Cimentaciones, taludes y deslizamientos

Cimentaciones, taludes y deslizamientos

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 60)

Cimentaciones

En toda obra es necesario dar a la estructura unos apoyos o cimentaciones que transmitan al terreno unas presiones (tensiones) compatibles con su resistencia y deformabilidad.

Las cimentaciones pueden ser superficiales o directas y transmiten las cargas en un plano horizontal de apoyo y pueden ser profundas que lo que hacen es transmitir las cargas de la estructura en una zona vertical (suelo de peor calidad).

Durante las inspecciones técnicas llevadas a cabo en los edificios es necesario ante la imposibilidad de poder observar la cimentación, conocer el método constructivo.

Las patologías de la cimentación aun siendo muy difíciles de diagnosticar deben analizarse los síntomas, básicamente grietas, giros, asentamientos diferenciales o no, desplazamientos, etc. Los fallos en la cimentación se deben a causas internas por deficiencias en el diseño y proyecto de la edificación o bien a causas externas por variaciones en las condiciones cercanas a la obra (vibraciones, túneles, variación del nivel freático, efectos dinámicos, etc.).

Las cimentaciones pueden repararse por refuerzo de la propia cimentación mediante inyección los posibles huecos existentes, por inyección entre tablestacadas, entre muretes, o por sobrearmado. Asimismo ampliando la cimentación se consigue una mejora en la transmisión de los esfuerzos desde la estructura al terreno. Otras veces será mejor recalzar las zapatas existentes o sustituir las zapatas por otras.

1.El diseño de una cimentación requiere:

  • Aseguramiento de la estabilidad.
  • Estudio de las deformaciones admisibles (asientos y desplazamientos horizontales dentro de una tolerancia).
  • Comprobación de la inalterabilidad de las construcciones cercanas.
  • Pensar en la perdurabilidad de la obra. Considerar que pueden existir terrenos de relleno, cambios debidos a la arcilla presente, proximidad de cauces de ríos, cercanía de colectores y conducciones de líquido. Deterioro de la cimentación por agresiones químicas; por cambio de nivel de agua que modifique las tensiones y deformabilidad del suelo; deslizamientos del terreno.

2.Partes de que consta una cimentación:

  • Un informe geotécnico: Se determinan la resistencia del suelo a esfuerzo constante, peso específico y deformabilidad.
  • Reconocimiento del terreno.
  • Ensayo del terreno, comprobando la resistencia del mismo.
  • Realización de calas y sondeos, en este último caso a mayor profundidad utilizando diversas barrenas (de tierra, de caracol, cilíndrica, cuchara, en espiral).
  • Explanación, saneamiento, desmonte si es necesario y drenaje.
  • Es importante el estudio de la resistencia al corte sin drenaje.
  • Cálculo de las presiones admisibles o tensiones de hundimiento.
  • Estudio de asientos.
  • Diseño estructural de la cimentación, forma y dimensiones, armadura. Rigidez necesaria para minorizar los asientos diferenciales que pueden colapsar la estructura.
  • Comprobación de la cercanía de líneas de ferrocarril por la producción de vibraciones, zona sísmica que contemple la seguridad en caso de terremotos.

3.Las cimentaciones directas pueden ser:

  • Zapata de medianería, zapata corrida, zapata de esquina. Las zapatas tienen la misión de disminuir la presión vertical sobre el terreno. Al utilizar el zampeado o escalonado se aumenta gradualmente la superficie del terreno.
  • Emparrillado: Da rigidez a la estructura.
  • Losa: Muy adecuada en zona de alto riesgo sísmico al permitir que el edificio o la estructura pueden desplazarse o volcar pero no partirse en dos.
  • Zapata aislada: Es para un solo pilar.
  • Zapata combinada : Es para dos o más pilares.

4.Presión de hundimiento:

  • Un parámetro de los muchos a considerar y de los más importantes, es la presión de hundimiento o presión vertical en la que el suelo no resiste al corte. La rotura del terreno proporciona un deslizamiento a lo largo de una línea o superficie que puede llegar a proporcionar el levantamiento en la zona adyacente al cimiento.

5.Asientos:

  • Uno de los problemas más complejos es el de los asientos instantáneo y de consolidación primaria y secundaria. El asiento total es la suma de los tres asientos.
  • Se deben estudiar los asientos dependiendo de que el terreno sea granuloso, arcilloso saturado de agua o no.
  • Un caso muy interesante es el de la cimentación sobre fango, y más concretamente en zonas portuarias o próximas al mar. Una solución muy eficaz para evitar los asientos que en esas circunstancias pueden sobrepasar los 10 m, es la colocación de una capa de arena entre el fango y el hormigón y así obtener asientos menores de 1 m.

6.Cimentaciones profundas:

  • Se utilizan en suelos inestables. Se llevan a cabo principalmente por pilotes. Los pilotes pueden ser de columna en que las cargas se transmiten por el frente o por la superficie lateral del pilote.

7.Cimentaciones complejas:

  • Es necesario en ocasiones, estructurar el terreno dependiendo del tipo de suelo:
    • Expansivo: Pozos, pilotajes, micropilotajes, sustitución del terreno en la superficie.
    • Colapsables: Remoción y compactación del terreno, rellenar con grava, inyección de cemento, cimentación profunda.
    • Kársticos (yesos, calcáreos): Losas de cimentación.
    • Sobre el agua marina o no: Es necesaria o la construcción de un dique o la protección de los pilares de hormigón armado con cilindros aislantes temporales del agua para permitir el encofrado o cilindros permanentes.

8.Cimentación sobre el agua

  • La cual consiste en la utilización del sistema sobre escalera, es decir, que una vez realizada la superficie de asentamiento por dragado, se arrojan controladamente bloques de piedra y hormigón más o menos ciclópeos, sobre los cuales se construye la fundación.

MUROS (Estructuras de tierras, terraplenes)

Los muros tienen además del propio muro, una puntera y un talón en su base para soportar el empuje del terreno, el vuelco y el deslizamiento, así como las propias roturas de la puntera y el talón. En ocasiones es necesario la utilización de contrafuertes y considerar el muro como una viga continua.

Es importante la construcción de un buen drenaje en el muro.

Es muy importante conseguir la estabilidad de los terraplenes. Es importante la compactación de la coronación del terraplén mediante máquinas de rodillo.

TALUDES

Son las inclinaciones de un terreno o de un muro.

Los taludes se caracterizan por su cabecera, pie y su ángulo de talud. El estudio se dirige a lograr la estabilidad de los taludes.

En el diseño se ha de considerar la posibilidad de deslizamientos naturales.

El análisis de la estabilidad se lleva a cabo mediante:

  • Cálculo del equilibrio límite. No se tienen en cuenta las deformaciones, únicamente se utiliza la Estática mediante las fuerzas que actúan en las componentes horizontal y vertical.
  • Estudio de Bishop simplificado. Sólo se consideran las fuerzas horizontales entre dovelas y se desprecian las fuerzas de cortante.

Medios de estabilización de un talud:

  • Disminución de la inclinación del talud.
  • Eliminación del peso de la cabecera del talud.
  • Incremento del peso del pie del talud.
  • Utilización de anclajes lo más estéticos posibles con el entorno en las laderas del talud.
  • Empleo de muros de contención.
  • Drenaje del talud.
  • Utilización de gunita.
  • Escalonado del talud.

Excavación de taludes:

  • Mediante pala excavadora y cargadora, mototrailla, ripadoras, utilización de voladuras.

DESLIZAMIENTOS Y OTROS MOVIMENTOS DEL TERRENO

En una obra se han de comprobar las siguientes características:

  • Deslizamientos rotatorios (suelos y rocas).
  • Deslizamientos traslacionales (suelos y rocas).
  • Flujos (suelos, rocas, derrubios).
  • Desprendimientos.
  • Vuelcos (rocas y suelos).
  • Avalanchas (rocas, derrubios).
  • Desplazamientos laterales (suelos y rocas).

Medidas de protección (frente al desprendimiento de rocas y efectos del agua):

  • Utilización de drenajes.
  • Uso de redes de cable flexible.
  • Barreras de postes y malla.
  • Protecciones por construcción de túneles de ladera.
  • Mallas dinámicas.
  • Control del agua interior.

PILOTES

En terrenos de poca resistencia, en los que para conseguirla es necesario que las cargas actúen a gran profundidad, o en terrenos mojados es donde se utilizan los pilotes.

Los pilotes pueden ser: de madera, metálicos, de hormigón

En ocasiones el terreno empuja lateralmente al pilote pudiendo partir este.

CIMENTACIÓN SOBRE ROCA

El ideal de todo constructor es cimentar directamente sobre roca. No siempre es fácil que se cumpla la afirmación anterior pues hay que considerar que el suelo rocoso puede estar fragmentado y con discontinuidades, o parcialmente fragmentado.

La respuesta del sistema rocoso puede ser:

  • Frágil, en rocas duras y algo resistentes. Deformaciones elásticas.
  • Dúctil, con deformaciones plásticas, permanentes.
  • Intermedio o Frágil/Dúctil. Las deformaciones son elásticas y plásticas.

SUELOS ESPECIALES

Teniendo en cuenta el comportamiento de los suelos es necesario considerar la siguiente tipología especial:

  • Arcillas expansivas: Esta situación se da normalmente en zonas con humedades variables lo que hace que el suelo de la zona se contraiga o expanda.
  • Dispersivos: Al recibir agua se erosiona el terreno al producirse separación de los agregados de partículas de aquel.
  • Salinos: El problema de estos suelos es que atacan al hormigón y en mayor medida al entrar en contacto con el agua.
  • Colapsables: Disminuyen su volumen al entrar en contacto con el agua, con el riesgo de disminuir su estructura resistente.
  • Permafrost (suelos frecuentemente congelados): La acción del hielo puede hacer disminuir la acción resistente del suelo o de las rocas.
  • Fangos: Son terrenos muy deformables.
  • Licuefactables: El suelo compuesto de arena y depósitos finos se comporta ante esfuerzos cortantes rápidos haciendo aumentar la presión intersticial y anulando la presión efectiva. El material se comporta como un líquido. Es necesario considerar este fenómeno cuando se produce un terremoto.

TIPO DE SUELOS EN INGENIERÍA

La clasificación de los suelos por el tipo de actuaciones externas:

  • Los que se ven sometidos a obras civiles o de edificación en general.
  • Los que no recibiendo ninguna acción humana pueden generar avalanchas como los arcillosos o en los de arena y limo que producen licuefacción por la acción de los terremotos.

En cuanto a su comportamiento resistente, los suelos los podemos clasificar como:

  • Aquellos que proporcionan perennidad en su resistencia y deformabilidad.
  • Aquellos que son capaces de soportar los aumentos o disminuciones de tensiones provocados por las obras.
  • Aquellos que a través de la cimentación construida no afectan a la estructura instalada.

LICUEFACCIÓN

Se produce este fenómeno cuando determinado tipo de suelo afectado por terremotos desarrolla presiones intersticiales de forma rígida (sin drenaje) y puede llegar la rotura al corte y el suelo se comporta como si fuera un líquido (fenómeno llamado de arenas movedizas).

BIBLIOGRAFÍA

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  • Construcción de Estructuras de Hormigón Armado, Pascual Urbán Brotóns, 5ª Edición Ed. ECU, Alicante 2006 (2009)
  • Manual de Maquinaria de Construcción, Manuel Díaz del Río, 2ª Edición McGraw Hill, Madrid 2007.
  • Cypecad 2010. Estructuras de Hormigón, Euroinnova Editorial, Granada 2009.
  • Técnica y Práctica del Hormigón Armado, Monografías Ceac de la Construcción, 18ª Edición, Barcelona 1996.
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  • Manual del Ingeniero, Hütte, Ediciones Gustavo Gili, Buenos Aires 1948.
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  • Los Suelos y las Rocas en Ingeniería Geológica, Editorial Universidad Politécnica de Valencia, Francisco Javier Torrijo Echarri y Rafael Cortés Gimeno, 2007.

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