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Cimentaciones


 



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Introducción

Importancia de las cimentaciones

Es evidente que para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento razonable ha de contar con una cimentación adecuada. Aunque la cimentación es algo que no llama la atención y para inadvertida por los usuarios de la estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de sus partes suele a veces exigir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el mejor criterio del que normalmente necesita para redactar el proyecto. La construcción de una cimentación es, a veces, el trabajo más difícil de todos los que se presentan al realizar una obra.

La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el que la estudia y proyecta. El constructor podrá tener problemas para realizar lo que figura en los planos y especificaciones pero no es responsable del mal criterio que se haya seguido para concebir y diseñar el proyecto. También los que proyectan la estructura y deben tomar las decisiones vitales han de enfrentase a problemas complejos.

La naturaleza ha dispuesto los materiales en el sitio en que se encuentran en una forma caprichosa, y es difícil averiguar cuál será el comportamiento de estos materiales cuando sean sometidos a la acción de las cargas; las aguas pueden arrastrar el terreno o inundar la estructura, las masas se hielo o los vendavales pueden ejercer presiones de magnitud desconocida; las heladas pueden dar origen a levantamientos y hundimientos. Igualmente la intervención de la mano del hombre puede agravar las dificultades y así es posible topar con una barcaza hundida o con un montón de escombros enterrados bajo el fango o la arena, con una vieja alcantarilla que atraviesa el lugar de ubicación bajo la superficie del terreno, o bien encontrarse con que una parte del terreno está formado por materiales de relleno dudoso, tales como antiguos lechos de ramajes o de materiales flexibles. También puede añadirse que a menudo parece como si los que van a ser propietarios estuvieran resueltos a construir estructuras demás importancia en los sitios más inoportunos y además con una sume de dinero excesivamente escasa.

¿Ha de acobardarse el ingeniero frente a estas dificultades? ¿Debe retirarse a casa y esperar a que aquellas desaparezcan? Lo que tiene que hacer es obtener toda la información posible acerca de los problemas con que se enfrenta, determinar lo procedimientos que puede seguir, estudiar distintas variantes que puede utilizar para soportar la estructura, prever la influencia probable de estas variantes, estimar su costo aproximado, decidir sobre la viabilidad relativa de la construcción, aconsejar sobre lo que él considera como mejor y, finalmente, explicar a sus clientes la naturaleza de los problemas y las razones de sus recomendaciones.
Así pues, las decisiones importantes deben estar fundamentadas en el buen criterio y sentido del ingeniero.

Definiciones

La palabra cimiento puede significar: 1) terreno o roca, in situ, sobre el que se transmiten las fuerzas originadas por el peso propio de la estructura y sobrecargas que posteriormente actuarán sobre la misma, 2) el conjunto total de las partes estructurales de la infraestructura por intermedio de las cuales se transmiten al terreno o roca que las soporta el peso propio de la superestructura y las fuerzas que actúan sobre ella o 3) una combinación de los dos conceptos anteriores.

No se puede determinar con claridad cuál es la línea de separación entre la superestructura y la infraestructura, aunque comúnmente suelen definirse a dichas partes de la estructura como sigue:

Superestructura: Es la parte de la estructura que se construye con el fin principal de ser utilizada por el hombre sin preocuparse de cómo será soportada por el suelo.

Infraestructura: Es la parte de la estructura que es necesaria para apoyar ala superestructura en su emplazamiento y transmitir al terreno todas las fuerzas que origina dicha superestructura.

Antes de aventurarse a la elección de un tipo de cimentación, el ingeniero debe, cuando menos, tener una idea de las características físicas, granulométricas, mecánicas, hidráulicas y demás propiedades de interés que pudiera tener el suelo donde se pretende construir una determinada estructura, tales como pueden ser la estratigrafía del suelo, la profundidad del nivel de aguas freáticas, la ubicación geográfica del lugar en sí, su accesibilidad para la transportación de materiales, mano de obra y equipo necesarios para la construcción, la puesta en práctica de ciertos tipos de técnicas constructivas así como los posibles efectos que dicha construcción puede acarrear sobre su entorno (efectos sociales, económicos, ecológicos, etc.)

Debe también considerar que para poder conocer las propiedades del suelo que sean de su interés han de realizarse ciertos procedimientos que son tan importantes cono la construcción misma, tales como pueden ser el levantamiento topográfico, los sondeos que sean necesarios, ya sean preliminares o permanentes, la instalación de laboratorios in situ para la realización de pruebas a las muestras, etc.

Existen varios tipos de cimentaciones, los cuales dependen entre otras cosas de su forma de interactuar con el suelo, esto es, la manera en que transmiten al suelo las cargas que soportan, también dependen de su técnica de construcción y del material con que son fabricadas así como del material, mano de obra y equipo que se requiere para construirlas, que puede ser sencillo en algunos casos o muy especializado en otros, lo que se refleja directamente en la dificultad para llevarlas a cabo y en su costo.

También puede influir la situación económica del lugar de construcción o bien podría darse el caso extremo de que la obra sea tan compleja y el terreno tan malo para construirla que sea necesario desarrollar un tipo de cimentación muy especial. Aunque cada país ha generado ciertas técnicas constructivas y de diseño muy particulares, basándose principalmente en sus necesidades y experiencias propias, las cimentaciones pueden clasificarse de una forma muy generalizada como indica el siguiente esquema:

Clasificación general de las cimentaciones.

Poco profundas

- Zapatas
- - Aisladas
– Corridas
– De colindancia

- Losas de cimentación

- Cimientos mampostería de piedra
- - Corridos
– De colindancia

Profundas

- Cilindros
- Pilotes - De punta
- de ficcion
- de control
- Cajones de cimentacion

Mixtas

Básicamente es una combinación de los distintos tipos de cimentaciones, con el fin de obtener una cimentación más eficiente o en su caso más fácil de construir que un cimiento muy complejo.

Cimentaciones poco profundas

Se clasifican como poco profundas o superficiales aquellas cimentaciones cuya profundidad no es mayor que 3 metros, esto es que la excavación hecha en el suelo para su construcción no rebasa esa altura.

Cimientos de mampostería de piedra

En nuestro país es común el uso de este tipo de cimentación, en pequeños negocios, casas de menos de dos niveles, etc. En las zonas rurales con frecuencia se utilizan los cimientos de mampostería de piedra, unidos con juntas de mortero cemento-arena o bien cal-arena. Estos cimientos son de dos tipos: de un escarpio para muros de colindancia (bardas) y de dos escarpios para muros interiores. Esto se ilustra en las figuras 1 y 2.

Zapatas

Definición

Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro y que tiene por objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades del suelo. Las zapatas que soportan una sola columna se llaman zapatas aisladas o individuales. La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata corrida o continua. Si una zapata soporta varias columnas se llama zapata combinada. Un tipo especial de zapata combinada que se usa comúnmente en el caso de que una de las columnas soporte un muro exterior es la zapata en voladizo o en cantiliver.

Historia de su evolución

Las zapatas representan la forma más antigua de cimentación, hasta mediados del siglo XIX la mayor parte de las zapatas eran de mampostería de piedras unidas con mortero, aunque sí se construían de piedra labrada en tamaños específicos, eran las llamadas zapatas de piedra labrada. Las zapatas de mampostería eran muy útiles para casi todo tipo de construcciones, hasta que aparecieron los edificios altos cuyas cargas en las columnas eran considerables, los que hizo necesario la construcción de zapatas mas anchas y pesadas que representaban un problema tanto por el espacio que ocupaban como para construirlas.

En los primeros intentos para construir zapatas que abarcaran grandes áreas, se utilizaban emparrillados de madera para posteriormente construir zapatas de mampostería sobre ellos, eran las llamadas zapatas de emparrillado. Con la aparición del concreto se pudo solucionar el problema del peso y del espacio requerido, o cuando menos en parte sin embargo, hizo su aparición un nuevo problema: la necesidad de utilizar acero de refuerzo. En los primeros intentos se utilizaron rieles de acero de ferrocarril ahogados en el concreto, lo que disminuía el peso de la zapata, posteriormente los rieles fueron sustituidos por vigas “I- de acero que si bien ocupaban un poco más de espacio eran más económicas que los rieles de ferrocarril. Al aparecer el concreto reforzado a principios del siglo XX, las zapatas de emparrillado fueron poco a poco cayendo en desuso para ser sustituidas por las de concreto reforzado que son más eficientes y han predominado hasta nuestros días. Existen varias formas de zapatas, los más comunes son las zapatas cuadradas y las rectangulares.

El procedimiento general para desarrollar un proyecto y analizar las zapatas cuadradas y rectangulares puede resumirse brevemente de la manera siguiente :

1. Adóptese el tipo o forma de zapata que parezca servir al fin particular requerido.
2. determínese la superficie de apoyo adecuada que deba tener la zapata.
3. Adóptense todos los espesores y demás dimensiones de la zapata que se plantea, a base de buen criterio y antecedentes.
4. Diséñese y calcúlese la zapata de tal manera que no pueda fracturarse por momento, cortante o adherencia en la dirección WX (figura 5); hágase lo mismo para que tampoco pueda fracturarse en dirección YZ. Si estas dos direcciones resistentes son suficientemente fuertes, la zapata probablemente no se romperá.
5. Compruébese el proyecto desde los puntos de vista económico y de interés general.

Como se había mencionado, las zapatas se han convertido con el paso del tiempo en un tipo de cimentación eficiente y con múltiples aplicaciones en la construcción de casi todo tipo de obras. Cuando existe la necesidad de apoyar dos o más columnas en una misma zapata, se aconseja utilizar una gran losa o zapata combinada en vez de una zapata de cimentación individual para cada columna.
Algunas de estas circunstancias son :

1. Cuando una fila de columnas debe estar tan próxima al límite del terreno o construcción, que las zapatas deben cargarse excéntricamente, puede disponerse entonces de una sola zapata común, para cada pilar externo y su correspondiente de la fila interior contigua.
2. Cuando dos pilares están tan próximos uno del otro que sus correspondientes zapatas aisladas pudieran casi traslaparse.
3. Cuando el diseñador quiere arriostrar dos zapatas entre sí para que resistan la subpresión, el volteo o las fuerzas horizontales opuestas.
4. Cuando una estructura, tal como la de la pila de un puente está compuesta por dos o más pilares apoyados sobre un suelo de baja capacidad de carga o sobre pilotes, de forma que conviene disponer de una gran base común.
5. Cuando el principio de la acción de cargas combinadas pudiera ofrecer la construcción más conveniente. Las circunstancias especiales encontradas en la ingeniería práctica varían asombrosamente y cada proyecto deberá ser el mejor para el caso particular.

Zapatas aisladas sometidas a volteo

Al desarrollar un proyecto de una estructura prácticamente realizable se presentan muchos casos en que las zapatas aisladas están sometidas a la acción de fuerzas verticales y de volteo. Cuando estas últimas comparadas con las cargas verticales resultan pequeñas, el momento de volteo puede no tomarse en cuenta, pues se supone que sus efectos están previstos por el factor de seguridad. No obstante, es necesario hacer el estudio para ver si el volteo tiene o no importancia. Cuando se conoce con cierta garantía el valor de la carga máxima que admite el terreno y se adopta un factor de seguridad de 1.5 a 2 para establecer una presión unitaria P a considerarse en el proyecto, es lógico plantear la cuestión de que si P puede aumentarse un tanto por ciento para el cálculo de la cimentación al considerar la acción simultanea de la carga permanente, sobrecarga y cargas laterales.

Losas de cimentación

Definición

Una losa de cimentación es un a zapata combinada que cubre toda el área que queda debajo de una estructura y que soporta todos los muros y columnas.

Cuando las cargas del edificio son tan pesadas o bien la capacidad de carga admisible en el suelo es tan pequeña que las zapatas aisladas van a cubrir más de la mitad del edificio, es probable que una losa de cimentación resulte más económica que las zapatas. Estas losas también se usan para reducir el asentamiento de las estructuras situadas sobre depósitos muy compresibles como las arcillas. En estas condiciones la profundidad a la que se desplanta la losa se hace a veces tan grande, que el peso de la estructura más el de la losa está completamente compensado por el peso de la masa de suelo excavado.

Comúnmente las losas de cimentación se proyectan como losas planas de concreto y sin nervaduras, las cargas que actúan hacia abajo son las debidas a las columnas y muros. Si no hay una distribución uniforme de las cargas de las columnas o bien el suelo es tal que pueden producirse grandes asentamientos diferenciales, las losas deben reforzarse para evitar deformaciones excesivas. La forma de refuerzo es simplemente utilizando muros divisorios como nervaduras de vigas T conectadas a la cimentación, o bien usando marcos rígidos o haciendo celdas con trabes y contra trabes, es entonces cuando se forman los llamados cajones de cimentación. En la figura 6 se muestran a grandes rasgo los elementos que constituyen una losa de cimentación .

Desventajas

Cabe mencionar que entre más grande sea la losa más costosos resultan los procedimientos constructivos, en estos casos pudiera ser preferente una cimentación a base de pilas o pilotes. El costo de construcción no es la única desventaja de este tipo de cimientos, al estar en contacto con el suelo una gran área de la losa, es necesario protegerla contra la acción de la humedad, la acción de los álcalis y la lixiviación entre otros fenómenos indeseables para el buen funcionamiento de la cimentación.

Drenaje, impermeabilización y protección contra la humedad

Es casi inevitable que ocurran filtraciones de agua en los sótanos de los edificios, ya que es precisamente esta parte de la construcción la que está en contacto directo con el suelo, más aún si consideramos los posibles defectos de la construcción. También es importante el considerar las condiciones de aguas freáticas del suelo al proyectar la profundidad de la excavación necesaria para desplantar la losa o cajón de cimentación. Si debe desplantarse por debajo del nivel freático, deben tomarse precauciones especiales para evitar filtraciones importantes dentro de la estructura. En general se utilizan dos métodos: la utilización de drenajes y la impermeabilización.

Drenajes

Los drenajes son bastante útiles cuando las filtraciones son pequeñas ya que es fácil evacuar el agua acumulada a bajo costo, frecuentemente por gravedad, por medio de albañales o zanjas. Entre los drenas más comunes están los en zapatas y los de piso, los drenes en zapata se fabrican con tramos cortos de PVC con pequeñas perforaciones que se tienden en zanjas cavadas a un lado de la base de la zapata para ser rellenadas posteriormente con material de filtro; los últimos 30 cm de relleno se hacen con material menos permeable para evitar que se filtre el agua de la superficie.

Los drenes de piso no son muy comunes sin embargo, es posible que hayan flujos de agua por debajo de la losa por lo que se aconseja el uso de drenaje. Estos drenes no deberán conectarse a tubos de bajadas pluviales ni a drenes superficiales.

Impermeabilización

Si la cantidad de agua que se colecta en los drenes es muy grande, es recomendable el uso de impermeabilizantes en el sótano y permitir que la losa quede sujeta a la presión del agua freática. Uno de los métodos más eficientes es el de membrana, que consiste en colocar una membrana de material asfáltico cerca del exterior del edificio. El material asfáltico se aplica en caliente y es bastante flexible y lo suficientemente dúctil como para mantener su integridad en caso de que se presenten pequeños agrietamientos en la estructura. Para que la membrana sea totalmente efectiva debe cubrir en su totalidad la superficie de la estructura que esté en contacto con el agua, para ello se requiere la construcción de un sub-piso sobre el cual se coloca la membrana antes de construir la losa como tal. Los muros y pisos que quedan dentro de la membrana están sometidos a la acción de la presión del agua, por lo que deben diseñarse para soportar dichas acciones. Actualmente pueden utilizarse otros tipos de impermeabilizantes especiales o bien pueden usarse aditivos para disminuir la permeabilidad del concreto como el humo de sílice y/o escorias de silicio.

Cimentaciones profundas

Pilas y cilindros

Definición

En la ingeniería de cimentaciones el termino pila tiene dos significados diferentes. De acuerdo con uno de sus usos la pila es un miembro estructural subterráneo que tiene la función que cumple una zapata, es decir transmitir las cargas que soporta al suelo. Sin embargo, en contraste con una zapata, la relación de la profundidad de la cimentación con respecto a la base de las pilas es por lo general mayor que cuatro, mientras que para las zapatas, esta relación es menor que la unidad.

De acuerdo con su segundo uso, una pila es el apoyo, ya sea de concreto o de mampostería para la superestructura de un puente. Puede considerarse a la pila en sí misma, como una estructura que a su vez debe estar apoyada sobre una cimentación adecuada. La base de una pila puede descansar directamente sobre un estrato firme o puede estar apoyada sobre una serie de pilotes. Los cuerpos de pila situados en los extremos de un puente reciben el nombre de estribos.

Las dimensiones del cuerpo de una pila están restringidas entre otras cosas por la magnitud de las reacciones de lo apoyos, la distancia para la dilatación de la superestructura y la distancia entre armaduras y trabes. Hay varios tipos de pilas: las llenas de usan regularmente en puentes ferroviarios, las dobles de adaptan muy bien a puentes carreteros y las pilas T suelen usarse para librar claros sobre vías de ferrocarril o carreteras.

Elección del tipo de puente y pila

Entre todas las soluciones posibles, ¿cómo ha de elegirse el mejor proyecto de puente para un caso particular? En la práctica el planteamiento del proyecto de los cimientos -pilas y estribos- y de la superestructura constituye un problema general en el que cada parte está influenciada y depende de cierta forma por las otras.
En primer lugar el puente ha de tener cierta capacidad y resistencia para satisfacer el tráfico que transita, además deberá de ser la más apropiada, económica, factible para su construcción y tendrá que satisfacer ciertas características estéticas y de vida útil.
Entre las cosas más importantes que deben tomarse en cuenta para la elección de las características básicas de la estructura y cimentación de un puente, figuran las siguientes :

1. Los grandes claros horizontales y verticales necesarios para la navegación (cuando el puente cruza un brazo de mar o río) pueden afectar el planteamiento del proyecto de tal manera que únicamente son factibles las estructuras de tramos largos y altos.
2. Es posible que se requiera una estructura de gran altura y con tráfico continuo, por lo que es conveniente utilizar algunos puntos altos de cimentación y de tramos altos.
3. Los accesos largos y elevados pueden resultar mucho más costosos que es posible que convenga más una estructura de un nivel más bajo y un tramo o tramos móviles.
4. Los puentes de tablero superior proporcionan una mejor vista del paisaje que los de tablero inferior, especialmente en los puentes carreteros de manera que, si los claros verticales no son importantes para tramos de igual longitud, los arcos y /o vigas rectas de los puentes de tablero superior resultan más económicas que las de tablero inferior además, se requieren pilas más pequeñas.
5. Debe tomarse en cuenta la elección del material para la construcción, ya sea concreto o acero, ya que cada uno, además del costo, es particularmente apto para ciertos tipos de estructura.
6. La topografía del terreno influye claramente en el diseño de la cimentación y en algunos casos puede ser de utilidad en la construcción de la misma.
7. La cantidad de fondos disponibles para el proyecto, si bien puede condicionar muchas de las acciones del ingeniero, no es una excusa para que se deje de lado la seguridad de la obra, antes, durante y después de su construcción.
8. El tipo de tráfico también puede ser una limitante en el diseño de la estructura, por ejemplo un puente ferroviario requiere de una estructura rígida, de manera que es más aconsejable el empleo de vigas robustas y pilas adecuadas.
9. Las preferencias personales del propietario, del arquitecto y las del propio ingeniero pueden tener gran importancia al hacer la elección.

Es importante mencionar que, para estimar las cargas que han de utilizarse en el análisis preliminar de las pilas y estribos deberán considerarse básicamente tres tipos de cargas :

- Cargas muertas o peso propio de la estructura.
- Cargas vivas o variables, como son el paso de los vehículos a ciertas horas.
- Cargas accidentales, como las fuerzas sísmicas, de viento, oleaje y nieve.
- Cargas imprevistas como impactos y explosiones.

Hay pilas huecas, macizas, dobles y de variadas formas, todas ellas según las necesidades del constructor sin embargo, la elección de una u otra forma de pila trae consigo ciertos problemas constructivos, sobre todo si se van a utilizar en puentes marítimos, pues el oleaje intenso, las mareas y la sola presencia del agua son obstáculos difíciles de superar y en ocasiones es necesario utilizar equipo especializado para la excavación e hinca de ciertos tipos de pilas.

Métodos de construcción

Existen dos grandes grupos para la construcción de pilas: las pilas ademadas o estibadas y las pilas de cajón.

Las pilas estibadas se construyen cavando un pozo hasta el nivel de desplante de la cimentación y se construye la pila dentro del mismo. Las paredes del pozo excavado deben ademarse para evitar que se derrumben al construir la pila, pueden estibarse con forros metálicos cilíndricos o bien tablestacas. La perforación puede hacerse de varias formas, como por ejemplo utilizando un líquido espeso en vez de ademe (lodo bentonítico) o bien por medio de maquinaria y, en caso de que la pila deba colocarse sobre la superficie del mar, puede usarse una ataguía que sirva de protección -esto es que contenga el agua alrededor de la excavación- mientras se construye la pila.

Por otro lado, las pilas también pueden construirse utilizando cajones, esto es cajas o cilindros que se hincan hasta cierta profundidad y sirven como cimbra de la pila y forro exterior cuando ésta queda terminada. El material dentro del cajón puede extraerse a mano o bien por dragado, también puede inyectarse aire comprimido en el extremo inferior del cajón formando una cámara hermética lo que facilita la limpieza del fondo de la excavación sin embargo, este procedimiento conocido como método del aire comprimido puede tener riesgos para la salud de los trabajadores.

Cuando debe trabajarse en suelos con alto contenido de arcillas con poca presencia de agua puede utilizarse el método Chicago, que es similar al método de ademado. En éste método los ademes son de forma circular y se pueden hacer de madera o binen de metal, cuando se ha alcanzado cierta profundidad puede colocarse otro forro o ademe del mismo material hasta alcanzar la profundidad de desplante, cuando se ha llegado a este punto puede ampliarse el fondo excavado o acampanarse con el fin de aumentar el área de apoyo de la pila. Los ademes sirven como cimbra al llenar la perforación de concreto. Algunos tipos de pilas se muestran en la figura 8.

Pilotes

Definición

Los pilotes son miembros estructurales con un área de sección transversal pequeña en comparación con su longitud. Se hincan en el suelo a base de golpes generados por maquinaria especializada, en grupos o en filas, conteniendo cada uno el suficiente número de pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro.

Función de lo pilotes

Fundamentalmente los pilotes son parte de la infraestructura y pueden utilizarse para transmitirlas cargas de la superestructura y las del resto de la infraestructura a través de estratos se suelos flojos e inconsistentes, agua o aire hasta estratos cuya capacidad de carga sea capas de soportar dichas cargas. Evidentemente los pilotes se utilizan cuando las condiciones del suelo no son adecuadas para el empleo de zapatas o losas de cimentación o cuando la construcción de estas en los lugares dispuestos para su emplazamiento son inadecuadas, antieconómicas o bien no viables. Por consiguiente los pilotes van generalmente asociados con problemas difíciles de cimentación y con las condiciones peligrosas del suelo. Sin embargo, esto no significa que las cimentaciones sobre pilotes sean peligrosas, es una advertencia para los inexpertos e imprudentes, particularmente para los propietarios y constructores. El planteamiento de una cimentación con pilotes -y frecuentemente la realización de ésta- requiere obtener todos los datos que puedan conseguirse de un modo razonable sobre las características del suelo sobre el que se va a cimentar, estudiar y comprobar las posibles soluciones para la cimentación, eliminar hasta donde sea posible, toda incertidumbre que pueda evitarse y respetar el sano criterio profesional de la ingeniería.

Tipos de pilotes

Los pilotes se construyen en una gran variedad de materiales, longitud y forma de su sección, y que se adaptan a diversas necesidades de carga, colocación y economía. Entre algunos de los más comunes tenemos :

1. Pilotes de madera: Son el tipo de pilote mas antiguo, ya desde la época del Imperio Romano se utilizaban. Proporcionan una cimentación segura y económica con ciertas restricciones, su longitud esta limitada por la altura de los árboles disponibles. No pueden resistir esfuerzos debidos a un fuerte hincado ya que pueden romperse fácilmente, sobre todo cuando se penetran estratos muy resistentes.
2. Pilotes de concreto: Son de los más usados en la actualidad, los hay de sección circular, cuadrada y octagonal y en tamaños de 8, 10 y 12 metros. Pueden dividirse en dos categorías: colados en el lugar -in situ- y precolados. Los colados en el lugar pueden ser con o sin ademe. Los precolados pueden ser también preesforzados con el fin de reducir las grietas que se forman por el manejo e hincado además de que proporciona resistencia a los esfuerzos de flexión. Todos los pilotes de concreto son reforzados con acero apara evitar que sufran daños durante su transportación y colocación.
3. Pilotes de acero: Los tubos de acero se utilizan mucho como pilotes y usualmente se llena de concreto después de hincados, y si el hincado es violento es posible utilizar perfiles I o H de acero. Estos pilotes están sujetos a corrosión, aunque el deterioro no es significativo aunque si se hincan bajo el mar, la acción de las sales puede ser importante.

Ventajas y desventajas

Algunas de las desventajas que presentan los pilotes son:

- La dificultad de aumentar o reducir su longitud en caso de que ésta no sea bien estimada.
- Es difícil saber a simple vista cuando un pilote ha fallado, ya que no es necesario que el pilote desaparezca en las profundidades subterráneas ni tampoco que se rompa o doble.
- Si un pilote es colocado en un lugar equivocado, ya no es posible su extracción para reutilizarlo.

Algunas de las ventajas en el uso de pilotes son:

- Resultan convenientes cuando las condiciones del suelo no son favorables para la utilización de otro tipo ce cimentaciones.
- Proporcionan buenas soluciones para la distribución de cargas en el subsuelo ya que pueden trabajar individualmente o en grupos de pilotes.

Funcionamiento general de un pilote bajo carga

Un pilote puede hincarse dentro de un estrato profundo de suelo granular u cohesivo, cuando se carga un pilote con una carga vertical P aplicada sobre el cabezal del mismo, éste tiende a penetrar más dentro del suelo, lo que genera un cierto comportamiento bajo carga. Los pilotes se pueden clasificar cono pilotes de punta y pilotes de fricción. Un pilote de punta obtiene casi toda su capacidad de carga de la roca o estrato de suelo que está cerca de la punta y muy poca del suelo que rodea su fuste. Por otra parte, un pilote de fricción adquiere su capacidad de carga principalmente del suelo que lo rodea, ya que se generan fuerzas friccionantes y cohesivas que le ayudan a soportar la carga, ya que el suelo que está cerca de la punta soporta un porcentaje muy pequeño de la carga del pilote.

Hay pilotes de varias formas de sección, como ya se había mencionado, así como también hay pilotes cuyo tamaño de sección cambia con la longitud del mismo y son lo pilotes cónicos, éstos tienen una gran ventaja ya que al hincarse una parte de la carga es soportada por la punta del pilote mientras el resto de la carga es soportada por las fuerzas cohesivas y de fricción que hay entre el fuste del pilote y el suelo que lo rodea.

Como se dijo anteriormente, los pilotes también pueden trabajar en conjunto, Si los pilotes son de punta cada uno trabajará como un pilar y descargará directamente sobre el suelo o roca; silos pilotes son de igual tamaño, sección, inclinación y penetración, puede suponerse hasta cierto punto que cada uno soportará la misma carga.

Elección del tipo de pilote

La manera de elegir un determinado tipo de pilote se basa en las condiciones del subsuelo, las características de hincado del pilote, el comportamiento esperado de la cimentación y la economía; éste último aspecto debe basarse en el costo total de la cimentación y no únicamente en ele costo de los pilotes.

Tipos de cargas en pilotes

La mayoría de las estructuras están sometidas a un conjunto de cargas combinadas y no únicamente a cargas verticales o laterales, por esta razón las cimentaciones deben ser capaces de soportar momentos. Debajo de estructuras como muros de compuertas, muros de sostenimiento y edificios ordinarios se producen fuerzas verticales hacia abajo causadas por el peso de la estructura y que suelen ser mucho mayores que las fuerzas hacia arriba producidas por los momentos provocados por las cargas laterales. Por otro lado, los pilotes situados del lado de sotavento de las torres altas de acero o depósitos para almacenar gas del tipo de pistón, puede considerarse que producen una reacción que contrarresta las fuerzas verticales hacia arriba.

Cuando deben transmitirse al subsuelo fuerzas laterales por medio de un a cimentación piloteada, es importante el decidir si se deben hincar algunos pilotes inclinados. Esta decisión debe basarse en la capacidad de los pilotes para soportar cargas laterales. Cuando las cargas laterales por pilote exceden a la carga vertical que puede soportar un pilote vertical, es necesario utilizar pilotes tanto verticales como inclinados. Los pilotes inclinados se usan comúnmente en los estribos y pilas de puentes, en los muros de contención y para proporcionar estabilidad a olas filas transversales de pilotes.

Cuando se usan pilotes verticales e inclinados, y si están hincados a la misma profundidad y trabajan por punta, se puede suponer que la capacidad de carga axial de cada uno de ellos es la misma; cuando los pilotes son de fricción puede hacerse la misma suposición bajo las mismas condiciones.

En la tabla 1 se indican algunos valores del rozamiento superficial en pilotes según el tipo de suelo en que se usen.

Tipo se suelo Rozamiento superficial [kg/m2]
Prof. Aprox. 6m Prof. Aprox. 18m Prof. Aprox. 30m
Limo blando y lodo orgánico denso 240-490 240-590 290-730
Limo (húmedo, pero confinado) 490-980 610-1220 730-1460
Arcilla blanda 980-1460 1220-1710 1460-1950
Arcilla dura 1460-2440 1710-2680 1950-2930
Arcilla arenosa 1460-2440 1950-2930 2440-3420
Arena fina 1460-1950 1710-2440 1950-2930
Arena media y gravilla 2440-3420 2930-3910 2930-3910
Tabla 1: Valor aproximado del rozamiento superficial en lo pilotes.

Conclusiones

En la elaboración de este trabajo se han tratado de visualizar a grandes rasgos los distintos tipos de cimentación que existen y se utilizan comúnmente, sus ventajas y desventajas. La elección de alguno de alguna de estas cimentaciones o combinación de ellas dependerá en parte de lo complejo del problema de cimentación a resolver, del tipo de suelo en que se trabaje, de los recursos -humanos, tecnológicos, económicos, etc.- con los que se cuente y de la experiencia y criterio del constructor, quien debe anteponer sobre todo, la seguridad y buen funcionamiento de la cimentación.

Bibliografía

1. Peck, Ralph B.
Hanson, Walter E.
Thornburn, Thomas H.
“Ingeniería de cimentaciones”.
Limusa Noriega Editores.
México 1995.
Octava reimpresión.
2. Dunham, Clarence W.
“Cimentaciones de estructuras”.
Madrid, España 1968.
Ediciones del Castillo S. A.
Segunda edición del original en ingles publicado por The McGraw-Hill Book Company Inc”.
U. S. A. 1962.

Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco
División de ciencias básicas e ingeniería
U. E. A.: Edificación (114223)
Prof.: Ing. Jesús Antonio Flores Bustamante
Alumno: Gómez Verde Emilio


 





 

 

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