Cimentaciones Directas

Las Cimentaciones Directas son las más rápidas y de menor costo; se ejecutan cuando se encuentra un terreno apto, competente y cercano a la superficie.

Aspecto Técnico

Desde el punto de vista técnico, se debe conocer sin lugar a error , la cota de cimentación y su carga admisible.

El cálculo para dimensionamiento de la zapata se obtiene directamente de la relación entre la carga mayorada de la estructura y la tensión admisible del terreno:

N_d = q_adm x B²

La carga admisible del terreno se calcula con el uso de fórmulas ya establecidas, que evitan el sobredimensionamiento de manera de economizar costes.

Teniendo en cuenta la estructura del edificio y el subsuelo existente, pueden ejecutarse zapatas aisladas, rígidas o flexibles, (Cimentaciones por Zapatas); Zapatas Corridas(en el caso de muros de carga) y losas de cimentación (Cimentaciones Continuas) que transmiten en forma uniforme las cargas al terreno.

Aspecto Constructivo

Se prestará especial atención en las excavaciones, la limpieza del fondo y la colocación del hormigón de limpieza y armaduras, los separadores en el recubrimiento, y realizar el hormigonado continuo.

Es probable que en ciertos casos deba efectuarse el hormigonado en varias fases si las dimensiones son tales que obligan a ello. Por tal motivo debe cuidarse que no se produzca ningún tipo de corte en la cimentación.

Cuando se realizan cimentaciones semiprofundas, se excavan pozos que se rellenan con hormigón pobre hasta una cota determinada, ubicándose la zapata en forma directa sobre la base de soporte.

Mejorado del Terreno

En el caso en que no se localiza base de apoyo de la cimentación a una profundidad media, calculando entre los 3 y los 4 metros, dependiendo del tipo de terreno y si hay napa freática; se pueden efectuar mejoras del terreno; aquí las ordenamos de menor coste al mayor, veamos:

Excavación y Sustitución

Esta mejora consiste en excavar hasta llegar a terreno competente y se sustituye por tierras que puedan ser más aptas y que admitan una correcta compactación.

Sirve para espesores y cargas uniformes y pequeñas.

Debe efectuarse un estudio del material a utilizar para el terraplenado, densidad y humedad máxima por Ensayo Próctor, y espesor de colocación.

También se efectuarán controles de densidad y humedad in situ y los ensayos de la placa de carga para evaluar asientos y deformaciones.

Se tendrá en cuenta, como en todos los casos, un buen sistema para drenaje del Agua.

Precarga

Este método consiste en provocar el asiento total desde el inicio.

Para conseguirlo se aplica una carga igual o superior a la máxima que transmita la estructura durante un determinado tiempo.

Con el fin de acortar tiempos de espera, sobre todo en terrenos cohesivos limo arcillosos con permeabilidad baja, se recomienda efectuar una hinca de drenes-mecha que produzcan la disipación de presiones intersticiales en forma rápida.

Estos drenes tienen un alma de PVC con acanalados y cubiertos de un geotextil utilizado para que no se provoque el arrastre de áridos finos. Para tolerar el efecto de asentamiento, deben poseer una cierta resistencia y se complementan con una capa superficial de material granular drenante a fin de canalizar y recoger el agua hacia el exterior.

Compactación Dinámica

Este método se realiza con la densificación del terreno.

Para ello se le aplica en forma directa una energía determinada a través de golpes repetitivos con caída libre desde una altura importante, que le producen una masa (de 6 a 25 t).

Sobre una malla determinada por puntos, se aplican una serie de golpes con una energía determinada (W x H) en función del terreno y de los espesores a tratar.

Por lo general se realiza en dos etapas o fases de golpes, con una segunda aplicación de golpes interiores a la primera malla, y se controla con distintos ensayos su funcionamiento; generalmente son ensayos de penetración dinámica donde se analiza la profundidad de la huella provocada (entre 1 y 2 metros).

Finalizando, se uniforma y da regularidad a la superficie con material compactado adecuadamente.

Este sistema resulta sencillo, relativamente rápido, limpio y económico, pero tiene dos problemas a considerar: produce vibraciones fuertes, por lo cual se recomienda no usarlo en zonas con edificaciones próximas, ó efectuar un estudio previo de vibraciones. Otro problema es que no resulta práctico en terrenos de baja permeabilidad y saturados, ya que la energía que se imprime con los golpes se pierde por la disipación de presiones intersticiales.

Vibroflotación

En presencia de suelos granulares se procede a la densificación por vibración del material.

Para ello se introduce el vibrador hasta la profundidad necesaria, se va levantando y al mismo tiempo se aplica energía eléctrica sobre una masa excéntrica.

Cuando las tareas se realizan con aportación de agua, durante la perforación y compactación (vía húmeda), se la denomina Vibroflotación.

Vibrosustitución

La técnica de vibrosustitución se utiliza en terrenos limo-arcillosos.

La misma consiste en la formación de una columna , en cada punto de tratamiento, con aporte de material granular de alta densidad, por lo general se usa grava.

La distancia establecida entre cada punto de tratamiento, depende de las características del terreno y de los resultados requeridos. Generalmente varía entre 1,50 y 3,50 m. Así se consigue una mayor capacidad portante del terreno y la reducción en una tercera parte de los asientos, por efecto del drenaje producido.

Utilizando el método de vibrocompactación se obtienen buenos resultados permitiendo la modificación de diseños en proyecto de tratamientos de terrenos, ya que se reducen notablemente los costes y los plazos de ejecución.

Se recomienda en terrenos afectados por fenómenos de licuefacción por movimiento sísmico y en obras de grandes superficies como silos, naves industriales, etc.

Durante su ejecución se requiere de un control minucioso; generalmente la maquinaria que se emplea posee equipos electrónicos incorporados con registro de parámetros sobre:

• Profundidad.
• Presión.
• Grado de compactación y energía necesaria para el vibrador.
• Volumen del material que se introduce.

Inyecciones

Otra solución de mejora se efectúa por inyecciones.

Esta es una solución de gran versatilidad y apta para cualquier terreno; sus equipos se adaptan a cualquier lugar y situación, aunque su coste es elevado.

Este método consiste en consolidar y optimizar los terrenos naturales o artificiales a través de inyecciones, habitualmente realizadas con lechadas de cemento; pueden incorporarse aditivos químicos para funciones diferentes como la impermeabilzación; se fuerzan a través de zonas de resistencia menor mediante presión y pueden repetirse por fases hasta lograr las presiones previstas en puntos sucesivos y cercanos unos con otros, ubicados a lo largo de los taladros de tratamiento.

Esta solución se realiza mediante tres procesos que se realizan simultáneamente:

• Rotura Hidráulica del Terreno

Es uno de los métodos por inyección que tiene en cuenta la resistencia inicial del terreno sin considerar realmente su textura. La rotura se realiza en forma controlada, para que las deformaciones se escalonen.

Es un proceso realizado con mezclas estables a base de cemento, para suelos cuya textura no permite la impregnación, incluso empleando mezclas químicas de baja viscosidad.

• Consolidación y Estabilización del Terreno

Regulando el caudal de inyección forzada por rotura, permite aplicar presiones estáticas crecientes; dichas presiones producen la consolidación de pequeñas áreas de terreno, comprendidos entre lenguas de lechada.

En los suelos arcillosos se aprecia este efecto de consolidación ya que en perforaciones de alivio de presiones intersticiales intermedias a las de inyección, durante el tratamiento se observa una marcada afluencia de agua que se detiene cuando se está fraguando la mezcla inyectada.

• Armado del Terreno con Tubos de Inyección

El tratamiento por inyección se realiza con tubos de acero que quedan íntimamente asociados al terreno.

Esta distribución de taladros hace que los bulones, que son los que en realidad son los tubos de inyección, tienen una capacidad mecánica con posibilidades de reforzar en ciertos casos introduciendo al final un redondo de acero dentro del tubo que sirve como elemento de cosido colaborando con el cemento en la consolidación y estabilización del suelo en cuestión.

La ejecución debe controlarse en cuanto a absorciones, presiones, posibles movimientos y tiempos. Debe garantizarse que los movimientos, así sean verticales u horizontales, no superen nunca un mm.

Las lechadas se fabrican en mezcladoras de alta turbulencia, realizando las dosificaciones de cemento en peso y agua en volumen mediante contadores.

Se agitan las mezclas durante un tiempo no menor a 3 minutos y se utilizan de inmediato y antes que transcurra una hora.

Las mezclas deben ser estables, de cemento-bentonita, y cumplirán lo expresado a continuación:

a.El agua libre no superará el 2%.

b.El paso por cono Marsh será de 40 a 55 segundos, según las absorciones en el terreno.

c. El grado de resistencia obtenido a los 7 días no debe ser menor a 15 kg/cm2, ni a 40 kg/cm2 después de los 28 días.

d. Para el control de fraguado se puede añadir algún aditivo a las mezclas.

Se comienza con la primera fase de inyección después de 24 horas de haber colocado la vaina. Y en fases sucesivas, el tiempo entre inyecciones no puede superar las 24 horas.

En cuanto al uso del agua, se pueden usar las aguas definidas como potables y las que normalmente se aceptan en la práctica. Se deben deshechar todas las que posean un PH inferior a 5, las que contengan sustancias solubles en proporción mayor a los 15 gr/litro; también, aquellas con contenidos en sulfatos expresados en S0₄ que sobreoasen 1 gr/litro, y las que contengan aceite, grasas o cualquier materia orgánica, solubles en éter, en una cantidad igual o mayor a 15 gr/litro.

Jet-Grouting

Esta es una de las últimas técnicas de alta presión, desarrolladas por llenado de huecos y discontinuidades.

Básicamente consiste en obtener chorros de lechada de cemento espulsadas a través de unas toberas a velocidades muy altas, logrando así la rotura del terreno y su íntima mezcla con el mismo.

Se realiza en dos fases:

• Primera Fase: Perforación

Se ejecuta a destroza hasta conseguir la profundidad máxima. Este sistema está sometido a la calidad del material a atravesar, por lo general será a rotación con tricono o trialeta para suelos y rocas blandas y rotopercusión con martillo en cabeza para gravas, rocas duras y materiales artificiales.

Por encima de la herramienta inferior de corte, se ubica una válvula especial de eyección que está compuesta por una o más toberas ortogonales al eje del varillaje.

• Seguna Fase: Extracción con Inyección Simultánea

A medida que va subiendo a velocidades preestablecidas, se va extrayendo el varillaje inyectado.

Como resultado se obtiene una columna de terreno cementado en cada punto sometido a tratamiento, cuyas dimensiones y resistencia se encuentran en función del tiempo insumido en enviar los chorros de inyección, variando velocidades de extracción y rotación del varillaje, como también la dosificación y presión de la mezcla inyectada en el terreno.

Al proyectar la mezcla ésta rompe el terreno dentro de cierto volumen y modifica la estructura y las propiedades mecánicas optimizando el terreno; según la mezcla que se inyecta pueden variarse sus componentes: agua, cemento, bentonita y sustancias químicas, los criterios para fijarlas variables dependen de la experiencia.

La presencia de agua no crea inconvenientes, ya que se puede aplicar incluso con filtraciones de hasta 1 cm/s con inyecciones especiales de fraguado rápido.

Las propiedades mecánicas del suelo tratado dependen de distintos factores pero básicamente, por los datos experimentales de muestras obtenidas en diferentes sondeos, la resistencia a la compresión simple se encuentra entre 50 y 150 kg/cm², pudiendo incrementarse mediante el armado como micropilotes e inyecciones armadas.

La permeabilidad se encuentra en el orden entre 10^-5 y 10^-7 cm/s, por lo cual suelen usarse en tratamientos de impermeabilización (por ejemplo para tapones de fondo de excavación)