Diseño Geotecnico de Cimentaciones

CIMENTACIONES

DISEÑO GEOTECNICO DE CIMENTACIONES

Universidad de El salvador Departamento de Ingeniería y Arquitectura

Docente: Ing. Guillermo Moya Estudiantes: Espinal Moreno, Christian Erardo

García Guevara, Ever David Gómez González, Rene Wilfredo Carballo Torres, Brandon Alpacino Nieto Amaya, Jonathan Gabriel Pereira Guerrero, Ronaldo Javier

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DISEÑO GEOTÉCNICO DE CIMENTACIONES

Contenido DISEÑO GEOTÉCNICO DE CIMENTACIONES ................................................... ..................................................... .. 3 CIMENTACIONES PROFUNDAS ...................................................................... ........................................................................ 6 TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS ................................................... ..................................................... .. 7 1.

MUROS PANTALLA: ................................................................................ 7

2.

CIMENTACIÓN POR SUSTITUCIÓN .......................................... ...................................................... ............ 11

3.

CIMENTACIÓN POR FLOTACIÓN FL OTACIÓN ................................................. ......................................................... ........ 12

4.

PILOTES .................................................. ............................................................................ ................................................ ...................... 13

MATERIAL MAT ERIALES ES UTILIZA UT ILIZADOS DOS ............................. ....................................................... ................................................ ...................... 18 Mader a................................................... ............................................................................. .................................................... .............................. .... 18 Acero Ac ero ............................................ ....................................................................... ..................................................... ...................................... ............ 20 Hor mig mi g ó n .................................................. ............................................................................ .................................................... .......................... 21 Pilot Pil ot es prefab pr efabri ricad cados os:: .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 21 Pilot Pil ot es horm ho rmig igon onado adoss In situ si tu ....... ............ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .. 22 Cimentac Cimen tacio io nes super su perfifici ci ales. .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... .. 26 Zapatas Zapat as aislad ais ladas as o arrio arr ioss tradas tr adas .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .... 26 Zapatas Zapat as corr co rrid id as rígid ríg idas as .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ....... 27 Zapatas Zapat as corr co rrid id as flexi fl exibl bles es ........... ................ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ........... .......... ....... .. 27 Parámetro Parámet ro s para par a el diseñ di seño o geotéc geo técni nico co . .......... ............... .......... .......... .......... ........... ........... .......... .......... .......... ....... 27 TEORIA DE SKEMPTON SK EMPTON ................................... ............................................................ ............................................... ...................... 29 Lo sas de cimen ci mentac tació ión. n. .......... ............... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .... 32 Estudios geotécnicos para cimentaciones. ...................................................... 35


DISEÑO GEOTÉCNICO DE CIMENTACIONES DEFINICIONES Cimentaciones: Elemento de construcción cuya función principal es la transferencia adecuada de las cargas de las edificaciones al subsuelo, clasificadas como superficiales o profundas. Estado límite de falla: Estado limite relacionado con la capacidad de carga de excavaciones, taludes y cimentaciones. Estado límite de servicio/asentamientos por deformaciones: Estado limite relacionado principalmente con las deformaciones permisibles en excavaciones, taludes y cimentaciones Estudio geotécnico: Actividades que comprenden comprenden el reconocimiento reconocimiento de campo, campo, la investigación investigación del subsuelo, los análisis y recomendaciones de ingeniería necesarios para el diseño y construcción de las obras en contacto con tacto con el suelo, de tal forma que se garantice garan tice un comportamiento adecuado de las estructuras (supere structura y subestructura) para edificaciones, puentes, torres, silos y demás obras, que preserve la vida humana, así como también evite la afectación o daño a construcciones vecinas. Estudio geotécnico preliminar: Las actividades necesarias para aproximarse a las características geotécnicas de un terreno, con el fin de establecer las condiciones que limitan su aprovechamiento, los problemas potenciales que puedan presentarse, los criterios geotécnicos y parámetros generales para la elaboración de un proyecto Estudio geotécnico definitivo


Consiste en un estudio geotécnico definitivo, con las actividades necesarias para saber con certeza a las características geotécnicas de un terreno, a través de una exploración de campo, ensayos y sondeos. A base de esto se puede establecer las recomendaciones y los parámetros necesarios para el diseño de obras ingenieriles de suelo, que sean cimentaciones, excavaciones o sistemas de contención Estructuras de contención: Las estructuras de contención proporcionan soporte lateral, temporal o permanente, a taludes verticales o cuasi verticales de suelo, enrocado o macizos rocosos muy fracturados o con discontinuidades desfavorables Exploración por sondeos: Un ensayo de campo empleado en el estudio geotécnico definitivo, donde se determina propiedades de resistencia del suelo. Factor de seguridad: Un factor que considera o agrupa todas las incertidumbres asociadas en el proceso de diseño.

MARCO NORMATIVO Normas ASTM 

ASTM D 2166-06 - Suelos. Ensayo para determinar la resistencia a la compresión no confinada.



ASTM D 6066 –96 (2004) - Práctica estándar para determinar la resistencia de arenas a la penetración normalizada, para evaluación del potencial de licuación



ASTM D1143/D1143M-07 - Ensayo para pilotes bajo carga axial estática de compresión.



ASTM D 3689-07 - Ensayo para pilotes individuales bajo carga axial estática de tracción




ASTM D 3966-07 - Ensayo para pilotes bajo carga lateral.



ASTM D4945-08 - Ensayo para pilotes bajo altas deformaciones en cargas dinámicas.



ASTM D 5882-07 - Ensayo a bajas deformaciones para la integridad de pilotes



ASTM D 427 - Ensayo para determinar los factores de contracción



ASTM D 2487 - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería



ASTM D 422 - Ensayo para determinar la granulometría por tamizado e hidrómetro



ASTM D2167 - Ensayo para determinar la masa unitaria en el terreno. Método del balón de caucho.



ASTM D 1556 - Determinación de la masa unitaria en el terreno por el método del cono de arena.





ASTM D2974 - Determinación de la humedad, ceniza y materia orgánica. ASTM D 3080 - Determinación de la resistencia al corte. Método de corte directo (CD).



ASTM D 2664 - Determinación de la resistencia en rocas. Método de la compresión triaxial.



ASTM D2435 -

Determinación de las propiedades de consolidación

unidimensional. 

ASTM D854 - Determinación de la densidad relativa de los sólidos.



ASTM D 2850 - Suelos cohesivos. Determinación de la resistencia. Método de compresión triaxial.



ASTM D 1833 - Ensayo de la relación de soporte. Suelos compactados



ASTM D 1143 - Ensayo normalizado para determinar la carga axial a la compresión estática en cimentaciones profundas.



ASTM D3080-04 - Ensayo de Corte Directo de Suelos en condiciones Consolidada drenada.



ASTM D 2166 - Ensayo de Compresión no-confinada de suelos cohesivos.



ASTM D2850 - Ensayo de Compresión Triaxial no consolidado no drenado en suelos cohesivos.




ASTM D 4767 - Ensayo de Compresión Triaxial consolidado no drenado en suelos cohesivos



ASTM D 3999 - Ensayo para la determinación del módulo y propiedades de amortiguamiento de suelo usando el aparato triaxial cíclico



ASTM D 7020 - Ensayo CD, consolidado drenado



ASTM D 4015 - Ensayo para la determinación del módulo y propiedades de amortiguamiento de suelo usando el método de la columna resonante.



ASTM D 5777 - Guía normalizada para el uso del método de sísmica de refracción para investigación del subsuelo

CIMENTACIONES PROFUNDAS Las Cimentaciones Profundas son un tipo de Cimentaciones que solucionan la trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del suelo. Entre estas cimentaciones se destacan: Muros Pantalla, son muros verticales profundos de hormigón. Pilotes son elementos similares a los pilares, hincados a profundidad en el suelo Micropilotes

¿En qué casos se utilizan las Cimentaciones Profundas? a) Se opta por cimentaciones profundas cuando los esfuerzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de na cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo b) Cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales: por hinchamientos y retracciones. c) Cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de baja calidad. d) En edificios sobre el agua.


e) Cuando los cimientos están solicitados a tracción; tal como ocurre en edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos, o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo. f) Para resistir cargas inclinadas, como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir el impacto de los cascos de barcos durante el atraque.(tablestacado) g) Para el recalce de cimientos existentes.

TIPOS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS 1. MUROS PANTALLA: Los Muros Pantalla constituyen un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies. Es la tipología de Cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parkings y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras. El muro pantalla es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno. Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes. En las grandes ciudades, para obtener más espacios de uso en edificios, se proyectan sótanos o subsuelos que muchas veces llegan hasta 20 metros de profundidad. Son éstas las soluciones ante los elevados costes de terrenos y la necesidad de obtener mayor superficie. A estos efectos, se trata de conseguir muros de contención del menor espesor posible conservando una buena calidad y que ofrezcan seguridad y buen diseño


An claj es

Los anclajes son elementos constructivos que ayudan a mantener la estabilidad, ya que estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la profundidad excavada, reciben importantes empujes de la tierra y también los efectos producidos por el agua, de modo que este recurso les permite reforzar y asegurar su estabilidad. Dentro del diseño de muros pantalla existen varias alternativas a elegir de acuerdo a las características del terreno y de la edificación a construir: Los Muros Pantalla se realizan previo al vaciado del terreno, cuando debe excavarse a profundidad considerable y, por ende, debe contenerse el empuje de las tierras y de edificaciones lindantes.

Sistemas Autopor tantes

Dentro de los Sistemas Autoportantes se encuentran los Muros de Ménsula; estos muros pantalla trabajan a modo de voladizo.


Esta tipología trabaja contra los empujes del terreno entre dos planos horizontales excavados en distintos niveles, y sirven de soporte por debajo del fondo excavado. Altura Máxima de Excavación: del orden de 5 a 10 m., para espesores entre 0,50 m. y 1 m. En caso de excavaciones más profundas, compatibles con el espesor del soporte, se moldean contrafuertes en el suelo logrando la estabilidad mediante empujes pasivos desarrollados por el mismo suelo en la zona empotrada.


Si los contrafuertes son interiores, ocupan mucho espacio reduciendo la capacidad del sótano. Si los contrafuertes son exteriores, se aprovecha el rozamiento del terreno contra las superficies del contrafuerte. Este sistema autoportante tiene el inconveniente que puede llegar a presentar importantes deformaciones perjudicando las estructuras de obras vecinas, con riesgos para las mismas.

Sistemas Arrio strados

El Sistema de Arriostramiento es uno de los más usados para cimentaciones profundas llegando a profundidades mayores de 20 metros; y se vale de los anclajes del muro en el terreno, con la importante ventaja que no necesita apuntalamientos. Estos elementos de anclaje logran estabilidad con un muy bajo índice de deformaciones. Se realizan los anclajes en uno o más niveles, a medida que se avanza la excavación mediante cables empotrados con perforaciones pequeñas inyectadas con cemento, luego se tensan al aplicar esfuerzos iguales o superiores a los del terreno sobre el soporte.


Sistema Asc endente-Descend ente

El Sistema Ascendente-Descendente consiste en alojar los pilares definitivos de la estructura de los sótanos con perforaciones efectuadas desde la superficie quedando éstos hormigonados en la parte inferior. Este apoyo creado por la pared de soporte y los pilares colocados, permiten dar base y comienzo de la estructura ascendente simultáneamente con la excavación y forjado de los sótanos. El dificultoso vaciado y evacuación de tierras queda compensado por la velocidad de la ejecución del conjunto estructural, pues este sistema ofrece una gran seguridad frente a construcciones aledañas al limitar los movimientos a valores muy bajos durante el retiro de tierras, que va compensándose con la construcción soterrada. A efectos de limitar las deformaciones del soporte y lograr su estabilidad, se recurre a anclarlo en uno o varios niveles, a medida que progresan las excavaciones mediante cables alojados en perforaciones de diámetro pequeño, inyectados con cemento y con posibilidad de tensarse aplicando esfuerzos equivalentes a los empujes del terreno o superiores sobre el soporte.

2. CIMENTACIÓN POR SUSTITUCIÓN Esta cimentación se realiza mediante la excavación del terreno, donde el peso del material excavado y extraído será igual o proporcional al peso de la construcción a realizar; conociendo cada una de las capas que componen dicho suelo (características del terreno) y según las características de la estructura que sustentará y las cargas que actúen sobre la misma. Procedimiento: Se realiza la excavación hasta llegar a terreno competente y se sustituye e l existente por un terreno mejorado y compactado. Esta constituye una solución válida en casos de espesores y cargas uniformes y pequeñas.


Técnicamente, solo se definirán bien las características del material usado en el relleno y terraplenado, la densidad y humedad máximas (Ensayo Proctor) y espesores de material aportado. Debe realizarse un control con medidas de humedad (in situ) y densidad, y los ensayos correspondientes de placa de carga para evaluar posibles asientos y deformaciones. Nota: Es muy importante considerar un buen sistema de drenaje en casos de presencia del agua en el terreno, ya que la misma podría provocar alteraciones considerables en el material.

3. CIMENTACIÓN POR FLOTACIÓN Las Cimentaciones por Flotación se basan en el Principio de Arquímedes que postula lo siguiente: Todo cuerpo sumergido en un líquido estático experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del líquido desalojado. Por ello, deberá preverse en este tipo de construcciones que se ejecuten perfectamente impermeables calculando la reacción al empuje ascendente vertical para evitar el hundimiento o el volteo de la estructura.


4. PILOTES El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas.

Casos en que se usan pilotes Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del suelo. Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan asientos imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de baja calidad. Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.


Cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel de suelo.

Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción. Aquí tenemos varios casos: 

En edificios de altura expuestos a fuertes vientos.



En construcciones que requieren de elementos que trabajen a la tracción, como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.



Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de contención de los muelles.



Cuando se deben recalzar cimientos existentes.

En la cimentación por pilotaje deben observarse los siguientes factores de incidencia: 1. El rozamiento y adherencia entre suelo y cuerpo del pilote


2. La resistencia por punta, en caso de transmitir compresiones, para absorber esfuerzos de tracción puede ensancharse la parte inferior del pilote, para que trabaje el suelo superior 3. La combinación de ambos Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las cargas transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el rozamiento lateral puede ser de importancia según el caso. Con un terreno mediocre en superficie y fuertes cargas, el rozamiento lateral será menos importante cuanto más débiles sean las capas del terreno atravesadas; por ello conviene emplear este sistema.

¿Cómo t rabaja el pilo te?

Por la forma en que trabaja el pilotaje, se lo clasifica en:

Cimentación Rígid a de Primer Orden. El pilote trabaja por punta, clavado a gran profundidad. Las puntas de los pilotes se clavan en terreno firme; de manera que se confía en el apoyo en ese estrato, aún si hubiere una pequeña descarga por rozamiento del fuste al atravesar estratos menos resistentes. Lo cual denota que las fuerzas de sustentación actúan sobre la punta del pilote, y en menor medida mediante el rozamiento de la superficie lateral del pilote. Es el mejor apoyo y el más seguro, porque el pilote se apoya en un terreno de gran resistencia.


Cimentación Rígida de Segund o Orden. Cuando el pilote se encuentra con un estrato resistente pero de poco espesor y otros inferiores menos firmes. En este caso se debe profundizar hasta encontrar terreno firme de mayor espesor. El pilote transmite su carga al terreno por punta, pero también descarga gran parte de los esfuerzos de las capas de terreno que ha atravesado por rozamiento lateral. Si la punta del pilote perfora la primera capa firme, puede sufrir asientos diferenciales considerables. Como en los de primer orden, las fuerzas de sustentación actúan sobre la planta del pilote y por rozamiento con las caras laterales del mismo.


Cimentación flotante Cuando el terreno donde se construye posee el estrato a gran profundidad; en este caso los pilotes están sumergidos en una capa blanda y no apoyan en ningún estrato de terreno firme, por lo que la carga que transmite al terreno lo hace únicamente por efecto de rozamiento del fuste del pilote. Se calcula la longitud del pilote en función de su resistencia. En forma empírica sabemos que los pilotes cuya longitud es menor que la anchura de obra, no pueden soportar su carga.


MATERIALES UTILIZADOS Indicamos los materiales utilizados en pilotaje:

Madera La madera se emplea desde la prehistoria; en ese entonces los habitantes lacustres construían sus chozas apoyándolas sobre troncos hincados en el lecho del lago. Estos troncos lograron conservarse mientras las aguas que los rodeaban eran ácidas, es decir de pantanos turbosos. Los rollizos de madera se conservan más tiempo si se los mantiene permanentemente mojados o secos, pero si se alternan estas condiciones de humedad, se destruyen rápidamente.


Antes de colocar los pilotes se aconseja impregnarlos a presión con una sustancia protectora para evitar el ataque de hongos o insectos que destruyen sus fibras. Las maderas más usadas, por ser más económicas, son pino y abeto. Si se requi ere de mayor resistencia por el ataque de aguas de mar o por impactos, se debe recurrir a maderas más costosas pero de mayor dureza, como por ejemplo la haya o la teca. Los rollizos naturales son más económicos, pero si poseen sección cuadrada, son mejores para sus posibles empalmes. El hincado debe realizarse con golpeteo suave sobre la parte más gruesa del tronco. En pilotes más grandes la carga de trabajo no ha de superar las 25 T. Esta clase de pilotaje se emplea donde el tronco de árbol es un material habitual fácil de encontrar en ese lugar, o cuando se trata de cimentaciones en zonas lacustres.


Acero

Se utilizan con secciones en H o en Cajón. En tipo cajón pueden rellenarse de hormigón después de haberse colocado. A veces se constituye el pilotaje con perfiles planos empalmables, es el tablestacado, que se consiguen con secciones de acero laminado en caliente. Se los utiliza como contención de tierras y como barrera del agua en caso de excavaciones para cimentaciones, sótanos. En muelles y zonas ribereñas también suele usarse. Para evitar la corrosión, el acero puede contener una cantidad importante de cobre, se lo llama acero de oxidación controlada o estar impregnado con pintura bituminosa. Los hincados en pilotes de acero son más fuertes y vigorosos.


Si es necesario, pueden recuperarse y se les puede hacer variar su longitud por corte o por soldadura.

Hormigón Los pilotes fabricados de este material se dividen en:

Pilotes prefabricados: Los Pilotes Prefabricados pertenecen a la categoría de Cimentaciones Profundas, también se los conoce por el nombre de Pilotes Premoldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón pretensado. Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan para trabajar a la compresión; los de hormigón pretensado funcionan bien a la tracción, y sirven para tablestacas y cuando deben quedar sumergidos bajo agua. Estos pilotes se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica equipada para hincada del pilote. Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm. x 30 cm. ó 45 cm. x 45 cm. También se construyen con secciones hexagonales en casos especiales. Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal con 4 diámetros de 25 mm. y otra transversal compuesta por estribos de varilla de sección 8 mm. Como mínimo. La cabeza del pilote se refuerza uniendo los cercos con una separación de 5 cm. en una longitud que oscila en 1 m. La punta va reforzada con una pieza metálica especial para permitir la hinca.


Pilotes hormigonados In situ Los Pilotes Hormigonados In Situ son un tipo de Pilotes ejecutados en obra, tal como su nombre lo indica, en el sitio, en el lugar.

Armad uras d e pilotes Las armaduras se conforman como si fuesen jaulas; las armaduras longitudinales están constituidas por barras colocadas uniformemente en el perímetro de la sección, y el armado transversal lo constituyen un zuncho en espiral o cercos de redondos de 6 mm. de sección, con una separación de 20 cm. El diámetro exterior del zuncho será igual al diámetro de pilote, restándole 8 cm; así se obtiene un recubrimiento mínimo de 4 cm. La cantidad de barras y el diámetro de las mismas, se calcula en función de la carga que deba soportar el pilote.


Hormigoneado de pilotes En referencia al hormigón utilizado, con posterioridad al año 1999, la EHE obliga a utilizar hormigones superiores a 250 N/mm2 y con una consistencia medida en cono de Abrams de 10 a 15 cm.

Descabezado y Encepado Los pilotes se descabezan, por ello, siempre se elimina el hormigón de baja calidad que queda en la parte superior. Así quedan las armaduras al descubierto que se entrelazan al encepado. La longitud de la armadura debe permitir que posterior al descabezado, queden sobresaliendo del pilote alrededor de 50 cm. Las armaduras longitudinales del pilote se empalman por un solape mínimo de 40 cm., van soldadas o atadas con alambre en toda su longitud. Si se utilizare cercos a modo de armadura transversal, los cierres se hacen por solape de 8 cm como mínimo, y van soldados o atados con alambre. El solapado se hace alternado para cercos sucesivos. Se atan firmemente las armaduras formando una jaula que soporte la hormigonada. Cada pilote se hormigona de una vez sin interrumpir la operación, no se admiten juntas de hormigonado. Al finalizar el pilote, debe quedar hormigonado a una altura superior a la definitiva; lo que excede de hormigón se demuele cuando ha fraguado. No se debe efectuar la hincada con desplazamiento de pilotes o entibar en un área menor de 3 m. alrededor del pilote, hasta que el hormigón tenga una resistencia mínima de 30 kg/cm2, de acuerdo a ensayos previos. Posterior al descabezado los pilotes deben sobresalir del terreno lo suficiente para permitir el empotramiento del hormigón de 5 cm mínimo para el encepado.


Pilotes de desplazamiento Los Pilotes de Desplazamiento son los Pilotes que se construyen sin extraer las tierras del terreno y tienen dos sistemas de ejecución diferentes. Los sistemas de ejecución de los pilotes de desplazamiento son: 1. Pilotes de desplazamiento con azuche. 2. Pilotes de desplazamiento con tapón de gravas

Pilotes de Desplazamiento con Azuc he Se utilizan cuando los pilotes poseen diámetros pequeños (se considera entre 30 y 65 cm. aproximados) y el terreno es resistente pero poco estable. Se ejecuta la hinca con una entubación que posee un azuche de punta cónica o plana en su extremo inferior, la entubación puede ser metálica o de hormigón. El azuche posee un diámetro exterior mayor en aproximadamente 5 cm. que el pilote, con la parte superior cilíndrica ya preparada para introducir en el extremo inferior de la entubación. Con golpes de maza o martillo se hinca desde la parte superior de la entubación y se encaja hasta la profundidad que se requiere para el pilotaje. Luego se extrae la entubación con la precaución de que quede un mínimo de hormigón igual a 2 veces el diámetro interior; de esta manera se impide la entrada de agua por la parte inferior. La forma de extraer la entubación es con un golpe en la cabeza, logrando el efecto de vibrado del hormigón.

Pilotes de Desplazamiento con Tapón de Gravas Este sistema se realiza por una hinca y entubación por golpe sobre un tapón de gravas u hormigón, introducido antes en la entubación. El hormigón se coloca en pequeñas tongadas y se va compactando hasta obtener un tapón que debe tener como mínimo tres veces el diámetro del pilote.


Con la presión ejercida por las paredes del tubo se va progresivamente efectuando un desplazamiento lateral del terreno, llegando con el tubo hasta la profundidad calculada para el pilotaje. El golpe de maza desaloja el tapón del tubo y queda ensanchada la punta de los pilotes. Luego se coloca la armadura, se quita la camisa y se realiza la hormigonada por tongadas. Finalmente se apisona o se vibra para garantizar la continuidad del cuerpo del pilote. Se procede a extraer el tubo cuidando que quede un mínimo de hormigón que deberá ser el doble de su diámetro interno, para impedir el ingreso de agua por la parte inferior de la entubación.


Cimentaciones superficiales. Son aquellas en las que el plano de contacto entre la estructura y el terreno está situado bajo el terreno que la rodea a una profundidad (D) que resulta pequeña cuando se compara con el ancho (B) de la cimentación. De hecho, cuando esa profundidad y el ancho de la cimentación son del mismo orden, entonces las fórmulas y procedimientos que aquí se indican son muy conservadores. Existen varias tipologías básicas de cimentaciones superficiales, entre ellas: Zapatas aisladas o arriostradas. Zapatas corridas rígidas. Zapatas corridas flexibles. Losas.

Zapatas aisladas o arriostradas Son típicas en cimentaciones de edificios o estructuras sustentadas por pilares. Las riostras que unen las distintas unidades no suelen reducir notablemente las cargas verticales que actúan en cada zapata y por lo tanto, a efectos de hundimiento y de asientos, éstas pueden considerarse individualmente. Su principal objetivo es la de evitar

desplazamientos

laterales


Zapatas corridas rígidas Son típicas en las cimentaciones de muros o estructuras de contención de gravedad (muelles de bloques, o cajones, por ejemplo). La rigidez de la estructura hace que, para el cálculo de asientos, se pueda despreciar la deformación de la propia estructura.

Zapatas corridas flexibles Son típicas de las cimentaciones de estructuras soportadas mediante pilares en terrenos de capacidad portante reducida que no permiten las cimentaciones aisladas. También pueden resultar interesantes por razones constructivas o incluso por razones económicas. Serían equivalentes a las zapatas aisladas y arriostradas con riostras y zapatas integradas en un mismo elemento, que sería una viga o zapata corrida. Las vigas corridas pueden ir en una sola dirección arriostradas o no, o en dos o más direcciones, cruzándose y arriostrándose entre sí.

Parámetros para el diseño g eotécnico. Capacidad de carga. Teoría de Terzaghi

Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría para evaluar la capacidad última de carga de cimentaciones superficiales, la cual dice que una cimentación es superficial si la profundidad Df de la cimentación es menor que o igual al ancho de la misma. Sin embargo investigadores posteriores han sugerido que cimentaciones con Df igual a 3 ó 4 veces el ancho de la cimentaci ón se definen como cimentaciones superficiales.


Terzaghi sugirió que para una cimentación continua o de franja (es decir, la razón de ancho a largo de la cimentación tiende a 0), la superficie de falla en un suelo bajo carga última se supone similar a la mostrada en la figura, (Note que este es el caso de la falla cortante general. El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación se supone reemplazado por el efecto de una sobrecarga equivalente q = g Df (donde g = peso específico del suelo). La zona de falla bajo la cimentación se separa en tres partes. En su planteamiento, Terzaghi, llega a la propuesta de una ecuación para obtener la Capacidad de Carga Ultima (a la que llama: q c ), para una zapata alargada:

Y para el caso de emplearse una zapata cuadrada, propone:


Donde: qu = capacidad de carga última del suelo en t/m 2 . γ1 γ2 = peso volumétrico del suelo bajo la zapata y sobre el nivel del desplante,

respectivamente en t/m 2 . C = ordenada al origen de la envolvente de resistencia corte del suelo (cohesión) en t/m2 NC, Nγ, Nq = factores de capacidad de carga, que son función del ángulo de fricción interna del suelo. B = ancho de la zapata en m. DF = profundidad de desplante m.

TEORIA DE SKEMPTON Skempton encontró que el valor de Nc no es independiente de la profundidad de desplante también encontró de acuerdo con la intuición que Nc crece al aumentar la profundidad de desplante del cimiento si bien este crecimiento no es ilimitado, de manera que Nc permanece ya constante de una cierta profundidad de desplante en adelante SKEMPTON propone adoptar para la capacidad de carga en suelos puramente cohesivos una expresión de forma totalmente análoga a la de Terzaghi, según la cual:

q c =cNc+ γDf La diferencia estriba en que ahora Nc ya no vale siempre 5.7 sino que varia con la relación D/B en que D es la profundidad de entrada del cimiento en el suelo resistente y B es el ancho del mismo elemento. La expresión a la que se llega finalmente al desarrollar la teoría de meyerhof es:


q c =c NC +P oNq+ 12 γBNγ

Asentamiento Elástico. Asentamiento inmediato o elástico, es causado por la deformación elástica del suelo

puede darse en suelos arcillosos húmedos, secos y saturados. Se hace basada en la teoría de elasticidad. El asentamiento dependerá del tipo de cimentación. Ya sea la cimentación flexible o totalmente rígida.


Ecuaciones que definen el asentamiento elástico.

=

B q [  E 1μs ]α

(Centro de cimentación flexible)

=

B q [ ]  1μs E 

(Esquina de cimentación flexible)

=

B q [  E 1μs ] α prom.

=

B q [  E 1μs ] 

=

B q [  ] (−)∗ +(−−∗)∗  (Esquina de cimentación flexible) 1μs E 

=

B q [    E 1μs ] [1μs  ∗ F  1  μ  2 ∗ μ s  ∗ F]

(Promedio para cimentación flexible)

(Centro cimentación rígida)

(Centro de cimentación flexible) Dónde :

Es= módulo de elasticidad µs= relación de poisson del suelo


Losas de c imentación. Las losas de cimentación son cimentaciones superficiales. Este tipo de cimentación, que se refiere a veces como placa de cimentación, es una base combinada que puede cubrir toda el área bajo una estructura soportando varias columnas y paredes. Las losas de cimentación a veces son las preferidas para los suelos que tienen baja capacidad de carga, pero tendrán que soportar columnas altas y/o muros de carga. Bajo ciertas condiciones, la extensión de las bases tendría que cubrir más de la mitad del área de la construcción, y las losas de cimentación pueden ser más económicas. Actualmente se utilizan varios tipos de losas de cimentación. Algunos de los tipos más comunes se muestran esquemáticamente en la figura y son los siguientes: 1. Placa plana: La losa es de espesor uniforme. (Fig A.) 2. Placa plana con mayor espesor bajo las columnas (Fig B) 3. Vigas y losa (figura c). Las vigas corren en ambas direcciones y las columnas se localizan en la intersección de las vigas.

4. Placas planas con pedestales (figura d) 5. Losa con muros de sótano como parte de la placa.


Capacidad de c arga. La capacidad de carga última bruta de una malla de cimentación puede ser determinada por la misma ecuación utilizada para zapatas.

Las tablas dan los valores propios de los factores de capacidad de carga y la forma, profundidad y factores de inclinación de la carga. Factores de capacidad de carga. El término B en la ecuación es la dimensión más pequeña de la malla. La capacidad neta de carga última es:

Un factor de seguridad adecuado debe utilizarse para calcular la capacidad de carga admisible neta. Para losas sobre arcilla, el factor de seguridad no debe ser inferior a 3 bajo carga muerta y carga máxima en vivo. Sin embargo, bajo las condiciones más extremas, el factor de seguridad debe ser de al menos 1.75 a 2. Para losas construidas sobre arena, normalmente se debe utilizar un factor de seguridad de 3. Bajo la mayoría de las condiciones de trabajo, el factor de seguridad contra fallas


de capacidad de carga de losas en la arena es muy grande. Para arcillas saturadas con ø=0 y condición de carga vertical, se tiene

donde: cu cohesión no drenada

Diseño Geotecnico de Cimentaciones

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