Este documento presenta información sobre teoría de cimentaciones. Explica que los cimientos transmiten las cargas de las estructuras al terreno y deben diseñarse considerando las características del terreno y la estructura. También describe los diferentes tipos de cimentaciones como cimentaciones superficiales y profundas, y los requisitos para su diseño como distribuir las cargas para minimizar presiones y asentamientos.

1. TEORÍA DE
CIMENTACIONES
Curso:
Concreto Armado II
Alumnos:
Armengol Carpio, Jennesy
Merino Chevez, Delia
Paredes Fernandez, Jarolht
Torres Castro, Gisela
Docente:
Ingº Ovidio Serrano Zelada

3. GENERALIDADES
Los cimientos son los responsables de transmitir las
cargas de las diferentes estructuras al terreno.
Generalmente de concreto armado.
Todo proyecto de cimentación debe incluir un Estudio
Geotécnico.
A partir del Estudio Geotécnico podremos conocer las
propiedades del suelo, como:
Tensión admisible del terreno a las distintas cotas (Kg/cm2)
Densidad del terreno.
Posible asiento, Posible asiento, etc.

4. - Para la elección del tipo de cimentación, debe
tenerse en cuenta.
la estructura que
soporta
las características del
terreno
- Se debe garantizar que la cimentación tenga una durabilidad adecuada, ya que al tratarse
de estructuras enterradas, la detección de deficiencias así como las posibles medidas de
actuación para corregirlas, resultan complicadas.
- Se debe prevenir que la cimentación sea afectada por la posible agresividad del terreno,
así mismo, debe estar protegidas de las acciones físicas y a las modificaciones naturales o
artificiales del terreno.

6. INFORMACION
PREVIA
DEL TERRENO DEL
PROYECTO Y
TERRENOS
COLINDANTES Y
EDIFICACIONES
ADYACENTES
PLANOS
GEOTECNICO
DE PELIGROS
TOPOGRAFICO
INFORMACION
USOS ANTERIORS
EXPANSIBILIDAD O
AGRESIBIDAD DEL
SUELO
CONST. ANTIGUAS
SITUACION DE REDES
DE SANEAMIENTO
RESTOS
ARQUEOLOGICOS

12. Fig. (2). Colocación de armadura de cimentación por tramos, por edificación de
adobe vecina. Proyecto: Hostal Camgo en Chiclayo

13. TECNICAS DE INVESTIGACION
CAMPO LABORATORIO
Pozos a cielo abierto (calicatas) Contenido de humedad (Mab)
Exploración con barra posteadora Limite liquido y limite plastico
Ensayo de penetración estándar Índice plástico
Penetrómetro estático y dinámico Análisis granulométrico
Exploración en roca (métodos rotativos) Contenido de sales
Exploración geofísica, placa de carga Ensayo corte directo (Mit)

14. ENSAYOS
MECANICOS
Ensayos edometricos.
Ensayos hinchamiento lambe
Ensayos compresión simple

15. PROGRAMA DE INVESTIGACION
Condiciones
de frontera
Numero “n” a
investigar
Distribución de puntos en
la superficie del terreno
Profundidad “p” a alcanzar en
cada punto
Numero y tipo de muestra a extraer
Ensayos a realizar in situ y en laboratorio

16. • Ruinas arqueológicas
• Afloramiento rocoso
• Rellenos
• Cimentaciones
colindantes
Condiciones
de frontera
• Norma E.050 Suelos
y cimentaciones
• Espaciamiento de
los sondeos
(SOWERS Y
SOWERS)
Numero de
puntos a
investigar
• Características y
dimensiones del
terreno
• Ubicación de las
estructuras previstas
Distribución
de los puntos

17. NUMERO n DE PUNTOS DE INVESTIGACION

18. Cimentación superficial
Edificación sin
sótano
Edificación con
sótano
Edificación con
plateas
h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural..
z = 1,5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área.

19. Cimentación profunda
h = Distancia vertical entre el nivel de
piso terminado del sótano y la
superficie del terreno natural.
z = 6,00 metros, en el 80 % de los
sondeos y 1,5 B, en el 20 % de los
sondeos, siendo B el ancho de la
cimentación, delimitada por los puntos
de todos los pilotes o las bases de
todos los pilares.

20. Numero y tipo de
muestra a extraer
Ensayos a realizar
M. inalterada en bloque (Mib)
M. inalterada en tubo de pared
delgada(Mit)
M. alterada en bolsa de plástico
(Mab)
M. alterada para humedad
enlata sellada (Mah)

21. Coeficiente de balasto es la presión necesaria para producir un asentamiento unitario
en un área determinada

23. • ASENTAMIENTOS
• PRESION ADMISIBLE

24. • Métodos:
Asentamiento total St= Si + Scp + Scs
Si = Asentamiento instantáneo
Scp = Asentamiento de consolidación primaria
Scs = Asentamiento de consolidación secundaria
Ref. Dr. Jorge E. Alva Hurtado

25. Formula:
Donde:
Si = Asentamiento probable(cm)
u.= Relación de Poisson
Es= Modulo de elasticidad (Ton/m2)
If= Factor de forma(cm/m)
q.= Presión de trabajo(ton/m2)
B= Ancho de la cimentación(m)
Arenes: Es = 50 (N+15) Ton/m2
Arenas arcillosas: Es = 30(N+5)Ton/m2
Arcillas sensibles consolidadas Es = (125 a 250 )qu
Arcillas poco sensibles Es=500qU
Formulas para estimar Es:
N: Sptqu.= Compresión simple (tn/m2)
Ref. Dr. Jorge E. Alva Hurtado

26. • Según la norma E-050 Suelos y cimentaciones

27. PRESIONES DEL SUELO
Cada tipo de terreno tiene sus propias
características y reacciona ante cargas externas
de distintos modos.
Algunos de los factores que influyen en la
distribución de la reacción del terreno son:
Flexibilidad del cimiento
respecto al suelo
Nivel de cimentación
Tipo de terreno.

28. PRESIONES DEL SUELO
(a) Distribución de Presiones asumiendo base rígida.
(b) Distribución de Presiones real para suelos granulares.
(c) Distribución de Presiones real para suelos cohesivos.

29. PRESIONES DEL SUELO

30. PRESIONES DEL SUELO
En construcciones corrientes, la carga sobre un muro o columna se
transmite verticalmente a la zapata, la cual a su vez la sostiene la
presión hacia arriba del suelo sobre el cual descansa.
Si la carga es simétrica con respecto al área de contacto, la presión
de contacto se supone uniformemente distribuida.
Aprox.
cierto

31. PRESIONES DEL SUELO
En suelos granulares gruesos, la presión es mayor
en el centro de la zapata y disminuye hacia el
perímetro, a causa de que los granos individuales
de este tipo de suelos están relativamente sueltos
de manera que el suelo localizado en las
cercanías del perímetro puede correrse
ligeramente hacia afuera en la dirección de
menores esfuerzos en el suelo.
En suelos arcillosos las presiones son mayores cerca
del borde que en el centro de la zapata, puesto
que en este tipo de suelos la carga produce una
resistencia a cortante alrededor del perímetro, la
cual se adiciona a la presión hacia arriba.
Suelos granulares
Suelos cohesivos

33. PRESIONES DEL SUELO
Se acostumbra ignorar estas variaciones con respecto a la distribución
uniforme porque:
Las zapatas sobre suelos compresibles deben cargarse de modo
concéntrico para evitar la inclinación que se presentará si las presiones de
contacto en un lado de la zapata son sustancialmente mayores que en el
lado opuesto.
Su cuantificación numérica es
incierta y altamente variable,
dependiendo del tipo de suelo.
Su influencia en las magnitudes de los
momentos flectores y de las fuerzas
cortantes sobre la zapata es relativamente
baja.

34. PRESIONES DEL SUELO
Lo que quiere decir que:
- Las zapatas individuales deben
colocarse concéntricamente bajo las
columnas.
- Las zapatas para muros deben estar en
forma concéntrica bajo los muros.
- Para las zapatas combinadas, el
centroide del área de las zapatas debe
coincidir con la resultante de las cargas
de las columnas.

35. PRESIONES DEL SUELO
 La determinación precisa de esfuerzos en elementos de cimentación de
cualquier tipo es difícil, no sólo por las incertidumbres en la determinación de
la distribución real de presiones hacia arriba, sino también porque los
elementos estructurales mismos son bloques relativamente masivos o losas
de espesor considerable sometidos a cargas concentradas altas
provenientes de la estructura superior.

36. DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES
 La carga aplicada no tiene excentricidad.
 La distribución de presiones se considera constante y uniforme.
a. Carga aplicada sin momento

37. Caso 1: Excentricidad e<L/6. El esfuerzo directo de compresión es
mayor que el esfuerzo de flexión.
b. Carga aplicada con momento en una dirección.‐

38. Caso 2: Excentricidad e=L/6
El esfuerzo directo de compresión es igual al esfuerzo de flexión.

39. Caso 3: Excentricidad e>L/6
Teóricamente se producen tracciones y debe conseguirse el equilibrio
de la carga con las compresiones generadas.

40. c. Carga aplicada con momento en dos direcciones.‐

41. CARGAS, PRESIONES DE CONTACTO Y DIMESIONES DE LA CIMENTACION
- Para zapatas cargadas concéntricamente, el área requerida se dtna. a
partir de:
- Presiones de contacto admisibles se determinan a partir de los principios de
la mecánica de suelos, con base en ensayos de carga y otras
determinaciones experimentales.
- Las presiones de contacto admisibles σN, para cargas de servicio se
escogen de tal forma que se tenga un factor de seguridad entre 2.5 y 3.0
para que no exceda la capacidad portante del suelo particular y que los
asentamientos se mantengan dentro de límites tolerables

42. Además, Se permite un incremento del 30% en la presión admisible cuando
se incluyen los efectos de viento (W) o de sismo (E):
Se debe observar que los tamaños de las zapatas se determinan para cargas
de servicio y presiones del suelo sin amplificar, en contraste con el diseño a la
resistencia de elementos de concreto reforzado, en el cual se utilizan cargas
mayoradas y resistencias nominales reducidas.

43. Donde:
σN = Esfuerzo neto del suelo
σt = Capacidad portante del suelo
s/c = Sobrecarga sobre el suelo
hf = Profundidad de cimentación hasta el nivel de piso terminado
γprom = Peso específico promedio del suelo y del concreto,
aproximadamente 2.00 Tn/m3.

44. FUNCIONES
 Se encargan de:
Trasmitir cargas de la estructura al suelo de
fundación.
Transmitir al suelo, esfuerzos menores al
esfuerzo admisible del suelo.
Minimizar asentamientos tanto globales
como diferenciales.
 Todos los suelos se comprimen al someterlos
a cargas y causan asentamientos en la
estructura soportada

45. o
Los dos requisitos esenciales en el
diseño de cimentaciones son:
El asentamiento total de
la estructura debe estar
limitado a una cantidad
tolerable pequeña.
El asentamiento
diferencial de las
distintas partes de la
estructura se elimine.
 Para limitar los asentamientos de la manera
indicada, es necesario:
o Transmitir la carga de la estructura hasta un
estrato de suelo que tenga la resistencia
suficiente.
o Distribuir la carga sobre un área suficientemente
grande de este estrato para minimizar las presiones
de contacto. (Elección de tipo de cimentación)

46. REQUERIMIENTOS:
REQUERIMIENTOS Y CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO
• Debe de situarse de un modo adecuado para impedir los daños
producidos por heladas, cambios de volumen, socavaciones, movimientos
del nivel freático, futuras construcciones, etc.
• Debe de ser estable: vuelco, deslizamiento, hundimiento, etc. Estabilidad
general del conjunto. Diseño Estructural adecuado.
• Los movimientos y vibraciones deben de limitarse para que no desfigure o
dañe la estructura o instalaciones.
• Debe de ofrecer una seguridad aceptable y suficiente al menor coste
posible.

47. CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO
:
1. Que sea estable, es decir que el coeficiente de seguridad disponible sea
adecuado.
2. Sus deformaciones sean admisibles o que los movimientos causados por la
deformación del terreno sometidos a las tensiones trasmitidas por la
cimentación, sean tolerables por la estructura.
3. Que no afecte a construcciones cercanas en el sentido de que los efectos
originados en el terreno por una cimentación no se han de notar más allá de
los límites estrictos de la estructura a construir. Por tanto, hay que asegurar
que no afecte negativamente a construcciones vecinas

48.  Cambios de volumen espontáneo como en el caso de rellenos o suelos
naturalmente colapsables (algunos limos), o también por modificación
del estado de humedad de terrenos arcillosos potencialmente
expansivos.
 Socavación en los cauces y orillas de los ríos
 Erosión interna del terreno por rotura de colectores u otros conductores
de agua.
 Deterior del concreto por contacto con agua agresivas.
 Oscilaciones del nivel del agua que puedan dar lugar al aumento de
tensiones efectivas o alteraciones de resistencia y la deformabilidad del
suelo.
 Deslizamiento si la estructura se sitúa en un ladera inestable.
4. Que sea perdurable, o que las premisas anteriores se mantengan durante
toda su vida útil de la estructura, lo que hace necesario considerar la posible
evolución de las condiciones iníciales debidas a:

49. TIPOS DE CIMENTACIONES
1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Cuando a nivel de la zona inferior de la estructura o próximo a él, el terreno
presenta características adecuadas desde los puntos de vista técnico y
económico para cimentar sobre él, la cimentación se denomina superficial o
directa.

50. - Cimentación superficial vaciada en forma
continua para recibir un muro.
- Se usan en las edificaciones de albañilería
para servir como cimentación a los muros
de albañilería, y también en edificaciones
de concreto armado para recibir a
tabiques de albañilería y/o muros de
concreto.
- Necesidades por cortante y/o flexión
mínimas debido a su ancho reducido.
A) Cimientos Corridos:

51. - El dimensionamiento de un cimiento será
similar al de una zapata aislada,
trabajándose usualmente con una carga
repartida por ml. y con momentos nulos
en la dirección transversal.
- Es usual considerar cimientos de 60 cm de
altura, y sobrecimientos de 50 o 40 cm.
- Los muros de ladrillo o de concreto tienen
momentos de sismo que son importantes
en su base, en la dirección longitudinal de
los muros.
- Debe verificarse que los cimientos
puedan transmitir al suelo presiones
menores a las resistentes del suelo,
considerando la carga total actuante
sobre un muro y el momento de sismo de
ese muro.

52. Para el diseño:
 Se determina el esfuerzo neto del
terreno ( ).
 Metrado de Cargas
 Dimensionamiento en planta
 Verificaciones de esfuerzos
 Dimensionamiento de altura.
 Se factora la carga de presión: 1.55σs
 Se toma una cuantía mínima de
ρ=0.0018 (ACI)
 Se determina Mu.
 Se aplican las fórmulas de flexión para
hallar As.
 Se considera un recubrimiento de 7cm.
 Concreto mínimo, f’c=175kg/cm2.

53. B) Zapatas aisladas:
Cargan un solo soporte. Como excepción, se considera también como
zapata aislada aquella sobre la que cargan dos soportes contiguos
separados por una junta de dilatación.

55. - Se determina el esfuerzo neto
del suelo.
- Se realiza el dimensionamiento
en planta.
- Verificación de presiones
- Presiones amplificadas y
presiones de diseño.
- Verificación por cortante,
aplastamiento y
punzonamiento.
- Diseño por flexión
Para su diseño:

56. - Cimenta dos soportes.
- Es una buena práctica dimensionar el
cimiento de forma que el centro de
gravedad de su superficie en planta
coincida con el de las acciones.
- Esto puede conseguirse de varias
formas. Una de ellas consiste en
construir la zapata de ancho
constante, de forma que el centro de
gravedad del rectángulo de la planta
de la zapata coincida con el punto de
paso de la resultante de las cargas de
los dos soportes.
C) Zapatas combinadas
:

57. Las zapatas para dos columnas se hacen necesarias en dos situaciones:
- Cuando las columnas están tan cerca del límite de propiedad que
no se pueden construir zapatas individuales sin sobrepasar este límite.
- Cuando algunas columnas adyacentes están tan cerca entre sí que
sus zapatas se traslapan.
Pueden dividirse en dos categorías, aquellas que soportan dos columnas
y las que sostienen más de dos columnas.

58. En el caso que haya una columna de borde y una centrad, es necesario
darle un volado “a”, para que la Resultante R, caiga en el centro del área
de la zapata.

59. ZAPATAS COMBINADAS

60. - Consiste en dos zapatas
unidas por vigas de conexión.
Esta viga trata de impedir
principalmente el
desplazamiento lateral y
vertical de las zapatas.
- En zonas sísmicas debe
colocarse en ambas
direcciones formando
una cuadrícula.
D) Zapatas Conectadas
:

61. - Con el fin de contrarrestar el
efecto de la carga excéntrica se
recurre a unir esta zapata con
otra interior mediante una viga
rígida, recibiendo el conjunto el
nombre de ZAPATAS
CONECTADAS.
- Cuando una columna está ubicada en un límite de propiedad requiere de
una zapata excéntrica; ésta tiene presiones muy elevadas en la zona
cercana a la cara externa, producto de la distribución triangular de
presiones que se produce al considerar la excentricidad de la carga
actuante.

62. D) Zapatas Conectadas
- La función de la viga que
conecta la zapata exterior
excéntrica y la zapata
interior, es tomar el
momento resistente en la
zapata exterior impidiendo
el giro de ésta, de tal modo
de poder considerar una
distribución uniforme en las
presiones del terreno.

63. - La viga que conecta la zapata exterior con una interior toma el momento
generado por la excentricidad de la carga existente en la zapata exterior.
- De esta forma la zapata exterior transmite al suelo una presión uniforme,
producida solamente por la resultante de carga actuante, sin excentricidad.
- El sistema formado por ambas zapatas y la viga, es equivalente al de un “subi-
baja”, donde es importante que la columna interior tenga una carga mayor a
la que la viga produce en sentido contrario (Al tener que tomar el momento
de la zapata exterior), de tal modo que el sistema se mantenga en equilibrio.

64. VIGAS DE CIMENTACION

65. • Aquella sobre la que se apoyan tres o más soportes.
• La sección transversal puede ser rectangular figura 1 (b) o
bien adoptar la forma de T invertida figura buscando
economía de concreto y acero, pero mayor costo de
encofrados y mano de obra.

66. Presentan menor sensibilidad con respecto a
las zapatas aisladas, frente a un posible
defecto local del terreno.
El cálculo de este tipo de cimentación es
extraordinariamente complejo, y sólo puede
ser abordado por métodos aproximados.

69. • El conocimiento del conjunto cimiento
terreno.
• La deformabilidad relativa del suelo, el
cimiento y la estructura.

70. • Actualmente existen tres niveles de precisión

71. La deformabilidad relativa del
suelo, el cimiento y la estructura.
a. Cimiento muy rígido y a una
estructura muy flexible,
distribución de presiones
según el tipo de suelo, con
aproximación al reparto de
acuerdo con el módulo de
balasto.
b. Tanto el cimiento como la
estructura son rígidos y la
distribución de presiones
puede suponerse
linealmente variable.
c. Estructura flexible y
cimiento flexible.
d. El cimiento es flexible y la
estructura rígida. No
existe un procedimiento
satisfactorio de cálculo.

72. EVALUACION DE LA RIGIDEZ DE
LA ESTRUCTURA
• Conocer si la estructura es rígida o flexible en
comparación con el terreno.
• Para considera que las conexión estructura
cimentación puedan o no sufrir asentamientos
diferenciales entre sí.

73. La rigidez aproximada de la estructura
Ec = Módulo de deformación
Ic = Momento de inercia
ΣElr. = Suma inercia de la sección de cada viga o
losa, respectivamente.
E del muro paralelo al cimiento y cargado
sobre él por el momento de inercia de la
sección del muro
Et = Módulo de deformación del terreno.
Et = 0,70Kd, donde K, es el módulo obtenido para
placa de diámetro d.
I = Longitud del edilicio en la dirección del
cimiento.
b = Ancho del cimiento.
=
Si K, > 0,5, la estructura se
considera rígida.
Si K, d 0,5, la estructura se
considera flexible.

74. VIGAS RIGIDAS DE CIMENTACION
CON ESTRUCTURA RIGIDA
• Las luces de todos los vanos del
cimiento cumplen la relación:
• Y las luces de los posibles voladizos:

75. Distribución de presiones
• Se acepta el reparto lineal de
presiones

76. Si e>L/6
Y los valores extremos
Si e>L/6

77. Distribución de presiones (Carga aplicada con
momento en 2 direcciones)
• Las presiones se evalúan como:

78. CASO DE ESTRUCTURA FLEXIBLE. VIGAS FLOTANTES
• Las luces de todos los vanos del
cimiento son tales que la semisuma
de cada dos vanos consecutivos Lm,
cumple la condición
• Y las luces de los posibles voladizos

79. El diseño de este tipo de cimentación involucra los
siguientes conceptos:
• Ecuación diferencial de la elástica
• Concepto de unidad elástica
• Uso de ábacos.
• La estructura se supone en régimen lineal y puede, por tanto, aplicarse el
método de superposición.
• Dimensionamiento. Vale íntegramente lo dicho para zapatas combinadas.

80. CASO DE ESTRUCTURA RIGIDA CON
CIMENTACION FLEXIBLE
• La gran rigidez de
la superestructura
hace que los
puntos de enlace
de los soportes y
de la cimentación
no puedan asentar
más,
manteniéndose
todos alineados.

81. CASO DE ESTRUCTURA RIGIDA
CON CIMENTACION FLEXIBLE
• Cimiento considerado como rígido,
presión linealmente variable
• Cimiento considerado como viga
flotante

82. • Los valores de β se indican a continuación en función del módulo de
balasto medido en placa circular de 75 cm de diámetro.
Estructura flexible y cimiento flexible.
El cimiento es flexible y la estructura rígida. No
existe un procedimiento satisfactorio de cálculo.

84. GENERALIDADES
• Apropiada en edificios
ubicados principalmente en
terrenos de baja capacidad
portante
• Cuando la suma de las áreas
de las zapatas, sobrepasa el
75% del área total a
cimentar.
• ΣAZ<75% Emparrillado
• ΣAZ<50% Zapatas
• En condiciones críticas es
necesario utilizar pilotes.

85. Losas comunes para cimentaciones
• a. Placa plana.
• b. Placa plana de mayor espesor bajo
columnas

86. Losas comunes para cimentaciones
c. Vigas y losas.
d. Losas con muros de sótano como parte de la cimentación.

87. • Método rígido convencional
• Método flexible aproximado.

88. • Se considerarse rígida cuando el espaciamiento de las
columnas sea menor de 1.75/λ.
• Si es mayor a 1.75/λ, el análisis se hará utilizando la teoría de
vigas sobre cimentación elástica.
Donde:
λ= Característica del sistema (m-1)
Ks=Coeficiente de Balasto (Tn/m3)
b= Ancho de la franja de cimentación (m)
E = Módulo de elasticidad del concreto
(Tn/m2)
I = Momento de Inercia de la cimentación
(m4)
t = Altura de la cimentación (m)

89. 1. Las máximas cargas en columnas y
muros se calculan usando una carga viva
reducida de acuerdo al Reglamento
Nacional de Edificaciones.
2. El peso de la platea no se incluye en el
diseño estructural de la misma, debido a
que la platea es soportada directamente
por el suelo.
3. Se halla el espesor inicial de la platea,
mediante de la verificación de la fuerza
cortante por punzonamiento.

90. 4. El punto de aplicación de la resultante
de las cargas actuantes (centro de rigidez)
es determinado, hallando así las
excentricidades respecto a los ejes X e Y
con relación al centro de gravedad de la
platea

92. • Comparar los valores de las presiones del suelo con la presión
neta del terreno para determinar si q<=qadm(neta)
• Conocida la distribución de presiones, la platea se divide en
franjas, siendo los límites de las franjas las líneas intermedias
entre ejes de columnas adyacentes.
• Dibujar los diagramas de fuerza cortante (V) y momento
flexionante (M) para cada franja individual (en las direcciones
x e y).
•

93. CIMENTACIONES
PROFUNDAS

94. CIMENTACIONES PROFUNDAS
Aquellos elementos que
transmiten la carga de
una estructura
hacia capas o estratos
profundos del subsuelo
evitando con ello el
desplante en suelos
superficiales de baja
capacidad de carga o
con alta deformación.

95. CIMENTACIONES PROFUNDAS
Casos en los que se utilizan las cimentaciones profundas
Cuando los estratos próximos
al cimiento pueden provocar
asientos imprevisibles y a
cierta profundidad, caso que
ocurre en terrenos de relleno
o baja calidad.
Cuando los esfuerzos
transmitidos por el
edificio no pueden ser
distribuidos a través de
una cimentación
superficial.
Cuando el terreno tiende
a sufrir grandes
variaciones estacionales:
por hinchamientos y
retracciones.

96. En edificios sobre el agua.
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.
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.

97. Tipos de CP
PILOTES
Los pilotes son miembros estructurales hechos
de acero, concreto y/o madera y son usados
para construir cimentaciones profundas.
Son elementos de cimentación esbeltos que
se hincan o construyen en una cavidad
previamente abierta en el terreno.
A pesar del costo, el uso de pilotes es a
menudo necesario para garantizar la
seguridad estructural.

98. Transmisión de cargas de un edificio al terreno:
Para cargas moderadas o
relativamente pequeñas y un
estrato resistente relativamente
superficial optaremos por una
cimentación superficial.
Para un terreno con estrato resistente
profundo o terreno con problemas de
resistencia, o si se produce un aumento
de carga recurrimos a una cimentación
profunda tipo pilotes, donde se busca
llegar al estrato resistente o si no se tiene
dicho estrato se deberá transmitir las
cargas por rozamiento a través de estos
pilotes.

99. Condiciones de uso de los pilotes:
 Profundidad de estrato resistente a más de 4-5 m de
profundidad.
 Terrenos con baja resistencia.
 Cargas elevadas y concretadas (edificios en altura).
 Edificios próximos con cimentación cerca a la
superficie.

100. Partes de un pilote:
 Partes diferenciadas:
punta y fuste, partes
principales mediante las
cuales se transmitirán las
cargas al terreno.
 Elementos
complementarios:
encepado y vigas de
atado, que sirven de
unión entre grupos de
pilotes.

101. Forma: elementos lineales
verticales de sección
cuadrada o circular.
Características:
Forma de trabajo
estructural: según el tipo de
pilote.
Materiales: madera
(antiguamente), acero u
hormigón armado.
Dimensiones: diámetro de
60 a 80 cm, o incluso más.

102. 1.- Según la transmisión de carga:
 Por punta (estratos resistentes
profundos).
 Punta y fuste (los más habituales).
 Solo fuste (denominados “flotantes”).
Clasificación:

103. 2.- Según proceso de ejecución:
 Prefabricados
Se realizan directamente por hincado en el terreno.

105.  “IN SITU”
Se realizan en la propia obra en una serie de fases:
-Perforación, realización del pozo donde irá el pilote.
-Colocación de la armadura y el llenado de concreto
dependiendo del tipo de pilote.
-Ejecución del encepado y de las vigas de atado.

107.  Naturaleza de las distintas capas del suelo y resistencia.
 Espesor del terreno y longitud previsible.
 Cargas a transmitir.
 Número de pilares a cimentar (volumen obra).
 Condicionantes especiales como trabajo en zona urbana, agresividad del
terreno, fuerzas horizontales, etc.
 Evitar pilotes flotantes en arcilla. cuando el estrato firme es > 30 m.
 En arenas flojas es mejor emplear pilotes hincados.
 Si existen gravas gruesas, pilotes perforados de diámetro grande.
 Pilotes in situ, en terrenos cohesivos compactos con poco agua.
 Pilotes prefabricados para cargas pequeñas < 2000 kn.
 Pilotes in situ para cargas medias 2000--7000 kn.
 Gran diámetro para cargas grandes > 7000 kn.
Selección del tipo de pilotes:

108. Comparación entre los tipos de pilotes
Varios factores afectan la selección de pilotes para una estructura
particular en un sitio específico.

111. Pilotes en el Perú:
Pilotes Franki Peruana S.A.C:
 Es una empresa con amplia
experiencia en la construcción de
cimentaciones profundas.
Actualmente ejecutan
principalmente obras de
cimentación con pilotes Franki
estándar.
 El sistema Franki para la
construcción de pilotes vaciados
in-situ, fue concebido en 1911 en
Bélgica por Edgar Frankignoul; a
partir de dicha fecha su uso se ha
difundido en todo el mundo. En el
Perú se construyen pilotes Franki
hace más de 45 años.
 Los equipos y procedimientos
para la construccion de
pilotes Franki, se han
perfeccionado y optimizado
desde su concepción inicial,
sin embargo, los principios
básicos del sistema se han
mantenido inalterables.

112. Entre sus obras ejecutadas tenemos:

113.  El sistema “Franki” de ejecución de un pilote de desplazamiento
se base en una entubación metálica que presenta un tapón de
hormigón en la punta.
 Dicho conjunto se hinca “a golpes” mediante una maza.
 Una vez se llega a la profundidad adecuada, se sujeta la
entubación y se golpea el tapón en la punta para expulsarlo
hacia abajo, creando así un bulbo o “punta ensanchada” a base
de compactar el terreno, lo que hace que este pilote sea
también muy eficiente trabajando a tracción.
 No se recomienda su uso en suelos cohesivos, donde la
compactación de la base no es posible.

114. Pilotes en el Perú:
Pilotes Terratest S.A.C
 Pilotes Terratest ofrece pilotes
de profundidades hasta
aproximadamente 60 metros,
dependiendo del tipo de suelo
y condiciones de la obra.
 Los diámetros normales de los
pilotes oscilan entre los 620 y
1500 mm y pueden emplearse
para todo tipo de terreno,
incluso en roca si se utilizan las
herramientas de perforación o
excavación adecuadas.
 Es una empresa constructora
especializada en diseño y
construcción de obras de
cimentaciones.
 Desde su nacimiento se ha
destacado por una constante
innovación en el campo de las
cimentaciones especiales,
introduciendo nuevas
tecnologías en el mercado de
la construcción en el Perú.

115. Entre sus obras ejecutadas tenemos:
Los Pilotes Costanera (Consorcio Costa Verde)

116. C.C. Makro de Villa el Salvador (Makro)

117. CAJONES
 El término cajón se refiere a un elemento de la subestructura usado
en sitios húmedos de construcción, tales como ríos, lagos y muelles.
 Para la construcción de cajones, una pila hueca o cajón se hinca en
posición hasta que descansa en suelo firme.
 A la parte inferior del cajón se le adapta un borde cortante para
ayudarlo a penetrar los estratos de suelo blando debajo del nivel
freático y llegue a descansar sobre un estrato resistente a cargas.
 El material dentro del cajón se extrae por las aberturas de la parte
superior y luego se vierte el concreto en su interior.
 Los estribos de puentes, los muros de muelles y las estructuras de
protección de costas deben construirse sobre cajones.

118. Cajones abiertos
 Los cajones abiertos son pilas de concreto que permanecen abiertas en
sus partes superior e inferior durante la construcción.
 En el fondo del cajón tiene un borde cortante.
 El cajón se entierra en su lugar y el suelo interior se retira por medio de
cucharones de almeja hasta alcanzar el estrato de apoyo.
 Los cajones pueden ser circulares, cuadrados, rectangulares u ovalados.
Una vez alcanzado el estrato de apoyo, se vierte concreto en el cajón
(bajo agua) para formar un sello en su fondo. Cuando fragua el concreto
del sello, el agua dentro del cajón se bombea hacia afuera.
 Se vierte entonces concreto en el cajón para llenarlo. Los cajones abiertos
pueden extenderse a grandes profundidades y el costo de construcción
es relativamente bajo, sin embargo, una de sus principales desventajas es
la falta de control de calidad sobre el concreto vertido para formar el
sello.
 Además, el fondo del cajón no llega a ser limpiado completamente.
Tipos de Cajones:

120. Cajones cerrados
 Son estructuras con fondo cerrado y se construyen en tierra y luego se
transportan al sitio de la construcción.
 Se entierran gradualmente en el sitio llenando su interior con arena,
balasto, agua o concreto.
 El costo de este tipo de construcción es bajo.
 La superficie de apoyo debe estar a nivel, y si no lo está debe nivelarse
por excavación.

121. Cajones neumáticos
 Se usan generalmente para profundidades de entre 50 y 130 pies (15-40
m).
 Este tipo se requiere cuando una excavación no logra mantenerse
abierta porque el suelo fluye al área excavada más rápidamente de lo
que puede ser removido.
 Un cajón neumático tiene una cámara de trabajo en el fondo que tiene
por lo menos 10 pies (≈3 m) de altura. En esta cámara, los trabajadores
excavan el suelo y cuelan el concreto.
 La presión del aire en la cámara se mantiene suficientemente alta para
impedir que el agua y el suelo penetren en ella.
 Los cajones neumáticos se entierran gradualmente conforme avanza la
excavación.
 Cuando alcanza el estrato de apoyo, la cámara de trabajo se llena con
concreto.

123. PROBLEMAS
ESPECIALES EN
CIMENTACION
SUELOS
COLAPSABLES
ASENTAMIENTOS
SOSTENIMIENTO
DE ESCAVACIONES
LICUACION DE
SUELOS
SUELOS
EXPANSIVOS
ATAQUE QUIMICO
POR SUELOS Y
AGUAS
SUBTERRANEAS

124. Cambian violentamente de volumen por la
acción combinada o individual de
Incrementos de carga
Al humedecerse o saturarse
Obligatoriedad del estudio Lugares de evidencia de hundimientos por suelos
colapsables
Potencial de colapso (CP)
No esta permitido cimentar directamente sobre s.
colapsables, se reemplazar el suelo colapsables si
con rellenos controlados si son poco profundos

125. Estudios basados en ensayos químicos del
agua o del suelos para descartar o
contrarrestar tal evento
Ataque de ácidos
Ataque por sulfatos
Ataque por cloruros
Pueden ser :
PH<4

126. Suelos cohesivos con bajo grado de
saturación que aumentan de volumen al
humedecerse o saturarse
Las cimentaciones construidas sobre
arcillas expansivas están sometidas a
grandes fuerzas causadas por la
expansión
las cuales provocan agrietamiento y
ruptura de la cimentación
Determinación del hinchamiento
unidimensional suelos cohesivos
Dilatación > contenido de agua
Asentamiento < contenido de agua
No esta permitido cimentar directamente sobre
s. expansivos

127. Perdida momentánea de la resistencia al corte del suelo
por el aumento en la presión de agua en los poros
originada por la vibración que produce el sismo.
Potencial de licuefacción
Calcular el esfuerzo cortante inducido por el sismo en el
lugar y a partir de la resistencia a la penetración estándar
normalizada (N1)60 el esfuerzo cortante limite para la
ocurrencia del fenómeno de licuefacción
Licuefacción de suelos finos
cohesivos
Porcentaje de partículas mas finas que 0.005m < 15%
Limite liquido (LL) < 35
Contenido de humedad > 0.9LL
Estos suelos pueden ser potencialmente licuables
M. propuesto por Seed e Idriss

128. Si el asentamiento es
de recorrido :
predomina
los esfuerzo normalescorto
largo los esfuerzo cortante
Existen 2 tipos de asentamiento :
totales y diferenciales
Asentamientos diferenciales
Deformaciones verticales que
generan grietas y fisuras
Inclinadas en estructuras endebles (muros
de ladrillo)
Aberturas de las juntas en estructuras
rígidas

129. Factores que van influenciar el
asentamiento
Tierras de relleno
Expansibilidad de los suelos
Magnitud de las cargas

131. Fuente : Patologías en la construcción - Broto

132. Las excavaciones de mas de 2m no deben permanecer sin sostenimiento
Pueden ser temporales y definitivos
Estructuras
Entibaciones Calzaduras Nailings

133. Estructuras
Pantallas
ancladas
Tablestacas
Pilotes
continuos

134. 1. CIMENTACIONES RIGIDAS Y FLEXIBLES
La EHE (Instrucción Española de Hormigón Estructural),
distingue entre dos tipos de cimentaciones por la forma
de resistir las solicitaciones:
• Cimentaciones rígidas (Vmáx ≤ 2h)
• Cimentaciones flexibles (Vmáx > 2h)

137. CIMENTACIONES RIGIDAS
Se entiende por cimentación rígida de
concreto armado, de acuerdo con
EHE (Instrucción Española de Hormigón
Estructural), aquella en que el vuelo v
no supera a dos veces el canto total h.
En este tipo de elementos no es
aplicable la teoría general de flexión y
es necesario definir un modelo de
bielas y tirantes y dimensionar la
armadura y comprobar las
condiciones en el hormigón.

138. Zapatas rígidas
El método de bielas y tirantes es un
procedimiento de análisis estructural
para el dimensionado en E.L.U (Estado
Límite Último1) que consiste en
discretizar2 un medio continuo en un
sistema de elementos discretos que
trabajan únicamente a esfuerzo axil. El
modelo se compone de tres
elementos: bielas (elementos
comprimidos), tirantes (elementos
traccionados, encarnados en H.A. por
las armaduras) y nudos (uniones entre
las barras).

139. Para garantizar un buen funcionamiento en E.L.S. 3 (Estado
límite de servicio), el modelo debe cumplir:
 La orientación de las barras debe acercarse a la distribución elástica de
tensiones. No obstante, en muchos casos, las armaduras no podrán
orientarse según las direcciones principales de tracción.
 Deberá minimizarse la longitud de los tirantes.
 El modelo resultante deberá ser un sistema isostático en equilibrio con
las acciones.
 Limitación de la tensión de cálculo del acero: fyd ≤ 400 N/mm2 (mínima
energía de deformación; control de la fisuración).
 Los ángulos entre las barras no deben ser inferiores a 30º.
A continuación se presentan los 4 posibles casos de zapatas rígidas,
en función de la excentricidad de la carga sobre el soporte, y la
distribución de tensiones sobre el terreno bajo la zapata.

142. Encepados
Cuyo vuelo v en la dirección principal
de mayor vuelo es menor que 2h.
La misión de los encepados consiste en
conectar los pilares del edificio, con los
pilotes de la cimentación y obtener
una mayor estabilidad.

143. c. Los pozos de cimentación.
El pozo de cimentación, también
conocido por su nombre en francés
caisson, es un tipo de cimentación
semiprofunda, utilizada cuando los
suelos no son adecuados para
cimentaciones superficiales por ser
blandos.

144. Hundimiento de un
pozo de
cimentación
excavando a
mano en el interior.
Los pozos de cimentación se plantean como solución entre
las cimentaciones superficiales, (zapatas, losas, etc.) y las
cimentaciones profundas, por lo que en ocasiones se
catalogan como semiprofundas.
La particularidad del pozo de cimentación es la de que se
va construyendo a medida que se va hundiendo en el
terreno. La sección transversal del caisson generalmente es
circular, pero existen también secciones cuadradas,
rectangulares o elípticas.

145. Las formas geométricas adoptadas, según la
capacidad portante del terreno y su situación respecto
a la edificación pueden ser:
- Los pozos circulares suelen variar desde los 0.60 m
(dimensión mínima para permitir el acceso de un
operario) hasta los 2 m de diámetro.
- Generalmente, al producirse la acción lateral de las
tierras sobre el pozo, impide el pandeo de este, por
lo que se calcula como un soporte corto.
- Según las solicitaciones, los pozos se pueden
ejecutar de hormigón armado, o de hormigón en
masa.
- De forma análoga a las zapatas, se deben disponer
vigas de atado entre los pozos, para arriostramiento
de los mismos, siendo criterio del proyectista cómo y
cuándo deben disponerse.

146. CIMENTACIONES FLEXIBLES
Se conoce como cimentación flexible
de concreto armado, de acuerdo con
EHE (Instrucción Española de Hormigón
Estructural), aquella en que el vuelo v
supera a dos veces el canto total h.

147. Las zapatas cuyo vuelo v en la dirección principal de
mayor vuelo es mayor que 2h. (figura 2b).
Se calculan como elementos sometidos a flexión simple y
solo es necesario hacer verificaciones por cortante y
punzonamiento.
En el caso de zapatas flexibles, la Instrucción de Hormigón
Estructural (EHE) considera la aplicación de la teoría de
flexión, indicando que salvo que se realice un estudio
preciso de interacción suelo-cimiento, se pueden utilizar
los criterios simplificados descritos en la misma. La
armadura se determina mediante un cálculo hecho a
flexión simple, considerando en general una distribución
de tensiones transmitidas al terreno también con variación
lineal, similar a la considerada en el caso de las zapatas
rígidas.

148.  Armado a flexión: La
sección de referencia S1,
situada a una distancia
genérica de 0.15a hacia el
interior de la cara del
soporte (sobrevuelo)

149.  Verificación por cortante:
Sección de referencia S2,
situada a un canto útil d
desde la cara del soporte.
No se empleará armadura
adicional de cortante (se
aumentará el canto)

150.  Verificación por
punzonamiento: Sección de
referencia S3, formada por
el perímetro crítico u1,
calculado sin armadura por
punzonamiento.

151.  Los encepados cuyo vuelo v en la dirección
principal de mayor vuelo es mayor que 2h.
 Las losas de cimentación.
En las cimentaciones de tipo flexible la distribución
de deformaciones a nivel de sección puede
considerarse lineal, y es de aplicación la teoría
general de flexión.

152. Básicamente, la diferencia entre ambos tipos de cimentación se
encuentra en el método de comprobar los elementos estructurales
y en el dimensionamiento de la armadura necesaria. Es así que en
el caso de las cimentaciones rígidas se utiliza el método de bielas el
cual fue desarrollado en Francia, de manera teórica y
experimental, al investigar la causa por la que se producía, a veces,
la rotura de zapatas proyectadas por la teoría general de flexión.
Que es la que se utilizar en el caso de cimentaciones flexibles.
La principal diferencia entre los resultados que se obtienen por
ambos métodos de cálculo no consiste en la sección de armadura
máxima necesaria, sino en su variación y distribución dentro del
elemento estructural, tal como se puede ver en la figura 9, que la
que , para una carga centrada y distribución uniforme de presiones
sobre el terreno, se representa la proporción de armadura que se
requiere a lo largo del ancho L de la zapata, respecto a la
armadura máxima necesaria en el centro de la misma. La
distribución que se obtiene en cada caso obedece a dos leyes
parabólicas de concavidad inversa.

154. Comparación entre el método de las bielas y la teoría
general de flexión.
Según la aplicación de ambos métodos, los resultados
indican que la armadura máxima necesaria en el centro de
la zapata, resulta aproximadamente la misma y las roturas
observadas históricamente se producen en zapatas de gran
tamaño en las que se habían cortado algunas armadura,
para adecuar su distribución a los resultados de la teoría
general de flexión. Como consecuencia de los resultados
teóricos es por lo que en el método de las bielas se prescribe
prolongar las armadura hasta los extremos de la zapata y
disponer patillas de anclaje, con objeto de que las teóricas
bielas queden debidamente arriostradas, cosa que aconseja
la pendiente de la ley parabólica en los extremos.