a emplear es independiente de las cargas que se espere aplicar. Casi todos los códigos de la construcción eximen de las pruebas de carga a los pilotes con cargas ligeras (hasta 40 toneladas de carga de trabajo). Se acepta la verificación de la capacidad de carga, determinada por la fórmula de hincado de pilotes. En general, a veces la fórmula Engineering News se especifica con modificaciones. En circunstancias especiales, los ingenieros solicitan pruebas de carga. Por ejemplo, los pilotes se pueden hincar hasta una profundidad predeterminada y el hincado se puede suspender antes de alcanzar la resistencia final al hincado que se requiere. A continuación, se pueden llevar a cabo pruebas de carga, para satisfacer tanto a los ingenieros como al departamento de la construcción. Cuando se diseñan pilotes para cargas de trabajo de más de 40 toneladas, se puede aplicar un programa de pilotes de prueba y pruebas de carga, antes del hincado de pilotes de producción. De otro modo, se requieren métodos de análisis estáticos y pruebas de talladas de suelos, para determinar la penetración de los pilotes, con el fin de desarrollar la capacidad de carga de diseño. El número de pilotes de prueba que se deben hincar depende de los requisitos del código, el tamaño del área en que se va a construir y las condiciones de los suelos. Por lo común, los pilotes de prueba se hincan por parejas y se deben colocar siempre cerca de los orificios de prueba. Al menos un par de pilotes de prueba deben hincarse en la zona en que existen las peores condiciones de suelos. Luego se efectúan pruebas de carga de pilotes una selección de cierto número de pilotes de prueba. Por lo común, los procedimientos de prueba se ajustan a un estándar aceptado, como el ASTM D 1143-63T. Las pruebas de carga de pilotes pueden ser simples y directas, o bien se pueden convertir en proyectos de investigación sobre el terreno, que utilicen dispositivos especiales para medir el movimiento de la punta de los pilotes, así como el asentamiento de la parte superior. Es preciso hacer que el personal de campo tenga conciencia de lo importante que es el mantener registros con cuidado meticuloso incluyendo lecturas de temperatura que afecten a los medidores. En trabajos importantes, las lecturas de asentamiento separadas, con instrumentos de agrimensura, son un seguro contra las fallas de lectura o el mal funcionamiento de algunos medidores. Al dejarse llevar por sus buenas intenciones, a veces el personal de campo se siente impulsado a hincar a demasiada profundidad el pilote de prueba, “para estar seguros”. Puesto que los pilotes deben hincarse hasta la misma resistencia y la misma profundidad que el pilote de prueba, está práctica deberá prohibirse, puesto que puede tener resultados perjudiciales para todos. En los libros de ingeniería se ha escrito mucho sobre pruebas de carga de pilotes y la evaluación de los resultados (véase las frecuencias 34 y 35).


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Para que una prueba de carga se considere satisfactoria, deben cumplirse varios requisitos. Las cargas se incrementan hasta un total del 200% de la carga de trabajo. Habitualmente se requiere la descarga en incrementos. En general, el máximo asentamiento permitido bajo la carga del 200% es de 0.01 pulg/ton de carga aplicada (asentamiento bruto). No obstante, muchos códigos limitan asentamiento bruto a una pulgada o aplican algún otro factor limitante. En muchos códigos, el asentamiento bruto no está limitado; pero se especifica el asentamiento neto máximo (después de la descarga). Casi todos los códigos exigen que no haya asentamientos con carga completa, durante periodos que van de 6 a 48 horas. La experiencia ha demostrado que cumpliendo los requisitos de 1 pulgada (2.54 cm) neta y 0.01 pulg/ton de carga de asentamiento bruto casi siempre se obtiene buenas cimentaciones sobre pilotes por lo común no se requieren disposiciones más restrictivas, a menos que haya límites severos para el asentamiento o algún otro criterio de comportamiento.

16.5. Verificación de los valores de carga y las longitudes estimadas de los pilotes Al preparar estimaciones para cimentaciones en pilotes, los contratistas deben revisar los datos de suelos, las especificaciones de hincado y el programa de pilotes de prueba y pruebas de carga de pilotes, para determinar por sí mismos la longitud promedio de los pilotes en comparación con las longitudes en que se basa la cotización presentada, las dificultades que pueden sugerir al satisfacer la especificaciones de hincado y cualquier riesgo de fallas en las pruebas de carga de pilotes. Al calcular las longitudes probables de los pilotes, algunos de los factores más importantes son: la comparación del suelo, cuando haya grandes números de pilotes en grupos; la presencia de mica o limo, que actúan como lubricantes en los suelos granulares, y la reducción de las presiones de sobrecarga, debidas a la extracción de tierra de las excavaciones profundas. Los requisitos de hincado para los pilotes que actúan solo por fricción rara vez exigen algo más que la satisfacción de una longitud fija, una resistencia final de hincado o ambas cosas. Cuando sea preciso penetrar en un estrato de carga especificado, se pueden presentar dificultades. La parte superior del estrato se puede definir claramente en cada punto de perforación. No obstante, entre perforaciones, la suposición de una interpolación directa de su superficie puede dar como resultado un exceso considerable d hincado, para alcanzar la elevación supuesta del extremo. Cuando los pilotes de alta capacidad deban hincarse hasta llegar a la roca y existan rocas en algún nivel superior a la elevación establecida, los esfuerzos hechos para demostrar que ha llegado a la roca pueden implicar un hincado excesivo y daños posible a los pilotes y los equipos. Asimismo, pueden ser necesarios tiempo y dinero para efectuar perforaciones adicionales, con el fin de verificar la superficie rocosa. Las pruebas de carga son críticamente altas para las condiciones del suelo. Será preciso asumir las consecuencias, así como también las alternativas de que pueden disponer los ingenieros. Es preciso tomar en cuenta la posibilidad de que se planteen esos problemas, no sólo para estimar los costos, sino también para la selección de los equipos. A menudo, las condiciones de los suelos de un sitio de construcción resultan diferentes de lo esperado. Esto puede deberse a corrientes de agua serpenteantes con depósitos variables de limo y arena, a una superficie irregular d rocas o materiales duros, recubiertos por materiales blandos más resientes o a la presencia de sumideros en las rocas calizas más profundas. Como resultado de todo esto, el hincado de pilotes crea muchas confusiones. Las longitudes de los pilotes varían mucho de un pilote a otro. Asimismo, el registro de hincados puede variar mucho de un pilote a otro. ¿Cómo puede el contratista especificar la capacidad de carga y la longitud de carga y la longitud apropiada de los pilotes? Estas dificultades causan retrasos y, además, elevan los costos debido a que algunos pilotes deben ser más largos y, en algunos casos, será preciso no utilizar ciertos pilotes. En esas ocasiones, las perforaciones en un sitio pudieron situarse de tal modo que encontraran suelos más firmes o llegaran hasta materiales duros o lechos rocosos situados a menor profundidad, mientras que, entre los citados sondeos, las rocas se encuentran a mayor profundidad o los suelos son más blandos. Casi siempre, el único modo razonable de resolver el problema es la obtención de información adicional. Es preciso hacer perforaciones adicionales. En general, se hace un número considerable de perforaciones adicionales para asegurarse de que se identifican claramente las condiciones.


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Cuándo se requieren pilotes de mayor longitud, ¿quién cubrirá su costo? Si desde el principio se hubiera conocido las condiciones reales del terreno, desde entonces se hubieran tomado en cuenta las longitudes adecuadas de los pilotes en las cotizaciones, y los costos los pagaría el propietario. Las condiciones de los suelos no cambian, son una características del terreno que pertenece al propietario quien paga el costo de las longitudes adicionales de los pilotes.

16.6. Equipos y martinetes o martillos para pilotes En la tabla 16.1 se presentan las características de los martillos para hincar pilotes que en general se utilizan en cimentaciones sobre pilotes y otros aspectos de la construcción. En la lista se incluyen los tipos, las clasificaciones de capacidad y los fabricantes. Existen catálogos de los fabricantes, que se pueden consultar para obtener detalles adicionales. La Tabla 16.1 no es exhaustiva. También existen martillos más ligeros par el hincado de tablestacas de madera y otros usos, así como también más pesados, para usos especiales, tales como las construcciones marinas. Tabla 16.1 Matillos para hincado de pilotes (lista parcial) Martillos de acción simple Potencia Peso del Caída Vapor/aire 2 d (Ib/pie por Fabricante Modelo ariete (pulgadas) (Ib/pulg ) a golpe) (Ib) b 7,260 Vulca 2 3,000 29 15,000 Vulcan 1 5,000 36 c 16,250 McK-T S5 5,000 39 19,500 Vulcan S6 6,500 36 24,370 Vulcan 0 7,500 39 26,000 Vulcan 08 8,000 39 26,000 McK-T S8 8,000 39 30,225 Vulcan 0 9,300 39 32,500 Vulcan 010 10,000 39 32,500 McK-T S10 10,000 39 37,500 McK-T S14 14,000 35 Martillos diferenciales 7,260 Vulcan 30C 3,000 12.5 120 15,100 Vulcan 50C 5,000 15.5 120 15,100 McK-T C5 5,000 18.0 100 19,500 Vulcan 65C 6,500 15.5 150 24,000 McK-}T C826 8,000 18.5 125 24,450 Vulcan 80C 8,000 16.5 120 26,000 McK-T C8 8,000 20.0 100 36,000 Vulcan 140C 14,000 15.5 140 Martillos Diesel e 8,100 Link belt 180 1,725 37.6 6,600/9,900 McK-}T DE10 1,100 108.0 máx. g h 9,100 Delmag D5 1,100 n/a 15,000 Link belt 312 3,857 30.89 12,000/18,800 McK-}T DE20 2,000 113.0 máx. 16,800/30,100 McK-}T DE30 2,800 129.0 máx. 22,800 Delmag D12 2,750 n/a 26,300 Link belt 520 5,070 43.17 24,000/43,000 McK-}T DE40 4,000 129.0 máx. 39,700 delmag D22 4,850 n/a a

Clasificaciones de los fabricantes. Vulcan Irin Works, Chattanooga, Tenn. c Mckiernan-Terry Corp,, Dover, NJ. d Presión que actúa sobre el martillo. e Link Belt Div., FMC Corp., Nueva York, N.Y. f Potencia media de golpeo/potencia máxima de golpeo. g Fabricado en Alemania, consúltese los distribuidores de los Estados Unidos. h No se encuentra disponible. b


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Los matillos con clasificaciones de capacidad de menos de 15, 000 Ib-pie se utilizan sobre todo para hincar pilotes de láminas de acero y los postes guía en longitudes cortas [de menos de 25 pies (7.5 metros)] y cuando las condiciones facilitan el hincado. Los pilotes de madera con carga ligera, de una capacidad de menos de 25 toneladas, se han hincado adecuadamente on martillos de 12,000 Ib-pie de capacidad nominal, del tipo de acción simple o del de doble acción. La clasificación mínima de capacidad que permiten la mayoría de los códigos de construcción para pilotes de carga, es de 15,000 Ib-pie. Durante muchos años, los martillos o martines disponibles están limitados a capacidades máximas de 15,000 Ib-pie (existían sólo algunos martillos más pesados). Durante esa época, las cargas aplicadas a los pilotes raras veces sobrepasan las 60 toneladas. Al aumentar las cargas aplicadas, se fabricaron martinetes mayores y, al mismo tiempo, se introdujo el martillo diferencial. Las prácticas de ingeniería y los códigos más modernos exigen el empleo de martillos de mayor capacidad para las cargas mayores de pilotes. Por ejemplo, el código de la ciudad de Nueva York acepta martillos de 15,000 Ib-pie para pilotes de hasta 60 toneladas y exige 19,000 Ib-pie para pilotes con cargas de 70 a 90 toneladas. Por encima de la capacidad de 90 toneladas, los pilotes se deben hincar con martillos de 24,000 Ib-pie. Cuando el suelo ofrece una resistencia considerable al hincado, un martillo diferencial de alta capacidad que descarga dos veces más golpes por minuto que un martillo o martinete de acción simple, permitirá una mayor producción; sin embargo, cuando la resistencia final de hincado es alta, los martillos más pesados pueden causar daños a las puntas y las partes superiores de los pilotes. Este es un punto importante que se debe considerar al escoger martillos. Los martillos diesel, como su nombre lo indica utilizan diesel bombeado a la cámara de combustión, que al mezclarse con aire comprimido a alta temperatura se enciende y produce la energía para cada golpe del martillo. Se elimina la necesidad de quemadores o compresoras. La gama de potencias que proporcionan los martillos diesel los hace adecuados para la mayoría de los tipos de pilotes y las distintas capacidades. Los martillos diesel de acción simple funcionan de modo un poco más lento que los martillos de vapor de acción simple. Por otra parte, es preciso poner en marcha los martillos diesel por medio de un revelador y, después, siguen funcionando automáticamente. Al penetrar en suelos con pocos o ninguna resistencia, es posible que se tenga que usar el revelador hasta encontrar cierta resistencia al hincado. Los martillos vibratorios para pilotes se inventaron hace relativamente poco tiempo y reciben ese nombre por la gran frecuencia de los golpes verticales que descarga el mecanismo impulsor. Son útiles para el hincado y la extracción de pilotes de láminas de acero y postes guía. También se han utilizando, hasta cierto punto, para el hincado de pilotes de baja a mediana carga. Se ha dicho que los martillos vibratorios pueden hincar pilotes tubulares y de madera en suelos en que existen obstrucciones y en los que no pueden penetrar los pilotes hincados normalmente. Aunque esa suposición tiene ya cierta base, se necesitan más pruebas que es posible que se consigan en el futuro. Los hincadores resonantes (llamados también sónicos) imparten vibraciones verticales de alta frecuencia a los pilotes, por medio de un “impulsor” montado en la parte frontal del hincador. La vibración vertical del pilote reduce la resistencia a la fricción en un lado del pilote, de tal modo que casi toda la energía se transmite a la punta del pilote. Esta energía es suficientes para romper o desalojar pedruscos, penetrar en las obstrucciones y pulverizar los salientes rocosos. Se elimine la mayor parte de la vibración que causa el hincado de pilotes a golpes. El ruido que produce el hincado resonante es menos molesto que el del hincado a golpes. En la mayoría de las condiciones de los suelos, el tiempo necesario para hincar un pilote es mucho menor que el necesario para el procedimiento de golpes. Además, los pilotes quedan más rectos. Esas unidades son más eficientes en los suelos arenosos, pero menos en los arcillosos. El hincado resonante ha dado buenos resultados desde el punto de vista de los costos y la ingeniería; sin embargo, se necesitan más investigaciones sobre el control de los costos de reparaciones de esos martillos para este sistema tan prometedor resulte más competitivo. La mayoría de los fabricantes de martillos o martinetes produce también extractores de pilotes, que pueden ser de acción doble o simple y están equipados para la impulsión hacia arriba. Los extractores vibratorios dan impulso hacia arriba o hacia abajo y depende la vibración para vencer la fricción y reducir la energía necesaria para extraer los pilotes. Al parecer, el hincadorTEMA: CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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extractor vibratorio es el mejor para sacar pilotes de láminas de acero. Para otros pilotes, la extracción dependen de la energía de tracción o arrastre de la grúa, ayudada por la acción del extractor, que elimina o reduce la fricción. La tracción efectiva de línea de la grúa se limita a la tensión que puede soportar el extractor y la fuerza con que sujeta el pilote. Siempre hay el riesgo de que la sujeción del pilote se suelte. Deben tomarse precauciones para evitar que el aguillón gire hacia atrás, en le caso de que se produzca una rotura. Con frecuencia, si un pilote se hinca una o dos pulgadas más, se hará que se venza temporalmente la fricción del suelo. En los suelos granulares, es posible que lo único que se necesite para soltar un pilote sea un chorro de agua. Los hincadores de pilotes actuales son del tipo de grúas montadas en orugas. Para proyectos especiales, las grúas giratorias montadas en una solera inferior que a su vez, se desplaza sobre rodillos, permite un radio de acción mucho mayor para el hincado, que los hincadores de grúa fija. Los martillos para pilotes se manejan con un máximo de cuatro partes de alambre o cable, que pasan por poleas situadas en la parte superior de la guía. Las guías se pueden sujetar al aguillón mediante una conexión en la parte superior, en cuyo caso reposan en bloques, sobre el terreno, durante el hincado o bien, se pueden conectar de tal modo que las guías se extiendan muy por encima del extremo del aguillón de la grúa. Un marco o seguidor se puede ajustar a lo largo, de tal modo que se puedan impulsar los pilotes con cierta inclinación, ya sea hacia las guías con el fin de hincar lateralmente los pilotes inclinados.

16.7. Hincado de pilotes El proceso de hincado de pilotes interesa, sobre todos, por la cantidad de fallas que puede haber. Por ejemplo, los rellenos superficiales artificiales suelen contener chatarra, trozos de concreto, madera, escombros, etc. Esas obstrucciones pueden romper los pilotes de madera, desagarrar los encofrados de los pilotes colados in situ y hacer que los pilotes se desvíen de sus lugares correspondientes. En el depósitos naturales, las obstrucciones consisten en preduscos, fragmentos de rocas o guijarros, de 6 pulgadas (15 cm) o más grandes. Con frecuencia se hacen excavaciones en los lugares en que van los pilotes, para asegurar un buen hincado de pilotes a través de rellenos obstruidos poco profundos. Se pueden hacer orificios con un retroexcavador. Después de eliminar las obstrucciones, el agujero puede rellenarse con la tierra restante y será posible hincar el pilote. A veces se suele utilizar una perforadora barrenadora móvil delante del hincador, para ver si hay o no obstrucciones. Cuando hay tantos pilotes que sus cofias forman casi una rejilla, debe pensarse en la posibilidad de excavar y rellenar toda la zona. Con frecuencia, los machos se utilizan cuando hay obstrucciones por debajo del nivel freático o cuando están a demasiada profundidad para poder extraerlas mediante excavaciones poco costosas. Si la obstrucción se encuentra en el suelo blando o suelto, puede hacerse a un lado, hincando algún tipo de macho. Este puede ser una viga H pesada, con la punta reforzada o un tubo pesado de extremo cerrado. Con frecuencia es necesario meter el macho más de una vez en un grupo de pilotes, puesto que al empujar la obstrucción fuera del lugar que debe ocupar un pilote, puede hacer que se mueva hacia la ubicación de otro. Cuando no se pueden desalojar las obstrucciones, el uso del macho puede necesitarse para localizar zonas no obstruidas dentro de la cimentación, hincar los pilotes donde pueden penetrar, y rediseñar las cofias de los pilotes a medida que se vayan hincado. A menudo se necesitan perforaciones previas para atravesar obstrucciones o cargas firmes de los suelos. En zonas acereras, con frecuencia hay rellenos de escorias de hasta 30 pies (9m) de profundidad. Esos rellenos contienen trozos redondeados y endurecidos de hierro o escorias del fondo de los moldes. Cuando no sea posible abrirse paso a través de las escorias, suele ser necesario perforar orificios guía en los lugares en que deben ir en los pilotes y, cuando se encuentran fragmentos de hierro, volarlos con dinamita. El proceso de “revestido” puede usarse cuando haya fragmentos agudos que puedan desgarrar el recubrimiento de los pilotes colados in situ. Primero se hinca y limpia un recubrimiento de mayor tamaño, introduciendo el pilote en el redescubrimiento que protege la cubierta del pilote. Luego se saca el revestimiento o casquillo. En algunas condiciones, el recubrimiento se puede hincar con la placa suelta al fondo, que se debe retirar antes de hincar el pilote a través del casquillo.

16.8. Levantamientos del terreno y desplazamientos La mayoría de los tipos de pilotes son de “desplazamiento”, o sea, que desplazan un volumen de tierra aproximadamente igual al volumen de pilote. Los pilotes de vigas H y los de extremo abierto no TEMA: CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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se consideran como pilotes de desplazamiento. En realidad, los pilotes de vigas H desplazan cierta cantidad de tierra, porque se forma un tapón de tierra entre los brazos, que se desciende a medida que se va hincando el pilote. En los suelos granulares, el volumen de desplazamiento produce la compactación del suelo que rodea al pilote. Cuado los suelos granulares son demasiado densos para una mayor compactación, los pilotes pueden haber llegado a su capacidad de carga. De no ser así, tal vez se requiera un chiflonado para permitir una mayor penetración. En los suelos arcillosos, el hincado de pilotes de desplazamiento provoca grandes presiones en el suelo. Esos suelos son relativamente incompresibles durante el hincado y sólo pueden aflojar mediante el movimiento. La tierra se eleva y se desvía a los lados del pilote. El movimiento de la tierra requiere tiempo, de modo que el hincado continuo de pilotes crea esfuerzos cada vez mayores en el suelo. En un sitio de construcción al ras, donde la excavación general es poco profunda, la superficie del terreno se elevará aproximadamente el volumen total de todos los pilotes hincados. Con 10 o más pilotes en un grupo, con cofias de pilotes cerca unas de otras, y con pilotes largos, que desplacen 1 3 3 1/2 yardas (aproximadamente 1.40 m )o más, toda la zona se elevará verticalmente. El efecto puede ser notable, al sobresalir por encima de los límites horizontales de la excavación. Las líneas de servicio público bajo calles adyacentes pueden desplazarse y elevarse, afectando a los edificios cercanos. La secuencia del hincado puede tener cierta influencia sobre la elevación de los pilotes. En un grupo grande de pilotes, la secuencia del hincado de pilotes. Esto permite una mayor reducción de los esfuerzos del suelo y del movimiento de los pilotes hincados. En el caso de que el sitio de la obra se encuentre cerca de la parte superior de un talud profundo o la cuenta de un río, podrán efectuarse movimientos tanto verticales como horizontales. En condiciones extremas, puede ponerse en movimiento toda la masa de tierra, de tal modo que los grupos de pilotes ya hincados pueden desplazarse horizontalmente varias pulgadas o hasta varios pies. Cuando se hincan pilotes recubiertos, se deben tomar disposiciones para verificar la integridad de los pilotes hincados. El procedimiento habitual consiste en colocar un trozo largo de tubo de 3 pulgadas habitual consiste en colocar un trozo largo de tubo de 3 pulgadas (7.5 cm) en el primer pilote hincado en cada grupo, con el fin de establecer la elevación de la punta del pilote y, asimismo de parte superior. Cuando las partes superiores de los pilotes se elevan, pero no las puntas, y cuando no se observan separaciones del recubrimiento en las juntas, los pilotes podrán colarse después de que haya cesado todo movimiento de elevación. También deberán cesar todos los movimientos laterales. Puede ser que se necesiten pilotes adicionales para corregir la excentricidad. En el caso de que la tubería que sirve como testigo revele un movimiento ascendente de la punta del pilote, será necesario rehincado (véase la sección 16.10). para no provocar movimientos horizontales, se ha descubierto que es conveniente hincar todos los pilotes a partir de un nivel y hacer excavaciones para pozos y sótanos parciales, después de terminar el trabajo con los pilotes. Un instrumento de corte puede utilizarse para quitar los recubrimientos de pilotes por debajo del rasante.

16.9. Preexcavaciones y compactación mediante chiflonado El desplazamiento lateral dentro de lechos profundos de suel9os cohesivos (tal como se describen en la sección 16.8) se puede evitar retirando cierta cantidad de tierra en el lugar de cada pilote, que represente el total o una parte del volumen del pilote hincado. El procedimiento se denomina preexcavación o perforación. El primer intento para llevar a cabo esto se hizo con un preexcavador de tubo simple, que consiste en un trozo largo de tubo de 14 a 16 pulgadas, abierto en el fondo y cerrado en la parte superior, con una conexión arriba para admitir vapor o aire comprimido. El preexcavador se introduce en el suelo en el lugar de cada pilote y luego se retira. Después, el tapón de tierra se expulsa del tubo por medio de vapor o aire comprimido no se debe usar en suelos blandos porque al sacar el tubo, la tierra volverá a caer al orificio. Se puede utilizar en suelos más firmes. Pero se limita a profundidades de 30 pies (9 metros) como máximo. En suelos apropiados, la preexcavación se puede efectuar con una barrera de tierra accionada mediante una perforadora móvil. El orificio perforado deberá poder permanecer abierto, hasta que se lleve a cabo el hincado del pilote. La efectividad de la preexcavación depende del control riguroso del volumen real de tierra retirada. De modo ideal, la preexcavación debe conformarse a las dimensiones exteriores del pilote y retirar del 90 al 95% del volumen del pilote, por encima del estrato de carga. De esta manera, para pilotes de más de 60 pies (15 m) de longitud, la preexcavación de tubo en seco, TEMA: CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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hasta una profundidad de aproximadamente 30 pies (9m), reducirá el levantamiento, pero no servirá en absoluto para evitar el esfuerzo y el movimiento resultante del suelo por debajo del nivel de 9 metros (30 pies) de profundidad. A veces, las condiciones del suelo son tales que se produce una reducción de la resistencia al hincado de pilotes, después de detener el hincado. Cuando un pilote se ha hincado inicialmente hasta una resistencia final especificada, por ejemplo, de ocho golpes para la última pulgada y, al cabo de unos 15 minutos, se reanuda el hincado, la resistencia puede disminuir a tres o cuatro golpes por pulgada. Parte de la resistencia final anterior se pierde. Es posible que se necesite otro pie (30 cm) o más de penetración adicional, para volver a alcanzar la resistencia especificada. Este fenómeno recibe el nombre de “relajamiento de la resistencia al hincado de pilotes”. La experiencia obtenida hasta ahora indica que las pizarras, las arenas o los limos densos y finos son las formaciones en la que puede notarse este comportamiento de los pilotes. Se han producido pérdidas de resistencia en pizarras desmenuzables, sobre todo cuando se entremezclan con estrato blandos, y en arenas y limos finos y saturados donde el valor N haya sido de 50 o mayor. Una de las explicaciones avanzadas sostiene que el agua de los poros, al no poder desplazarse con rapidez a través de suelos finos y densos, resiste una gran proporción d la potencia del martillo, bajo golpes repetidos. La presión del agua de los poros vuelve a la normalidad durante la pausa en el hincado, permitiendo una mejor penetración, al reanudarse el hincado. No hay ninguna solución sencilla para este problema. Uno de los métodos utilizados consiste en hincar los pilotes hasta una resistencia 50% mayor que la especificada y, luego, mediante el rehincado, determinar si se ha retenido la resistencia especificada. Este sistema requiere el rehincado de todos y cada uno de los pilotes para comprobar su capacidad. Además, pueden requerirse pruebas adicionales de cargas de pilotes (véase la referencia 36). Para proporcionar un método controlado y seguro de preexcavar para pilotes de cualquier longitud, sobre todo en los suelos blandos y cohesivos, se ideó la preexcavación “giratoria húmeda”. En este sistema se perfora un orificio hasta la profundidad deseada, mediante métodos de perforación giratoria. El orif9icio puede ser recto o “moldearse” por medio de escariadores fijos en puntos escogidos del vástago de la barrenadora y sé recircula a un sumidero. El orificio perforado se deja lleno la lechada, para evitar el desplome o la inclinación de las paredes. Luego, el pilote se hinca en el orificio, desplazando la lechada y creando un contacto estrecho con el suelo a lo largo de toda la longitud de la preexcavación. En cierto sentido, el chiflonado de pilotes es también una preexcavación. Se utilizan chorros de agua para crear un orificio en el que se hincan los pilotes o para eliminar la fricción de los pilotes, mientras se hincan; este método es casi tan antiguo como el hincado de pilotes. Aunque en los suelos arenosos es posible abrir orificios mediante el chiflonado, en los suelos arcillosos no se logra gran cosa. En las arenas, suele utilizarse un tubo de chiflonado de 3 pulgadas, con un boquerel en un extremo, para deslavar un orificio en el que se puede hacer descender al pilote hincarlo. Con frecuencia, la presencia de grava en una formación, limita la eficiencia del chiflonado, ya que la grava tiene a acumularse al fondo del orificio abierto. Tal vez sea más común el chiflonado a los lados de los pilotes. Es difícil mantener el pilote en su lugar; con un solo chorro; por tanto, es más frecuente utilizar el chiflonado con chorros gemelos, uno a cada lado del pilote, para lograr una mayor eficiencia y un mejor control.

16.10. Rehincado y martillero de pilotes La elevación de los suelos cohesivos durante el hincado, a menudo causa un levantamiento de los pilotes adyacentes, que se elevan junto con el suelo. Esto hace que las puntas se separen, cuando las puntas estén ancladas en un estrato firme y resistente. Los pilotes de una pieza, como los de madera, los de concreto precolado, los tubulares y los de vigas H, deben elevarse como unidades. Pueden volver a martillarse hasta la elevación original de la punta y la resistencia de hincado, utilizando de nuevo el martillo de pilotes. En caso de pilotes tablestacados, un tubo testigo insertado en la cubierta, hasta la punta, mostrará el desplazamiento relativo entre la parte superior del casquillo y la punta del pilote. Si hay evidencia de un movimiento de la punta del pilote, esté exigirá un rehincado. El mandril deberá reinsertarse en el casquillo, las patas de perro o lo pliegues de la cubierta pueden impedir que vuelva a entrar el mandril. En ese caso, se suelen utilizar instrumentos de TEMA: CIMENTACIONES REFER: BIBLIOTECA DEL ING. CIVIL – TOMO V – FLETCHER – SMOOTS – LIMUSA

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rehincado (que consisten en un tubo de paredes fuertes, más pequeño que el mandril y ajustado al fondo para formarse a la punta del mandril), para rehincar los pilotes distorsionados. Los pilotes colados in situ e hincados con mandriles, con casquillos o cubiertas de lámina corrugada, se pueden estirar hasta cierto punto, sin separarse, antes de colar el concreto. Cuando el estrato de apoyo sea primordialmente arcilloso, puede elevarse, llevándose el pilote completo hacia arriba. Se ha demostrado muchas veces que esto no afecta necesariamente a la capacidad de carga. No obstante, es preciso probar esto en todos los casos. La secuencia del hincado de pilotes en un grupo grande puede modificar la producción en que se levanta el suelo. Lo mejor es iniciar el hincado hacia el centro del grupo y avanzar hacia las orillas. Para asegurarse de que todos los pilotes de un grupo están bien colocados, puede necesitarse más de una operación de martilleo o rehincado. Para los pilotes de un grupo están bien colocados, puede necesitarse más de una operación de martilleo o rehincado. Para los pilotes hasta que haya cesado todo el levantamiento y se hayan ajustando todos los pilotes. Los de concreto se pueden rehincar; pero esto implica ciertos riesgos y no constituye una buena práctica, debido a los daños que puede sufrir el concreto.

16.11. Fricción negativa en los pilotes La preparación del área que se va a construir puede incluir la elevación del nivel del terreno, por medio de rellenos. Cuando el relleno se pone sobre una formación arcillosa (con turba), el peso del relleno consolida el lecho de arcilla. Toda el área se asienta, lo cual se puede efectuar durante un periodo largo. Los pilotes hincados a través del relleno, la arcilla y, por último, el estrato de poyo, se apoyan principalmente ene estrato de apoyo. La fricción en el relleno y la arcilla da cierto apoyo temporal. Al proseguir el asentamiento del área, el relleno y la arcilla tiran de los pilotes hacia abajo y les trasmiten cargas. Los pilotes se pueden asentar por el peso de esta carga (véase la referencia 34). La fricción negativa se agrega a las cargas de los edificios. La cantidad de la fricción negativa ejercicios sobre los pilotes se puede estimar en función de la resistencia promedio del relleno y la arcilla. El análisis técnicos de los suelos es indispensable para diseñar cimentaciones de pilotes en esas circunstancias.

16.12

Resistencia al levantamiento En general, se supone la capacidad final de un pilote en tensión que se mide de la resistencia de corte del suelo que lo rodea a la cantidad de adhesión entre la superficie del pilote y el suelo, toándose siempre la magnitud menor. Sin embargo, hay pruebas de que, en algunos suelos, por ejemplo en las arcillas moderadamente firmes, pueden producirse fallas por debajo de esos valores. En consecuencia, se aconseja verificar las capacidades de levantamiento mediante pruebas sobre el terreno. El procedimiento habitual consiste en hincar dos pilotes de reacción a los lados del pilote de prueba. Luego, con gato de marco, el pilote de prueba. Luego con un gato de marco, el pilote de prueba se eleva hasta que se prodúcela falla. Al reducir la carga a cero, en tres o cuatro puntos durante la aplicación, se puede detectar al movimiento del pilote en relación al suelo y la dilatación elástica del pilote. Los resultados se grafican en la misma forma que en caso de las pruebas de cargas hacia. A partir de estos datos, utilizando un factor apropiado de seguridad, se puede establecer la carga de levantamiento. En general, para los pilotes de fricción, la carga de levantamiento se suele encontrar la gama de 50 a 75% de la capacidad de carga hacia abajo. Para los pilotes de carga en la punta, la capacidad de levantamiento puede ser menor.

16.13 Pilotes con franqueo superior limitado Es condiciones de bajo franqueo, los pilotes tienen que hincarse y dividirse en secciones cortas. Por lo común, los contratistas escogen para este fin pilotes tubulares de 10 3/4 pulgadas, con el extremo cerrado y paredes de 1/4 de pulgada de espesor ligeramente mayores. El costo del empalme y las posibilidades de corrosión impiden el empleo de vigas H en secciones cortas. Las condiciones en que se han hincado pilotes con franqueo limitados son tan diversas que es más conveniente revisar los problemas de bajo franqueo por categorías generales. Cuando el franqueo sobrepase los 14 pies (4.20m), los pilotes suelen ponerse bajo una rampa o una estructura superior, o bien en un edificio alto o un almacén. Los pilotes se puede hincar con un hincador normar, con martillo corto, por ejemplo el McKiernan Terry 9B3 montado en una extensión que sobresalga.


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Si el franqueo es de aproximadamente de 25 pies (7.5m), se pueden utilizar una grúa ligera de aguillón corto, con guías oscilantes y un martillo ligero. Cuando el franqueo sea demasiado bajo para poder utilizar una grúa, el mejor método para hincar más de 50 pilotes consiste en construir una viga de asiento de madera, con guías de madera y un malacate de dos tambores. Se puede proporcionar vapor o aire de alguna fuente separada. Con un franqueo menor de 14 pies (4.20 metros), es adecuada una viga de asiento especial con guías superiores abiertas, donde el área de trabajo no éste pavimentada y haya libertad para desplazar el hincador por la zona. Donde haya un buen piso de losas de concreto, un hincador que resulta eficaz es un elevador de horquilla con el martillo sujeto con pernos a la parte frontal. El martillo debe sujetarse de tal modo que se pueda elevar hasta el techo. La carga que pesa sobre las ruedas delanteras será considerable, por lo que tendrán que cortarse orificios de pilones a través de las losas, en tamaño suficientes para permitir la instalación de un apoyo de madera. Mediante el empleo de placas de piso rígidas, de acero, la carga de las ruedas delanteras puede ser soportada por los apoyos de madera, en lugar del borde de la losa. Unos cuantos pilotes situados en un lugar confinado podrán hincarse con un martillo o martinete manejado con una malacate de cadena, colocado en el techo, colgado de una viga sujeta con puntales de madera en cada extremo. El aparejo del martillo reduce el espacio en unos 3 pies (90 cm). Las excavaciones para los pilotes deben ser suficientes profundas para poder agregar secciones tubulares por debajo del nivel del piso y, durante el hincado, el martillo debe seguir al pilote tubular al interior del agujero. Aunque este método es lento y costoso, se ha utilizado mucho. Las operaciones en zonas confinadas requieren que el martillo vapor o aire se conduzca desde el exterior. En las líneas de vapor se produce condensación, de modo que se necesitará una válvula de apertura rápida con un accesorio de drenaje, cerca del martillo. Las capacidades de carga de pilotes donde sólo se puedan utilizar martillos ligeros, deberán mantenerse por debajo de 40 toneladas. Raras veces es posible efectuar pruebas de carga de pilotes. Es muy importante planear el trabajo con el fin de agregar secciones de tubos, cuando menos de 4 pies (1.20 m) de longitud. El empleo de un martillo McKiernan-Terry Nº. 7 ahorra espacio. Para capacidades de pilotes de más de 20 toneladas, se necesita un martillo más pesado. Esto puede hacerse hincando todos los pilotes en una zona, con la mayor separación posible, utilizando un martillo Nº. 7 y cortando el pilote a 1 ó 2 pies (30 ó 60 cm) por encima de la elevación de la parte superior del pilote, cambiando los martillos, para utilizar u 9B3, par concluir el hincado.

16.14 Resistencia lateral de los pilotes Se han creado varios métodos para estimar las cargas laterales que pueden colocarse sobre los pilotes. En general, toman en cuenta la carga que se puede poner en un solo pilote. A continuación, se presentan cuatro de los métodos que más se utilizan: Fórmula del poste. Existen varias fórmulas para los postes, tomando en cuenta básicamente la profundidad a la que se debe hincar un astabandera para impedir que se caiga. En la figura 12.8 se indican la presiones sobre las caras del poste. Para efectuar los cálculos, es necesario conocer el vapor de la capacidad de carga lateral permisible del suelo. En algunos de la construcción, tales como el uniforme, sedan algunas formulas para postes. En la figura 12.8 se presentan una formula típica los valores permitidos de capacidad de carga lateral sedan en algunos códigos de la constitución tales como el uniforme, o se pueden obtener de algunos ingenieros de suelos. Punto de fijación. En este método se supone que el poste esta fijo en algún punto de la tierra y que es una viga envoladizo por encima de dicho punto. Los puntos de fijación se determinan arbitrarialmente. Las profundidades de fijaciones que más se utilizan son de 5 pies (1.5 m) por debajo de la superficie del terreno para suelos firmes o compactos y 10 pies (3 m) para sueltos o blandos. Análisis de elasticidad. En este método, se calcula la deformación del suelo, el resultado es un diagrama de deflexión lateral de la cabeza del pilote para variar cargas laterales supuestas puesto que la deflexión lateral no puede ser muy grande sin dañar la estructura, esto establece la carga lateral admisible de diseño sobre el pilote. Para este método se requiere pruebas y análisis de suelo.


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Prueba de carga. Un poste o pilote se puede hincar y probar mediante la aplicación de un carga lateral sobre la cabeza del pilote. Por lo común, el máximo admisible es de 1/2 pulgada (1.27 cm) de deflexión lateral, con una deflexión residual, después del retiro de la carga, de 1/4 de pulgar (1.6 cm) o menos. Asimismo, en general la carga de diseño es de 50 % o algún otro porcentaje de la carga lateral de prueba. En la referencia 30 se puede obtener información adicional sobre el diseño. 16.15 Resumen Los puntos más importantes de este capítulo son: HECHOS:

ATENCIÓN A:

Los riesgos de causar daños a la propiedad se deben evaluar en forma realista y cubrirse por medio de seguros, incluyendo “protección adicional o amplia”. La compilación de datos que respalden reclamaciones extras puede ser una tarea importante. Es importante que sea adecuada la información y su inclusión o su exclusión de los documentos del contrato. Con frecuencia se plantean problemas, debido a: 1. Obstrucciones para el hincado de pilotes. 2. El hincado de pilotes de desplazamiento en suelos cohesivos. 3. La fricción negativa sobre los pilotes. 4. Las fuerzas laterales sobre los pilotes. Daños a estructuras, debidos a l hincado de pilote. Información de suelos que indique elevaciones irregulares de superficies rocosas o de estados de apoyo. Negligencias al hincar pilotes de prueba y efectuar pruebas de carga de pilotes. Fórmulas modificadas para el hincado de pilotes que daña los martillos y pilotes.


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RESISTENCIA DEL TERRENO GENERALIDADES SOBRE CIMENTACIÓN La parte del edificio que constituye la base del mismo y está debajo de la tierra, se denomina cimentación, que puede clasificarse en: a) Cimentación normal, y b) Cimentación artificial Cimentación normal se dice cuando la base del muro o columna se asientan directamente sobre el terreno resistente, considerándose conveniente una profundidad no mayor de 2 mts. Cimentación no artificial se denomina cuando estando el terreno resistente a una profundidad mayor de 2 mts. No es posible asentar directamente la cimentación sobre él, recurriéndose a algún sistema especial o artificial para alcanzar y utilizar el terreno resistente. Dentro de la cimentación normal llamamos: cimientos corridos a los que constituyen la base de muros y cuya ejecución no se interrumpe caracterizándose por su uniformidad; y cimientos aislados a los que constituyen las bases de columnas, llamándosele zapatas. El ancho del cimiento corrido, llamado simplemente cimiento, depende del cálculo, aunque para el suelo de grava de lima y trazándose de una vivienda hasta de dos pisos, hay valores empíricos, por ejemplo, 0.40 m. Para base de muros de cabeza. En cuanto a la altura se muestra por el calculo que es suficiente que sea igual al ancho, pero es necesario que el nivel de la cara inferior del cimiento esté por lo menos a 1.00 m. Bajo el nivel del suelo para prevenir que las aguas superficiales como aniegos, riegos, etc. Modifiquen las condiciones de resistencia del terreno; de la misma manera el nivel de la cara superior del cimiento se llena hasta casi el nivel del suelo para evitar el mayor costo de encofrado en los sobre cimientos. (Fig. 9).

El sobre cimiento es la parte de la cimentación que va entre el cimiento y el muro, de allí su nombre; debe tener una altura tal que aleje la humedad del suelo, siendo a 0.30 m. Una altura conveniente para no aumentar el costo de encofrado. Su nivel superior puede coincidir con el nivel del falso piso, con el nivel del piso terminado o estar generalmente a unos 0.10 m. Del nivel del piso terminado; en caso de terrenos muy húmedos es recomendable echar en la cara superior del sobre cimiento una capa de asfalto para evitar que la humedad suba al muro, sobre todo si se teme la presencia del salitre. El ancho es igual al ancho del muro que va a soportar y se trazará sobre los cimientos. (Fig. 8). Las zapatas hemos dicho que constituyen la base de las columnas y son de concreto armado cuando llevan una malla de fierro o parrilla; igualmente deben profundizarse hasta encontrar el terreno resistente pero no a menos de 1.00 m. Del nivel del suelo. Para comodidad del trazo de la columna y mantener la estabilidad de la parrilla se construye una sub-zapata con concreto pobre de 2” a 3” de espesor. Se excavará cuidadosamente la zona de la zapata para evitar la ejecución de encofrado lateral. (Fig. 10). TEMA : CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DE ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A. – CAPECO

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TERRENO Cimentación, propiamente dicha, es la obra que media entre el terreno y los muros o entre terreno y estructura, según la naturaleza del edificio a construir. Prácticamente se puede cimentar en cualquier terreno siempre que se observen los procedimientos recomendados por las investigaciones, para dicha clase de terreno. Lo ideal, por lo rápido y económico, seria cimentar sobre roca, pero como la mayoría de las veces esto no es posible, hay que adaptarse a las circunstancias del terreno, debiendo analizarse el comportamiento del mismo antes de comenzar una edificación. El objeto de toda cimentación es transmitir el terreno todas las cargas y sobrecargas de un edificio. Esta claro que si el terreno fuese lo suficiente duro y firme, no harían falta cimientos, sino que sobre la misma rasante del terreno se podrían construir las paredes o estructuras. Pero como esto no sucede así generalmente, hay que buscar la manera de que estas cargas y sobrecargas asienten en una mayor superficie del terreno a fin de que a cada porción del suelo le corresponda menos peso que soportar, consiguiéndose, por tanto, una menor fatiga del terreno. Efectivamente el terreno cede bajo la presión de una carga obligando a sus moléculas a que se modifiquen sus distancias y posiciones, produciéndose entonces una deformación, la cual será menor cuanto mayor sea la cohesión y dureza del terreno. Cuando un cimiento se apoya, o mejor dicho, tiene como base un terreno compacto formado por capas de reconocido espesor, resistencia y extensión no hay peligro alguno para la estabilidad del edificio. Cuando el suelo no es compacto, pero está constituido por bancos de pequeña extensión y pequeña potencia, mientras los estratos o capas tengan un espesor constante, entonces se podrá cimentar con alguna tranquilidad; pero si por el contrario el terreno es comprensible y está formado por capas de espesor variable, entonces toda la cimentación está expuesta a un verdadero peligro.

CLASIFICACION DE TERRENOS En general el terreno estará formado por varias capas supuestas de naturaleza y resistencia diferentes. Es el caso, pues, de averiguar si se dispone de una capa resistente, la profundidad a que se encuentra y el espesor (potencia) de la misma. Teniendo conocimiento de esto cuando se adopta tal o cual tipo de fundación más racional, segura y económica al mismo tiempo. Los terrenos del punto de vista de fundación se dividen en dos grandes categorías: Categoría A.- Terrenos incomprensibles o resistentes: 1) No socavables por el agua: piedra en general, tosca (formada por la mezcla de arcilla y caliza). 2) Socavables por el agua: arena, grava, arcilla, greda (formada por la mezcla de arcilla y arena). Categoría B.- Terrenos compresibles: Fango, tierra vegetal, de relleno, arenas de médanos (dunas) movibles por el viento, cieno, turba. Los terrenos de la categoría A, incompresibles y no socavables por el agua, son terrenos excelentes para las fundaciones de gran resistencia.

POZOS DE EXPLORACIÓN Y SONDEOS Para cimentar convenientemente es necesario averiguar si se dispone de una capa resistente a qué profundidad se encuentra a cuál es el espesor o potencia de la misma, es decir, que se debe efectuar un estudio previo del terreno. Cuando el terreno firme se supone a poca profundidad se puede efectuar excavaciones para el conocimiento geológico del suelo. Esas excavaciones o pozos de exploración pueden hacerse de forma que un obrero trabaje con comodidad bastando, si son de sección rectangular, un largo de 1 a 1.50m. por un ancho de 0.60 a 0.70 m., y si son circulares un diámetro de 1.00 a 1.50 m. Los sondeos son otro aspecto del reconocimiento del subsuelo, cuado por circunstancias del terreno hay que ir a ciertas profundidades. Operaciones en la cual con instrumentos apropiados se atraviesan las diferentes capas del terreno permitiendo la extracción de muestras. Para profundidades hasta 5 metros y tratándose de terrenos de consistencia corriente, se usa la sonda de mano, que es manejada por un solo obrero. El equipo está formado por un trípode, el barrero penetra en el terreno por simple rotación ejecutada a mano. Para profundidades mayores de 5 metros se emplean barrenos accionados a motor. El extremo o punta del barreno adopta diferentes formas apropiadas para la resistencia de diversos terrenos, es decir, yendo desde suaves hasta compactos. Las exploraciones y sondeos se harán preferentemente cerca de los lugares más cargados. Con la investigación debe determinarse no solo la profundidad a que se halla la capa resistente, sino TEMA : CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DE ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A. – CAPECO

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también su espesor (potencias). Se necesita un espesor mínimo para cada terreno según su característica. Para otra parte si tenemos un terreno de firmeza aparente pero que en su interior oculta bolsas como las de la figura 13 forzosamente tendrá que producirse la catástrofe, o cuando menos grietas y fisuras peligrosas que más tarde o más temprano darán al traste con la estabilidad de la construcción sino se recurre a inyecciones y recalces, operaciones que generalmente podrán evitarse si desde el principio se observan las precauciones necesarias. Para prever esta posible circunstancia, proponemos un sistema que podemos asegurar dá en la práctica óptimos resultados. El procedimiento se basa en una propiedad física que trataremos de explicar:

Si un cuerpo pesado cae en tierra con alguna violencia, la zona inmediata al choque percibirá una sacudida cuya será mayor cuanto menor sea la capacidad de resistencia del terreno a ensayar. Basándonos en este principio, un cubo lleno de agua y un pisón corriente nos ayudará a saber que con clase de terreno hemos de tratar, si el citado cubo lo depositamos en el suelo, una vez realizada la excavación y su alrededor apisonamos en el terreno repetidas veces con golpes bruscos y secos. Si se trata (Fig. 11) de terreno compacto y duro, éste permanecerá inalterable y, por lo tanto, el agua continuará inmóvil; pero si por el contrario (Fig. 12), se trata de un terreno poco consistente y, más aún, si contuviera concavidades, la onda expansiva se transmitirá al cubo, y el agua se pondría en movimiento, al igual que cuando arrojamos una piedra a un estanque. La siguiente tabla dá idea de la potencia conforme al terreno: Clases de terrenos

Terrenos buenos y resistentes Piedra Tosca Arcillas compactas y secas Grava, arena, compactas y secas Greda compacta y secas Terrenos medianos Terrenos húmedos Arena (de aluvión) Arcilla flojas Terrenos malos y compresibles Tierra vegetal Tierra de relleno Arena de médanos (dunas)

Resistencia de trabajo Kg/cm2.

Potencia mínima de la capa m.

De 20 a 30 Hasta 6 Hasta 3 Hasta 4 Hasta 3

1.0 1.0 1.5 1.5 1.5

Hasta 1.5 Hasta 1.0 De 1.0 a 1.5

2.0 2.0 2.0

Hasta 0.70 Hasta 0.40 Hasta 0.50

-

TEMA : CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DE ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A. – CAPECO

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO A veces, a la cimentación de un edificio no se le concede la importancia que merece. Una obra no sólo se compone de materiales y la práctica diaria nos enseña que es posible ahorrarse una gran parte de ellos si realizamos con esmero la cimentación del edificio encomendamos. Es necesario estar alerta y reconocer el terreno en profundidad, especialmente en aquellos puntos en que se concentran las mayores cargas, pues a menudo se presentan estratos de terrenos, firmes por su naturaleza, pero de escaso espesor que cubren bolsas huecas o de resistencia nula, cuyo desconocimiento nos puede conducir a lamentables fracasos (Fig. 13). De lo que se deduce que incluso cuando se va a cimentar sobre roca es preciso identificar el terreno, desenmascararlo para conseguir seguridad y firmeza en la construcción. Reconocido el terreno es muy conveniente saber su resistencia para lo cual daremos oro procedimiento práctico llamado el “método de la mesa”

ENSAYO DE TERRENOS PARA FUNDACIONES Método de la mesa.- Se cava un pozo de 1.80 m. Por 1.80 m. O más de lado y de profundidad igual a la cota de fundación. Se aplana el piso del pozo, sin apisonarlo. En el fondo del mismo se cola una mesa robusta de 1.40 por 1 m. Y de 60 cm de altura, de cuatro patas de 71 por 71 mm. Por lado a fin de tener una superficie de contacto de 200 cm2. con el suelo. También se emplean mesas de tres patas. (Fig. 14). La mesa se nivela prolijamente, teniendo a mano chapitas de hierro de 71 por 71 mm. Y 1 mm. De espesor que se colocan debajo de las patas para así conseguir la perfecta horizontalidad de la mesa. Al costado de ella se clava una regla sobre al cual se marca con un lápiz la altura de la mesa. Instalada así ella, se empieza a cargarla, con todo cuidado, con bolsas de cemento o bolsas de arena, previamente pesadas, distribuidas uniformemente sobre toda la mesa. Se carga con 200 Kg. Y se deja así durante media hora. Si no se nota ningún hundimiento se agregan otros 200 Kg. Y se vuelve a esperar media hora. No acusando aún la mesa ningún hundimiento, se vuelve a cargarla con otros 200 Kg. Y así sucesivamente hasta producir un hundimiento de 2 a 3 mm. (que se observa en regla). Se divide la carga total por la superficie de las patas, o sea 200 cm2. y este resultado se vuelve a dividir por 8 a 10 coeficiente de seguridad. Si el terreno que ha de ocupar el edificio, es grande este ensayo se hará en 3 o4 puntos diferentes. Para terrenos chicos sería conveniente hacer dos ensayos, en lugares distintos. Ejemplo: Carga total: P = 2400 Kg. Resistencia del terreno por ensayo: r 1 

2400  12kg / cm 2 200

Resistencia especifica del terreno (o carga de trabajo):

r

r1  12kg / cm 2  1.2kg / cm 2 coeficient e de seguridad


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Determinada la carga de trabajo del terreno se procede a investigar el espesor (potencia) de la carga ensayada. Esta no debe tener un espesor menor de lo indicado en la tabla para la resistencia y clase de terrenos encontrados.

INFLUENCIA DEL AGUA EN LOS SUELOS Las condiciones iniciales de un terreno pueden variar fundamentalmente en determinados casos, debido a la presencia de agua superficial o subterránea. Por otra parte la reacción del subsuelo a la acción sísmica, será en general, diferente, a igualdad de otras condiciones, según que esté sometido a la influencia del agua en el momento de ocurrir el sismo o bien haya permanecido seco antes y durante el desarrollo del fenómeno. La formación del subsuelo se ha debido a la acción combinada sucesiva de diferentes fenómenos geológicos. De allí que los terrenos se presentan en la naturaleza constituidos generalmente por capas alternadas, más o menos horizontales, de diferente composición y permeabilidad. Las aguas superficiales, que llegan a un terreno o caen sobre él, penetran en las capas permeables del suelo. Este escurrimiento vertical se detendrá al llegar al agua sobre una capa de suelo fino menos permeable o impermeable, especialmente sobre roca sana. El agua que se apoya en estas capas impermeables del subsuelo constituye lo que se denomina “napa subterránea”. El nivel superior de la napa subterránea fluctúa de acuerdo con el caudal que recibe o con su permeabilidad. Durante las distintas estaciones del año pueden presentarse variaciones de dicho nivel. Esta circunstancia debe tenerse en cuenta para el sistema de la cimentación pues al bajar de dicho nivel, se produce una compactación en el suelo que aún cuando es insignificante cada vez, con el tiempo puede tener una gran influencia, especialmente en los casos de una estructura pesada sobre el terreno. Los “suelos orgánicos” deben su calidad de inestables, a la descomposición progresiva de las sustancias de origen vegetal que contienen, oxigenada por los agentes químicos del agua. Es po esto que la existencia de continuas variaciones facilita los procesos de descomposición y por consiguiente los agrietamientos del terreno. En el caso de los “rellenos artificiales” (aquellos que han sido colocados y compactados o consolidados siguiendo procedimientos técnicos especiales), las variaciones de humedad posteriores a su colocación influirán en sus propiedades más intensamente que en un terreno que en un terreno natural semejante. La influencia del agua es notable en el caso de utilización de pilotes de madera. Es bien sabido que muchas clases de madera tienen larga vida si se les conserva siempre en seco o siempre sumergidas pues el que se hallen alternativamente en una u otra situación produce la putrefacción. Muchos pilotes se clavan hasta el nivel del agua subterránea, por tanto, si varían ese nivel los pilotes quedan alternativamente en seco o en agua y por consiguiente expuestos al deterioro. Son frecuentes los trastornos en las cimentaciones a causa de la desecación de suelos arcillosos, ocurrido por descenso del nivel del agua subterránea. Parte de la ciudad de Montreal en Canadá es buen ejemplo de lo dicho. Del mismo modo la hinchazón de la arcilla puede provocar accidentes. Por consiguiente es parte necesaria de la exploración subterránea del lugar donde se va a cimentar, el tener en cuenta la posible acción del agua, ya exista o ya falte en el terreno donde se haya de construir. Lo esencial consiste en mantener el terreno al nivel de la cimentación en las condiciones en que ha sido calculado, es decir, seco si la resistencia se calculó para terreno seco, ó húmedo si el cálculo de resistencia se efectuó para terreno húmedo.

RELLENO Y APISONADO Los rellenos se presentan en muchos casos de la obra cuando se necesita llevar el terreno a sus niveles terminados según el proyecto. El Reglamento General de Construcciones para la Provincia de Lima de las normas que transcribimos a continuación para rellenos: (Art. E-I-14): Se harán rellenos en todos los lugares que los necesiten, siempre y cuando el volumen de lo rellenado, no sirva de base o apoyo a un elemento estructural que transmita cargas o presiones al suelo y sea, por tanto susceptible de asentamiento. TEMA : CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DE ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A. – CAPECO

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Así, deberán rellenarse los costados de zapatas, pero no sus bases, que en todo caso serán rellenadas con un solado de concreto pobre. Como material de relleno podrá servir el excedente de excavación, siempre que esté limpio, carezca de materias orgánicas y otras de descomposición. El material de relleno no deberá ser compresible y en lo posible será homogéneo. Podrá utilizarse tierra que reúna las cualidades antes mencionadas o tierra con arena, u hormigón de río o canto rodado en caso que no haya material de relleno de excavación que cumpla con las condiciones indicadas. En todo caso el material de relleno no será más suave que la tierra adyacente y será bien graduado. Mientras que los cimentos, tuberías o cualquier otro trabajo en excavaciones o bajo suelo no haya sido aprobado, no deberá hacerse ningún relleno. Se quitarán las plantas, se extirparán las raíces y otras materias, asimismo las piedras grandes que no puedan ser fácilmente hundidas. Para efectuar el trabajo, se verterá el material seleccionado hasta cubrir una capa de 30 cm. Como máximo. Vaciada esta primera capa se apisionará fuertemente y regará abundantemente, hasta lograr que no se produzca hundimientos; se irá rellenando así en capas sucesivas de 30 cm. Dejando el volumen bien consolidado. Para la ejecución de terraplenes, que pueden recibir encima calzadas, se emplearán capas sucesivas de no más de 20 cm, debidamente regadas y compactadas.

CUBICACIÓN DE CORTES Y RELLENOS Con frecuencia se presenta la necesidad de cubicar (computar), de antemano el corte o relleno de un terreno muy irregular del punto de vista altimétrico, afín de que una vez efectuado el corte o relleno, presente un solo nivel en toda su superficie. Para esto se puede recurrir al método rápido, de resultado aproximado.

Método rápido.- Vamos a suponer un terreno de 80 m. De frente por 120 m de fondo (véase fig. 15) cuyas características altimétricas quedan indicadas en la figura por medio de cotas con respecto a un plano de comparación cualquiera adoptado, por ej. El plano de sardinel de la vereda, al cual le asignamos la cota (0.00).

Se entiende que las cotas indicadas en l figura, fueron previamente determinadas por una nivelación, usando el nivel de anteojo o nivel de constructor (nivel de manguera) y miras, nivelando, desde luego, aquellos puntos del terreno que más interés presenten por su brusca elevación o depresión en TEMA : CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DE ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A. – CAPECO

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relación entre sí. La exactitud de la cubicación es tanto mayor cuanto más puntos del terreno se nivelen, anotando en una libreta las cotas observadas. Las cotas son positivas (+) para los puntos de terreno que están por encima (más altos) del plano de comparación y son negativas (-) para aquellos que están de bajo de dicho plano. Las cotas negativas indican que en esos puntos habrá que terraplenar, para lo cual se usará la tierra excavada, obteniéndose así una compensación en la excavación y en la extracción de la tierra cavada. Efectuada la velación, se suman las cotas positivas y las negativas. Se retan entre sí y el resultad se divide entre el número total de puntos nivelados. Se obtendrá así una sola cota medida, que multiplicada por la superficie del terreno, dará el volumen aproximado de tierra a excavar (si la resta de la suma diera un resultado negativo significaría un relleno y no un corte). En nuestro caso tenemos 51 puntos nivelados, de estos 43 puntos son más bajos. La suma de las 43 cotas positivas es igual a 28.06 m. Y de las 8 cotas negativas es igual a 2.93m la diferencia d ambas sumas es de 25.13 m., que divida entre los 51 puntos nivelados, da una cuota media positiva de altura 0.49274 m. El volumen de tierra a cortar seria aproximadamente de 80 m x 120 m x 0.49274 m. = 4730.30 m3 para dejar el terreno al plano del nivel del sardinel de la vereda. Si la suma de las cotas negativas fuera mayor que las cotas positivas, significaría que en vez de cortar habría que rellenar con tierra traída de afuera.


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BANCO TEMÁTICO

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CIMENTACIÓN O FUNDACIÓN TIPOS DE CIMENTACIÓN Se consideran dos tipos principales de obras de cimentación, aquellas que se apoyan en las capas superiores del terreno que denominamos “cimentación superficial” y las que se efectúan a cierta profundidad del nivel superior del terreno llamándose “cimentación profunda”. Además puede considerarse un tercer tipo que por sus características es adecuado llamarse “cimentación especial”. Otra manera de clasificar las obras de cimentación y que guarda cierta analogía con las anteriores es: fundación normal u ordinaria y fundación artificial. Se entiende por fundación normal cuando las obras de cimentación se asientan directamente sobre el terreno resistente a una profundidad no mayor a 2m., pudiendo efectuarse por cimientos corridos, zapatas, plateas o losas de cimentación, cascarones y otros medios. Fundación artificial, se denomina, cuando el terreno resistente esta a una profundidad mayor de 2m.,y hay que recurrir a cualquier artificio para fundar, como consolidación del terreno, pilotaje, etc. También se clasifica la cimentación como “directa”, cuando las cargas de la construcción descansan directamente sobre el plano de fundación e “indirecta” cuando las condiciones precarias del suelo hacen que la carga se transmita al plano de apoyo a través de otros materiales o más bien dicho con el empleo de ciertos artificios. De todos los sistemas nombrados lo más usual es la construcción superficial, normal o directa, mediante cimientos corridos y zapatas. Cimientos corridos son la base de muros, los que se apoyan en las bases a través del sobrecimiento. Zapatas, se denominan a las bases de las columnas o, dicha de otro modo el ensanche en el extremo inferior de una columna que tiene por objeto transmitir adecuadamente al terreno las cargas de la estructuras. Platea de cimentación se denomina al tipo de cimentación que transmite los esfuerzos al terreno abarcando una gran área bajo la estructura y para ello se utiliza una losa de cimentación. Pilotaje es el tipo de cimentación indirecta que transmite las cargas de las estructura a estratos profundos por medio de pilotes. Cimentación por cascarones, es el tipo de cimentación que utiliza la forma invertida y esbelta de las estructuras laminadas para transmitir al terreno las cargas de la estructura.

ANCHO Y ALTURA DE LOS CIMIENTOS NORMALES Una vez fijada la resistencia de trabajo del terreno o fatiga admisible, es simple deducir la superficie necesaria para el apoyo de cimiento según la carga que transmite el muro que asienta sobre él. Para el cálculo se determinara primero la carga que soporta el cimiento incluso el peso propio del mismo. Para no hacer tan engorroso el calculo y como desconocemos las dimensiones del cimiento, porque es precisamente lo que deseamos encontrar, se estima provisionalmente, dicho peso propio en un 10% de la carga total que recibe el cimiento. Por ejemplo tomando un metro lineal de muro de una casa de 2 pisos con losa aligerada de 0.20m. de espesor y 4 m. De ancho y altura de muro de ladrillo de 2.5 m. Siendo su espesor de 0.25 m ¿qué 2 ancho tendrá el cimiento para una resistencia del terreno de 2.1 Kg/cm .? (fig. 29). Tomando del reglamento nacional de construcciones los datos para losa aligerada y peso del muro de ladrillo, calculamos así:

Carga en los aligerados de 0.20 m. De espesor por m2. 300 Kg/m2. peso propio (de la losa) 100 Kg/m2. peso muerto (de los 5 cm. De piso acabado) 200 Kg/m2 sobre carga (peso de las personas, muebles, etc.)(F-II-02) 600 Kg/m2.

Carga sobre el cimiento 2 losas = 2x4 m. X 600 Kg./m2 = 4800 Peso propio cimiento 10% Carga Total

2 muros  2 x 2.5m. 550 kg / m 2 

2750 7550

755 8305 Kg.

TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DEL ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A - CAPECO

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Como cada cm2. de terreno resiste 2.1 Kg./cm2, serán necesarios para los 8305 Kg.

8305  4000 cm 2 2.1 como es por metro líneal de cimiento el ancho será:

4000  40 cm. 100 Por otro lado teniendo en cuenta que la presión se transmite con una inclinación de 60º (fig. 29) con ese dato y mediante una sencilla demostración matemática se llega a la conclusión que la altura del cimiento es suficiente que sea igual al ancho. En el caso del ejemplo la altura sería en consecuencia también de 40 cm. Para los interesados mostramos la deducción de la altura, como sigue: Si “e” es el espesor del muro, “c” el ancho del cimiento, “h” la altura buscada y recordando que por definición la tangente de un ángulo es igual al cateto opuesto entre el cateto adyacente, se tiene:

tg 30º 

ce ce de donde h  2h 2 tg 30º



ce 2 x0.577

Siendo aproximadamente 2 x 0.577 igual a 1 resulta que:

h  ce Si la altura del cimiento puede ser igual o mayor que la diferencia entre su ancho y el espesor del muro que sostiene, sin temor podemos tomar una altura igual al ancho. La profundidad del cimiento con respecto al nivel del terreno, según El Reglamento (IV-II-2) no debe ser menor de 0.50 m., sin embargo como es necesario protegerlo de las filtraciones de agua superficial y variaciones fuertes de temperatura conviene llegar a 1.00 de profundidad. Por otro lado a fin de tener menor altura de sobrecimiento y reducir en encofrado del mismo, siempre se busca de elevar el nivel superior del cimiento. Las circunstancias anotadas hacen que en la mayoría de los casos, la altura del cimiento sea muy superior a su ancho. Para el suelo de grava del la Gran Lima y en construcciones convencionales de uno a dos pisos, los muros de 0.25 m. De espesor pueden llevar cimientos de 0.35 a 0.40 de ancho y los muros de 0.15 m de espesor con cimientos de 0.25 a 0.30 de ancho, es decir, siempre con exceso sobre el espesor del muro o del sobrecimiento.


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CIMIENTOS CORRIDOS: MATERIALES Los materiales con que se pueden construir los cimientos corridos dependen de la humedad del suelo, la facilidad de obtenerlos en el lugar y las costumbres locales, los más conocidos son: a) Piedra asentada don mortero. b) Piedra asentada con concreto. c) Concreto simple. d) Concreto cíclope. e) Concreto armado. f) Ladrillo. g) Pieza prefabricadas. La piedra es el elemento más utilizado en el ambiente rural, pero no toda piedra es apta para la construcción de cimiento, antes de elegir debe efectuarse un ensayo previo. En la práctica nos limitamos a golpearla con una comba, si el sonido es agudo o metálico, la piedra es dura, si el sonido es sordo, la piedra es blanda. En caso de duda lo más indicado será llevarla a un laboratorio de ensayo de materiales, aunque probablemente por tradición de muchos años en el lugar de ejecución de la obra ya están reconocidas las piedras aptas para cimentar y su comportamiento. En áreas urbanas es más utilizado el cimiento de concreto ciclópeo; para llenar zanjas muy pequeñas se usa solo concreto simple y en caso de terrenos de poca resistencia, el concreto armado. Las piezas prefabricadas que generalmente son bloques huecos, rellenos con mezcla, se empleen en casos especiales y el ladrillo para cimientos en algunos lugares donde falta la piedra, como por ejemplo en la zona de la selva.

CIMIENTOS DE PIEDRA ASENTADA CON MORTERO Construir cimentación de piedra equivale a construir una pared por el mismo sistema, es decir, se observarán las mismas reglas. Conviene usar piedra no menor de 30 cm. Asentada con juntas no mayores de 5 cm. En la colocación se pueden utilizar morteros de cemento Pórtland proporción 1:5 y sin inconvenientes morteros calarena en proporción 1:3 y 1:4, también cemento-cal-arena en proporción 1:2:10. Las piedras se deberán colocar con juntas alternadas, tanto vertical como horizontalmente para lograr un mejor amarre. En la figura 30 presentamos un asentado defectuoso, con la posibilidad de dos juntas de deslizamiento, la colocación correcta se muestra en la figura 31 donde las hiladas montan una sobre otra de manera que la superior se alterna con la junta de la hilad inferior. En el fondo de la zanja debe ir una capa de mortero que al ser extendida arrastrara tierra, para salvar este inconveniente, el fondo puede llevar una capa de arena de unos 10 cm. Que recibiría el mortero y luego la primera hilada de piedra.

CIMIENTOS DE PIEDRA ASENTADA CON CONCRETO Este sistema resulta una derivación del anterior con la diferencia que en vez de utilizar mortero, se utiliza concreto para el asentado. La piedra se dispone en hilada horizontal. Al comenzar la cimentación, se echa en el fondo de la zanja un a primera capa de concreto que se extiende hasta quedar en unos 10 cm. Aproximadamente, luego se asienta la primera hilada de piedra cuidando que quede firmemente apoyada sin dejar vacíos. A continuación se vierte otra capa de concreto que se extiende con la primera. Sigue la segunda hilada de piedra y así sucesivamente. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DEL ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A - CAPECO

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Como el trabajo se efectúa por tramos, las hiladas quedarán con el extremo escalonado para permitir la unión con el tramo siguiente como se muestra en la figura 32.

CIMIENTOS DE CONCRETO SIMPLE Y CONCRETO CICLÓPEO Concreto simple, (Título VIII del Reglamento Nacional de Construcciones) es la mezcla de cemento Pórtland, arena y agua. Sin embargo, en el léxico de construcción, a la mezcla anterior se le llama especialmente “concreto” a secas; en cambio se conoce como “concreto simple” a la mezcla de cemento Pórtland, hormigón y agua. El hormigón es la combinación natural de piedra y arena, es decir, como se encuentra en los lechos de los ríos o canteras. En los cimientos de concreto simple se usa la mezcla 1:24 ó 1:3:6 de cemento-arena-piedra, en forma excepcional y más frecuentemente las proporciones 1:6, 1:8 o 1:10 de cemento-hormigón. El cimiento de concreto ciclópeo es el más utilizado en edificación en general, consiste en la adición de piedras grandes o echadas a granel en la masa de concreto simple, en una proporción no mayor de 30% con relación al volumen total del cimiento y con dimensión máxima reglamentaria de 20 cm (8”). El procedimiento de construcción consiste en limpiar primeramente y humedecer el fondo de la zanja, luego vaciar una capa de concreto con espesor mínimo de 5cm. A continuación se echa una capa de piedra, encima otra de concreto siguiendo en forma alternada, de manera que la piedra se encuentre siempre totalmente envuelta por el concreto. Por la razón expuesta dentro de la misma capa horizontal, la separación que exista dimensión máxima aceptada para ésta. La capa superior del cimiento será rugosa superficie nivelada. Por lo general no lleva encofrado, solo en forma excepcional para completar la parte superior que queda al descubierto por desigualdades del terreno, pero que posteriormente será cubierta. Se cuidará la verticalidad de las zanjas, es decir, evitar la formación de taludes porque el cimiento construido en esta forma hace el efecto de cuña trasmitiendo esfuerzos al talud, no siendo este terreno resistente y produciéndose posteriores asentamientos. Se nivelara el fondo de la zanja y las caras laterales con inclinación de 45º llegarán al fondo de la parte excavada en exceso. Después del endurecimiento inicial del concreto se someterá el cimiento a un proceso de curado. En lugares donde o abunda la piedra como en nuestra selva, se usa como agregado grueso el cascote de ladrillo, con mezcla 1:6 de cemento-arena

CIMIENTO DE CONCRETO ARMADO Además de sus funciones normales los cimientos deben conectar toda la estructura de tal manera que al sufrir la acción de un sismo todo vibre como un conjunto. En terrenos blandos y húmedos, así como en terrenos no debidamente consolidados la cimentación debe llevar refuerzo metálico. En general se acostumbra reforzar los cimientos en suelos cuya capacidad de soporte sea inferior a 2 1Kg/cm ., porque en estos casos hay dudas de que esta capacidad sea homogénea.

CIMIENTOS DE LADRILLO Para terrenos eminentes secos con edificaciones secos con edificaciones livianas, no hay inconveniente en construir la cimentación con ladrillo macizo. El ladrillo debe estar bien cocido, sin presencia de caliche; al golpearse con un objeto duro, el sonido resultante debe ser metálico. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DEL ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A - CAPECO

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La cimentación con ladrillo se efectúa siguiendo las normas del asentado en muros. Cuando haya que interrumpir la construcción del cimiento convendrá dejar la superficie en forma escalonada.

CIMIENTO CON PIEZAS PREFABRICADAS Este tipo de cimiento se efectúa con bloques huecos de cemento, el sistema depende de las recomendaciones de los fabricantes de las piezas y se aplica generalmente en construcción livianas. Puede consistir en una excavación de poca altura, luego un relleno de 10 cm. De arena, sobre la misma, una capa de asfalto para crear una barrera a la ascensión de la humedad, encima viene el cimiento prefabricado propiamente dicho, consistente en un bloque trapezoidal y encima el muro con bloques huecos (Fig. 34).

CIMENTACIÓN ESCALONADA Toda superficie de asiento de los cimentos, o sea la cara inferior en que se apoya sobre el terreno, deberá ser siempre un plano perfectamente perpendicular a la dirección de las fuerzas que gravitan sobre él, ya que de otra forma la cimentación estaría expuesta al deslizamiento. De acuerdo con este principio y en el caso que sea necesario cimentar en terrenos inclinados el fondo de los mismos no será, ni un plano inclinado, ni un solo plano horizontal, sino una serie de planos horizontales, a distinta altura, tal como se detalla en la figura 35.

UNIONES DE CIMIENTO INTERRUMPIDAS Ocurre diariamente que en el vaciado de zanjas, bien por terminación de jornada de trabajo, o por otras causas, se interrumpe la construcción de un cimiento, que no obstante y pasada esta circunstancia transitoria será necesario continuar. Para ello, par establecer es lo posible su continuidad monolítica, esta interrupción no se dejara con el talud natural que forma el concreto ni mucho menos en un plano inclinado (figura 36), sino que se tomara ciertas precauciones que conviene reseñar. Calculada la zona en que acabaremos de vaciar, con unas tablas de encofrar haremos un encofrado en forma de línea quebrada (fig. 37) para cimientos de gran altura o en forma de V (fig. 38) para cimientos de poca altura que fijaremos en la zanja mediante unos pequeños puntales, cuyo encofrado se podrá retirar en el momento en el que el concreto haya tomado algo de consistencia. Si al reanudar la cimentación consideramos que la cara o caras con las que se mantuvo en contacto el encofrado quedaron lisas o casi enlucidas, ficies correspondientes y aplicándoles después, abundante lechada de cemento puro momentos antes del vaciado.


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En caso de que el corte sea en sentido horizontal y para asegurar la continuidad del vaciado se dejaran embutidas unas piedras tal com9o muestra la figura 39; pero sin olvidar echar la lechada de cemento al continuar el vaciado.

ZAPATA Constituye la base de columnas o en otras palabras el ensanche en el extremo inferior de una columna que tiene por objeto distribuir en la mayor superficie posible y transmitir adecuadamente al terreno las cargas de la superestructura. Se pueden establecer los siguientes tipos: a) Zapatas aisladas, cuando cada una soporta una columna independiente. b) Zapatas combinadas, cuando cada una soporta una o más columnas. c) Zapatas conectadas, cuando están unidad por vigas que equilibran las cargas en las columnas. Efectuada la excavación para las zapatas de concreto armado, se especifica la construcción de un solado de concreto pobre, que puede ser de proporción 1:10 o 1:12 cemento-hormigón con un espesor mínimo de 5cm (2”), dejando una superficie uniforme que sirve para replantear sobre ella los ejes y dimensiones de las zapatas. El solado facilita además la ubicación y colocación del emparrillado de acero, obteniéndose un recubrimiento homogéneo, mediante tacos de concreto que se colocan bajo la parrilla. Se humedece el terreno antes de vaciar el solado. Si es necesario se usan cuartones de 2” de espesor mínimo por 3”, 4”, etc. De ancho colocado paralelamente a los lados de la excavación y al nivel conveniente par correr sobre ellos una regla de madera logrando así la superficie plana deseada.

PLATEA DE CIMENTACIÓN Se recurre a este sistema de cimentación, cuando el terreno es flojo y de espesor de capa (potencia) grande siendo que el terreno resistente se halla a gran profundidad, lo que presentaría a un elevado costo par fundar sobre él o utilizando cualquier otro método, no representará la seguridad deseada. También se emplea en terrenos constantemente números y donde existen además filtraciones de agua. Las plateas de cimentación abarcan toda la superficie de la planta del edificio, con el objeto de repartir la carga sobre una gran superficie y tratando al mismo tiempo (al proyectar la obra) que sus cargas de distribuyan lo más uniformemente posible. Si algunos de las columnas soporta una carga considerable, puede aumentarse debajo de ella el espesor de la platea. TEMA: CIMENTACIONES REFER: MANUAL BÁSICO DEL ING. RESIDENTE – R. CASTILLO A - CAPECO

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SENCICO

BANCO TEMÁTICO

NOVIEMBRE 2001


La platea puede construirse con madera, para obra relativamente liviana; con rieles recubiertos por concreto, pero con el inconveniente de ser muy pesados; actualmente se prefieren casi exclusivamente el concreto armado.

PILOTES Se recurre a la fundación con los pilotes cuando el terreno resistente se halla a una profundidad mayor de 6.00 m. Y además la presencia de agua subterránea dificulta la excavación. el pilote al penetrar en terreno firme soportará la carga por dos causas: en parte por la resistencia que ofrece el terreno firme, donde se asienta la punta del pilote, y en mayor parte por el razonamiento (flotamiento) en toda su superficie con la tierra. (Fig.40). En cambio, cuando el pilote no llega a penetrar en terreno firme, éste soporta la carga solamente por razonamiento y ella se determina aplicando los siguientes valores de razonamiento expresados en toneladas por metro cuadrado de superficie del pilote: Fango Pilotes de Madera Pilotes de concreto armado

Tierra blanda De relleno

Arena suelta

Arcilla firme Arcilla y greda (húmedad y flojas)

0.2

1.0

2.0

3.0

0.2

1.2

2.5

4.0

La resistencia que ofrece la punta del pilote en terreno firme es; 2 Ripio compacto (tosquilla), de 5 a 8 Kg/cm . 2 Arcilla o greda, secas y compactas, de 4 a 6 Kg/cm . Ejemplo: pilote de hormigón armado de 30 x 30cm.y 8 m. De largo, atraviesa un terreno de 1.50 m. de tierra de relleno: 2.50 m. de arena suelta y 4 m. de arcilla húmeda y floja. La superficie de razonamiento por cada metro lineal de pilote es: 2 S= 4x 0.30 m. x 1m. = 1.20 m Resistencia, por razonamiento a la carga: Si el pilote hubiera penetrado en terreno firme, por ej: arcilla seca y compacta su resistencia a la carga aumentará en 30 cm x 30 cm. X 2 5 Kg/cm = 4.5 toneladas. 2 2 P=(1.5 x 1.20 m x 1.2 ton.) +( 2.5 x 1.20 m x 2.5ton.) 2 + (4 x 1.20 m x 4 ton.) = 28.8 toneladas

CLASIFICACION DE PILOTES Los pilotes se clasifica en: a) Pilotes de madera. b) Pilotes metálicos. c) Pilotes de concreto. Los pilotes de madera son árboles derechos y sanos con un diámetro de 20 a 30 cm. Su parte inferior termina en punta a la que se adapta unas chapas de hierro para facilitar el hincado. En la cabeza del pilote, para evitar que se abra bajo los golpes del martinete, se le hace un rebajo y se coloca un aro de hierro ligeramente cónico. Hay pilotes de madera con el extremo provisto de tornillos que se utilizan generalmente en pilotes en sentido oblicuo. El sistema de pilotaje con madera, resulta muy conveniente por su baratura, siendo por lo tanto, muy utilizado en los terrenos de poca resistencia donde su hundido es de fácil ejecución. En estos casos con un martillo liviano se pueden clavar sin dificultad, aún los de gran longitud. La duración de los pilotes de, madera es prácticamente ilimitada cuando se hallan permanente sumergidas en agua. En caso contrario, los pilotes están expuestos a la podredumbre.


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Los pilotes de hierro o acero son pocos usados en construcciones, están formados por rieles, tubos y perfiles. El extremo del pilote puede ser de disco, punta y tornillo; los dos primeros entran por percusión, el último está provisto de 2 o 3 filetes en espiral que al hacer girar el pilote, lo introducen en el terreno los pilotes de concretos son actualmente los más utilizados debido a que son prácticos, económicos y no se pudren. Pueden clasificarse como sigue: en masas armados prefabricasdos en taller prefabircados “en situ” pretensados

PILOTES DE CONCRETO ARMADO (Fig. 41) Cuando el terreno firme y resistente se encuentra a una profundidad mayor de 6.00 m con respecto al nivel del terreno natural, se recurre al uso de pilotes para fundar los edificios. Es forzoso recurrir a este sistema de fundación cuando el terreno consistente se halla a gran profundidad, contándose así solamente con la resistencia que ofrece el pilote por frotamiento (rozamiento) de su perímetro en contacto con la tierra. La construcción de pilotes se efectúa en la misma obra, hormigenándolos en moldes horizontales de fácil construcción y vigilancia. Los pilotes de concreto armado presentan una gran resistencia a la compresión y a la flexiona; la hinca de ellos comprime al mismo tiempo el terreno consolidándolo. Antes de proceder al uso del sistema de pilotes para la fundación del edificio es necesario realizar un minucioso examen del terreno efectuando una perforación por medio de sondas a fin de tener una idea exacta de la longitud que deban tener los pilotes. Para hincarlos se recurre al empleo de aparatos, llamados martinetes, movidos a vapor, a electricidad o a mano. El pilote se hinca perfectamente vertical gracias a unas guías que tiene el castillejo del martinete. Ajustado bien el pilote, la hinca se efectúa por medio de series de golpes (andanadas) que produce el pilón del martinete, cuyo peso varia de 600 a 4000Kg. Cayendo de una altura de 2 m. a 0.50 metros respectivamente. Es conveniente que el peso del pilón sea aproximadamente igual al del pilote. Al iniciarse la hinca se anota el peso del pilón, la altura de sus caída y la penetración del pilote para cada andanada de 10 golpes. Se prosiguen así hasta el rechazo absoluto, es decir que, después de la última andanada de 10 golpes del pilón el pilote acuse una pequeña penetración de 2 a 3 cm. La longitud del pilote a construirse debe ser tal, que una vez hundido sobresalga aún su cabeza unos 60 a 80 cm., lo que se utiliza después, desnudados los hierros verticales de la parte saliente del pilote para unirlos (entrelazarlos) con iguales hierros de otro u otros pilotes a fin de formar la placa de asiento de la columna a levantar o para aparear as cabezas de los pilotes de dos en dos, sobre las cuales irá la plataforma de concreto armado para recibir el muro de albañilería en elevación. Para proteger las cabezas de los pilotes de los golpes del pilón del martinete, se coloca sobre ellas un sombrete elástico formado de aserrín, plancha espesa de plomo y gruesos tacos de madera dura (macacos)-fáciles de cambiar-cuya misión es recibir y repartir la fuerza viva del choque producido por el pilón. La punta del pilote de concreto armado se elaboran en la obra con anticipación de 45 días por lo menos, a la hinca. Su forma clásica es octogonal pero también los hay con sección cuadrada y exagonal.


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BANCO TEMÁTICO DE ENCOFRADOS FIERRERÍA - TOMO I

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