UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE ARQUITECTURA CONSTRUCCION 1 ARQ. EDWIN SANTIZO
EVELYN ANDREINA GARCÍA MEJÍA 200711211 VICTOR ALFONSO MARROQUIN SOTO 200810838 ROSA EDDLIN JUDITH MOLLINEDO CANÁ 200719071 JAQUELINE VICTORIA QUILL CIPRIANO 200617421 1
200718967
DANIEL GUILLERMO QUIROA CARDONA 25 DE OCTUBRE DE 2009
INDICE
Pág.
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INTRODUCCION………………………………………………….....
2
OBJETIVOS……………………………………………………… OBJETIVOS…………………………… ……………………………... …... 2
3
CIME CIMENT NTAC ACIO IONE NES S ESPE ESPECI CIAL ALES ES…… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …….. 3.1
PILO PILOTE TES… S……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………. …. 3
3.2
MURO MUROS S PANT PANTAL ALLA LA…… ………… ………… ………… ………… ………… ……… …
8
3.3
ANCL ANCLA AJES… JES……… ………… ……… …………… ……………… ……… …………… …………
10
3.4
MICR MICROP OPIL ILOT OTES ES…… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……… … 11
3.5
TABLAESTACAS……………………………………… TABLAESTACAS…………… ………………………… 12
3.6
INYECC INYECCCIO CIONES NES Y JETJET-GRO GROUTI UTING…… NG…………… ………….. ….. 13
1
3
4
PLACA ACAS DE CIMENTACI ACION……………………………………….
14
5
PLACA ACAS FL FLOTAN TANTES ……………………………………………….
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6
POZO OZOS DE CIMEN IMENTA TAC CION………………………………………..
17
7
CAJON CAJONES ES …………… ………………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …… 19 7.1
CAJO CAJON N ABIE ABIERT RTO… O……… ………… ………… ………… ………… ………… ………. ….
19
7.2
CAJO CAJON N DE DE AIR AIRE E CO COMPRI MPRIMI MIDO…… DO………… ………… ……… ….
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7.3
CAJON CAJON NEUMAT NEUMATICO ICO FLOTAN FLOTANTE TE ………… ………………… ……….. 24
8
CONCLUSIONES……………………………………………………..
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9
RECO ECOMENDACI ACIONES……………………………………………….
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10
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………….28
11GLOSAR 11 GLOSARIO IO …………………… ……………………………… …………………… …………………… ………………… ……… 29
2
INTRODUCCION
Los cimientos de un edificio son las partes de este que están en contacto con el suelo, suelo, al cual transmiten transmiten las cargas. Cuando el suelo firme queda a profundidad superior a 2.5 m. las cimentaciones ordinarias resultan difi dificu cult ltos osas as en para para cons constr trui uir. r. Ésta Éstass deben deben tener tener un coefi coefici cient ente e de seguridad adecuado respecto a la rotura de la cimentación o del terreno, pero pero que, que, ademá además, s, deben deben tener tener defor deformac macio iones nes admis admisib ible less para para la estructura. Damo amos a conocer los disti stintos cimientos esp especi eciales, alg algunos comú comúnm nmen ente te cono conoci cido doss como como lo son, son, los los pilo pilote tes, s, muro muross pant pantal alla la,, trab trabla laes esta taca ca,, micr microp opil ilot otes es,, etc. etc. Y otro otross util utiliz izad ados os en caso casoss muy muy especiales como lo son las placas de cimentación, placas flotantes, los pozos de cimentación cimentación y los cajones. cajones. Daremos una explicaci explicación ón concisa concisa de cada uno de los temas expuestos anteriormente, graficándolas para su mejor comprensión.
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OBJETIVOS
Conocer algunos de los sistemas de cimentación cimentación especial que existen. Ident entificar por sus sus carac aractterí erísticas, los disti stintos sistema emas cimentaciones especiales y su aplicación en la construcción.
de
Describir el proceso de colocación de pilotes in situ. Reconocer cuando es necesaria la utilización de placas de cimentación y placas flotantes. Conocer el proceso de construcción de los pozos de cimentación. Identificar las ventajas y desventajas de la utilización de cajones de aire comprimido.
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PILOTES
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MUROS PANTALLA
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ANCLAJES
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MICROPILOTES
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TABLAESTACAS
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INYECCCIONES Y JET-GROUTING
PILOTES Se denom denomin ina a pilote a un elem elemen ento to cons constr truc ucti tivo vo util utiliz izad ado o para para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, suelo, cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace hace invi inviab able le,, técn técnic ica a o econ económ ómic icam amen ente te,, una una cimentación más convencional mediante zapatas o losas. Pilotaje "in situ". Este sistema se basa esencialmente en la perforación del terreno para la posterior colocación de armadura mas vertido de hormigón. Con esto conseguimos cilindros de hormigón armado que básicamente se pueden emplear en dos campos: 1. Como Como cime ciment ntac ació ión n base base de estr estruct uctur uras as en suel suelos os poco poco cons consis iste tent ntes es o inco incohe here rent ntes es.. Con esta solución se busca un buen terreno a cierta profundidad que permita el apoyo de los pilotes en los cuales ira apoyada la estructura. 2. Como Como pa pant ntal alla la de pilo pilote tes s trab trabaj ajan ando do por por vuelco Este sistema se está utilizando muchísimo para la construcción de parki parking ng dada dada la falt falta a de apar aparca cami mient ento o en suelo urbano y su gran demanda. Con esta pantalla se pueden hacer diferentes diferentes plan planta tass de sóta sótano no sirv sirvie iend ndo o ademá ademáss como como cimentaciones para la estructura. 3. Como pa pan ntalla de hiperestáticamente.
pilo ilotes
ancla clada
isostática icamente
o
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Este sistema tiene la misma finalidad que el anterior. Su diferencia consiste en una disminución del empotramiento del pilote y el anclado de éstos al terreno por medio de tirantes o micropilotes. El anclado puede ser en varios niveles.
Principales técnicas de pilotaje 1. Pilo Pilota taje je "in "in situ situ"" en seco seco.. Este Este tipo tipo de pilo pilota taje je comp compre rend nde e diferentes fases como son la perforación del subsuelo con hélice o cazo, colocación de armadura de acero y vertido de hormigón mediante tubo tremie que se realiza de abajo a arriba. 2. Pilotaje "in situ" con camisa recuperable o perdida. perdida . En terrenos fangosos o cercanos al nivel del mar o cuencas de ríos. Este pilotaje comprende la introducción de camisas para sujeción de las paredes a perforar, perforación del terreno, colocación de armaduras y vertido de hormigón. 3. Pilo Pilota taje je "in "in situ situ"" con con ayud ayuda a de lodo lodos s be bent nton onít ític icos os.. Esta sta perforación no se realiza en seco ya que hay que suministrar el lodo bentonítico a la perforación, el cual penetra en las fisuras del terreno para crear una pequeña "costra" que impida la caída de las paredes perforadas. Así estos lodos se recuperan en un tanque en el cual se filtra y se vuelve a reutilizar en la siguiente perforación. Después de este proceso se coloca la armadura y se vierte el hormigón. 4. Pantalla de pilotes secantes "in situ". Este es el método más util utiliz izado ado ya que que permi permite te hacer hacer una una excav excavac ació ión n del del terr terreno eno a gran gran profundidad, sin preocupación de que se puedan deteriora cimentaciones de viviendas contiguas como también del acerado de la calle, así impide el paso del nivel freático a los sótanos. Con este método se puede eden construir diferen rentes plantas de parki arkin ng que, como ante anteri rior orme ment nte e hemo hemoss indi indica cado do,, es solu soluci ción ón inmi inminen nente te por por el gran gran prob proble lema ma de aparc aparcami amien ento to que que exist existe e en nues nuestr tras as ciud ciudad ades es.. Esta Esta pant pantal allla trab trabaj aja a tamb tambiién como como cimen imenta tacción ión de la estr estruc ucttura ura u obteniéndose así un doble aprovechamiento de este tipo de cimentación especial.
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PROCESO DE COLOCACION DE PILOTES IN SITU
Encepado listo para descabezado
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Encepado después del descabezado
Descabezado
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Descabezado
Descabezado terminado
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MUROS PANTALLA Las pantallas son generalmente elementos de contención ejecutados previamente a la realización de vaciados que no puedan ser acometidos directamente, debido a la existencia de terrenos poco estables, o a razon razones es de segu seguri ridad dad por por cerc cercan anía íass de edifi edifici cios os,, carr carrete eteras ras,, líne líneas as férreas, etc. Las pantallas pueden realizarse de forma continua (muros-pantalla), mediante equipos específicos, o bien de forma discontinua (pantalla de pilotes) empleando perforadoras a rotación.
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Ejecución progresiva de los paneles de la serie impar:
Ejecución progresiva de los paneles de la serie par:
ANCLAJES
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Los anclajes son utilizados para mantener la estabilidad de taludes, pantallas de hormigón, tablestacados, etc. Pueden tener carácter definitivo o bien provisional, como ocurre norm normal almen mente te en los los empl emplead eados os en pant pantal alla lass para para edif edific icac ació ión, n, con con carácter de arriostramiento hasta la ejecución de los forjados. Para su ejecución se realiza en primer lugar la perforación, con la inclinación y longitudes proyectadas, utilizando los medios adecuados en función del terreno perforado (rotación, rotopercusión, con entubación o sin ella, etc.), procediéndose posteriormente a la inyección con mezclas de cemento o aditivos, caso de ser necesario y al posterior tesado de los anclajes. anclajes. En ciertas ciertas ocasiones, ocasiones, el proceso de inyección se realiza realiza en dos etapas: inyección primaria e inyección secundaria. Los anclajes habitualmente utilizados suelen ser de cable de acero postensado o bien de barras de acero de alto límite elástico. Los anclajes o tirantes son similares a los microp micropilo ilotes tes siendo siendo su princi principal pal diferencia en que en la perforación se introducen diversos cables, consecutivamente se inyecta lechada o mortero a baja presión y finalmente se tensa tensan n esto estoss cabl cables es hast hasta a obte obtener ner el tone tonela laje je de dise diseño ño.. En esen esenccia los anclajes son elementos que trabajan a tracción, con los que se trata de mejor mejorar ar las las cond condic icio iones nes de equi equili libr brio io de una una estru estruct ctur ura a o un talu talud, d, asociando al conjunto el peso del terreno que los rodea. Normalmente están están cons consti titu tuid idos os por por unas unas armad armadur uras as metá metáli lica cass que que se aloj alojan an en perforaciones practicadas en el terreno, en cuyo fondo se sujetan o anclan al mismo por medio de inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos, fijándose luego al extremo exterior a la estructura cuya estabilidad se pretende mejorar, o a placas que apoyan directamente sobre la superficie del terreno.
En un
anclaje aje
se
disti stinguen
tres part artes
fundament entales:
1.- Zona de anclaje 2.- Zona libre 3.- Cabeza y placa de apoyo
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MICROPILOTES Los micropilotes micropilotes son elementos con una capacidad portante inferior a la de los pilotes, pero que son necesarios en trabajos en los cuales no es factible la ejecución de pilotes convencionales, ya sea debido a la naturaleza de los terrenos a perforar, dificultades de accesos, etc. Se aplican en recalces, contenciones, consolidaciones de terreno. Con Con diám diámetr etros os comp compren rendi dido doss habit habitual ualmen mente te entr entre e 100 100 y 300 300 mm., mm., inyectando el núcleo interior de la perforación con lechada de cemento o mortero y disponiendo armadura formada por redondos o tubulares de acer acero. o. Los Los mic micropi ropilo lote tess de diám diámet etro ross más elev elevad ados os en algu alguna nass ocasiones ocasiones pueden ser realizados mediante las técnicas técnicas de hormigonado hormigonado de pilotes convencionales. Los sistemas de perforación son muy variados, en general utilizan un flui fluido do (air (aire/ e/agu agua) a) para para evacu evacuar ar el detri detritu tuss que que se va gener generand ando o al tiempo que refrigeran las cabezas de corte. Cuando el terreno es inestable habiendo riesgos de colapso de las pare parede dess de la perf perfo oraci ración ón,, se empl emplea ean n vari varios os sist sistem emas as para para su conten contenció ción: n: lodos lodos bentoní bentonític ticos, os, entubac entubacion iones es recuper recuperabl ables, es, espuma espumass químicas, etc. La elección del método de perforación se realiza en función del terr terren eno o a atra atrave vesa sar, r, teni tenien endo do en cuent uenta a que que debe debe qued quedar ar una una perfo perfora raci ción ón limp limpia ia para para perm permit itir ir la corr correc ecta ta inyec inyecci ción ón y poste posteri rior or adherencia a las paredes de ésta. El uso de micropilotes se extiende en lugar donde el tamaño de la maquinaria es relevante, es decir, en el que máquinas de pilotes no pueden acceder o para caso de recalces. Para realizar un micropilote se comienza por ejecutar una perforación por por el sist sistem ema a más idóne dóneo, o, a conti ontinu nuac aciión, ón, se intro ntrodu ducce en la perforación la armadura, que puede ser tubular o puede estar formada
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por barras longitudinales y cercos. A continuación se procede a inyectar lech lechad ada a de cemen ementto o mort morter ero o a baja baja pres presiión hast hasta a rel rellenar enar la perforación de abajo a arriba. El contacto con el terreno suele quedar rugoso, lo cual aumenta la resistencia por el fuste. Ejecución de un micropilote. A.-Perforación. B.-Colocación de la armadura tubular. C.-Inyección de la vaina. D.- Inyección del bulbo de anclaje. TABLAESTACA Las tablestacas son perfiles, general generalment mente e metálic metálicos, os, que pueden pueden ser ser util utiliz izad ados os para para obra obrass defi defini niti tiva vass (muelles, defensas de cauces, etc.), o bien bien como como entiba entibacio ciones nes provis provision ionales ales (apert (aperturas uras de zanjas zanjas para para colect colectores ores,, ejec ejecuc uciión de ence encep pados ados bajo bajo nive nivell freático, etc.) En los primeros casos (tablestacas no recuperables) se realiza la inca de los perfiles hasta las cotas proyectadas med mediant ante vibrohincado adores o bien mediante martillos de doble efecto. En cier cierto toss terr terren enos os con con exi existen stenccia de materiales de relleno de gran tamaño, puede ser preciso proceder a un dragado previo de dichos terrenos, para lo cual pueden ser utilizados nues nuestr tros os equi equipo poss base base de hinc hinca, a, prov provis isto toss con con medi medios os auxi auxili liar ares es nece necesa sari rio os para para la extr extrac acci ción ón.. Ge Gene nerralme alment nte e se obti obtien enen en unos unos rend endimientos bastant ante más ele elevado ados medi ediant ante el emp empleo de vibrohincad vibrohincadores, ores, permitiendo permitiendo asimismo dichos dichos medios, medios, una ejecución ejecución más precisa de los tablestacados. En el supu supues esto to de enti entiba baccione ioness prov proviision sional ales es (tabl tables esttacas acas recu recupe pera rabl bles es)) se real realiz iza a tant tanto o la hinc hinca a como como la extr extrac acci ción ón de las tables tablestac tacas, as, general generalment mente e mediant mediante e vibroh vibrohinc incador adores. es. En el caso caso de entibaciones para colectores, pueden ser empleados los equipos base para para la realizaci realización ón de la excavaci excavación ón de zanjas zanjas o como como grúas para la introducción de tuberías, labores de hormigonado, etc. Un ejemplo de apli aplica caci ción ón prác prácti tica ca de enti entiba baci ción ón prov provis isio iona nal, l, vien viene e dado dado por por la formación de recintos de tablestacas previos al vaciado necesario para la ejec ejecuc ució ión n de ence encepa pado doss de pila pilass de estr estruc uctu tura rass que que deba deban n ser ser real realiz izad ados os bajo bajo nivel nivel freát freátic ico o (cauc (cauces es de ríos ríos), ), proc proced edié iénd ndos ose e a la 14
extracción de dichas tablestacas una vez hormigonados los encepados, empleándose empleándose sucesivamente sucesivamente las mismas mismas tablestacas tablestacas para la realización realización de los siguientes encepados. INYECCIONES Y JET-GROUNTING Las Las inye inyecc ccio ione ness gené genéri rica came ment nte e cons consis iste ten n en un conj conjun unto to de operaciones necesarias para rellenar huecos o fisuras no accesibles en el terr terren eno. o. Su obje objeto to fund fundam amen enta tall es mejo mejora rarr las las cara caract cter erís ísti tica cass mecáni mecánica cass del del suel suelo o (inc (increm remen ento to de resi resist stenc encia ia,, dism dismin inuc ució ión n de la deformabilidad, etc.) así como la disminución de la permeabilidad. El fluido de inyección es variable, pudiendo ser exclusivamente químico (resinas y mezclas). Las presiones en las inyecciones convencionales no suelen sobrepasar los 50 bar. La técnica del Jet-Grouting tiene múltiples aplicaciones (mejora del terr terren eno, o, impe imperm rmea eabi bili liza zaci ción ón,, túne túnele les, s, etc. etc.), ), sien siendo do el flui fluido do de perforación perforación también también variable variable (cemento, (cemento, bentonita, bentonita, mezclas mezclas químicas, químicas, etc.) Su ejecución se desarrolla en dos fases, la primera la perforación hasta la cota final y la segunda la inyección del fluido y la recuperación de la tubería simultáneamente. En este caso las presiones de inyección son elevadas, entre 350 y 600 bar. Las variables en la ejecución son presi presión ón,, veloc velocid idad ad de rota rotaci ción ón,, veloc velocid idad ad de avanc avance e y consu consumo mo de cemento, fundamentalmente. El radio final de la inyección dependerá de dichas variables y de las características geotécnicas del terreno.
Placas de Cimentación Cuando otros tipos de cimentación son insuficientes o el terreno se presenta demasiado inestable, se aplica la cimentación por losas. En general cuando la superficie de cimentación mediante zapatas asiladas o corr corrid idas as es supe superi rior or al 50% 50% de la supe superf rfic icie ie tota totall del del sola solar; r; es conveniente el estudio de cimentación por placas o losas.
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Por su Definición: Elemento estructural de hormigón armado cuyas dimensiones en planta son muy elevadas respecto a su canto, define un plano normal a la dirección de los soportes. Campo de Aplicación: Para la estabilidad de una cimentación por placa o losa es sumamente import importante ante que la resultan resultante te de cargas y la reacció reacción n del terreno terreno se encuentren encuentren paralelos paralelos en la misma misma línea recta recta y pasen por el centro centro de gravedad de la placa. Forma de Trabajo: Su forma de trabajo es inversa a la de un forjado unidireccional. En la placa los pilares están más próximos y trabajan en las dos direcciones. Disposición de las Armaduras: Se dispone de barras dobladas por las dos direcciones direcciones para la absorción absorción del cort cortant ante e cuand cuando o el tamañ tamaño o del del horm hormig igón ón no es sufi sufici cient ente. e. Las Las armaduras se colocan de la siguiente forma: Dos Dos mall mallas as de mont montaj aje e + las las barr barras as dobl doblad adas as nece necesa sari rias as para para la absorción del cortante cercano de los pilares Técnica Constructiva: Capa de bolos o piedra de escollera apisonadas para evitar que suba el agua, Dos capas de zahorra (material formado por áridos no triturados, suelos granulares, o una mezcla de ambos) compactas. Hormigón de regularización. Membrana impermeabilizante. Capa Capa de horm hormig igón ón de árid áridos os fino finoss de espe espeso sorr de 5cms 5cms para para proteger la membrana. Malla con cuñas. Armadura de refuerzo y de momento. Mall Malla a supe superi rior or con con dist distan anci ciad ador ores es adem además ás de refu refuer erzo zo y de momento + otra capa de armaduras de cortante. Armaduras de los enanos de pilares con sus cercos. Vertido de hormigón y vibrado, excepto en zona del pilar. •
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Placas Flotantes.
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Para Para edifi edifici cios os más más gran grandes des pero pero con con suel suelo o ines inestab table le se nece necesi sita tan n cimientos flotantes, donde toda la estructura se sostiene con una sola placa de hormigón o en pilotes de rozamiento. Las losas de cimentación son superficies bidireccionales integradas en la estructura y apoyadas en el terreno, cuya misión es recibir las cargas del rest resto o de la estr estruc uctu tura ra y tran transm smit itir irla lass al terre terreno no.. A ella ellass lleg llegan an normalmente pilares de cualquier tipo, y sobre ellas se pueden definirse vigas que las refuercen localmente (puede ser útil para colocar zunchos, refuerzos puntuales o crucetas)
POZOS DE CIMENTACIÓN CIMENTACIÓN
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El pozo de cimentación, es un tipo de cimentación profunda, que es utilizado cuando los suelos no poseen buena resistencia y por lo tanto no son adecuados para cimentaciones superficiales Se podría decir que su proceso constructivo consiste en que los tubos de hormigón armado se introducen en el terreno hasta alcanzar las capas firmes mediante perforaciones, perforaciones, y luego se rellenan rellenan con hormigón hormigón apisonado. El consu consumo mo de acero es muy escaso ya que solo se necesita una armadura en los tubos de la envolvente y la cabeza del pilar como enlace con las losas de cimiento colocados encima. En cambio, requiere gran consumo de hormigón. Su ejec ejecuc ució ión n es simi simila larr al sist sistem ema a de cimen cimenta taci ción ón con con pilotes por perforación. Un pozo de esta clase viene a ser como un pilote más grueso, que debido a su diámetro importante, no requiere de armadura. Los tubos de acero, por efecto del apisonado que luego se les realiza, quedan tensados de modo que, aparte de alguna armadura de enlace en la cabeza del pilar, no hace falta ningún otro hierro. El gran gran diáme diámetr tro o de los los pozo pozoss permi permite te el emple empleo o de excav excavado adora ras, s, facilitando y acelerando los trabajos En su base todos los pozos deben penetrar 0.20 m al menos en lo firme. Esta base puede ensancharse en forma de pata de elefante a fin de aumentar la superficie sustentante. El relleno de los pozos se hace con hormigón hormigón de grava a base de 250 kg de cement cemento o Pórtla Pórtland nd o de 300 300 kg de cal cal hidráu hidráuli lica ca o de cement cementos os sid sidelu elurgicos espe speciales ales para aguas agresi esivas. vas. Para evit vitar la disgregación, el hormigón no debe lanzarse desde gran altura, sino verterse por medio de maquinaria especial para el trabajo. La elección de pozos de cimentación aparece como consecuencia de resolver de forma económica, la cimentación de un edificio cuando el firme se encuentra a una profundidad de 4 a 6 mts. Estas sol soluciones con pozos rectangulares ares o circulare ares están cond condic icio iona nadas das por por los los medio medioss manua manuale less de excav excavac ació ión, n, pudi pudiend endo o alcanzar profundidades de 30 mts con medios mecánicos.
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La part articularid ridad del pozo de cimen mentaci ación es la de que se va construyendo a medida que se va hundiendo en el terreno
Hund Hundim imie ient nto o de un pozo pozo de cime ciment ntac ació ión n exca excava vand ndo o a mano mano en el interior
Depend Depe ndie iend ndo o de la pro profund fundid idad ad,, también se puede hacer la excavación del pozo de cimentación por medio de maquinaria especial para ello.
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CAJONES Existen diversas tipologías de cimentaciones mediante cajones. Aplicación El sist sistema ema de los los cajo cajones nes neumá neumáti tico coss viene viene apli aplicá cánd ndose ose,, en prim primer er término, para – la construcción del cuerpo de cimentación en obras subterráneas, obras hidráulicas y en obras de puentes, así como para – obras completas, tales como galerías, túneles de vías de comunicación y garajes subterráneos. Siguiendo este método, el elemento a construir es prefabricado total o parc parcia ialm lmen ente te para para ser ser colo coloca cado do,, a cont contin inua uaci ción ón,, en su posi posici ción ón definitiva. 2 Descripción del procedimiento Los Los cajo cajone ness neum neumát átic icos os o de aire aire comp compri rimi mido do cuen cuenta tan n entr entre e las las cime ciment ntac acio ione ness prof profun unda das, s, es deci decir, r, las las carg cargas as de una una obra obra son son tran transmi smiti tida dass a capa capass del suelo suelo prof profun undas das capac capaces es de sopor soportar tarla las. s. Normalmente, el elemento se construye de hormigón armado, pudiendo ser ejecutado según diversas secciones y conforme a las exigencias de la obra a construir. En los cajones cajones neumáticos más grandes, el espesor de la pared exterior debiera ser, por lo menos, de 1 m; además, debieran estar reforzados por paredes longitudinales y transversales. Para que pueda llevarse a cabo con éxito el método de construcción por cajo cajone ness neum neumát átic icos os es impr impres esci cind ndib ible le que que se efec efectú túe e un anál anális isis is detenido del subsuelo dentro del recinto inmediato de las obras civiles. El subsuelo debiera ser homogéneo homogéneo y presentar presentar una estratific estratificación ación más o menos horizontal; además, debiera estar exento de obstáculos (p. ej. Restos de cimentaciones, pedruscos). Según el método de descenso, se distinguen entre tres procedimientos de construcción, a saber: – Cajones abiertos (cimentación con cajones indios) – Cajones de aire comprimido (caisson) – Cajones neumáticos flotantes 2.1 Cajón abierto Este método es conocido ya desde la Antigüedad. El elemento está abierto por arriba y es fabricado, en primer lugar, total o parcialmente en su altura total a nivel del suelo. Durante este proceso, el cuerpo se apoya en el filo de corte cuya ejecución exige sumo esmero y mucha experiencia. El descenso empieza con la paulatina excavación de material en el interior del cuerpo bajo la presión atmosférica. En primer lugar, por encima del nivel de las aguas freáticas se procede a 21
excavar en seco y, más tarde, por debajo de dicho nivel, en húmedo. El nivel interior y exterior de las aguas freáticas deberán corresponder para que no se produzca un sifonamiento con el subsiguiente acarreo de material desde fuera hacia adentro. El rozamiento entre el elemento y el terreno circundante se atenúa mediante una rendija anular rellena de bentonita. Por lo general, tiene un ancho de 5 a 10 cm y se forma automáticamente en virtud de la holg holgur ura a eleg elegid ida. a. A medi medida da que que se incr increm emen enta ta la prof profun undi dida dad d del del descenso van intensificándose las fuerzas de rozamiento, de modo que la fuerza del peso de empuje deberá elevarse mediante otra carga adicional. Una vez alcanzada la profundidad total, se inserta un fondo de hormigón hidráulico que permite el achicado subsiguiente del espacio interior. Duran Durante te este este proc proceso eso ha da estar estar gara garant ntiz izad ada a en todo todo mome moment nto o la resistencia frente al empuje hidrostático ascendente. 1 Cajón abierto. 1 cuchara bivalva 2 niveles de aguas freáticas 3 rendija anular 4 filo de corte
2.2 Cajón de aire comprimido Este método se aplicó por primera vez en Francia en 1841. Los cajones de aire comprimido comprimido surgieron al encontrarse encontrarse con terrenos terrenos a excava excavarr muy muy perme permeabl ables es o floj flojos os debid debido o al posi posibl ble e sifo sifonam namie ient nto. o. Mediante la inyección de aire comprimido se evita el desmoronamiento de las paredes. Mediante este método es posible el acceso directo al fondo para vencer ciertos obstáculos durante el proceso de hinca Un cajón de aire comprimido es simplemente un gran cajón invertido, de las mismas dimensiones que los cimientos del muelle, construido por lo gene genera rall en diqu dique e seco seco y tras traslladad adado o desp despué uéss al sit sitio al que que est está 22
destinado, donde ha de colocarse con mucho cuidado. Una vez allí, se llena de agua y se hunde hasta que toca el fondo. Posteriormente, se aplica peso para desplazar la campana hacia abajo, a medida que se construye el muelle. El objeto del cajón de aire comprimido es proporcionar un método para atravesar un terreno blando y apoyar el muelle sobre la roca sólida o sobre un estrato geológico adecuado que pueda soportar el peso. Una vez que se ha sumergido todo el cajón en el fondo, se introduce aire comprimido en el interior y se extrae el agua, dejando un suelo orgánico que los trabajadores de la campana pueden excavar. Los bordes de la camp ampana ana consis sisten en cuñas cortantes de acero que siguen descendiendo a medida que se extrae la tierra de debajo de la campana y se aplica peso por la parte superior durante la construcción del pilar del muelle. Cuando se alcanza el lecho de roca, la cámara de trabajo trabajo se llen llena a de horm hormig igón ón y se conv convie iert rte e en la base base perm perman anen ente te para para la cimentación de l muelle. Los cajones de aire comprimido se han utilizado con éxito desde hace casi 150 años para trabajos de cimentación a profundidades de hasta 31,4 m por debajo debajo del nivel medio del agua, como en el caso del muelle nº 3 de Harbour Bridge en Auck- land, Nueva Zelanda, en 1958. El cajón de aire comprimido suele tener un cilindro de acceso para los trabajadores, que pueden descender por una escalera o por un ascensor mecánico, y otro cilindro independiente para los cangilones donde se coloca la tierra extraída. En cada uno de los extremos de los cilindros hay unas compuertas herméticas que permiten mantener constante la presión de la campana durante la entrada y la salida de trabajadores y mater materia iale les. s. La comp compuer uerta ta supe superi rior or del del cili cilind ndro ro para para tier tierra ra tiene tiene un collarín sellado por presión por el que puede deslizarse el cable elevador de los cangilones de tierra. La compuerta inferior se cierra antes de abrir la compuerta superior. Dependiendo Dependiendo del diseño, diseño, puede ser necesario necesario un sistema de enclavamiento de las compuertas para mayor seguridad. La presión debe equilibrarse en ambos lados de la compuerta para poder abrirla. Puesto que las paredes del cajón están hechas por lo general de acero o de hormigón, no existen prácticamente escapes de la cámara cuando está presurizada, excepto por debajo de los bordes. La presión se elev eleva a prog progre resi siva vame ment nte e hast hasta a un valo valorr lige ligera rame ment nte e supe superi rior or al necesario para equilibrar la presión del agua en el borde cortante de la cuña.
2 Cajón de aire comprimido.
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1 2 3 4 5 6 7 8
escl esclus usa a par para a per perso sona nass esclu sclusa sa de de mat mater eriial nive nivell de de agu aguas as fre freát átic icas as inst instal alac ació ión n de de asp aspir iraci ación ón cañón de agua cámar ámara a de de trab trabaj ajo o cang cangil ilón ón de de exc excavac avació ión n excavadora
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Vista de la cámara de trabajo de un cajón de aire comprimido.
Este método tiene varias ventajas: dentro de la cámara de trabajo se Puede Puede cont contro rola larr cons consta tant nteme ement nte e la comp compos osic ició ión n del subs subsuel uelo; o; los los trabajos de construcción no se ven perjudicados por la penetración de aguas Freáticas y, por ende, el fondo de la obra puede colocarse en sec seco. La desv desven enttaja aja cons consiiste ste en la sobr sobrep epre resi sión ón a la que que est están sometidos los Operarios (que supone trabajo por turnos respetando el tiempo operativo De la esclusa), así como en el gran despliegue de tiemp tiempo o neces necesari ario o para para Intr Introd oduc ucir ir o saca sacarr mater materia iall y equip equipos os.. Las Las personas que trabajan en el cajón presurizado están expuestas al aire comprimido y pueden presentar los mismos problemas fisiológicos que los los buzo buzoss que que trab trabaj ajan an a gran gran prof profun undi dida dad. d. Entr Entre e esto estoss está están n la enfe enferm rmed edad ad por por desc descom ompr pres esió ión, n, el baro baro trau trauma ma de los los oído oídos, s, las las cavidades sinusales y los pulmones y, si los programas de descompresión son inadecuados, el riesgo de necrosis aséptica ósea (osteonecrosis disbárica) a largo plazo. Es importante establecer una velocidad de ventilación para eliminar el CO2 y los gases que emanan del suelo orgánico (en especial, metano), 25
así como los humos producidos por las opera- ciones de soldadura o cort corte e en la cáma cámara ra de trab trabaj ajo. o. Una Una norm norma a gene genera rall consi onsist ste e en proporcionar seis metros cúbicos de aire por minuto por cada trabajador en la camp campan ana. a. Tamb Tambié ién n se debe debe cons consid idera erarr el aire aire que que se pierd pierde e cuan cuando do se util utiliizan zan las escl esclus usas as para para el paso paso del del pers person onal al y los los materiales. Puesto que el nivel del agua ha de mantenerse justo a la mism misma a altu altura ra que que el bord borde e cort cortan ante te,, es nece necesa sari rio o apli aplica carr aire aire de ventilación, ya que el exceso de agua tiende a filtrarse por los bordes. Es necesaria una segunda fuente de aire, de la misma capacidad que la prim primer era, a, con con una una fuen fuentte de ali aliment mentac aciión ind indepen ependi dien ente te,, para para situaciones de emergencia en que fallen el compresor o la alimentación. En muchas zonas, esto es un requisito legal. En caso de que el cajón no se hunda a pesar del peso añadido encima de la mism misma, a, pued puede e ser ser nece necesa sari rio o reti retira rarr a los los trab trabaj ajad ador ores es de la campana y reducir la presión de aire en la cámara de trabajo para que el cajón caiga. Debe añadirse hormigón, o permitir el paso de agua a los pozos de la estructura del muelle que rodean los cilindros de aire sobre el cajón para reducir la tensión sobre el diafragma de la parte superior de la cámara de trabajo. Cuan Cuando do se inic inicia ia un trab trabaj ajo o con con un cajó cajón n de aire aire comp compri rimi mido do,, es necesario instalar estribos o soportes de seguridad en la cámara de trabajo para evitar que el cajón aplaste a los trabajadores en el caso de que caiga bruscamente. 2.3 Cajón neumático flotante Este Este méto método do se apli aplica ca,, sobr sobre e todo todo,, en la cons constr truc ucci ción ón de túne túnele less subacu subacuáti áticos cos y de puertos puertos (muell (muelles, es, atraca atracadero deros, s, etc.). etc.). Los cajone cajoness neumáticos constituyen cuerpos huecos de cualquier forma, debiendo ser impermeables su fondo y las paredes. Es un gran cajón abierto en la parte superior, construido en la orilla, fabricados fabricados en dique seco, van siendo bajados bajados al agua y son remolcados remolcados al sitio de su colocació colocación; n; allí son fondeados fondeados sobre una base de asiento asiento preparada al efecto y lastrados definitivamente. La mayoría de las veces hay que juntar var varios elem elemen enttos de construcción y hace acerlos impermeables entre sí.
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3 Cajón neumático flotante. 1 plat plataf afor orma ma de mand mando o 2 pontón 3 agua de de la lastre
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Ventajas y riesgos+ •
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El método de construcción por cajones neumáticos ofrece las siguientes ventajas: Es muy insi insign gnif ific ican ante te el nivel nivel de ruido ruidoss y vibr vibraci acion ones es durante el período de construcción. No es necesario bajar el nivel de las aguas freáticas. Este método se presta muy bien para ser ejecutado con poco espacio.
Riesgos del método de construcción por cajones neumáticos: – Si el subsuelo es de estratificación heterogénea, favorece que el cajón neumático sea colocado en posición inclinada o quede agarrotado. – Si se trabaja negligentemente, se dificulta el descenso (por .ej. falta de cuidado en la colocación del encofrado para las paredes que dan a la tierra). – Si hay obstáculos imprevistos (por .ej. piedras), éstos son difíciles de evadir. Ello rige particularmente para cajones abiertos. – Una excavac excavación ión demasia demasiado do rápida rápida y un sifonam sifonamien iento to incont incontrol rolado ado pueden causar daños por asentamiento en los edificios vecinos. – La exactitud en la ubicación de la obra terminada presenta mayores tolerancias que las obras de construcción convencional.
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CONCLUSIÓNES
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El Pilotaje "in sit situ" consist siste e en la perf erforaci ación en la que posteriormente se coloca una armadura y se vierte el hormigón. Las Las plac placas as de cime ciment ntac ació ión n son son elem elemen ento toss estr estruc uctu tura rale less de hormi hormigó gón n armad armado o que que sopo soport rtan an las las carg cargas as de la cons constr truc ucci ción ón sobre ella y las envían hacia el suelo. Para edificios más grandes pero con suelo inestable se necesitan cimientos flotantes, donde toda la estructura se sostiene con una sola placa de hormigón. Los cajones Se emplean para transmitir eficientemente eficientemente las cargas de la super superes estr truc uctu tura ra a los los estra estrato toss prof profun undo doss del del terre terreno no de apoyo. Normalmente es necesaria la combinación de varias técnicaspara el hincado de cajones de cimentación, siendo muy difícil dar reglas generales ya que la forma de hacerlo depende del tipo y condiciones de los materiales que se atraviesan, de la habilidad de los operadores de los equipos del ingenio y conocimiento de las personas que están a cargo de los trabajos. Es interesante interesante e importante importante conocer las diferentes soluciones que se le pueden dar a un terreno para lograr crear las edificaciones, tener conocimiento de ellas nos permiten tener la mente más abie abiert rta a a pode poderr tener tener difer diferen ente tess opci opcion ones es de solu soluci cion ones es a los los prob proble lemas mas const constru ruct ctiv ivos os que que se nos nos pueda puedan n prese present ntar ar como como futuros arquitectos.
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No importa el tipo de terreno que se tenga, si se tienen los suficientes recursos económicos cualquier tipo de construcción es posible de hacer, los temas a que se presentaron son muestra de ello.
RECOMENDACIONES •
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En general cuando la superficie de cimentación cimentación mediante zapatas asiladas o corridas es superior al 50% de la superficie total del solar; es conveniente el estudio de cimentación por placas o losas. Es importante investigar a fondo cualquier tipo de información constructiva que nosotros no conozcamos, pues de esta manera nos mantenemos a la vanguardia de la tecnología y métodos cons constr truc ucti tivo voss que que se puede pueden n util utiliz izar ar en cual cualqu quie ierr momen momento to;; además evitamos con ello que se nos presenten problemas en los cuales no sepamos como afrontarlos. Para este tipo tipo de trabajos trabajos peligrosos, peligrosos, como como lo es el cajón cajón de aire comp compri rimi mido do,, se debe debe de tene tenerr en cons consid ider erac ació ión n el pers person onal al calificado, para realizar dichos proyectos en mantos friáticos.
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BIBLIOGRAFÍA http://www.silsoil.es/index.php http://www.cimentacionesespeciales.com/huertos_solares.htm Enciclopedia de la construccion. Philippe Durieux,Fra Retailliau https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3284/7/53977-7.pdf http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1970/1970_tomoI_3064_05.pdf http://www.construmatica.com/construpedia/Pozos_de_Cimentaci %C3%B3n http://www.construmatica.com/construpedia/Conceptos_Estructurales._Bl oque_Termoarcilla Tecnologías de la Arquitectura. Prof. Doc. Arq. Buenaventura Bassegoda. Editorial Gustavo Gili S. A., Barcelona 1999. pag. 96-98
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GLOSARIO Aparcamiento Lugar destinado para parquear vehículos. Cangilon: es un recipiente encargado del transporte de material y fabricados en acero inoxidable, al carbono o plásticos como nylon, nylon, polietileno o uretano Son utilizados, por medio de cintas o cadenas dentro de los elevadores de cangilones o norias. También tiene otras muchas aplicaciones en varias industrias. Detritus Resultado de la descomposición de una masa sólida en partículas. Dique seco o dique de carena: carena: es el nombre de las instalaciones instalaciones portuarias destinadas a poner las embarcaciones fuera del agua para efectuar reparaciones en su parte externa. Estas reparaciones que se realizan en forma periódica reciben el nombre de carenado y se efectúan en la parte del casco conocida como obra viva o carena. carena. se trata de una esclusa donde se introduce el navío y una vez cerrada, se bombea el agua del interior hasta dejar apoyada la embarcación sobre una cama o picadero. Inviable Que no tiene posibilidades de llevarse a cabo. Lodos bentoniticos o bentonita es un tipo de arcilla muy densa que se utiliza en la construcción de muros pantalla, muy utilizados en la construcción de túneles. Recalces Recalzar un edificio es la acción encaminada a reparar sus cimientos. Debe entenderse como un proceso constructivo que tiene por misión no solo la reparación sino también corregir u oponer mejoras con la final finalid idad ad de evita evitarr mayo mayore ress daño daños. s. Por Por cons consig igui uient ente e no debem debemos os de pens pensar ar que que siem siempr pre e que que se real realiz iza a un reca recalc lce e es por por arre arregl glar ar algo algo defectuoso defectuoso o mal ejecutado ejecutado sino que se puede hacer para prevenir males mayores.
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Sifonamiento: Movimiento ascendente de las aguas subterráneas, a través de drenajes o subidas estrechas. Tesado Poner tenso o tirante un cabo, una vela de barco o un cable. Tracción Esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la acción de dos fuerzas opuestas que tienden a alargarlo. UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE ARQUITECTURA CONSTRUCCION 1 Nombre: _________________________________________ Carné: ____________ Instrucciones: A continuación se le presentan una serie de preguntas, contestar correctamente.
¿Qué profundidad deben de penetrar los pozos de cimentación en el terreno firme para aumentar la superficie sustentante? Mínimo 0.20m o 0.30 m. ¿Qué tipos de cajones? Cajón Abierto Cajón De Aire Comprimido Cajón Neumático Flotante Indique el procedimiento de elaboración de los muros pantalla. Excavación Colocación de juntas Colocación de armaduras Hormigonado Extracción de juntas ¿Cuándo es conveniente el estudio de cimentación por placas o
losas? Cuan Cuando do la super superfi fici cie e de cimen cimenta taci ción ón medi median ante te zapat zapatas as asil asilad adas as o corridas es superior al 50% de la superficie total del solar
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