Cimentaciones

CIMENTACIÓN

El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno. Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos, muy inferiores a las de la estructura, la cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los soportes y muros de carga.

Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable, con respecto al volumen de las piezas de la estructura. Los cimientos se construyen casi invariablemente en hormigón armado y, en general, se emplea en ellos hormigón de calidad relativamente baja, ya que no resulta económicamente interesante el empleo de hormigones de resistencias mayores.

Para poder realizar una buena cimentación es necesario un conocimiento previo del terreno en el que se va a construir la estructura. Aquí vamos a realizar una pequeña introducción sobre el suelo y la roca.

Los términos roca y suelo, tal como se usan en la ingeniería civil, implican una clara distinción entre dos clases de materiales de cimentación. Se dice que roca es un agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión. Por otra parte, se considera que suelo es un agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua.

El ingeniero para prepara un proyecto debe saber cuáles son los materiales que están presentes y que propiedades poseen, este conocimiento se adquiere, parcialmente, consultando libros, pero sobre todo, extrayendo, examinando y tal vez probando muestras que considere representativas de los materiales. En la ingeniería de las cimentaciones, la experiencia es un factor inapreciable.

La correcta clasificación de los materiales del subsuelo es un paso importante para cualquier trabajo de cimentación, porque proporciona los primeros datos sobre las experiencias que puedan anticiparse durante y después de la construcción. El detalle con el que se describen, prueban y valoran las muestras, depende del tipo de estructura que se va a construir, de consideraciones económicas de la naturaleza de los suelos, y en cierto grado del método con el que se hace el muestreo. Las muestras deben describirse primero sobre la base de una inspección ocular y de ciertas pruebas sencillas que pueden ejecutarse fácilmente tanto en el campo como en el laboratorio clasificando el material en uno de los grupos principales.

Tipos principales de suelos.

Los términos principales que usan los ingenieros civiles para describir suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayor parte de los suelos naturales se componen por la mezcla de dos o mas de estos elementos, y pueden contener por añadidura material orgánico parcial o completamente descompuesto.

A las gravas y las arenas se les llama suelos de grano grueso, y a los limos y a las arcillas suelos de grano fino. La distinción radica en que puedan diferenciarse las partículas a simple vista. Las partículas que tienen un tamaño mayor que aproximadamente 5 mm se clasifican como grava. Sin embargo, si el diámetro excede de aproximadamente 200mm, se aplica usualmente el nombre de boleo. Si los granos son visibles a simple vista pero menores a 5mm el suelo se describe como arena, esta puede ser gruesa, media y fina.

La resistencia en estado seco proporciona una base para distinguirlos. Se moldea un pequeño prisma de suelo que se deja secar al aire. Luego se rompe y tomando un fragmento de aproximadamente 3mm se aprieta con el pulgar y el índice. El esfuerzo necesario para romper el fragmento proporciona una base para describir su resistencia como muy baja, baja, media y alta o muy alta. Un fragmento de arcilla puede romperse solamente con un gran esfuerzo, mientras que uno de limo se rompe fácilmente.

Ejecutando las pruebas pertinentes de clasificación y determinando las propiedades índice correspondientes, el ingeniero adquiere medios para describir con precisión un suelo dado sin usar descripciones verbales que están sujetas a mal interpretaciones debido a la vaguedad de la terminología. Las propiedades del suelo en conjunto, dependen de la estructura y disposición de las partículas en la masa del suelo. Aunque comúnmente se usan las propiedades de los granos para fines de identificación, el ingeniero debe saber que las propiedades del terreno en conjunto tienen una mayor influencia en el comportamiento desde el punto de vista técnico del suelo.

El ingeniero especialista en cimentaciones también debe conocer las propiedades hidráulicas de los suelos. Si, por ejemplo, en la construcción de una cimentación se requiere abatir el nivel de agua freática, el ingeniero deberá estar informado con respecto a las propiedades hidráulicas y las características de drenaje de los materiales del subsuelo.

Se dice que un material es permeable, cuando contiene huecos o intersticios continuos. Todos los suelos y todas las rocas satisfacen esta condición habiendo grandes diferencias en el grado de permeabilidad de los diferentes materiales térreos. En general el coeficiente de permeabilidad se incrementa al aumentar el tamaño de los intersticios, que a su vez crece al aumentar el tamaño de los granos.

El nivel que toma el agua en los pozos de observación hechos en los depósitos de suelos se conoce con el nombre de nivel del agua subterránea, superficie libre del agua, o bien nivel freático.

Las características de esfuerzo-deformación de un suelo o de una roca, determinan el asiento que una estructura dada puede experimentar. los asentamientos de las estructuras construidas sobre mantos de arcilla blanda, que algunas veces están enterrados profundamente, debajo de materiales mas resistentes y menos compresibles, pueden producirse lentamente y alcanzar grandes magnitudes.

La relación entre la presión vertical, el asentamiento y el tiempo, se investigan en el laboratorio por medio de una prueba de compresión confinada.

Técnicas para la investigación en el subsuelo.

Para que el ingeniero pueda proyectar una cimentación inteligente, debe tener un conocimiento razonable de las propiedades físicas y disposición de los materiales del subsuelo. A las operaciones de campo y

de laboratorio necesarias para obtener esta información esencial se les llama exploración del suelo o programa de exploración.

El método que mas se adapta a una variedad de condiciones consiste en hacer sondeos en el terreno y extraer muestras para su identificación y, en algunos casos, para hacerles pruebas. Después de que se han conocido mediante sondeos preliminares las características generales de los materiales del subsuelo, puede ser adecuado un programa mas extenso de sondeo y muestreo. O puede resultar mas efectivo investigar la consistencia o la compacidad relativa de las partes mas débiles del deposito, por medio de pruebas de penetración u otros métodos directos que no requieren muestreo.

Tipo de cimentaciones y modo de construcción

Las cimentaciones de la mayor parte de las estructuras se desplantan debajo de la superficie del terreno. Por lo tanto, no pueden construirse asta que se ha excavado el suelo o roca que esta arriba del nivel de las cimentaciones.

Ordinariamente el ingeniero especialista en cimentaciones no se encarga de elegir el equipo de excavación en un lugar dado, ni de diseñar el apuntalamiento, si se necesita. Sin embargo, generalmente es su obligación del ingeniero aprobar o recusar el procedimiento de construcción propuesto por el constructor y revisar el proyecto del apuntalamiento.

En los suelos permeables para hacer excavaciones abajo del agua freática, usualmente se requiere desaguar el lugar antes o durante la construcción

Zapatas

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

En las zonas frías, la zapata se desplantan a una profundidad no menor que la penetración normal de la congelación en los climas mas calientes, y especialmente en las regiones semiáridas, la profundidad mínima de las zapatas puede depender de la mayor profundidad a que los cambios estaciónales de humedad produzcan una contracción y expansión apreciable del suelo. La elevación a la que se desplanta una zapata, depende del carácter del subsuelo, de la carga que debe soportar y del costo del cimiento. Generalmente la zapata se colocara a la altura máxima en que pueda encontrarse un material que tenga la capacidad de carga adecuada.

La excavación de una zapata para hormigón reforzado debe mantenerse seca, para poder colocar el refuerzo y sostenerlo en su posición correcta mientras seca el hormigón. Para hacer esto en los suelos que contienen agua debe ser necesario bombear o instalar previamente un sistema de drenaje.

Cimentaciones piloteadas.

Función de los pilotes.

Cuando el suelo situado al nivel en que se desplantaría normalmente una zapata o una losa de cimentación, es demasiado débil o compresible para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten a material mas adecuado a mayor profundidad

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