Cimentaciones profundas – Tipos y proceso constructivo

Cimentaciones – Cimentaciones Profundas

CONSTRUCCIONES DE CIMENTACION
Los cimientos son la parte inferior de la edificación, destinada a soportarla y transmitir al terreno todas las cargas. Los cimientos pueden ser superficiales o profundos, dependiendo
del tipo de edificación a construir, su peso y la profundidad a la que se encuentra el terreno firme y su espesor, determinado en el estudio de suelos.
Una cimentación deberá cumplir tres requisitos fundamentales:
1. el nivel de cimentación deberá estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios del volumen del suelo, capa freática y excavaciones
posteriores
2. tendrá unas dimensiones tales que no supere la estabilidad o capacidad portante del suelo.
3. No deberá producir un asiento en el terrero que no sea absorbible por la estructura (asientos admisibles)
TIPOS DE CIMENTACIONES
CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Se recomiendan cuando a poca profundidad se ubica un suelo de cimentación con buena resistencia capaz de soportar la edificación proyectada.
En una cimentación superficial la reacción del suelo equilibra la fuerza transmitida por la estructura. Esta reacción de fuerzas, que no tiene un patrón determinado de distribución,
se realiza en la interfase entre el suelo y la sección transversal de la cimentación que está en contacto con él. En este caso, el estado de esfuerzos laterales no reviste mayor
importancia. En consecuencia, el comportamiento estructural, de una cimentación superficial tiene las características de una viga o de una placa.
Las cimentaciones superficiales, cuyos sistemas constructivos generalmente no presentan mayores dificultades pueden ser de varios tipos, según su función: zapata aislada, zapata
combinada, zapata corrida o losa de cimentación.

Zapatas Aisladas: son las cimentaciones poco profundas más económicas, pero también las más susceptibles a los asentamientos diferenciales. Casi siempre
soportan cargas concentradas aisladas, como las que descargan las columnas . Generalmente, las zapatas aisladas son de planta cuadrada y en la proximidad de
los linderos del lote, suelen hacerse rectangular. La superficie de apoyo de una zapata aislada, se obtiene dividiendo la carga que debe transmitir sobre la capacidad
portante admisible del suelo, teniendo en cuenta el propio peso de la cimentación. Por ejemplo, una carga total de 400 KN sobre una arcilla que sea capaz de
soportar 200 KN/ m2, necesitará de una zapata de 2 m2 de superficie. Las zapatas aisladas es una solución de cimentación satisfactoria mientras que no se junten
demasiado una zapata de la otra; de presentarse esta situación se sugiere utilizar zapatas combinadas o corridas.
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.
Zapatas corridas: se diseñan para redistribuir las concentraciones de esfuerzos de apoyo y los asentamientos diferenciales asociados, en el caso de condiciones
de apoyo variables o pérdida de terreno localizada bajo las zapatas. Se utilizan como cimiento de muros de carga, muros de contención por gravedad, muros de
cerca y cerramientos de elevado peso.

Proceso constructivo:
- Excavación manual hasta el suelo de cimentación.
- Base de concreto pobre: una vez hecha la excavación hasta el suelo de cimentación, se debe colocar una capa de concreto de limpieza de 5 cms de espesor, cuya
superficie debe alcanzar la cota inferior de la cimentación indicada en los planos. Esta base de concreto simple será en concreto pobre de 70 KG / cm2 y su unidad
de medida es el metro cúbico.
- Luego, se arman los testeros de formaleta correspondientes a las caras laterales de las zapatas; estos testeros pueden ser de madera o metálicos y deben ser
aceitados previamente para facilitar el desencofrado una vez se hayan fundido las zapatas en concreto.
- Posteriormente, se procede a colocar los refuerzos de la zapata y los arranques de columna de acuerdo con los planos de cimentación con los debidos traslapos
mostrados en los planos estructurales; los hierros se amarran con alambre.
- Finalmente, se hace el vaciado del concreto.
- Fundidas las zapatas de la cimentación se procede a armar y fundir las vigas de cimentación que articulan las zapatas.
Vigas de cimentación o vigas de amarre: Son las vigas que enlazan las columnas a nivel de cimentación. En el caso de cimentación en concreto ciclópeo o zapatas
continuas, las vigas se ubican sobre el cimiento. En el caso de zapatas aisladas o dados de cimentación de pilotes, las vigas cumplen una función de articular estos
elementos a nivel de cimentación. Se construyen en concreto de 3000 PSI (210 Kg/cms2) y se refuerzan con el hierro indicado en los planos estructurales de
cimentación. Su unidad de medida es el metro cúbico.

Proceso constructivo
1. Interpretar el plano estructural
En éste se puede ver: dimensiones, localización de armadura y sus diámetros, distancias y flejes.
También figuran en el plano los anclajes entre vigas, así como los anclajes para los cimientos y las columnas.
2. Medir, cortar y figurar el hierro.
Teniendo como base las especificaciones que dan los planos estructurales proceda a medir y cortar el hierro principal para la viga, el de los flejes, y el de las
columnas.
3. La figuración de los estribos se realiza teniendo en cuenta el recubrimiento del hierro con hormigón. En el caso de una viga de 15 cm de ancho por20 cm de
alto, se debe hacer el estribo dejando 2.5 cm para recubrimiento a cada lado, lo que hace que el estribo quede de 10 cm de ancho por 15 cm de alto y un gancho
interno de 8 cm para que se ancle en el hormigón. Por lo tanto se debe cortar la varilla para este estribo de una longitud igual a:
15+10+15+10+8+8= 66 cm

4. Armar la canasta para la viga y la columna.
Se preparan hilos de alambre dulce # 18 en longitudes de 20 cm y con el bichiroque o gancho para amarrar se procede a armar la canasta teniendo en cuenta que
los estribos van más juntos a los extremos de la viga, cerca a las columnas, por lo tanto allí se colocan a 10 cm y en los centros a 20 cm.
5. Trasladar y emplazar la canasta
Se lleva la canasta y se coloca sobre el cimiento (concreto ciclópeo, zapata o dado de pilotes); y se realiza los empalmes o traslapes necesarios con el cimiento de
acuerdo con las especificaciones.
6. Colocar arranques de columnas: Los arranques de columnas se anclan o amarran después de colocada la canasta de la viga de cimentación.
7. Armar y colocar formaleta o encofrados de madera.
Se untan con aceite quemado o con parafina con acpm los testeros de la formaleta para que el hormigón no se pegue del encofrado.
Se procede a localizar la formaleta teniendo como guía los ejes de la viga, se colocan a plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte
superior para que el ancho de la viga se mantenga uniforme
8. Clavar y arriostrar el encofrado:
Es necesario colocar, como se muestra en el dibujo, riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el empuje lateral del hormigón durante al vaciarlo.
La canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del fondo y completamente embebida en el hormigón. Se marcan los niveles,
estableciendo la altura de la viga y se fijan unos clavos para enrasar la corona del cimiento.
9. Fundida de la viga: Se procede a fundir la viga para lo cual se utiliza un concreto de 3000 PSI. Durante el vaciado se debe chuzar el hormigón con una varilla de
1/2 o 5/8 de pulgada y vibrar con una maceta de caucho mediante golpes suaves sobre la formaleta, o vibrar con vibrador mecánico sin excederse para no causar
disgregación de los materiales.
10. Nivelar corona de la viga
Colocando un hilo entre los clavos de nivelación y con la ayuda del palustre se procede a emparejar el concreto u hormigón hasta el tope que marca el hilo para

que así quede nivelada la corona.
11. Desencofrado y curado
Después de pasadas 12 horas, o al día siguiente de fundida la viga de cimentación se procede a desencofrarla, quitando con mucho cuidado la formaleta y luego
rociando con agua la viga por 7 días consecutivos, como mínimo, según lo establece la norma NSR-98
Losas de cimentación: Consiste en soportar todo el edificio sobre una losa de hormigón armado, extendido a una superficie tal que, tomando la carga total que
transmite el edificio y dividiéndola sobre el área de la placa no solicite al suelo bajo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible. Para edificios
pequeños el espesor de losa puede estar comprendido entre 15 y 22.5 cms y para edificios algo mayores se usan espesores de losa comprendidos entre 22.5 y
37.5 cms. En edificios grandes, la losa suele dotarse de unos nervios que unen los pies de las columnas o bien recorren el fondo de los muros; estos nervios, por
razones obvias de utilización del edificio, se disponen en la parte inferior de la losa. Su unidad de medida es el metro cuadrado.

5. Placa flotante: se utiliza cuando los terrenos son muy malos y no hay necesidad de colocar pilotes o el terreno firme está a demasiada profundidad y no justifica
el costo. Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio bastante, puede suceder que el lote de que se dispone no tenga un área
suficiente para albergar una losa de cimentación que distribuya la carga; en tal caso, se sugiere construir un cimiento que, a la manera de un barco, flote sobre el
suelo. Si el suelo excavado tiene un peso aproximado al del edificio que se le dispone encima, se comprende que el incremento de presión sufrido en el plano de
cimentación sea casi nulo. Se debe recordar que cuanto mayor es la profundidad, el suelo que allí se encuentra está más comprimido y por lo tanto mayor es su
capacidad portante. Su unidad de medida es el metro cuadrado.

Cimentación en pozo
La cimentación en pozo constituye una solución intermedia entre cimentaciones profundas y superficiales. Se aplica cuando la resistencia del suelo requerida se
alcanza a profundidades medias pero sin que se justifique la necesidad de cimentar con pilotes.
Para su ejecución se excava un pozo hasta la cota resistente y, a partir de aquí, existen dos posibilidades. La primera consiste en rellenar el pozo con hormigón
pobre hasta cota conveniente y, sobre esta columna, se apoya la zapata. La segunda consiste en ejecutar la zapata directamente sobre el suelo y, con objeto de
no aumentar la esbeltez del pilar, apoyar este sobre un plinto de hormigón. En ambos casos es preciso considerar en el cálculo el peso adicional, sea del bloque
de relleno de hormigón o de la tierra sobre la zapata.

Cimentaciones profundas
Se utilizan cuando se tienen circunstancias especiales:
• Cuando el terreno firme para cimentar se halla a mucha
profundidad. (más de 5 m)
• Cuando la obra vaya a tener cargas muy fuertes o concentradas y
el terreno no tenga suficiente resistencia.
• Se justifica su utilización luego de evaluar y concluir que el terreno
no permite cumplir económicamente con los requisitos mecánicos
fundamentales, utilizando cimentaciones superficiales, como en los
casos de la existencia de suelos blandos, sueltos, y/o expuestos a
socavación, típica de los cauces de los ríos.
• Se utiliza únicamente cuando resulta más barato que retirar el
terreno de poca capacidad portante y sustituirlo por otro más
resistente.
• Evita asientos e incremento de tensiones sobre edificios vecinos.
Usos:
Para naves industriales, almacenes, gimnasios, etc.

Cimentaciones profundas
Se pueden clasificar en los siguientes tipos:
a) pilote aislado: aquél que está a una distancia lo
suficientemente alejada de otros pilotes como para que no
tenga interacción geotécnica con ellos.
b) grupo de pilotes: son aquellos que por su proximidad
interaccionan entre sí o están unidos mediante elementos
estructurales lo suficientemente rígidos, como para que
trabajen conjuntamente.
c) zonas pilotadas: son aquellas en las que los pilotes están
dispuestos con el fin de reducir asientos o mejorar la seguridad
frente a hundimiento de las cimentaciones. Suelen ser pilotes de
escasa capacidad portante individual y estar regularmente
espaciados o situados en puntos estratégicos.
d) micropilotes: compuestos por una armadura metálica formada
por tubos, barras o perfiles introducidos dentro de un taladro de
pequeño diámetro, pudiendo estar o no inyectados con lechada
de mortero a presión más o menos elevada.

Cálculo de pilotes
Factores que se toman en cuenta:
a) Su construcción. Se calcula la sección del hormigón y del
hierro de que está compuesta su armadura; así como también
la transmisión de fuerzas por frotamiento con el terreno y
presión de la punta.
b) El transporte del taller a la obra por las vibraciones que
sufre el material.
c) Su levantamiento por grúa.
d) Su hinca.
e) Las cargas a soportar.
Como regla general, el cálculo se basa principalmente, en los esfuerzos que sufre durante
su transporte y la tensión producida al ser izado por la grúa para prepararlo a la hinca.
Se determina el número de pilotes, colocándolos según la forma de la losa sobre la que irá
la construcción, así como los momentos y la reacción que el pilote ejerce en su eje, pues es
necesario tener muy en cuenta el esfuerzo cortante a que está sometida la losa.
Se obtienen las medidas de las losas para cimentaciones con pilotes.

Tipos de cimentaciones profundas en función de la maquinaría utilizada:
Con entubación y trépano
•Formación de pilotes hincados por percusión sin extracción de tierras

Con cuchara bivalva
•Excavación, entubación, armadura, colado y extracción de entubación.

Con barrena helicoidal
• Excavación, armado con separadores y colado.

Tipos de pilotes según la forma de trabajo
a) pilotes por fuste: en aquellos terrenos en los
que al no existir un nivel claramente más
resistente, al que transmitir la carga del
pilotaje, éste transmitirá su carga al terreno
fundamentalmente a través del fuste.
Se suelen denominar pilotes “flotantes”
b) pilotes por punta: en aquellos terrenos en los
que al existir, a cierta profundidad, un estrato
claramente más resistente, las cargas del
pilotaje se transmitirán fundamentalmente
por punta.
Se suelen denominar pilotes “columna”.

Tipos de pilotes según su perfil longitudinal
-De sección uniforme. Son los más comunes.
-Troncos cónicos. permiten un fácil hincado pero tienen la tendencia a hundirse con el paso
del tiempo, debido a su forma de cuña. Son pilotes que trabajan por fricción.
-Escalonados. llamados también telescópicos, pueden construirse por tramos, para una más
fácil ejecución.
-De bulbo. presentan un ensanchamiento en la base, que mejora notablemente su
resistencia por punta.

Procedimientos Constructivos
Unidad 2: Cimentaciones – Cimentaciones Profundas
Tipos de pilotes por el tipo de material
a) hormigón “in situ”: se ejecutarán mediante
excavación previa, aunque también podrán
realizarse mediante desplazamiento del terreno o
con técnicas mixtas (excavación y desplazamiento
parcial).
b) hormigón prefabricado: podrá ser hormigón armado
(hormigones de alta resistencia) u hormigón
pretensado o postensado.
c) acero: de secciones tubulares o perfiles en doble U o
en H. Los pilotes de acero se deben hincar con
azuches (protecciones en la punta) adecuados.
d) madera: se usan para pilotar zonas blandas amplias,
como apoyo de estructuras con losa o terraplenes.
e) mixtos, como los de acero tubular rodeados y
rellenos de mortero.

Tipos de pilotes por el tipo de material

Tipos de pilotes por el tipo de material -
Nuevos materiales
Fibra de vidrio: Tubos de fibra de vidrio de
alta resistencia que se rellenan de concreto
después del hincado. Su uso más común es
para estructuras marinas (diques, atraco de
embarcaciones, muelles)
Tablestaca SuperLoc: De polímero reforzado
con fibras. Resiste impactos, deformación a
largo plazo, rayos ultravioleta e intemperismo
mejor que las tablestacas de PVC. Su
instalación es similar a las tablestacas
metálicas.

Tipos de pilotes por el tipo de material -
Nuevos materiales
Pilotes térmicos:
Consiste en extraer energía térmica del suelo a
través de la cimentación profunda y proveer los
sistemas apropiados (sondas) que permitan
que sea utilizada en las edificaciones. Puede
ser usado para calefacción o enfriamiento. En
Alemania se ha usado por más de 20 años.
Las condiciones de diseño involucran las
propiedades de conductividad térmica del
suelo estratificado, la geometría de la
cimentación y la distribución en planta de los
elementos.

Tipos de pilotes por el tipo de material –
Nuevos materiales
Pilote Soilex:
Utiliza una bolsa expandible que funciona como una ampliación de la base después de
instalar el pilote, inyectando concreto o mortero. De esta manera, se forma un bulbo, 5 a
10 veces más grande que el diámetro original. Dado que es capaz de tomar esfuerzos de
compresión y tensión, se puede utilizar como pilote de punta, o como ancla.

Tipos de pilotes por el tipo de proceso
constructivo:
a) pilotes prefabricados hincados: la
característica fundamental de estos
pilotes estriba en el desplazamiento del
terreno que su ejecución puede inducir,
ya que el pilote se introduce en el
terreno sin hacer excavaciones previas
que faciliten su alojamiento en el
terreno.
b) pilotes hormigonados “in situ”: son
aquellos que se ejecutan en
excavaciones previas realizadas en el
terreno.

Tipos de pilotes por el tipo de proceso
constructivo:
Pilotes prefabricados hincados
Las formas de hincar pilotes pueden ser:
• por vibración
• percusión con golpes de maza
Los pilotes hincados podrán estar constituidos
por un único tramo, o por la unión de varios
tramos, usando juntas.
La resistencia a flexión, compresión y tracción del
pilote nunca será superior a la de las juntas que
unan sus tramos.
Se pueden construir aislados siempre que se
realice un arriostramiento (rigidizar o poner
soportes) en dos direcciones ortogonales y que se
demuestre que los momentos resultantes en
dichas direcciones son nulos o bien absorbidos
por la armadura del pilote o por las vigas riostras.

Tipos de pilotes por el tipo de proceso constructivo:
Pilotes hormigonados “in situ”
Se diferencian los siguientes tipos:
pilotes de desplazamiento con azuche,
pilotes de desplazamiento con tapón de gravas,
pilotes de extracción con entubación recuperable,
pilotes de extracción con camisa perdida,
pilotes de extracción sin entubación con lodos tixotrópicos,
pilotes barrenados sin entubación,
pilotes barrenados,
hormigonados por el tubo central de la barrena y
pilotes de desplazamiento por rotación.
Consideraciones:
a) diámetro < 0,45 m: no se deben ejecutar pilotes aislados, salvo en elementos de poca
responsabilidad en los que un posible fallo del elemento de cimentación no tenga una
repercusión significativa;
b) 0,45 m < diámetro < 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados siempre que se realice un
arriostramiento en dos direcciones ortogonales y se asegure la integridad del pilote en toda
su longitud.
c) diámetro > 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados sin necesidad de arriostramiento
siempre y cuando se asegure la integridad del pilote en toda su longitud y el pilote se arme
para las excentricidades permitidas y momentos resultantes.

Pilotes de Concreto Vaciado en Camisas No Recuperables
Se coloca en el terreno de forma permanente, un tubo de pared delgada ondulada y
reforzada, de forma cilíndrica o troncocónica, y se llena de concreto armado o sin armar.
Deben ser llenados inmediatamente luego de colocados, cuando se retira el mandril o
núcleo central que se inserta dentro del tubo para mantener su forma durante la puesta en
obra pues si no, la presión lateral del suelo puede deformar o abollar el tubo delgado,
obstruyéndolo, especialmente en suelos arenosos densos.
El tubo que sirve de molde no cumple funciones estructurales o resistentes, sino que evita
que el suelo esté en contacto directo con el concreto del pilote.
Entre 13 pilotes de este tipo se pueden mencionar los siguientes: Pilotes Raymond
Escalonados Normales, Pilotes Punta de Botón, Pilotes Cobi , Pilotes Urilon Monotube.
Se usan en caso de suelos con agua subterránea, o suelos agresivos, para evitar que las
sustancias corrosivas entren en contacto con el concreto fresco.
Su costo generalmente es más elevado que el de los pilotes con camisa recuperable.

Pilotes de Concreto Vaciado Puesto en Obra con Tubo Recuperable
Son los pilotes que son vaciados dentro de un tubo forma o camisa metálica que se hinca
en el terreno por percusión y luego se va extrayendo a medida que se vacía el concreto
dentro.
De esta forma, la camisa puede rehusarse en nuevos pilotes.
Entre los diferentes tipos de pilotes fabricados mediante esta técnica se pueden mencionar
los siguientes:
Pilotes Simplex
Pilotes Express
Pilotes Vibro
Pilotes Franki
Otros tipos de cimentaciones profundas:
—Los cajones y pozos de cimentación.
—Los paneles de pantalla, simples o combinados en forma de +, H, T, etc.
—Los piquetes, o «picots», elementos de forma troncocónica en los que el

hormigón se comprime contra el terreno por la misma pieza que, hincada, sirvió
para abrir el hueco hormigonado en el terreno.
—Los pilotes de base ensanchada o acampanada (zapilotes), o con bulbos a lo largo
del fuste.
—Las columnas de grava o de terreno inyectado, estabilizado, etc.

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