UNIVERSIDAD DE Federico Villarreal Facultad de Ingeniería civil
PLAN DE TESIS
“CONSTRUCCION DE EDIFICIOS APLICANDO ESTRUCTURAS DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y/O PROFUNDAS” PARA LA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL LUCHO BARRIENTOS, JEAN PIERRE LIMA-PERU AÑO: NOVIEMBRE 2015
INTRODUCCIÓN. Por ello resulta preciso dotar a la estructura de elementos de apoyos o “cimentaciones” que repartan y transmitan al terreno presiones
que sean compatibles con su resistencia y su
deformabilidad; esto se logra mediante un procedimiento de diseño de cimentación de tal manera que se generen asentamientos diferenciales aceptables. En toda estructura se distinguen dos partes principales la superestructura y subestructura; la primera hace referencia a la parte por encima del suelo de una construcción y la segunda es la parte que soporta las cargar transmitidas por la superestructura. En este caso haremos referencia a la subestructura o cimentación. La cimentación es la encargada de transmitir las cargas al terreno, el cual es el único elemento que no podemos elegir, por lo que la cimentación la realizaremos en función del mismo. Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que nos influye en la decisión de la elección de la cimentación adecuada. El diseño estructural de las cimentaciones, por sí mismo, representa la frontera y unión del diseño estructural y la mecánica de suelos. Como tal, comparte las hipótesis, suposiciones y modelos de ambas disciplinas, que no siempre coinciden.
FINALIDAD La finalidad de mi proyecto de investigación se orienta a mejorar una condición establecida de la construcción de edificios relacionando con las estructuras de cimentaciones superficiales y profundas.
FORMULACION DEL PROBLEMA PREGUNTA GENERAL: ¿Qué tipo de cimentación de existen en los diferentes tipos de edificios? ¿Cuál es el comportamiento de los edificios con estructuras de cimentaciones superficiales y profundas?
PREGUNTA ESPECÍFICA: ¿Qué factores influyen en el diseño de cimentaciones superficiales y profundas? ¿Cómo se trasmite las cargas de los edificios en las estructuras de cimentaciones?
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL. El objetivo primordial del presente estudio es demostrar que para el diseño de cimentaciones superficiales y profundas:
El método que permite obtener diseños de cimentaciones más económicas. Analizando el comportamiento con los diferentes tipos de cargas en los edificios. Determinar el tipo de cimentación en los diferentes tipos de edificios.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diseñar las estructuras de cimentaciones con los diferentes tipos de cargas actuantes. Investigar sobre los métodos utilizados para el diseño de cimentaciones. Obtener diseños de cimentaciones de obras realizadas y realizar los respectivos
análisis de su costo de ejecución. Realizar los diseños por el Método de los Estados Límites de todas y cada una de las
cimentaciones identificadas y calcular el costo que tendría su ejecución. Identificar los parámetros que permitan evaluar económicamente el diseño de las cimentaciones por los métodos de los Estados Límites y de la Presión Admisible que se
comparan. Analizar la sensibilidad del costo de una cimentación a la variación de los parámetros de cohesión, ángulo de fricción y profundidad de la solera de cimentación.
HIPÓTESIS.
La construcción de estructuras de cimentaciones profundas en un suelo de muy poca resistencia produciría un comportamiento favorable para que no sufra fallas ni deformaciones fuera de los límites en el determinado edificación. Con la aplicación del Método de los Estados Límites en el diseño de las cimentaciones, se conseguirá alcanzar más de un 20% de ahorro con respecto al método de la presión admisible. METODOLOGIA DE INVESTIGACION. El trabajo consistió en la realización de una comparación en diseños de cimentaciones desde el punto de vista económico, con la finalidad de decidir, en qué medida el método de los Estados Límites, resulta ser más económico que el de la Presión Admisible. Para llevar a cabo esta comparación, se investigó a diferentes profesionales calculistas de la ciudad de Cuenca, solicitándoles diseños de cimentaciones de edificaciones ya ejecutadas en la ciudad, conjuntamente con los estudios geotécnicos que sirvieron para su cálculo. Este trabajo se refiere únicamente a las cimentaciones superficiales aisladas y de hormigón armado, que estén en contacto directo con el suelo, a través de una superficie plan horizontal y situadas en cualquier tipo de suelo, ya sean cohesivos o friccionantes. Se evaluaron las cimentaciones, comparando las dimensiones de las mismas obtenidas por el Método de los Estados Límites, y sus correspondientes precios, con las utilizadas realmente en las obras escogidas o calculadas hipotéticamente sobre la base de parámetros y solicitaciones supuestos. Diseñados los cimientos por estas dos vías, se calcularon los precios de los materiales y mano de obra para cada tipo de cimiento, se compararon los resultados obtenidos por los dos métodos y se realizaron las evaluaciones correspondientes.
CAPITULO I CIMENTACIONES-GENERALIDADES Las cimentaciones tienen como misión transmitir al terreno las cargas que soporta la estructura del edificio. De modo general se puede decir que existen dos tipos de cimentación según que principalmente vayan a soportar esfuerzos de compresión pura o que soporten, además, tensiones de tracción. Esta consideración afecta al material que va a constituir la cimentación.
1. TIPOS DE CIMENTACIONES: Bajo la influencia de factores económicos, como los costos de mano de obra y los notables incrementos en los materiales de construcción, así como también la calidad de los suelos y la importancia de la edificación, han surgido varios tipos de cimentaciones y diferentes procedimientos de construcción, los mismos que se han ido generalizando con el paso de los tiempos. Sin embargo, no ha sido solo el factor económico lo que ha motivado la innovación de diferentes metodologías que en la actualidad se conocen. Muchas de ellas están seleccionadas con el tipo de estructura, las características del suelo de fundación, o del terreno que la rodea. Además, el progreso en el estado del arte ha permitido que aparezcan métodos que se apartan de los comúnmente aceptados, los cuales deberán adoptarse cuidadosamente, porque los equipos que no son los que generalmente se emplean pueden resultar costosos
y los procedimientos a los que no están acostumbrados los
trabajadores y sus supervisores, pueden resultar difíciles de llevar a la práctica. Todas las estructuras de Ingeniería Civil, edificios, puentes, carreteras, muros, canales, presas, etc., deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte en forma satisfactoria debe poseer una cimentación adecuada.
Las cimentaciones pueden clasificarse en tres grupos:
cimentaciones superficiales cimentaciones profundas cimentaciones especiales.
1.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una forma viable de transmitir al terreno de las cargas concentradas ya sea de muros o columnas de un edificio, es mediante zapatas, un sistema de este tipo se conoce como cimentación superficial. Las cimentaciones superficiales se las conoce también como cimentaciones directas, por cuanto en ellas los elementos verticales de la superestructura se prolonga hasta el terreno de cimentación, descansando directamente sobre él, mediante el ensanchamiento de su sección transversal con la finalidad de reducir el esfuerzo unitario que se transmite al suelo.
1.1.1. Zapatas aisladas Las zapatas aisladas son bloques de hormigón armado de planta cuadrada o rectangular. Normalmente soportan un único pilar salvo en casos excepcionales, por ejemplo cuando por motivos de la longitud de la sección del edificio se requiere duplicar la estructura en algún punto para establecer juntas de dilatación. Se utilizan cuando el terreno es firme, con presiones medias altas y se esperan asientos diferenciales reducidos.
Cuando las zapatas sufran una elevada excentricidad en una o las dos direcciones principales (soportes medianeros y de esquina) es necesaria la disposición de vigas centradoras o de
atado entre las zapatas con objeto de disminuir los momentos aplicados. En todo caso, resulta conveniente la disposición de estos elementos en el perímetro de la cimentación al objeto de disminuir la incidencia de los asientos diferenciales.
1.1.2. Zapatas combinadas o corridas Este tipo de cimentación se emplea cuando las zapatas aisladas se encuentran muy próximas o incluso se solapan. Las causas que originan esta situación son varias: la proximidad de los pilares, la existencia de fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a elevados asientos diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la presencia de discontinuidades en este. Si el número de pilares que soporta es menor de tres se denominan combinadas y corridas en caso contrario. También se utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga o muros de contención de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo caso la anchura de la zapata puede ser variable.
1.1.3. Emparrillados En el emparrillado, la estructura se asienta en una única cimentación constituida por un conjunto de zapatas corridas dispuestas en forma de retícula ortogonal. Este tipo de cimentación se emplea cuando la capacidad portante del terreno es escasa o cuando
presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace prever que puedan producirse asientos diferenciales importantes que constituyan un riesgo elevado para la integridad del edificio.
1.1.4. Losas La cimentación por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras).
1.2. Cimentaciones profundas Las cimentaciones profundas se emplean cuando los estratos superiores del terreno no son aptos para soportar una cimentación con zapatas. En general, se considera una cimentación como profunda cuando su extremo inferior sobre el terreno se encuentra a una profundidad superior a ocho veces su anchura o diámetro. Por su mayor complejidad tanto en su modo de trabajar como en la ejecución o en los materiales
empleados no existe una clasificación clara por lo que pasamos a exponer estos aspectos aclarando que cada pilote se obtiene combinando todas ellos. Configuracion: Se consideran cuatro configuraciones principales:
pilotes aislados,
grupos de pilotes,
zonas pilotadas
micropilotes.
Los pilotes aislados son aquellos que están lo suficientemente alejados de los demás pilotes como para que no exista interacción geotécnica entre ellos. Los grupos de pilotes se encuentran unidos por elementos lo suficientemente rígidos como para que los pilotes trabajen conjuntamente. Las zonas pilotadas son aquellas en las que los pilotes no sirven de apoyo directo a los soportes sino que están colocados para reducir los asientos o asegurar la estructura. En estos casos los pilotes son de escasa capacidad portante individual y estar situados a distancias regulares. Los micropilotes son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles colocados en un taladro de pequeño diámetro inyectado con lechada de mortero a presión más o menos elevada. Este tipo de elementos se emplea fundamentalmente en operaciones de recalce de cimentaciones que han sufrido asientos diferenciales de suficiente importancia como para haber producido deterioros en la integridad del edificio.
Forma de trabajo Los pilotes tienen tres partes: punta, fuste y encepado o apoyo. Su modo de trabajo depende de la naturaleza del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un estrato resistente. Cuando no resulta técnica o económicamente viable alcanzar un estrato con resistencia adecuada se diseñan los pilotes para su trabajo por fuste, en cuyo caso se denominan
flotantes, y transmiten la carga al terreno por rozamiento. Si existe la posibilidad de llegar a una zona de mayor resistencia se considera que el pilote trabaja por punta, con contribución o no del fuste.
Materiales La construcción de pilotes admite distintos materiales: • Hormigón armado ejecutado “in situ” mediante excavación previa, aunque también podrán realizarse mediante desplazamiento del terreno o con técnicas mixtas (excavación y desplazamiento parcial) • Hormigón prefabricado que podrá ser hormigón armado (hormigones de alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado. Hay que tener en cuenta que, si los pilotes son de gran longitud, los armados deben estar previstos para soportar las tensiones derivadas del transporte. • Acero configurado en secciones huecas de forma tubular o con perfiles en doble U; también perfiles laminados en H. • Madera que se podrá utilizar para pilotar zonas blandas amplias, como apoyo de estructuras con losa o terraplenes. • Mixtos, formados de acero tubular rodeados y/o rellenos de mortero.
1.3. CIMENTACIONES ESPECIALES En ciertos casos, la naturaleza del terreno, o el destino del edificio pueden imponer un tipo de cimentación que no se incluye en las clasificaciones anteriores. En un terreno muy húmedo o inundable, la protección de los sótanos o de los propios muros obliga a la construcción de cajones o cubas estancas. Estas deberán ser del tipo de losa general y su ejecución obliga en muchas ocasiones al uso de diferentes métodos constructivos, debiendo tener en ellos precauciones especiales.
Cuando los edificios están sometidos a importantes y continuas vibraciones, pueden producirse daños importantes al cabo de cierto tiempo. Por esta razón será necesario construir cimentaciones capaces de absorber estas vibraciones que son producidas por máquinas instaladas en el exterior o bien por otras causas ajenas a la estructura. A diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o casi estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga.
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS El suelo desde la selección de la implantación de la estructura juega un papel determinante, bien como elemento estructural- soporte de lo que se le coloca encima, como material aprovechable para terraplenes o rellenos e incluso como material de construcción en diques, presas u otras obras de tierras comunes en nuestras obras estructurales. Luego, es menester analizar el suelo, según el uso o empleo que del mismo hagamos en nuestra obra. Un ingeniero que se dedica a las obras de cimentación, necesita un conocimiento completo de los suelos considerados como materiales estructurales. Tendrá que poseer una sensibilidad aguda para detectar el peligro donde exista; hará falta mucho ingenio para captar y valorar lo que ve, y poder predecir cuál será el comportamiento probable de los suelos en sus diferentes variedades de disposiciones y propiedades. Las pruebas que se realizan en el laboratorio son de gran utilidad, pero también lo son la observación en el campo, el conocimiento
de
cómo
funcionan
las
estructuras
sobre
materiales comparables o similares y un empleo adecuado de la experiencia e imaginación. Las cargas que transmite la cimentación a las capas del terreno causan tensiones y por tanto, deformaciones
en
la
capa
del
suelo
que
lo
está soportando. Como en todos los
materiales, la deformación va a estar en dependencia de las tensiones y de las propiedades
del suelo. Estas deformaciones tienen lugar siempre y produce asientos de las superficies de contacto entre la cimentación y el suelo.
PROPIEDADES DEL SUELO Los geólogos definen los suelos como rocas alteradas, mientras que para los ingenieros es cualquier material no consolidado compuesto de distintas partículas sólidas con gases y líquidos incluidos, prefieren definirlos como el material en que se apoyaran las estructuras. Las propiedades más importantes son: Porosidad. Es el volumen de poros expresado en porcentaje (%) del volumen total, es decir la relación de dividir el volumen sólido entre el volumen de sólido más aire más agua que contiene el material. Contenido de humedad.- Es la relación porcentual (%) del peso del agua al peso sólido. Las arenas suelen tener entre un 12% y un 36% de humedad, las arcillas pueden variar entre un 12% y un 325%. Densidad.- Es la relación del peso por unidad de volumen. La máxima densidad de un suelo se obtiene si los huecos entre partículas de un diámetro determinado se rellenan con partículas de diámetro menor. Capilaridad.- Indica la capacidad de un suelo para absorber agua en dirección vertical o lateralmente. Es una característica beneficiosa de los materiales usados en las capas bases porque permiten el paso del agua. Compresibilidad. Indica el porcentaje de reducción en el volumen del suelo, debido a perdida de parte del agua entre sus granos, cuando está sometido a una presión. Los materiales arcillosos tienen mayor compresibilidad que los granulares, por lo que al ser compactadas quedan con menor capilaridad, son por tanto menos adecuadas para construir bases.
Elasticidad.- Es la tendencia del suelo a recuperar su forma original al quitar la carga que lo comprime. Un suelo muy elástico es muy difícil de compactar y requiere técnicas especiales. Permeabilidad.- Característica del suelo que indica la facilidad del suelo para permitir el paso de agua a su través. Depende de su textura, granulometría y grado de compactación, cuanto más gruesas sean las partículas, mayor será su permeabilidad. La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. Plasticidad.-Es la propiedad de deformarse rápidamente el suelo bajo la acción de una carga, sin llegar a romperse o disgregarse, y sin que se recupere la deformación al cesar la acción de la carga. Asentamiento.- Indica la disminución de la cota o altura del nivel del suelo debido a la consolidación del material de relleno. Generalmente suele ser consecuencia de una mala compactación. Resistencia al cizallamiento.- Es la resistencia que oponen las partículas a deslizarse entre sí. Es consecuencia de la fricción interna y la cohesión del material. Cuanta más resistencia al cizallamiento más difícil será la compactación. Esponjamiento.- Capacidad del material para aumentar o disminuir su volumen por la pérdida o acumulación de humedad. Consistencia.- Es el grado de resistencia de un suelo a fluir o deformarse. Con poca humedad los suelos se disgregan fácilmente, con más humedad el suelo se torna más
plástico. Las pruebas de Atterburg determinan los límites de consistencia del suelo que son: Liquido, plástico y sólido, se expresan generalmente por el contenido de agua. Limite líquido.- Nos indica el contenido de humedad en que el suelo pasa del estado plástico al líquido e indica también si el suelo contiene humedad suficiente para superar la fricción y cohesión interna. Limite plástico.- Cuando el suelo pasa de semi-sólido a plástico porque contiene humedad suficiente se dice que ha traspasado su límite plástico. La resistencia del suelo disminuye rápidamente al aumentar el contenido de humedad más allá del límite plástico. Índice de plasticidad.- Refleja la diferencia numérica entre el índice plástico del suelo y el límite líquido. Permite medir la capacidad de compresión y la cohesión del suelo. Límite sólido.- Constituye el límite en el cual el suelo pierde su plasticidad por secado y aumenta su fragilidad hasta que las partículas quedan en contacto. Cohesión.- Es la atracción entre partículas, originada por lasa fuerzas moleculares y las películas de agua. Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide en kg/cm². Los suelos arcillosos tienen cohesión alta de 0,25 kg/cm² a 1.5 kg/cm² o más. Los suelos limosos tienen muy poca y en las arenas la cohesión es prácticamente nula. Los suelos no plásticos de grano fino pueden exhibir una cohesión aparente cuando están en condiciones de saturación parcial. El valor de cohesión que se utiliza al diseñar depende directamente de las condiciones de drenaje bajo la carga impuesta, así como del método de prueba que se emplee para calcularlo, por lo que todo se debe evaluar cuidadosamente. Todo suelo debe ser identificado clasificado por laboratorista antes de ser sometido a un ensayo. Para simplicidad, los suelos se pueden dividir en dos clases:
a) Granulares: Son los suelos que no poseen ninguna cohesión, y consisten en rocas, gravas, arenas y limos. b) Cohesivos: Son suelos que poseen características de cohesión y plasticidad. Dichos suelos pueden ser granulares con parte de arcilla o limo orgánico, que les importen cohesión y plasticidad, o pueden ser arcillas o limos orgánicos sin componentes granulares.
MÉTODOS DE EXPLORACIÓN Ensayo de Penetración Estándar Es el método de exploración y muestreo usado comúnmente en el Perú y la mayoría de países de América, por lo que se hace necesario dar a conocer algunos aspectos de importancia en lo relativo a este método.
Peso del martillo: 140 lbs. Altura de caída: 30 plgs. Herramienta de avance: cuchara partida. Motor de 5 a 5.5 HP.
Comentarios del SPT
Recuperación: % del material recogido por la cuchara partida, si recupera poco a poco, se sospecha que el suelo sea granular. Valor de “N”: resistencia que opone el subsuelo a ser penetrado un pie (30 cm) usando el equipo de Penetración Estándar. Rechazo: según criterio del ingeniero geotécnico, normalmente se define cuando un suelo posee valores de N>50 golpes/pie.
Pozos a Cielo Abierto (Calicatas)
Alternativamente al ensayo de penetración estándar, para la obtención de muestras alteradas o inalteradas, se podrá emplear la excavación de pozos a cielo abierto
Perforación Rotativa Cuando se requiera que las cargas generadas por las edificaciones proyectadas se transmitan directamente en la roca, la mínima profundidad del sondeo dentro de la roca intacta deberá ser de 3.00 m. Si la roca existente está fracturada y/o intemperizada, la profundidad del sondeo deberá incrementarse a criterio del ingeniero geotécnico.
Exploración Geofísica
Hoy en día se dispone de varios tipos de equipos para realizar una exploración geofísica. Estos equipos permiten cubrir rápidamente grandes áreas y son menos caros que los métodos convencionales de perforación rotativa. Sin embargo, en muchos casos la interpretación definitiva es difícil, por esa razón esta técnica debe ser utilizada solamente para trabajos preliminares. Es común que para la exploración geofísica se realicen alguno de los tres (3) métodos, dependiendo de las necesidades del proyecto: 1) Refracción sísmica 2) Cross-Hole 3) Resistividad eléctrica
CAPITULOS III SISTEMA CONSTRUCTIVOS 3.1. Cimentaciones superficiales Este tipo de cimentaciones admite dos métodos de ejecución en función, principalmente, de la naturaleza del terreno situado sobre la cota de asiento de las zapatas aunque caben otras consideraciones. En primer lugar, en suelos coherentes con poco riesgo de desmoronamiento de desmoronamientos se procede a la excavación directa del hueco de la zapata, se coloca una capa de hormigón de limpieza, se sitúan las armaduras y se hormigona directamente actuando la excavación como cajón de encofrado. Cuando, por el contrario, el terreno presenta poca cohesión se hace preciso realizar excavaciones más amplias y emplear un encofrado convencional.
Cuando, por el contrario, el terreno presenta poca cohesión se hace preciso realizar excavaciones más amplias y emplear un encofrado convencional.
Teniendo en cuenta que estas excavaciones ampliadas pueden dificultar el movimiento de la maquinaria, en ocasiones resulta preferible descalzar el terreno hasta la cota de apoyo de los cimientos, realizar las zapatas encofrando con cajones y, una vez terminada la cimentación, rellenar. 3.2.
Cimentaciones profundas
En la colocación de pilotes existen tres técnicas diferentes, el hincado, la colocación y la ejecución “in situ”. El hincado consiste en la introducción en el terreno de los pilotes ya formados mediante vibración o percusión con martinetes provistos de mazas. Estos métodos se emplean con pilotes de hormigón prefabricado, de madera o perfiles metálicos provistos, en cualquiera de los casos, de protecciones metálicas adecuadas en la punta (azuches). La maquinaria debe estar dotada de dispositivos de control que impidan el descentrado de las mazas. Teniendo en
cuenta que esta operación produce desplazamientos laterales en el terreno, el proyecto de hincado debe contemplar una ejecución desde el interior de la obra hacia el exterior. La colocación se restringe a pilotes metálicos que se introducen en pozos excavados previamente y que, posteriormente, se rellenan con mortero o con hormigón. La ejecución “in situ” consiste en realizar una excavación en pozo con o sin entibado hasta cota de asiento donde se introducen el hormigón y las armaduras. Los pozos se entiban con camisas que se retiran a medida que avanza el hormigonado salvo que existan condiciones susceptibles de cortar o deteriorar el hormigón (corrientes subterráneas, suelos deformables) en cuyo caso debe considerarse el perderlas. Cabe también la entiba sustitutiva o complementaria mediante relleno de lodos bentoníticos. Las ejecuciones sin entibación son admisibles en suelos estables y siempre que no exista riesgo de alteración de las paredes o el fondo del pozo. También cuando se emplea la perforación con barrena continua en la que la entibación la constituye el propio elemento perforante; el hormigonado se produce a través del eje de la barrena a medida que se retira y las armaduras se hincan a posteriori en el hormigón fresco. Se considera recomendable en pilotes aislados, cuando tengan una inclinación mayor de 6º o cuando existan capas de terreno inestable con un espesor mayor que 3 veces el diámetro del pilote. Tampoco en zonas consideradas de riesgo sísmico.
CAPITULOS IV DISEÑO DE CIMENTACIONES La elección de los criterios normativos del diseño de cimentaciones -tipo de cimientos, su profundidad y carga permisible o carga de apoyo- suele ser un proceso repetitivo. Para que brinden un apoyo adecuado, todas las cimentaciones deben cumplir dos requisitos simultáneos: a) Capacidad de carga por apoyo adecuada cimentación. b) Asentamientos estructurales tolerables. Aunque relacionados, estos dos requisitos no se satisfacen automáticamente al mismo tiempo. Una cimentación con insuficiente capacidad de apoyo también se asienta excesivamente; pero lo mismo puede sucederle a una cimentación con capacidad adecuada. Por tanto, los dos factores, capacidad de carga, o apoyo, y asentamiento, deben ser revisados para basar el diseño de los cimientos en la condición que resulte crítica.
Pasos del Diseño de Cimentaciones En la práctica, el procedimiento general que se sigue para el diseño de cimientos consiste: 1. Determinar la capacidad de carga inherente al tipo o tipos de cimentación posibles, dadas las condiciones del subsuelo y los requisitos estructurales del proyecto. 2. Reducir las capacidades últimas de carga calculadas multiplicándolas por un factor de seguridad de 2 a 3. El factor de seguridad más alto se utiliza donde se tiene menor certeza acerca de las condiciones del subsuelo. 3. Calcular los asentamientos que pueden ocurrirle a una cimentación con capacidad de carga permisible reducida y con las cargas estructurales previstas.
4. Si los asentamientos son estructuralmente aceptables, calcular los costos de los tipos de cimentación satisfactorios, sobre una base que permita comparaciones, como el precio por tonelada de carga en columnas o el costo por metro cuadrado en área construida. Dichos costos deben incluir todos los elementos estructurales del sistema de cimentación, como el casquete (remate) de los pilotes y cualquier trabajo de mejora del suelo que se considere necesario; no se deben olvidar siquiera los costos excepcionales, como la eliminación de aguas. También es necesario ponderar el tiempo que se requiere para la construcción. Si todos los demás factores son iguales, optar siempre por el sistema de menor costo. 5. Si los asentamientos son inaceptables en todos los tipos de cimentación considerados, explorar otras alternativas, como mejora del suelo, reubicación del edificio, disminución de las presiones o cargas de apoyo, diferentes profundidades de apoyo y revisión de la superestructura. Repetir los casos 3 y 4 hasta que se encuentre una cimentación segura y lo más económica posible.
CONCLUSIONES Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario conocer las propiedades y características de cada uno de los suelos encontrados. Así como su granulometría, plasticidad, ángulo de fricción interna del suelo, cohesión, peso específico y otros. Se establecieron de una manera específica los tipos de cimentaciones más comunes, como superficiales, profundas y semiprofundas. Para las cuales se hace necesaria conocer la capacidad de carga del suelo donde se necesita apoyar la cimentación, que se puede determinar mediante los métodos propuestos. Se hizo una recopilación de los estudios de laboratorio realizados, representados mediante tablas estratigráficas y una zonificación de la ciudad. En ellas se determinan el tipo de material predominante en cada una de las zonas y la resistencia a la penetración “N”, establecidos mediante ensayos de penetración estándar. En la zonificación establecida por nuestra investigación, se realizaron estudios de laboratorio de penetración estándar en cada zona para verificar las características y propiedades del material existente, así como su capacidad de carga, de acuerdo a las tablas estratigráficas y al Plan de desarrollo urbano de la ciudad. Se encontró que el material más desfavorable en una zona, por lo que se hace necesario la cimentación profunda mediante pilotes colados en el lugar, siendo éste el método más efectivo y económico ejecutado actualmente en nuestro país. Para la realización del diseño tipo de pilote, se consideró el método de pilotes por punta, establecido por los resultados de laboratorio de las pruebas ejecutadas. Al mismo tiempo, se verificaron los datos proporcionados por el laboratorio, como: capacidad de carga y diámetro del pilote. Se establecieron los distintos procesos constructivos de cimentación profunda mediante los diferentes métodos utilizados en nuestro país y en el extranjero.
