Contenido 3: FUNDACIONES
FUNDACIONES
El cimiento es la vinculación en un sentido amplio y estricto del edificio y el suelo .
Este vínculo deberá cumplir con las necesidades de llevar al suelo las cargas (pesos) que el resto de la estructura va recibiendo de toda la construcción.
Algunos de los puntos destacados que nos brindan la realización de un estudio de suelos son los siguientes:
a) Los parámetros resistentes: Su conocimiento nos permitirá resolver en forma y dimensiones las necesidades fundamentales.
b) La consistencia : Nos permite prever los métodos y equipos necesarios, para arribar exitosamente, mediante una excavación a la cota requerida.
c) La homogeneidad: O la falta de ella, conjuntamente con la deformabilidad del mismo nos hacen prever la posibilidad de asentamientos diferenciales y tomar los recaudos estructurales correspondientes.
d) Nivel de la napa freática: Este aspecto puede cobrar una tremenda importancia económica y constructiva si se encuentra por encima de la cota de fundación. En muchos casos, sobre todo en suelos de tipo granular con altas permeabilidades, aunque las características resistentes permitan pensar en una fundación directa, se opta por cambiar a una de tipo indirecta por este condicionante.
e) Agresividad del suelo: Nos permite prever un adecuado recubrimiento de las armaduras, proyectar hormigones especiales con cementos resistentes a las agresiones y/o la incorporación de adiciones activas.
Contando con las cargas y el estudio geotécnico se está en condiciones de proyectar la fundación que cumpla con las condiciones técnicas y económicas más convenientes.
Dependiendo de las características de la superestructura, del suelo de fundación y de la tecnología disponible en cada período histórico se fueron proyectando distintas variantes de fundación y hoy se cuenta con una amplia experiencia acumulada.
Una cimentación inadecuada para el tipo de terreno, mal diseñada o calculada se traduce en la posibilidad de que tanto el propio edificio como las fincas colindantes sufran asientos diferenciales con el consiguiente deterioro de los mismos pudiendo llegar incluso al colapso.
Grietas producidas en fachadas de edificios por asientos diferenciales
Cuando un edificio se coloca sobre terreno firme, es posible utilizar una cimentación superficial, pero cuando las capas de terreno firme con suficiente grosor se encuentran a cierta profundidad, las cargas del edificio deben trasmitirse a dichas capas a través de una cimentación profunda.
Tipos de Cimentaciones
1- Directas o Superficiales
2- Indirectas o Profundas
1- Cimentaciones Directas o Superficiales
Son aquellas que se realizan cuando el plano de fundación se encuentra a poca distancia bajo la base del edificio.
- Cimentaciones corridas bajo muros. (cimiento ciclópeo, zapata corrida)
- Cimentaciones aisladas (base de columna)
- Plateas
Cimentaciones corridas
Son estructuras sencillas basadas principalmente en muros de carga.
Cimiento de hormigón Ciclópeo
En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonando para economizar material.
Unidad de medida: m³
Medición
Ancho : es el mismo ancho de la zanja. Longitud : es idéntica a la longitud de la zanja.
Altura : es la indicada en planos de detalle.
Si no está indicado, puede tomar 30 cm.
para muros portantes y 15 cm. para tabiques.
Ejecución
Este tipo de cimiento no es práctico para profundidades de suelo firme que superen el metro y medio.
La zanja que realizaremos para su construcción no podrá ser menor de 40 cm de ancho, ya que se complica trabajar en un espacio tan reducido. Su fondo deberá estar nivelado y compactado.
El llenado de la zanja se hará en capas alternadas de hormigón y piedra granítica, antes de ellas colocaremos una de arena gruesa de 5 cm. de altura. No debemos usar piedra extremadamente grande ya que correremos el riesgo de un mal llenado dejando huecos en el cimiento.
Zapatas corridas
Las Zapatas Corridas se aplican normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible sobre el terreno.
Por practicidad se adopta una altura mínima para los cimientos de hormigón de 30 cm. aproximadamente. Si las alturas son mayores se les da una forma escalonada teniendo en cuenta el ángulo de reparto de las presiones.
En el caso de que la tierra tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se utilizarán encofrados. Si los cimientos se realizan en hormigón apisonado, pueden hormigonarse sin necesidad de los mismos.
Zapata maciza
La zapata maciza solo trabaja a la compresión.
Es una zapata que no necesita ir armada, aunque puede colocarse una pequeña armadura si la carga lo requiere, y de esa manera se evita que el cimiento se abra (armadura de reparto). El ángulo de reparto de las presiones en zapatas de Hormigón compactado es de 60°.
Esta sección suele usarse más en zapatas o cimentaciones continuas.
En zapatas ejecutadas con ladrillos, cal, arena y cemento es de 45°.
En la mayor parte de los casos, los cimientos de hormigón compactado pueden hormigonarse sin necesidad de encofrados. Las paredes de las zanjas se cortan lo más verticales posibles y se hormigonan con pinzas de no más de 30 cm de grosor. Es necesario el uso de encofrado en el caso que las paredes del terreno tiendan a desmoronarse.
Zapata rígida
La zapata rígida suele armarse con una carga de hierro de alrededor de 25 a 40 kg/m3. En la armadura se utilizan barras de un diámetro mínimo del orden de 12 mm para evitar la corrosión.
Su cobertura mínima es de 8 cm.
Zapata Flexible
La Zapata Flexible, por sus dimensiones, se encuentra tanto en esfuerzos de compresión como de tracción.
La armadura reparte los esfuerzos de tracción producidos en la zona inferior de la zapata.
Aunque la cantidad de armadura depende del terreno y de la carga que soporta el cimiento, suele oscilar entre 50 y 100 kg/m3.
Proceso Constructivo
Excavación y Hormigón de Limpieza
Después de efectuar el replanteo de la zapata, se inicia la excavación con una retroexcavadora con cuchara, en el caso de terreno de tránsito, o con martillo en caso de terreno rocoso o conglomerado, reservando el material acopiado para el posterior relleno o para su transporte a vertedero. De acuerdo al tipo de terreno ya la profundidad de excavación se disponen los taludes necesarios para garantizar su estabilidad.
Al llegar al fondo de la excavación, la misma se nivela y se comprueba si el terreno, considerando las condiciones de tensión admisibles del proyecto, es el previsto para efectuar la cimentación.
Las dimensiones de las zapatas deben ser las de los planos, con una tolerancia en + ó - 5 cm.
Antes de verter el hormigón de limpieza, se limpiará el fondo de la excavación quitando cualquier material suelto hasta obtener una plataforma horizontal. En la superficie de la excavación se disponen repartidos uniformemente marcando la cota de hormigón de limpieza coincidiendo con la cota inferior de la zapata. En caso de que sea necesario, se coloca seguidamente el encofrado lateral, comprobando las dimensiones y pendientes. Luego se coloca el hormigón de limpieza para nivelar el fondo de la excavación y para preparar la colocación de la armadura.
Armaduras
Comprobada la colocación de la ferralla, se efectúa el replanteo de la cota de hormigonado colocando barras de acero o pintando los laterales. Luego se dispongan cuerdas entre las marcas para la nivelación de la superficie de hormigón.
Previo a hormigonar, debe limpiarse la superficie de asiento de toda la suciedad y materiales sueltos. Se lava la superficie y si quedan charcos, debe eliminarse todo el resto de agua.
Se hormigona con bomba o grúa con cubilote. El hormigón se coloca con vertido directo, desde una altura menor o igual a 1,5 m., tratando de que no segregue y considerando los factores climáticos (EHE).
Al hormigonar, debe cuidarse que no se produzcan desplazamientos de los encofrados o de las armaduras y tratando que no se formen juntas, coqueras o planos de debilidad dentro de estas secciones. El hormigón se coloca en forma continua o en capas, con esperas cortas para que al colocar la capa siguiente, la anterior aún se encuentre en estado plástico, para evitar la formación de junta fría.
Se compacta el concreto mediante vibradores de aguja, considerando que la aguja se introduce profundamente en la masa vertical y debe quitarse con lentitud y velocidad constante.
El hormigón se compacta en tongadas no mayores a 60 cm. Cuando se compacta por tongadas, la aguja del vibrador debe introducirse en la capa inferior entre 10 y 15 cm.
Cuando las cargas transferidas por la superestructura son aproximadamente puntuales, bajando a través de columnas y el suelo además de la metodología constructiva lo permiten, se adoptan para las bases aisladas (también conocidas como zapatas aisladas) que se disponen una debajo de cada columna.
En la actualidad, la mayoría de las bases que se proyectan y construyen son de hormigón armado, sin dejar de mencionar que en edificios de algunos años se pueden encontrar bases armadas de mampostería de ladrillo u otros materiales.
Conocidas las cargas transferidas por la superestructura (Fuerzas verticales, horizontales y momentos) y con los datos de los estudios de suelos, que nos darán entre otras cosas la profundidad de fundación (tapada t ) y la tensión admisible σ tadm , podremos calcular el área de la base.
Las zapatas aisladas van arriostradas con riostras de concreto armado de sección inferior a la zapata.
· Armado de la parte inferior : Se realiza una malla, conformado por barras cruzadas ; la separación entre barras no ha de superar los 30 cm.
·
Recubrimiento para evitar la corrosión : Separación de las armaduras, entre 5 a 10 cm. del borde y del fondo de la zapata, dependiendo del tipo de hormigón utilizado y de las características del terreno .
·
Barras : Se recomienda utilizar diámetros de barras grandes, mínimo del ø12, ante posibles corrosiones .
La armadura longitudinal del pilar llega hasta la malla, por lo cual se colocan armaduras de espera iguales que las de los pilares.
Detalle constructivo de la armadura de una base aislada.
Proceso Constructivo
El replanteo debe ejecutarse sobre un terreno limpio y despejado , sin obstáculos por en medio que dificulten la tirada de lienzas. Es muy conveniente además, prolongar los ejes principales hasta el exterior de la zona de la cimentación, dejando punto fijo desde el que se pueda realizar comprobaciones en caso de que las lienzas o marcas dejadas como replanteo hayan sufrido deterioro debido a los propios trabajos.
Una vez ejecutada la excavación de los pozos, zapatas de cimentación y riostras vemos que el terreno sobre el que nos encontramos se ha convertido en un montón de agujeros que deberán ser atravesados en muchas ocasiones. En previsión de evitar accidentes, es necesaria la colocación de pasarelas para poder cruzar por encima de las riostras, así como escaleras para poder bajar a los pozos sin necesidad de saltar al interior.
Previamente a la colocación del armado, se colocarán los calzos separadores sobre el concreto de limpieza, para asegurar los recubrimientos mínimos exigidos que se indican en las especificaciones de proyecto. Dichos separadores estarán homologados, no permitiéndose el uso de piedras, trozos de bloque o ladrillo como apoyo del armado.
Los ejes de armado de riostras y vigas centradas serán coincidentes con los ejes de los pilares de sus extremos. Es aconsejable marcar los ejes sobre el hormigón de limpieza antes de colocar los elementos de armado.
Se asegurará la posición de los pilares respecto de las zapatas mediante el atado de las patillas al emparrillado inferior de la zapata, además de atar también las esperas de pilar al emparrillado superior, para evitar así movimientos durante el proceso de hormigonado. Se seguirán estas instrucciones también para las esperas de los muros.
El vertido de hormigón con bomba se realizará a una altura no superior a 1m, realizado con dos operarios manejando la manguera de hormigonado mediante soga (no coger directamente la manguera), provistos de guantes, botas impermeables, casco y gafas de protección contra proyecciones de hormigón.
El hormigonado se realizará comenzando en el eje de pilares , desplazando el vertido hacia las riostras según se va llenando la zapata. Se prohíbe ejecutar por capas, siendo obligatorio llenar completamente el elemento que se está hormigonando antes de desplazar el vertido a otro elemento de la cimentación.
Durante el vertido del hormigón habrá un operador encargado de ejecutar el vibrado del mismo. Dicho operario no tendrá ninguna otra función que no sea ir detrás de la manguera de hormigonado vibrando el hormigón recién vertido . Durante las esperas entre camiones, seguirá vibrando hasta que quede vibrada toda la superficie vertida. Se vibrará introduciendo en vertical la aguja del vibrador, manteniéndola durante 3 segundos, sacándola y volviendo a introducirlo en zona adyacente. Es preferible vibrar poco tiempo pero en muchos puntos .
No se ejecutará el hormigonado de la cimentación sin la aprobación expresa de la dirección facultativa.
Una vez ejecutado el hormigonado, los elementos de cimentación se mantendrán humedecidos durante al menos 4-5 días (incluso no laborables), mediante riego a primera hora de la mañana y primera hora de la tarde como mínimo, así como siempre que se observe que la superficie del concreto se encuentra seca o que hace más calor o viento del habitual, en cuyo caso se mantendrá encharcada la superficie.
PLATA O LOSA DE FUNDACIÓN
Este sistema de fundación puede ser considerado una propuesta válida cuando el terreno tenga poca capacidad resistente, cuando resulte muy heterogéneo, lo que nos lleva a pensar en la posibilidad de que surjan asentamientos diferenciales o cuando aparezcan subpresiones, en el caso que las napas freáticas se encuentren altas, por encima de la cota de subsuelo, o existe esta posibilidad futura.
Otra pauta concreta que nos puede llevar a pensar en una placa es en aquellos casos en que luego de haber hecho un primer intento con bases la superficie ocupada por las mismas resulta de aproximadamente el 50% del edificio, en cuyo caso seguramente resultará más económica la placa.
Esquema Platea de Fundación
Las plateas de fundación son cimentaciones superficiales, sobre el terreno natural, una losa de hormigón armado apoyada en el terreno, reforzada con vigas perimetrales y vigas debajo de los muros portantes. Una placa para una vivienda convencional tiene 10 cm ó 12 cm de espesor y doble malla de acero (superior e inferior). Si la vivienda es de 2 plantas puede llegar a 15 cm y las mallas de diámetro 6 mm y 8 mm, para construcción tradicional. Siempre la subrasante debe estar bien compactada y debe tener valor soporte. El hormigón para placa, mínimo H21 (cantidad de cemento x m3 300kg).
Las plateas actúan como planos rígidos y tienen la propiedad de repartir uniformemente las cargas sobre el terreno, que se ve menos solicitadas ante cargas puntuales de columnas, cuando el terreno es malo, rellenos, arcillas, evitando asientos diferenciales, que se producirían con otro tipo de fundación, ante pérdidas de agua. Por lo general, el costo de las placas es mayor que otros sistemas, pero las ventajas también son mayores. En toda edificación los suelos deben resultar uniformes y estables en el tiempo, especialmente frente a las variaciones de humedad.
Se emplea en general, 1) cuando la tensión admisible del terreno es menor a 0,8 kg/cm2 se recomienda la placa . 2) Cuando la edificación es muy pesada, resultando las bases y zapatas de dimensiones demasiado grandes y cercanas entre sí, cuando superan el 50% de la superficie del edificio sobre el terreno. 3) En edificaciones livianas, como viviendas de una y dos plantas, como la construcción en seco. También en prefabricadas y casas de madera, sirven también de contrapiso.
Construcción de una platea
1. Retirar toda la capa de tierra superior por lo menos los primeros 40cm.
2. Rellenar con piedra tosca, machaca, partida, canto rodado, y apisonar en capas no mayores a 20 cm cada una. Este relleno debe incluir un perímetro exterior de 60 cm a 1 m de ancho, que será una vereda perimetral que tendrá la meseta.
3. Se realiza el replanteo de vigas y ubicación de sanitarios. Se prepara el encofrado de borde para la platea.
4. Se realiza toda la instalación de cloacas bajo planta baja.
5. Se cubre toda la superficie con una película de no menos de 200 galgas, solapando 20 cm entre paños y se esparcen 10 cm de arena para evitar rotura del polietileno impermeable.
6. Colocar la armadura inferior y superior de la platea, con separadores y las vigas de refuerzo. La armadura de la platea debe anclarse a las vigas.
7. También se coloca la armadura de espera para las columnas.
8. Se vacíe el hormigón y se corta a nivel.
2. Cimentaciones indirectas o profundas
Las fundaciones profundas surgen por la necesidad de transmitir las cargas de las estructuras a capas profundas del terreno, cuando no es posible resolver la cimentación con zapatas, losas o estructuras superficiales.
En otras palabras, una fundación profunda permite transmitir las cargas de diferentes estructuras a una capa competente, atravesando un terreno no apto para soportar dichos esfuerzos, se intentará previamente llegar a esa capa por medio de pilotos o de pozos .
a) Pilotes de hormigón
Los pilotes excavados (también llamados pilotes pre-excavados, los pilotes excavados perforados y los pilotes
hormigonados “in situ”, constituyen una de las soluciones clásicas de cimentación o fundaciones especiales. Su utilización está generalmente relacionada a la baja capacidad del suelo o bien por la necesidad de resistir grandes cargas transmitidas por la estructura a fundar. Su diseño permite soportar combinaciones de esfuerzos verticales, horizontales y momentos reflectores, como por ejemplo en las fundaciones de puentes, edificios o pilotos utilizados como contención de taludes.
El desarrollo constante de nuevos equipos y herramientas hacen posible obtener rendimientos y profundidades de excavación que antes eran impensadas. Los Pilotes alcanzan profundidades hasta aprox. 60 m, dependiendo del tipo de suelo y condiciones de la obra. Los diámetros normales de los pilotos oscilan entre los 620 y 2000 mm y pueden emplearse en todo tipo de terreno, incluso en roca, si se utilizan las herramientas de perforación o excavación adecuadas.
Las fases de ejecución de un piloto excavado y un piloto hormigonado son básicamente tres:
- Realización de la excavación o perforación. Dependiendo del tipo de suelo, se pueden utilizar camisas de acero recuperables o lodos para sostenimiento de las paredes de la excavación.
- Colocación de la armadura.
- Colocación del hormigón.
La utilización más frecuente de los pilotos se da en los siguientes casos:
Fundaciones de Puentes en lechos de ríos, pasos superiores sobre carreteras, etc.
Fundaciones de edificios o estructuras con grandes aplicaciones en terrenos de baja capacidad portante.
Sostenimientos de taludes y excavaciones masivas en edificación complementadas con Anclajes Postensados.
Fundaciones para torres de Líneas de Alta Tensión, torres de telefonía, torres eólicas, etc.
Proceso constructivo
Vínculo entre los pilotos y la estructura del edificio.
b)
Vibrosustitución o columnas de grava
La vibrocompactación y vibrosustitución son técnicas de mejora de suelos mediante vibración profunda. El uso de vibradores profundos garantiza que la mejora tendrá un alcance muy superior en el terreno.
La Vibrocompactación es aplicable en suelos granulares (generalmente con un contenido en finos inferior al 10%). La mejora del terreno se consigue por la reducción de huecos entre partículas gracias a la vibración producida por el vibrador. Durante el tratamiento, que se ejecuta en forma de malla (en planta), se obtiene una compactación del terreno que deriva en una disminución del espesor de la capa tratada, espesor que habrá que aportar y compactar si hay que recuperar la cota de partida.
Las columnas de grava, también conocidas como vibrosustitución, son una técnica de mejora de suelos mediante vibración profunda y aporte de gravas al terreno, formando columnas de grava compactadas que incrementan la capacidad portante global, reducen los asentamientos y eliminan o reducen significativamente el potencial de licuación sísmica.
En función de las necesidades de cada proyecto y de los objetivos geotécnicos requeridos, se definen los parámetros del tratamiento: profundidad, distancias de la malla, energía del vibrador, etc.
Ambos métodos de mejora pueden constituir alternativas de mejor plazo y economía para:
Fundación de edificios o estructuras industriales, como alternativa al cambio de suelos o pilotaje.
Fundación de terraplenes de estructuras viales o industriales para reducir (y acelerar) asentamientos e incrementar la capacidad de carga.
Controlar la licuación sísmica como alternativa al cambio de suelos.
Proceso constructivo
1. El vibrador se posa en el terreno previamente preparado. Se carga el tubo de inyección y el depósito de grava con el material de aportación.
2. Se hinca el vibrador hasta la profundidad deseada y se eleva el vibrador aproximadamente metro y medio. La grava sale por el cabezal.
3. Se vuelve a hincar el vibrador, compactando así el material aportado.
Se repite el proceso hasta conseguir una columna compacta.
c) Pilotos de hormigón en masa por vibrosustitución
Los pilotos de hormigón en masa hincados por vibración son aplicables en terrenos con capas blandas (incluso orgánicas) situadas sobre estratos firmes. Se trata de un método con poco riesgo de asentamiento posterior, apto para cargas ligeras y medios de edificios.
Proceso constructivo
1-
Llenado del tubo de inyección.
2-
Hincado del vibrador.
3-
Hormigonado con bomba.
4-
Compactado y ampliación del diámetro mediante movimientos verticales del vibrador en el fondo, retirada continua del vibrador y hormigonado del fuste.
d)
Pilotes Prefabricados hincados in situ
Los pilotos de madera, son las más antiguas de los pilotos prefabricados, en el presente, su uso es poco frecuente. En la actualidad, normalmente se construyen pilotos de acero u hormigón armado de elevada capacidad portante y muy resistente a la putrefacción y ataque de parásitos; se hincan por golpeo o a la presión, se introduce al chorro de agua o se enroscan en el terreno.
Las trepidaciones producidas al hincar pilotes con el martinete pueden provocar asentamientos y grietas de edificios o vías vecinas.
El hincado de los pilotos debe ir precedido de cuidadosas perforaciones de exploración para precisar la posición exacta de las capas firmes del terreno.
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 pilotos de armado de concreto convencional se utilizan para trabajar a la compresión; Los de hormigón pretensado funcionan bien a la tracción.
Estos pilotos se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica equipada para hincada del piloto.
Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm. x 30cm. ó 45 cm. x 45cm.
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 piloto 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.
http://www.terratest.cl/tecnologias/pilotes-pre-excavados/#aplicaciones
http://www.terratest.cl/tecnologias/vibrosustitución/
http://www.terratest.cl/tecnologias/micropilotes/
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