Columnas de gravas

Figura 1. Tratamiento del terreno con columnas de grava en función de la altura del terraplén. Fuente: Carlos Oteo

Las columnas de grava constituyen un método de mejora de terrenos cohesivos blandos mediante la rigidización que produce la introducción de columnas de grava en los orificios creados por el vibrador o equipo de pilotaje convencional, según sea el método de ejecución escogido. Aumenta la capacidad portante del terreno, la estabilidad al deslizamiento en terraplenes, acelera el proceso de consolidación del terreno (constituyen drenes verticales) y provoca una reducción de los asientos en servicio. Se aplica sobre arenas limosas, limos, limos arcillosos, arcillas y rellenos heterogéneos.

En casos en los que además de una preconsolidación es necesario un refuerzo del terreno, como en el caso de terraplenes elevados, que precisan de terrenos portantes de mayor resistencia, la inclusión de columnas de grava permite solucionar el problema.

La columna de grava puede realizarse mediante un pilotaje convencional o mediante el uso de vibradores especiales que aplican la vibrosustitución. La técnica mediante pilotaje convencional puede ser por sustitución o por desplazamiento, y la vibrosustitución puede realizarse en vía seca  o en vía húmeda. No hay que confundir este método con el de vibrocompactación (vibroflotación).

Figura 2. Ámbito de aplicación de las técnicas

Como limitación de esta técnica, en suelos blandos originales que tengan baja capacidad portante para soportar la resistencia lateral que le pueden exigir las columnas cargadas, con resistencias a corte sin drenaje cu ≤ 0.015 MPa.

Figura 3. Relaciones asiento-tiempo en terraplenes con diferentes tratamientos. Fuente: Carlos Oteo

A continuación os dejo un catálogo de Terratest sobre columnas de grava que creo os puede ampliar la información al respecto.

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Os pasos varios vídeos de esta técnica de mejora de terrenos. Espero que os sean útiles.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

MONTEJANO, J.C. (2017). Ejecución de columnas de grava como refuerzo de la cimentación de un parque eólico en Nouakchott, Mauritania. Interempresas.net

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

Problema de selección de una cimentación. Desarrollo del pensamiento crítico

http://cimentacioneslevante.es/muros-pantalla/

Desde el proceso de Bolonia, muchos cambios han habido en nuestras universidades y planes de estudios. Uno de ellos es la necesidad de desarrollar y evaluar las competencias del título correspondiente a través de cada una de las asignaturas y comprobar que se adquieren los resultados de aprendizaje. De este tema ya hemos hablado varias veces. Hoy os traigo un problema que me sirve para evaluar, a través de una rúbrica, la competencia transversalPensamiento Crítico” en la asignatura de Procedimientos de Construcción II, del grado de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.

También os dejo una presentación que hice en un congreso docente donde explico cómo realizamos esta evaluación.

ENUNCIADO:

Se quiere construir un edificio de 30 plantas de altura más seis sótanos (altura de 3,00 m cada sótano) en una ciudad de 500000 habitantes. El solar se encuentra entre dos medianerías, y tiene una superficie rectangular de 20 x 35 m, siendo las medianerías los lados de 20 m. Existe la posibilidad de utilizar un solar anejo para realizar la obra, de 44 x 35 m. Hay acceso directo tanto al solar donde se va a realizar el edificio como al solar disponible, según se observa en la Figura 1. El clima es atlántico, con lluvias abundantes, con temperaturas que se supone oscilan entre 5 y 25 ºC, y se tienen 10 horas de luz de media durante la construcción de la cimentación.

Figura 1. Esquema de la situación del solar del edificio, del solar disponible y de los edificios construidos

Se ha realizado un sondeo y se ha determinado un corte del terreno que se muestra en la Figura 2. Se observa que el nivel freático se encuentra a 3,50 m de la superficie. Existe un sustrato duro de areniscas de 4,00 m de espesor situado entre dos capas de limos arcillosos con trazas de arenas y gravas. A 22 m de profundidad existe una capa de calizas sanas, de al menos 15 m de potencia. Los primeros 2,20 m son un relleno antrópico donde existen tocones de árboles, basura y una mezcla de limos arcillosos y gravas.

Figura 2. Esquema básico del corte geológico

La solución a proyectar debe conjugar la posibilidad técnica de ejecución, el impacto ambiental y social sobre el entorno (contaminación, ruidos, vibraciones, etc.), la facilidad constructiva y la viabilidad económica, Use los datos del enunciado que considere importantes y, en el caso de necesitar datos, razone adecuadamente el uso de información adicional.

Preguntas de grupo:

  1. Indique qué tipo de cimentación sería la más conveniente.
  2. Razone dos procesos constructivos que podrían ser aplicados y cuál de los dos cree que será más eficaz. La respuesta debe ser de consenso entre los miembros del grupo.
  3. Define los principales pasos en la construcción de dichas cimentaciones.
  4. Descarte, justificando las razones, al menos tres procesos constructivos de cimentación que no sean aplicables a este caso.
  5. Indique si ha tenido que consultar otras fuentes para la elección de la tipología y el proceso constructivo (en dicho caso indicar cuál), o ha sido suficiente con el temario de la asignatura.

 

Preguntas individuales:

  1. Critique los dos procesos constructivos de la pregunta 2, indicando si está de acuerdo con lo consensuado por el grupo. Se valorará especialmente su opinión crítica personal justificada y si hay diversidad de opiniones entre los miembros del grupo.
  2. Realice una crítica sobre el ejercicio 1, indicando aquellas cosas con las que está de acuerdo con el grupo o no. Se valorará la justificación crítica de la respuesta.
  3. Indique los cinco riesgos para las personas más importantes que supone el procedimiento constructivo elegido y qué medidas preventivas debería utilizar.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

YEPES, V. (2018). Correspondencia jerárquica entre las competencias y los resultados de aprendizaje. El caso de “Procedimientos de Construcción”. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2018, Valencia, pp. 1-15. ISSN 2603-5863

GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Valoración de las herramientas y metodologías activas en el Grado en Ingeniería de Obras Públicas. Congreso Nacional de Innovación Educativa y de Docencia en Red IN-RED 2017, Valencia, 13 y 14 de julio de 2017, 9 pp.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, V. (2017). Assessment of transverse and specific competences in civil engineering studies: ‘Critical thinking’. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3683-3692. ISBN: 978-84-617-8491-2

MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Assessment of the argumentative ability in innovation management of civil engineering studies. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3904-3913. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2016). Desarrollo y evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2016, Valencia, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-541-5.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Valoración de la competencia transversal “Pensamiento crítico” por los alumnos de GIOP (2015). XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

YEPES, V.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; TORRES-MACHÍ, C. (2016). Acquisition of competences in a Master Degree in Construction Management. 10th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2016), March, Valencia, pp. 718-727. ISBN: 978-84-608-5617-7.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2015). Pensamiento crítico como competencia transversal en el grado de Ingeniería de Obras Públicas: valoración previa. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-12. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1560 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2015). Students’ guide as a reference for a common case study in a master degree in construction management. 9th International Technology, Education and Development Conference INTED 2015, Madrid, 2nd-4th of March, 2015,  pp. 4850-4857. ISBN: 978-84-606-5763-7.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Competencia transversal ‘pensamiento crítico’ en el grado de ingeniería civil: valoración previa. XIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria, Alicante, 2 y 3 de julio,  pp. 2944-2952. ISBN: 978-84-606-8636-1. (link)

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). La competencia transversal de comunicación efectiva en estudios de máster en el ámbito de la ingeniería civil y la construcción. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1540 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). Strategic evaluation of a M.Sc. degree in construction management: a faculty vs. students comparison. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain), 10-12 March, pp. 1974-1984. ISBN: 978-84-616-8412-0  (link)

YEPES, V. (2014). El uso del blog y las redes sociales en la asignatura de Procedimientos de Construcción. Jornadas de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2014. 15-16 de julio, Valencia, pp. 1-9. ISBN: 978-84-90482711.

SEGADO, S.; YEPES, V.; CATALÁ, J.; PELLICER, E. (2014). A portfolio approach to a M.Sc. degree in construction management using a common project. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain),  10-12 March,  pp. 2020-2029. ISBN: 978-84-616-8412-0 (link)

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La zapata aislada

Figura 1. Zapata aislada centrada. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos

En un artículo anterior se explicaba el concepto y las clasificaciones de las cimentaciones. Dentro de las cimentaciones superficiales se encuentran las zapatas, que va a ser el objeto de esta entrada.

Una zapata aislada es una cimentación puntual que recibe un solo sistema de carga, como son los pilares (ver Figura 1). Se emplea en terreno firme y competente, transmitiendo una tensión de media a alta y provocando asientos pequeños o moderados. Es la cimentación más económica sobre roca o suelos con tensiones admisibles habituales superiores a 0,15 N/mm2. Son cuadradas, aunque se usan rectangulares cuando existen luces diferentes en dos sentidos perpendiculares, los momentos flectores se dan en una sola dirección, los pilares son de sección rectangular, se levantan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación o en casos especiales de geometría difícil. En otros casos pueden ser de formas circulares o poligonales. Si existe una junta de dilatación, se dispone la zapata en diapasón, con dos soportes adosados.

Las zapatas aisladas se pueden clasificar atendiendo a su forma (Figura 2): rectas (de canto constante), escalonadas, piramidales y nervadas o aligeradas.

Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma

La norma de hormigón estructural EHE, en cambio, cataloga las zapatas en rígidas y flexibles (ver Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado.

Figura 3. Tipología estructural de zapatas atendiendo a la EHE

Pero para saber más de este tipo de cimentación superficial, a parte de remitirte al texto de referencia, he preparado un vídeo explicativo que creo que puede ser de interés. Espero que te guste.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Pilotes metálicos hincados

Figura 1. Hinca de pilote metálico. Fuente: http://codocsa.com/proyectos/

Los pilotes de acero presentan secciones pequeñas que producen poco desplazamiento del suelo durante la hinca, y por tanto, una modificación pequeña de la tensión del suelo contiguo. La hinca suele realizarse mediante el golpeo de la cabeza del pilote, protegido mediante un sombrerete que amortigua los golpes de la maza. Sin embargo, en suelos muy sueltos a veces se utiliza la inyección hidráulica o la vibración.

En función de la sección, los pilotes de acero hincados se clasifican normalmente en tres tipos:

  • Perfiles circulares: Son tubos de 0,20 a 1,00 m y longitudes de 10 a 15 m que se unen por soldadura, una vez colocados en la obra. Se pueden hincar con o sin tapa en la punta, pudiéndose rellenar posteriormente de hormigón, en cuyo caso remitimos a los pilotes de desplazamiento con tubo perdido.
  • Perfiles en H: Son secciones abiertas muy resistentes a compresión y flexión (ver Figura 1), por lo que absorben bien esfuerzos horizontales como los sismos. Resiste mejor los impactos del martinete que otras secciones y superan fácilmente los estratos duros, en parte porque desalojan poco material. A veces forman parte de pilotes entubados rellenos de hormigón.
  • Perfiles tubulares: Formados por chapas de acero soldada o machihembrada (ver Figura 2), que forman un cajón de secciones diversas (tablestacas). Se emplean con su extremo inferior abierto o cerrado; en este último caso se trata de una entubación perdida que se rellena de hormigón.
Figura 2. Ejemplos de secciones transversales de tablestacas de acero. Fuente: EN-UNE 12699

A continuación dejamos un vídeo donde se puede ver la hinca de perfiles metálicos con martillo hidráulico.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Los pilotes metálicos

Figura 1. Hinca inclinada de pilotes metálicos. Fuente: http://sheetpiling.arcelormittal.com/

Los pilotes metálicos hincados son pilotes de desplazamiento que empezaron a utilizarse en 1890. Actualmente son de acero, si bien en España prevalecen los pilotes de hormigón. Son perfiles laminados en caliente, con diversas secciones transversal y longitudinal. El transporte de estos elementos es sencillo y se pueden instalar nada más recibirlos en obra. Los pilotes metálicos se pueden agrupar atendiendo a su puesta en obra: pilotes hincados o pilotes roscados.

Su alta resistencia a compresión facilita atravesar los estratos duros; asimismo, son resistentes a flexión y cizallamiento, lo que permite la hinca inclinada sin riesgo de fisuración. Se alcanzan profundidades elevadas mediante soldadura o atornillado de tramos contiguos. Además, son fáciles de recuperar salvo que se les dote de algún dispositivo como unas aletas soldadas o anclajes.

Son pilotes relativamente costosos y la hinca puede ser ruidosa. Sin embargo, el principal inconveniente es la corrosión, especialmente en climas cálidos o con alternancia de humedad y sequedad. Para protegerlos se recubren de pinturas anticorrosivas y se sobredimensiona su sección para incluir el deterioro previsible. No obstante, el pilote metálico no suele plantear problemas cuando queda permanentemente bajo el agua, al igual que los de madera. Así lo corroboran numerosas obras marítimas cimentadas con estos elementos.

En sucesivas entregas describiremos los distintos tipos de pilotes metálicos: hincados (perfiles circulares, en H o tubulares), atornillados y de disco.

Os dejo esta presentación donde podéis conocer los aspectos básicos de este tipo de pilotes.

En este vídeo podemos observar la hinca de pilotes metálicos sobre el río Paranapura.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Concepto de pilote y clasificaciones

Figura 1. Armado de encepado de pilotes. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)

El pilotaje se utiliza cuando no es posible realizar una cimentación superficial; por ejemplo, cuando se deben transmitir cargas a gran profundidad (más de 6 m o bien más de 8 diámetros del pilote). Se trata de una solución constructiva que se remonta a los palafitos, siendo práctica habitual en los puertos o en ciudades como Murcia, donde se han usado los prefabricados de madera como cimentación. En efecto, los pilotes son piezas largas, a modo de pilares enclavados en el terreno, que alcanzan una profundidad suficiente para trasmitir las cargas de la estructura. Se denomina fuste a la parte del pilote en contacto con el suelo, mientras que altura libre es la longitud de la parte que emerge del suelo. El encepado transmite los esfuerzos de la estructura a los pilotes (Figura 1). Los pilotes pueden clasificarse de muchas formas, algunas son las siguientes.

Según la forma de trabajo (ver Figura 2) los pilotes pueden ser:

  • Pilotes por punta: alcanzan el estrato resistente, transmitiéndose las cargas por punta, comprimiéndose el pilote. El terreno circundante dificulta el pandeo. La deformación del pilote es muy pequeña por su rigidez, de forma que el movimiento relativo con el terreno no es significativa. También se llaman pilotes columna.
  • Pilotes por fuste: no alcanzan un estrato resistente, transmitiendo la carga al terreno circundante por rozamiento a través del fuste. Se llaman también pilotes flotantes o de fricción.
Figura 2. Esquema de cimentaciones profundas (pilotajes) según el Código Técnico de Edificación SE-C. Fuente: http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd314-2006.nor7.html

Sin embargo, los pilotes trabajan de forma combinada, tanto en punta como en fuste. Además, pueden estar sometidos a tracción cuando existe subpresión que tiende a levantar la estructura por encontrarse total o parcialmente por debajo del nivel freático, es decir “flota”. En rellenos en proceso de consolidación, el pilote se ve arrastrado por el terreno que asienta, denominándose este fenómeno “rozamiento negativo”. Si la estructura recibe esfuerzos horizontales, algunos pilotes pueden trabajar a tracción y otros a compresión. También trabajan a flexión si están empotrados y resisten el empuje de las tierras al excavar.

Por tanto, los pilotes resultan muy apropiados en casos como los siguientes:

  1. Cuando se disponga de un terreno competente a poca profundidad (5-6 m)
  2. Las cargas de la estructura sean importantes y concentradas
  3. La estructura sea sensible a movimientos absolutos o diferenciales
  4. El nivel freático se encuentre muy alto y sea difícil ejecutar losas
  5. Para limitar el efecto de las cargas en estructuras próximas
  6. Como elemento de contención formando pantallas de pilotes
  7. Para contener movimientos de ladera
  8. Para resistir cargas horizontales (normalmente combinado con otros y con inclinación)
  9. Para compensar tracciones (subpresiones)

El Código Técnico de Edificación clasifica los pilotes en los siguientes tipos:

  • Pilote aislado: es un pilote alejado suficientemente de otros para no interactuar con aquellos. No se permiten pilotes aislados para diámetros menores a 45 cm. Entre 45 y 100 cm de diámetro se pueden utilizar si se arriostran lateralmente.
  • Grupo de pilotes: conjunto de pilotes suficientemente próximos para interactuar entre sí o unidos mediante elementos estructurales.
  • Zonas pilotadas: son pilotes de escasa capacidad portante individual, regularmente especiados o situados en puntos estratégicos, que sirven para reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones.
  • Micropilotes: son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles que se introducen en un taladro de pequeño diámetro, y que pueden estar inyectados con una lechada de mortero.

El Código Técnico de Edificación también distingue los pilotes por el material:

  • Hormigón “in situ”: se pueden ejecutar mediante excavación previa del terreno o por desplazamiento de éste.
  • Hormigón prefabricado: armado (hormigones de alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado.
  • Acero: secciones tubulares o perfiles en doble U o en H. Se hincan con protecciones en la punta (azuches).
  • Madera: para pilotar zonas blandas ampliar y como apoyo de estructuras con losa o terraplenes.
  • Mixtos: acero tubular rodeados y rellenos de mortero.

Por la forma de ejecución, este Código Técnico los clasifica en:

  • Pilotes prefabricados hincados: donde se desplaza el terreno, sin hacer excavaciones.
  • Pilotes hormigonados “in situ”: donde se excava el terreno antes de hormigonar.

Sin embargo, existen casos mixtos, con perforación e hinca, como pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ” u otros. La tipología condiciona la alteración del terreno en el entorno del pilote y por tanto, la resistencia y deformabilidad. En lo que sigue, dividiremos los pilotes en pilotes de desplazamiento, pilotes de perforación, pilotes inyectados y micropilotes.

El profesor Celma (2014) nos sugiere los siguientes criterios para la elección del tipo de pilote (Tabla 1):

Os dejo a continuación un vídeo explicativo sobre este tema que espero sea de vuestro interés.

También os dejo este vídeo de geotecnia.ONLINE sobre pilotes.

Referencias:

CELMA, J.J. (2014). Cuadernos de mecánica del suelo y cimentaciones. Apuntes Universitat Politècnica de València, 194 pp.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Emparrillados de cimentación

Figura 1. Emparrillado de cimentación. Fuente: puntaltec.com

Los emparrillados recogen los pilares de la estructura en una única cimentación, consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmente ortogonal, de gran rigidez (Figuras 1 y 2). Al igual que en las vigas de cimentación, los emparrillados son menos sensibles a las heterogeneidades, oquedades o a los defectos locales del terreno. Suelen emplearse cuando la presión admisible del terreno es baja, existe una elevada deformabilidad o se esperan importantes asientos diferenciales, aunque la alternativa es la losa de cimentación. En la Figura 3 se observa una especie de emparrillado de cimentación que usa elementos para aligerar lo que sería una losa y que en una vivienda sirve de forjado sanitario.

Figura 2. Esquema de emparrillado de cimentación. Fuente: http://www.elconstructorcivil.com/

 

Figura 3. Emparrillado de cimentación con aligeramientos Daliforma. Fuente: http://www.admasarquitectura.com/

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Criterios básicos de elección del tipo de cimentación

Figura 1. Colocación de armadura en zapata. Imagen: V. Yepes

El tipo de cimentación se selecciona en función el tipo de terreno, del tipo de estructura y de la interacción con los edificios próximos. El terreno influye por su capacidad portante, por su deformabilidad, por la existencia de nivel freático, por su excavabilidad o alterabilidad, entre otros. En el tipo de estructura son determinantes las cargas, las tolerancias a los asientos y la presencia de sótanos. Son muy susceptibles aquellos edificios cercanos antiguos con cimentación somera o cuando las cargas van a ser muy diferentes entre los edificios próximos.

La cimentación por zapatas constituye la solución tradicional por economía y facilidad de ejecución. Es una buena solución cuando la resistencia del terreno es de media a alta, sin estratos blandos interpuestos. Es la cimentación ideal si el terreno presenta una cohesión suficiente para mantener verticales las excavaciones, no existe afluencia de agua y el nivel de apoyo se encuentra a menos de 1,5 m, si bien se puede rellenar la diferencia con un hormigón pobre en el caso de mayores profundidades. En edificios ligeros y muros de carga se utilizaban zapatas de hormigón en masa, si bien hoy día se realizan con hormigón armado. Cada pilar asienta de forma independiente sobre cada zapata. Como inconveniente cabe citar la escasa resistencia a giros y a desplazamientos horizontales, que pueden resolverse con riostras, zapatas combinadas o vigas de cimentación.

Figura 2. Desencofrado de zapata. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)

La cimentación por losa se utiliza en terrenos menos resistentes o heterogéneos, especialmente para tensiones admisibles menores a 0,15 N/mm2. Es económica si la superficie de la cimentación supera la mitad de la extensión que ocupa el edificio. Una ventaja adicional es que anula o reduce los asientos diferenciales. Asimismo se aconseja cuando el edificio presenta un sótano bajo el nivel freático, combinado con muros pantalla. La facilidad constructiva sugiere losas de canto constante, salvo en edificios con zonas cargadas de forma diferente para garantizar la compatibilidad de las deformaciones.

Figura 3. Hormigonado de una losa de cimentación. Fuente: edificio7000.obrasonline.com

Se recurre a la cimentación por pilotaje cuando no existe firme a una profundidad alcanzable mediante zapatas o pozos, normalmente más de 5 m. Los pilotes reducen los asientos de la estructura, cuando la permeabilidad u otras condiciones del terreno impiden la ejecución de cimentaciones superficiales, existen cargas muy fuertes o concentradas o bien se pretende evitar la influencia sobre cimentaciones adyacentes.

Figura 4. Sistema Omega de ejecución de pilotes. Imagen: W. Van Impe (http://scon.persianblog.ir/post/121/)

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Concepto y clasificación de las cimentaciones

Figura 1. Cargas sobre un cimiento superficial (Yepes, 2016)

La cimentación de una estructura es aquello que la sustenta sobre el terreno. Generalmente está enterrada y transmite al terreno su propio peso y las cargas recibidas, de modo que la estructura que soporta sea estable, la presión transmitida sea menor a la admisible y los asientos se encuentren limitados (ver Figura 1). La cimentación consta de dos partes, el elemento estructural encargado de transmitir las cargas al terreno, o cimiento, y la zona del terreno afectada por dichas cargas, o terreno de cimentación. La cimentación debe resistir las cargas y sujeta la estructura frente a acciones horizontales como el viento y el sismo, conservando su integridad. La interacción entre el suelo y la estructura depende de la naturaleza del propio suelo, de la forma y tamaño de la cimentación y de la flexibilidad de la estructura.

Las cimentaciones se diseñan para no alcanzar los estados límites últimos o de servicio. Los primeros llevan a la situación de ruina (estabilidad global, hundimiento, deslizamiento, vuelco o rotura del elemento estructural), mientras que los segundos limitan su capacidad funcional, estética, etc. (por ejemplo, movimientos excesivos). Se denomina capacidad portante a la máxima presión que transmite una cimentación sin alcanzar el estado último, mientras la presión admisible es aquella que no se alcanza en ningún estado límite, ya sea último o de servicio, presentando un coeficiente de seguridad respecto a la capacidad portante.

Otros problemas a considerar son la estabilidad de la excavación, los problemas de ataques químicos al hormigón, la posibilidad de heladas, el crecimiento de vegetación que deteriore la cimentación, los agrietamientos y levantamientos asociados a las arcillas expansivas, la disolución cárstica, la socavación, los movimientos del nivel freático, los daños producidos a construcciones existentes (Figura 2) o futuras, las vibraciones de maquinaria o los efectos sísmicos sobre el terreno, especialmente cuando existe posibilidad de licuefacción.

Los procedimientos constructivos influyen notablemente en el comportamiento de una cimentación. Hay que tener en cuenta que la construcción de la cimentación altera el terreno circundante, lo cual puede modificar algunas de las hipótesis de cálculo. A modo de ejemplo, los pilotes perforados descomprimen el terreno influyendo en la resistencia por fuste. La hinca de pilotes en limos y arenas sueltas saturadas aumenta la presión intersticial, lo que disminuye temporalmente la capacidad del pilote e incluso causar la licuefacción del terreno.

Figura 2. Descalce de una cimentación vecina durante la excavación. Imagen: E. Valiente

La cimentación puede clasificarse atendiendo a la profundidad a la que se realiza (ver Figura 3). Así, si llamamos D a la profundidad a la que se encuentra el contacto entre la cimentación y el terreno y B la dimensión menor de la cimentación, éstas se pueden clasificar en:

  • Cimentación superficial o directa:

D/B < 4

D < 3 m

  • Cimentación semiprofunda o pozos:

4 ≤ D/B ≤ 8

3 m ≤ D ≤ 6 m

  • Cimentación profunda o pilotaje:

D/B > 8

D > 6 m

Figura 3. Clasificación de las cimentaciones en función de la profundidad de apoyo (Yepes, 2016)

Existen distintos tipos de cimentaciones superficiales, tal y como se aprecia en la Figura 4.

Figura 4. Algunos tipos de cimentaciones superficiales. Imagen elaborada a partir de: http://www.generadordeprecios.info/

En la Tabla 1 se ha asignado a cada cimiento directo el tipo de elemento estructural al que sirve de cimentación.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo donde se recoge todo lo anteriormente expuesto. Espero que os sea útil.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Requisitos de los cimientos de una cimbra

By Leonard G. [CC0], from Wikimedia Commons

En una entrada anterior dimos recomendaciones acerca de la cimentación de una cimbra en el caso particular de la construcción de un puente losa. Ahora vamos a explicar brevemente los requisitos básicos de cualquier tipo de cimbra atendiendo a lo dispuesto en la norma UNE-EN 12812:2008 “Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño estructural”.

Una cimbra, tal y como dispone dicha norma, se utiliza normalmente para soportar las cargas producidas al verter hormigón fresco durante la construcción de estructuras permanentes hasta que se alcance la capacidad de soportar la carga suficientemente, también sirve para absorber las cargas de elementos estructurales, instalaciones y equipos utilizados durante la construcción, el mantenimiento, la reforma o el derribo de las estructuras y, adicionalmente, proporcionan sustento para el almacenamiento temporal de materiales de construcción, elementos estructurales y equipos.

Como puede verse, la cimbra es una estructura que debe transmitir las cargas al terreno o a otra subestructura. Puede ser una subestructura habilitada a tal efecto, la superficie del terreno existente (por ejemplo, roca), una superficie parcialmente excavada y preparada (por ejemplo, tierra), una estructura ya existente o bien un cimiento propiamente dicho.

Apoyo sin ninguna incrustación en el terreno

El cimiento de una cimbra se puede apoyar directamente sobre el terreno, siempre que se retire la capa superficial del suelo. En este caso se deben cumplir las siguientes condiciones:

  • Los cimientos deben resistir los arrastres por aguas superficiales o subterráneas, al menos, durante la vida de la cimbra. Para ello se puede ejecutar un drenaje o bien se puede proteger dicha cimentación con una capa de hormigón.
  • No deben existir heladas que afecten a terrenos permeables que sean superficie de apoyo, al menos, durante la vida de la cimbra.
  • La superficie de apoyo no debe superar el 8% de pendiente. En otro caso, se debe realizar un macizo de apoyo o cualquier otra solución que permita disipar la componente de fuerza en el terreno.
  • En terrenos cohesivos, y cuando la distancia al borde es grande, se debe disponer de un drenaje por debajo de la base de cimentación.
  • En el caso de terrenos no cohesivos, se debe asegurar que no sea probable que el nivel freático se eleve a menos de un metro de la parte inferior de la estructura. La razón es mantener el asentamiento en un valor suficientemente bajo.
  • Se debe verificar la capacidad de esfuerzo cortante lateral.

 

Apoyo sobre una estructura permanente existente

En este caso hay que verificar la capacidad de la estructura permanente para soportar las cargas aplicadas de la cimbra.

Elementos rectangulares apilados

Se pueden utilizar elementos de madera rectangulares u otros elementos comparables para el apoyo en la ejecución de las torres portantes, así como para el ajuste de la altura de la base de la construcción en combinación con la cimentación. Estos elementos se deben colocar transversalmente, ampliándose el área base con cada capa desde la parte superior a la inferior. Asimismo, se debe comprobar que el apoyo de la ejecución para las torres portantes debe cubrir toda la sección transversal de la torre (Figura 1).

Figura 1. Apoyo de una torre portante mediante elementos apilados. AENOR (2008)

El extremo superior de los elementos apilados debe diseñarse como un apoyo horizontal arriostrado, o bien, se debe estabilizar el punto de apoyo en cualquier dirección horizontal mediante anclajes horizontales. Este elemento apilado se considera como un punto de apoyo horizontal arriostrado si se cumple (Figura 2):

Figura 2. Elemento apilado para ajuste de la altura. AENOR (2008)

Torres de carga

Se requiere asegurar la forma de la sección de la estructura de apoyo mediante anclajes o planos rigidizados, en la parte superior e inferior de la torre. Se puede sustituir dichos anclajes por el propio encofrado o por la cimentación en el caso de que la torre esté bien conectada a dichos elementos.

Referencias.

AENOR (2008). Norma Española UNE-EN 12812 Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño general.