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ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO - MEJORAMIENTO DEL TERRENO.

El cemento se usa cada vez más como estabilizador para suelos, particularmente en la construcción de carreteras y presas de tierra. La primera construcción controlada con suelo-cemento en Estados Unidos se llevó a cabo cerca de Johnsonville, Carolina del Sur, en 1935. El cemento se usa para estabilizar suelos arenosos y arcillosos. Como en el caso de la cal, el cemento ayuda a disminuir el límite líquido y a incrementar el índice plástico y la manejabilidad de los suelos arcillosos. Para suelos arcillosos, la estabilización con cemento es efectiva cuando el límite líquido es menor que 45-50 y el índice plástico es menor que aproximadamente 25. Los requisitos óptimos del cemento por volumen para la estabilización efectiva de varios tipos de suelos están dados en la tabla 12.8.

 Cemento requerido por volumen para la estabilización efectiva de varios suelos.

Como la cal, el cemento ayuda a incrementar la resistencia de los suelos y la resistencia crece con el tiempo de curado. La tabla 12.9 presenta algunos valores típicos de la resistencia a compresión no confinada de varios tipos de suelos no tratados y mezclas suelo-cemento hechas con aproximadamente 10% de cemento por peso.

Resistencias típicas a compresión de suelos y mezclas suelo-cemento.

Los suelos granulares y arcillosos con baja plasticidad son obviamente los más adecuados para la estabilización con cemento. Las arcillas cálcicas son más fácilmente estabilizadas por la adición de cemento, mientras que las arcillas sódicas e hidrogenadas, de naturaleza expansiva, responden mejor a la estabilización con cal, Por estas razones debe ponerse atención a la selección del material estabilizador.

Para compactación en campo, la cantidad apropiada de cemento se mezcla con suelo ya sea en el sitio o en una planta mezcladora y luego se lleva al sitio. El suelo es compactado al peso unitario requerido con una cantidad de agua predeterminada.

Igual que la inyección de cal, el mortero hecho de cemento Portland y agua (relación agua-cemento = 0.5:5) se usa para la cementación de suelos pobres bajo cimentaciones de edificios y otras estructuras. La cementación disminuye la permeabilidad hidráulica de los suelos e incrementa la resistencia y la capacidad de carga. En el diseño de cimentaciones de maquinaria de baja frecuencia sometidas a fuerzas vibratorias, a veces es necesario rigidizar la cimentación por cementación incrementando así la frecuencia de resonancia.

Contrucción en terrenos con gradientes.


Para construir una casa en un terreno bastante inclinado  y para hacer el piso a nivel, frecuentemente se  comete el error de levantar en la gradiente una pared de bloques reforzada como se acostumbra,  y  luego  rellenar  con  tierra  hasta llegar al nivel del piso. Esta pared con su pequeño cimiento, con sus  refuerzos insuficientes  y con

Por  otro  parte, construir  un muro de  contención como es  debido, aunque es  la solución más adecuada, no se  recomienda porque es  poco conocida y  requiere el cálculo estructural de un ingeniero o arquitecto, más una estricta inspección dado que su construcción es  de  cuidado.




El muro de contención  requiere  una construcción diferente a  la pared  común porque debe soportar el empuje del terreno que tiende a volcarlo o deslizarloo

Esto  hace necesario un cimiento mucho mayor,  un número bastante grande de varillas, bloques más gruesos rellenos con concreto, y drenajes, lo cual hace cara la construcción,

a.  Hacer  una  terraza  hasta  dejarla  a  nivel  y construir encima (ver Fig. 40).

b.  Disminuir  la gradiente,  lo suficiente para  levantar en la parte más baja, no mas de  tres hila-das (60 cm) de bloques de 15 cm reforzadoscon  varillas # 3 en cada hueco y relleno en sutotalidad con concreto, En  la segunda hilada se colocará una varilla # 2 horizontal  con  concreto.


                                 Foto  13. Falla de cimiento por mala compactación del terreno más
                                         socavación por aguas mal encausadas. (Puriscal, 1990)

Pasos previos a la construcción: Preparacion del terreno, trazo, excavación.


PREPARACION DEL TERRENO

El terreno debe limpiarse antes de iniciar el trazado.

1.  Los  límites de la propiedad  se  localizan con el plano catastrado. Se  emplea una cinta métrica de 15 metros o más.

2.  Se  colocan estacas en los ángulos límites.

3.  Los arbustos y árboles se arrancan de raíz. Conviene dejar los árboles cuando no
afectan  la construcción, por la sombra que proveen.

4.  En el área en que se va a construir se sacan todas  las materias  orgánicas  y la  tierra vegetal.

5.  Se  deben construir desagües para evitar las inundaciones.

6.  Se  construye la caseta para guardar materiales, donde no estorbe a la construcción,

7.  En  invierno es  recomendable  construir una galera para trabajar cuando llueva,

8.  Al  fondo, en un lugar apartado, se construye un excusado de hueco para el uso de  los trabajadores.  Terminada la construcción  se  le riega cal  y se  tapa con  tierra.

9.  Desde el principio se  conecta el agua y se  disponen uno o dos estañones de agua limpia.

EL TRAZO 

El nivel de piso terminado debe decidirse antes de empezar el trazado, tomando en
cuenta la inclinación  del  terreno, para que la casa no quede  "enterrada"  y para que
quede gradiente suficiente para los desagües.

LA EXCAVACION

1.  Durante la excavación se debe comprobar la profundidad con un escantillón.

2.  En  los planos las dimensiones del cimiento son  las mínimas necesarias.

3.  Es  importante  sacar toda la  tierra vegetal (tierra negra) del  fondo de  la zanja para
que el hormigón ciclópeo o la losa corrida se asiente sobre una superficie  firme y
regular. La tierra vegetal  se conoce  por las raíces que contiene y además porque es  floja.

4.  A  veces el  terreno es  de consistencia blanda y  es  necesario profundizar hasta encontrar el terreno firme,

5.  Si  la capa de  terreno blando es muy profunda hay que someterlo a un análisis de suelo.

Cuando se  trata de obras de poco peso, como generalmente son las casas de un piso, la resistencia del terreno puede determinarse fácilmente de la siguiente forma: se  toma una varilla # 3 (10 mm) y se  trata de hundir. Si  el terreno muestra bastante resistencia indica que el suelo es  duro. Si  por el contrario, la varilla se hunde con  facilidad, es  necesario hacer un análisis de suelo. El resultado puede variar las dimensiones del cimiento.

6.  No debe chorrearse el hormigón ciclópeo o concreto sobre  relleno o material suelto.

Encofrado de Cimientos - El Terreno.

Las cimentaciones son los elementos de las construcciones más íntimamente ligados al terreno sobre el cual se asientan.

Generalmente, los cimientos quedan invisibles, enterrados en el suelo y por debajo de la fábrica vista. Por ello, los encofrados suelen ser más toscos, menos cuidadosos, además de ser menos completos, ya que se utiliza parte del terreno como encofrado, si éste se ha excavado con las dimensiones adecuadas para las piezas de hormigón que se han proyectado.

En cimentaciones se suelen proyectar dados para arranque de pilares, vigas de cimentación corridas entre pilares, vigas entre cabezas de pilotes, losas de hormigón, etc.

Cuando la cimentación va enteramente enterrada y el terreno no es duro, de manera que se ha excavado con taludes verticales y con las dimensiones proyectadas para la cimentación, no se emplea encofrado, ya que los taludes del terreno sirven de moldes. Si se emplease encofrado, se perdería la madera al no poder sacarla, y además no tendría ningún objeto, ya que el terreno cumpliría las funciones de aquél.

A veces no es posible darle al terreno taludes verticales, pero sí sin apenas talud, de manera que el exceso de hormigón que representaría el rellenar todo el pozo o zafia con hormigón compensaría el costo del encofrado, en cuyo caso también suele suprimirse éste, quedando los cimientos con un pequeño exceso.

En terrenos flojos, en los que no hay la posibilidad antes apuntada, pero que son lo suficientemente consistentes como para soportar debidamente la masa del hormigón que gravita sobre ellos, se necesitará encofrar solamente las partes laterales de la pieza a hormigonar, sirviendo el fondo del terreno como un tablero más. En este caso, la anchura de la excavación será un poco mayor de la proyectada con el fin de poder introducir y colocar los tableros laterales con cierta facilidad, así como, una vez terminado el período de fraguado necesario, poder retirar la madera con el menor desperdicio posible.

En los casos extremos en que el terreno no pueda soportar la carga del hormigón y los cimientos se construyan como vigas entre apoyos más profundos, se hará necesario el encofrado del fondo mediante un tablero. Será un caso similar al de una viga. Se tendrá en cuenta que el tablero del fondo debe clavarse «entre. los dos laterales, ya que para el desencofrado se quitarán primero los laterales y el fondo todavía deberá dejarse más tiempo. Si se clavase «debajo» de los costeros o laterales, la operación de desencofrado será más trabajosa, ya que en el desclavado habría que hacer esfuerzos sobre e? fondo. En cambio si se clava entre los costeros, los clavos se sacan lateralmente, apoyando la barra de pata de cabra sobre dichos laterales. En la figura 14 indicamos las dos maneras citadas de encofrados, para que el lector pueda apreciar las dificultades de desencofrado que hemos dicho.

Para fijar los laterales se suelen utilizar codales, que se apoyan por un extremo en el tablero y por el otro en el terreno, afianzando de esta manera el molde contra el empuje del hormigón, tornapuntas o puntales apoyados en piquetes, estacones, etc.

En el caso en que el terreno no soporte la carga de hormigón y haya que poner tablero de fondo, se hará preciso un buen realce y apoyo, de manera que dicho tablero no ceda al echar el hormigón. Pero habrá que tener sumo cuidado en la colocación de dichos apoyos, por lo que se deberá ampliar la base de apoyo, es decir, que se dispondrá una tabla tal como indica la figura 15. Ya con ello, la superficie de apoyo en el terreno es grande y, por tanto, la carga por unidad de superficie es pequeña, soportando con seguridad el peso que se le transmita de la obra.

Como media elemental, se limpiara siempre el terreno donde deba apoyarse  un codal de toda tierra vegetal suelta, por lo menos en un espesor en el que estemos seguros de que el terreno no va a ser mas consistente y firme.

 Figura 14 dos maneras citadas de encofrados

 Figura 15

Preparación y Colocación de los Caballetes.


Antes de proceder a la preparación y colocación de caballetes, debemos verificar el área del terreno donde se realizará la construcción, en base a su nivelación con actividades complementarias de limpieza del terreno, determinando corte o relleno del mismo.

Una vez verificado y suponiendo que no existiera contratiempos que incidan en la labor de colocar caballetes, proseguimos con el siguiente paso.

Para esta actividad requerimos la participación de un maestro albañil y su ayudante, como también un director de obra para el control y dirección del mismo, todo dependerá de la habilidad y experiencia que brinde el maestro albañil, sobre todo en función a la magnitud de los trabajos a realizar en sitio.

Previo a su iniciación debemos confirmar la existencia de planos con todos los detalles constructivos, como también los insumos y herramientas que requiere la actividad, de manera que sea el sustento durante el replanteo correspondiente. En este trabajo debemos contar con el plano de fundaciones (cimientos).


Posteriormente se colocará las estacas simétricamente en las aristas del terreno que el plano de fundaciones nos señala, tomando en cuenta su retiro de 1 m. de distancia en el perímetro de las cotas definidas el plano de la figura 8.

(Fig. 8) Colocación de Estacas.

Este retiro propone brindar seguridad a los caballetes en el proceso de la excavación.

Habiendo empotrado las estacas, simultáneamente colocaremos los travesaños de madera cortada de e = 0.10 m. en la parte superior de las estacas de acuerdo a la Figura 9.

(Fig.9) Colocado de travesaños.

Concluida la actividad del colocado de travesaños, marcamos la superficie superior de la madera, el eje de los cimientos, entonces empotraremos un clavo para ubicar el eje ya partir de ese punto se tiende a medir el ancho de los cimientos, dividiendo en dos medidas proporcionales derecha e izquierda, suponiendo que tenemos un cimiento de 0,40 m. el eje estará ubicado a 0.20 m. entonces del eje principal se procederá a medir 0.20 m. a la derecha y 0.20 m. a la izquierda, también se procede con el clavado en las cotas señaladas sobre la base superior de los travesaños, ver Figura 10.

(Fig.1O) Demarcado del eje de los cimientos.

Habiendo realizado las demarcaciones en las aristas mediante los caballetes, ejecutamos el tendido del lienzo a partir del extremo de la cota señalada al otro extremo, de manera que este tendido deje establecidas todas las cotas del perímetro de los caballetes. Ver Figura 11.

(Fig. 11) Tendido del lienzo.

Realizado la colocación del lienzo para su trazado, procedemos con la verificación de las aristas o ángulos, mediante el teorema de Pitágoras de la siguiente manera.

Terremotos.


También fenómenos endógenos, son los conocidos por sacudidas sísmicas, que según lo más o menos alejada que la construcción esté de su epicentro, causan a la misma desde ligeras grietas hasta la ruina total de la obra.

Pero los técnicos —y es especial ahora en las bombas atómicas y de hidrógeno— coinciden en afirmar que es el hormigón armado quien más resiste a estas vibraciones telúricas: pues se sabe por experiencia la diferencia y el comportamiento que hay entre un edificio de estructura de hormigón armado y otro de fábrica de ladrillo, pues mientras el primero aguanta bien la sacudida, el otro se derrumbó por completo.
En España, poca experiencia tenemos de edificios afectados por terremotos, y si algo hubo, fue tan insignificante que en materia constructiva no mereció la pena ocuparse de ella, ya que, en todo caso se reducirían a pequeñas grietas y fisuras fáciles de reparar con un buen mortero; y en el peor de los casos en las que el subsuelo haya cedido algo, bastará con aumentar la base de la cimentación, encadenando, si fuera menester, algún muro desplazado.

En España no tenemos, afortunadamente, experiencia sobre terremotos, pero valgan las presentes líneas como grito de alerta caso de que contra las bombas atómicas y de hidrógeno, se descubra algún material verdaderamente eficiente contra los poderosos estragos de las mismas.

DRENAJES: Impermeabilización de Cimientos.


En los terrenos ya construidos, es decir: en aquellos solares o parcelas en las que al edificar no se tuvo en cuenta la contingencia de humedades, la técnica más aplicada al caso es la del avenamiento, la cual consiste en dar salida a las aguas que se estancan alrededor de la construcción.

Estas aguas pueden tener (como ya hemos dicho) dos procedencias: de aguas de lluvia que caen sobre el terreno y que debido a la poca pendiente de éste, fallos o permeabilidad, quedan estancadas alrededor del edificio, o bien de aguas subterráneas que existan en el terreno.

Tanto en un caso como en otro, si el agua corre sobre una capa impermeable (por ejemplo de arcilla) y la construcción en su parte más baja queda a un nivel inferior a esta capa (por existir sótanos) es necesario que se canalicen estas aguas bien dando pendiente natural al terreno, para que se alejen o conduciéndolas hacia un pozo.

Puede ocurrir que la capa impermeable de terreno, por donde se desliza el agua, sea horizontal (fig. 178) o en ladera (fig. 179) más alta que el  asiento del cimiento (fig. 178), o bien más elevada por un lado y más baja por el otro (fig. 179) debida a la pendiente de la ladera.

Figura 178




Figura 179


En el caso de la citada figura 178, lo más recomendable es hacer un pozo absorbente a donde se conduzcan las aguas mediante una tubería dren, cuyo colector de recogida se coloca entre unas piedras que hacen de filtro, como puede apreciarse en la figura 180.


En cambio, para el caso de la figura 179, las aguas pueden recogerse mediante un canal en la parte alta de la ladera y de forma que este canal sea parcialmente absorbente, y con conductores laterales que conduzcan las aguas a puntos del terreno más bajos que los cimientos, lo cual será fácil de realizar debido a que el terreno es en ladera. En la figura 181 represen tamos gráficamente este sistema.

Figura 180


Figura 181

Si la construcción queda aislada o sea circundada por parte del solar libre y asimismo en el interior del recinto de la construcción, mientras no se haya cubierto la primera planta, deberá disponerse el terreno de forma que existan pendientes y puntos de circulación de agua con fácil salida al exterior, en evitación de que se formen charcos. Con respecto a los cimientos, se procurará que, en su parte de contacto; con las tierras y en especial en el perímetro exterior, reúna las máximas garantías de impermeabilidad. A este efecto, en el momento de abrir las zanjas éstas se harán de anchura superior a la del relleno, lo suficiente para que desciendan las aguas. La zanja que quedará libre una vez construido el cimiento se rellenará con piedra y grava (fig. 182) con el fin de que el agua caiga fácilmente al canalillo de recogida evitándose así la humedad que con el contacto de las tierras empapadas sería transmitido al cuerpo del cimiento. También puede lograrse este objeto construyendo un tabiquillo vertical revocado y enlucido, algo separado del cimiento dejando así una cámara de aire (fig. 183). 

                                                 Figura 182                                 Figura 183

Humedad en los Terrenos.

La principal característica de una cimentación, aparte de su condición resistente, es la de que sea impermeable.

Todos los terrenos tienen agua, unos en más y otros en menos proporción según su capacidad absorbente. Por lo que juzgamos útil conocer el estado de permeabilidad que tiene el terreno donde pensamos erigir un edificio cualquiera. Para ello, tomaremos una muestra de tierra en su estado natural. La pesaremos en una balanza de precisión. Posteriormente la secaremos en un horno mufla a la temperatura de 105° y por diferencia de peso obtendremos la cantidad en los pesos de la muestra.

Procedimiento Francois.

El contratista belga A. Francois inyecta soluciones de silicato y una sal ácida que casi siempre es sulfato de alúmina, aumentando la concentración de varios centímetros de longitud. Se acaba la consolidación mediante inyecciones de cemento.

Se diferencia del Joosten en que las inyecciones de las dos soluciones son aplicadas simultáneamente por dos agujeros vecinos.

El sistema Francois equivale a la inyección de lechada de cemento a razón de 200 Kg/cm^2.
En la figura 164 puede verse un aparato de inyección para silicatación de terrenos.

Hay una aplicación curiosa que podríamos llamar de tipo <<preventivo>> y es la silicatación de terraplenes con enquistos hulleros. Estos enquistos suelen ir mezclados con una cierta cantidad de carbón con los consiguientes perjuicios. Como el silicato sódico es un excelente ignífugo, formará una cortina refractaria al fuego.
En Estados Unidos e está empleando el silicato sódico para estabilización de terrenos en carreteras.


Método Gayrard.


El principio Gayrard no difiere esencialmente del método Joosten y solamente discrepa en las mezclas a inyectar. Según Gayrard (ingeniero francés), en circunstancias normales, una solución de silicato alcalino de comercio, diluida en nueve veces su volumen de agua y llenando todos los poros de un terreno basta para hacerlo impermeable y aumentar su resistencia. Pueden utilizarse simultáneamente:

Bicarbonato de sodio o potasio, 3,15 por 100.
Cloruro sádico, 3,15 por 100.
Hipoclorito de sodio o potasio, 0,3-1 por 100.
Estos porcentajes se refieren al peso del silicato empleado.

Procedimiento Joosten .


El ingeniero berlinés Joosten preconiza la inyección de silicato sódico y posteriormente otra de un segundo líquido (ácido o sal ácida) que reaccione con silicato. Entonces tiene lugar la solidificación.

La inyección se hace introduciendo en el terreno tubos puntiagudos de acero de 25 mm de diámetro, hasta una profundidad de 25 metros y distanciados entre sí de 0,75 a 1,00 metros.

En su parte inferior llevan unos agujeros por los que a una presión de 100 atmósferas se «riega» el terreno
con la solución primero, en inyecciones de 50 cm de espesor, partiendo de la parte superior de la capa que se quiere mejorar hasta la profundidad necesaria, bajando el tubo 50 cm antes de cada inyección. Terminada esta operación se inyecta una solución salina del mismo modo, pero levantando el tubo 50 cm por cada inyección, hasta llegar a la superficie de la capa que se quiere endurecer. Este procedimiento puede aplicarse también para terrenos situados debajo de una obra, como se muestra en la figura 163.

La resistencia de los terrenos solidificados por este procedimiento depende de su naturaleza: en las arenas finas varía entre 10 y 40 Kg/cm^2 en las gravas y guijarros, de 40 a 100 Kg/cm^2, y en las arenas movedizas, llega a los 190 Kg/cm^2. Además, la resistencia crece con el tiempo, de tal modo que probetas ensayadas a los veintiocho días, con una resistencia de 22,5 a 24 Kg/cm^2, seis meses después alcanzaban los 40,5.

Este procedimiento se ha empleado con éxito para cortar las vías de agua en trabajos de carreteras y hacer estancas las obras de fábrica aun para grandes cargas de agua (hasta 75 metros).
Las arenas de granos redondeados parecen aglomerarse mejor formando una masa más dura y más cohesionada, aunque también los granos angulosos dan buenos resultados. Los suelos que mejor admiten la silicatación son los de arenas movedizas no demasiado finas y silíceas.
En resumen, el método Joosten se ha empleado con éxito en minas, impermeabilización de obras de fábrica y otras aplicaciones. 

Figura 163

Estabilización de Terrenos mediante la Silicatacion.

A veces surge la necesidad insoslayable de construir en terrenos que ya <<a priori>> sabemos no reúnen las condiciones debidas por que se fisuran, son inconsistentes, permeables, etc., lo que entraña unos peligros de hundimiento y corrimientos del terreno y, en definitiva, resquebrajamientos en la obra. Esto es evitable <<vigorizando>> el terreno, procurándole artificialmente esa fortaleza, esa consistencia que le falta, del mismo modo que se vigoriza al enfermo con inyecciones que le introducen en el organismo los elementos biológicos que necesita y de los que está en un estado deficitario.

¿Cómo, pues, se vigoriza o estabiliza el suelo?

El procedimiento genérico es el de inyección de soluciones químicas que, al dar mayor dureza al terreno, aumentan su resistencia. Hay varios procedimientos particulares que analizaremos a continuación y que llevan el nombre de sus autores.

Fenómeno del Bujeo y sus Consecuencias en el Terreno.

Si el terreno donde se asienta un edificio está compuesto por tierras de origen sedimentario y constituidas de sílice, aluminio y óxido de cal en íntima mezcla, atiene la particularidad de absorber y retener el agua; pero si sus estructuras moleculares tienen cierta porosidad, ésta las hace impermeables. No obstante, un terreno así formado se alterará si varía la proporción de agua contenida en la capa freática.

Las consecuencias del fenómeno del bujeo pueden ser muy importantes, pues un terreno en grado de saturación se reblandece hasta formar masas modelables, de viscosidad variable. El terreno pierde su principal contextura de firmeza y es incapaz de oponerse a los esfuerzos de deslizamiento y corrimiento, provocando la ruina en los edificios afectados.

Las zonas más propias para el bujeo se hallan en las regiones donde con más frecuencia se suceden los cambios atmosféricos de humedad y temperatura y que, además, estén situados en sitios altos y en pendientes, donde la aportación de agua sea exclusivamente la de lluvia, pues está claro que la violenta trasmisión de humedad a sequedad transforman estos terrenos, sin propiedades mecánicas, contrayéndose y agrietándose en profundidades que oscilan entre los 5 y los 12 metros de profundidad.
De allí la explicación de los efectos del bujeo.

En el estado húmedo y cuando un muro esté presionado por un empuje vertical igual a su peso, permanecerá en equilibrio, si el barro tuviera la fluidez del agua. Pero como en la práctica no sucede así, se establecerá que cuando el peso del muro esté contrarrestado por el de la masa desalojada, siempre menor, incrementada en el correspondiente a las fuerzas de rozamiento, el muro descendería con el nivel freático hasta encontrar una nueva superficie de apoyo (fig. 161). 

                                       Figura 161                                                 Figura 162

Pero no termina aquí la cosa, pues en el descenso e íntimamente ligado con él, es muy posible que se inicie un movimiento de rotación alrededor del eje del plano de cimiento (fig. 162) y en sentido de la zona más húmeda hacia la más seca.

En estado seco, la composición del suelo formado por los estratos aluminio-silicios referidos anteriormente, libera fuerzas expansivas traducidas en empujes hacia las cimentaciones que alcanzan valores del orden de los 15 Kg/cm2 (media normal de 8 kg) (fig. 162).

Este defecto de fuerzas (digamos en libertad) son las que producen la explosión de la cimentación, originándose fracturas y grietas en planos verticales, sin que hasta el presente se hayan definido con exactitud la forma y distribución de las tensiones expansivas; sin embargo se ha ensayado con buen resultado una ley parabólica para el peritaje de algunas cimentaciones explosionadas, por lo que parece ser una aproximación aceptable.

Los remedios que para la supresión de los fenómenos del bujeo se han establecido, quedan resumidos en los siguientes:

1.° Anulando los movimientos verticales.
2.° Suprimiendo los de giro.
3.° Evitando los de flexión lateral.
4.° Repartiendo las cargas de manera uniforme.
5.° Favoreciendo la conservación de un estado de humedad constante.

Calculo de Pozos Destinados a Cimentaciones.

Generalmente van destinados a cimentaciones para pilares, cuyo cálculo se realiza de forma parecida a «la anchura y profundidad de los cimientosa estudiados en el capítulo 1, teniendo en cuenta la diferencia que entre una y otra superficie existe.

Veamos un ejemplo:

Se desea saber el cimiento necesario para un pilar de ladrillo de 60 X 60 cms cargado con 35.000 Kg, en un terreno cuyo coeficiente de trabajo es de 2 Kg por centímetro cuadrado.
Operaremos de la siguiente forma:


por lo que la superficie necesitaría para el cimiento, teniendo en cuenta que el terreno resiste 2 Kg por centímetro cuadrado, serán:


Como el cimiento es circular y sabemos que el área del círculo es obtendremos: 


y como nos interesa saber el diámetro del cimiento tendremos: 


Al multiplicar r por 2 hallamos el diámetro y debemos multiplicar la superficie por 4, porque al sacar la raíz cuadrada queda 2, y así subsiste la igualdad.

Aplicando esta fórmula al ejemplo supuesto tendremos: 
 = 156 centímetros, que redondearemos por exceso, cifrando en l’60 metros de diámetro.
Su profundidad sería:

1’60 - O’60= 1 metro

como puede verse en la figura 127. Pero siguiendo el criterio anteriormente dicho, y con objeto de eliminar en lo posible todo proceso matemático, presentamos a continuación la Tabla núm. 20 para el cálculo de pozos de cimientos para pilares. 

 Figura 127

Sistema de Cimentación Sección Tronco – Piramidal y la Carga Excéntrica.

Este sistema de cimentación aislada cumple la de Sección Escalonada y generalmente es para elementos muy cargados y de una superficie reducida, por lo que el cimiento debe disponerse de forma que la carga se reparta (igual que en el sistema anterior) en la mayor superficie posible. Esto puede solucionarse dando al cimiento tina sección tronco-piramidal, como ya se vio en la figura 28 en la que el bloque B tenía por misión trasladar la carga P que actúa sobre el pilar A a una placa C


CARCA EXCENTR1CA 



El sistema de cálculos de cimientos ordinarios de carga centrada (figura 124) se establece mediante la fórmula
en la que

ρ es la resistencia que por centímetro cuadrado tiene el terreno;
P la carga total que actúa sobre el mismo;
b el ancho del cimiento, y
1 la longitud que, en el caso de cimientos continuos, se refiere a un metro de pared.

Ahora bien, si la carga vertical P actúa fuera del centro del cimiento, como por ejemplo en la figura 125, en que el eje del pilar está a una distancia d del eje del cimiento, nos encontramos en el caso de una carga excéntrica, por lo que la presión que el pilar ejerce sobre un lado de la cimentación será mayor que sobre el otro. En este caso, el terreno trabajará a dos coeficientes distintos que encontraremos por las siguientes fórmulas: 


Estas fórmulas son válidas mientras la excentricidad d sea inferior a 1/6 del ancho del cimiento, o sea d menor b : 6. Cuando esta excentricidad es mayor, como en el caso de la figura 126, entonces la presión en el extremo que apoya el muro o pilar debe calcularse por la siguiente fórmula: 



en la que a es la distancia del eje del pilar al extremo en el que se calcula el coeficiente de trabajo a que se somete el terreno, tal como puede verse en la citada figura 126.

Cuando el lector se encuentre con algún caso de carga excéntrica para cimientos, procederá a calcularlo como si se tratara de un cimiento ordinario y, una vez determinadas sus dimensiones, calculará con las fórmulas que acabamos de dar, a qué coeficiente de trabajo queda sometido el terreno según sean las condiciones de excentricidad. Si resulta superior al que puede soportar el terreno por su naturaleza, se aumentarán las dimensiones del cimiento hasta que el terreno esté sometido por el cimiento a un coeficiente de trabajo adecuado a su naturaleza.

Estabilidad del Edificio: Sección Escalonada.


Uno de los factores más importantes para la estabilidad de los edificios, después de la consistencia del terreno, es el zampeado, el cual tiene como misión repartir la carga del edificio sobre una base mayor, disminuyendo con esto la compresión vertical y permitiendo construir sobre un terreno poco resistente.



Pero para construir un zampeado no basta darle la superficie calculada, sino que es preciso llegar hasta ella (contando desde el muro) sin crear puntos débiles, lo que deberá hacerse de una forma gradual y seguir el procedimiento señalado en la figura 122.

Si se dispone de piedra dura y la cimentación se resuelve mediante sillería, la superficie de asiento puede escalonadamente aumentarse, disponiendo en cada una rezapo consistente en un tercio de la longitud de cada pieza (fig. 123).

Formula Rankine para Saber si el Terreno soporta el Edificio.


Uno de los procedimientos sencillos para saber si una cimentación o, mejor dicho, el terreno, soportará o no el edificio que pensamos construir y que nos determinará, por medio del cálculo, la cantidad de kilos por cm^2, es la fórmula de Rankine, cuya expresión es:

P = H x d x k 

en la que
 
P es lacarga cifrada en kilos que un terreno puede soportar por cm^2.
H la profundidad en metros de la cimentación.
d el peso de la tierra en toneladas por metro cúbico (también densidad).
k es un coeficiente constante hallado según el ángulo de rozamiento o talud natural del terreno,
 
La Tabla número 19, en la que se expresan los valores d y k, ayudará al constructor en cuantos problemas de cimentación le salgan al paso. Su manejo es sencillísimo, como se verá luego. 


Téngase en cuenta que para cargas de seguridad sólo se admitirá la décima parte de la carga límite que hemos calculado. 

Luego, si tenemos realizada una cimentación en tierra franca cuya profundidad es de O’70 m, tendremos: 

P = H x d x k 
 
y sustituyendo por cifras: 

P
= 0’70 x 1’50 X 2’91 = Kg/cm^2 Y como la décima parte de 3’05 es 0’30, obtendremos que la resistencia del terreno por centímetro cuadrado es 0’30 Kg.

TABLESTACAS: Asegurar las Paredes contra los Desprendimientos.


También los tablestacados son paredes formadas por tablones unidos  por travesaños  y  terminados  en  punta  que   se  hincan  en  el  terreno,   tal  como puede verse en  la figura 120 en la que se observa que hay unos  tablones que se hincan  más  profundos  haciendo  las veces de pilotes.

Figura 120

Para  evitar  el  desplazamiento  que  los  empujes  pueden  ocasionar  sobre el   tablestacado  se  unen  mediante  costillas  de  perfiles   laminados  o  con  las puntas  ensambladas  como  anteriormente  indicábamos   al   referirnos  a   las ataguías.

El  fin  primordial  de   las  tablestacas  es  asegurar  las  paredes  contra  los desprendimientos  antes  de  iniciarse  la  excavación,  cuando,  por  alguna  razón  exista  agua subterránea en  el lugar de la obra.

Ataguias o Diques: Sistema Impermeabilización para la Construcción de Cimientos.

Con  objeto  de  que  en  un   terreno  anegado  se  pueda  construir  una  cimentación, se  disponen  ataguias  (también  conocidas  con  el  nombre  de  diques).  El  sistema   consiste en  formar una  empalizada  o  recinto  cerrado  lo suficientemente  impermeable  para que el  agua,  una  vez   sacada  de  este   recinto, no pueda penetrar otra  vez y dificulte las faenas de excavación.

Figura 111

El  sistema más elemental es  el formado  por un  terraplén  de  tierra  apisonada  (fig.  111)  la  que,  para  la  formación  del  recinto,  dependerá  de  su calidad,  así  como  de  su  espesor,  de  su  apisonado  y  del  movimiento  que tengan  las  aguas.

A  título de orientación  podemos  indicar que para  aguas   tranquilas  y de profundidades  no  mayores a un  metro, si  se emplean  tierras   arcillosas dan buen  resultado estas ataguías, construyéndose con  un  ancho en la parte superior  igual  a la  profundidad del agua. El ancho de la parte  inferior depende de  talud natural  de la  tierra  a  emplear.

Cuando   la  altura  del  agua  sea  superior  a  un  metro,  será  necesario  reforzar el sostén  de   tierra  con  una  pared  de madera, que  puede situarse  en  el  centro  como  en  la  figura  111;  detrás  del  montón  de  tierra   (fig.  112), apoyada   a  la pared  por  un  tornapuntas,  o como en   la   figura 113, en que  la  pared  de  madera  está  en  contacto  con  el  agua,  suprimiéndose  el  tornapuntas. 


 Figura 112



 Figura 113




 Figura 114 y 115

Las  estacas   acostumbran   a ser  de  0'18 a 0'25  m  de diámetro  colocadas a distancia de 1 a 1'25 m y enlazadas por  tablones con  travesaños (fig. 114).
La ataguía con  doble  pared de madera forma un cajón que se   rellena de tierra. En la figura 115 puede verse un esquema de las ataguías de este  tipo.


Como  se  observará,  está   formada  por  dos  paredes  continuas  de  tablones, situados  a  2'25  m  de  distancia,  con  una  serie  de estacas  externas  bien   incrustadas  en  la  tierra.


Figura 116
La  forma de  colocar  los  tablones  depende  de  la  finalidad  que se  persiga;  si  se    trata  de  conseguir  solamente  el  apoyo  de   la  tierra,  se  colocan uno al lado del  otro como en la figura 116.

Cuando  además  del  apoyo  interesa  la  impermeabilidad  se  ensamblan los  tablones  en  la  forma que  se.  indican en  las  figuras 117 y 118. Este  tipo de sostén es muy utilizado para alturas de agua de 3 a 3'50 metros.


 Figura 117 y 118

Cuando  la  altura  del  agua es   superior  a  3'50  m el  tipo de  dique o   sostén que se utiliza es el de escalera que consiste en una serie de diques  adosados de diferentes alturas. En   la figura 119 puede observarse un muro ataguía con dos escalones, para una altura de 5 m, relleno de arena.

La arena se emplea  en   lugar de  tierra,  cuando se  teme que  pueda haber infiltraciones  de  agua.

 Figura 119

Determinación de la Materia orgánica existente en un Árido.

Uno  de los  principales   enemigos  de  un  mortero o  de  un  hormigón   es  la materia orgánica,   hasta   tal  punto  que  ésta  puede   llegar  a  impedir  que  el hormigón frague  o,  en  el  mejor  de   los  casos,  reducirá  su  resistencia  mecánica  haciéndole  más  atacable por   los  agentes  atmosféricos  y  reduciendo  en mayor  o  menor  cantidad  su  durabilidad.

El que  una  arena  o  un  árido  manche  los  dedos,  no es  prueba   suficiente para desecharla,  bien  es  verdad  que   la  mayor  parte  de   las  veces  será  así, pero  es  necesario  cerciorarse  bien,  sobre  todo,  cuando  obtener  una  buena arena  de  miga o  de  río  resulte  caro.


Para  analizar  un  árido  desde  este  punto  de  vista,   se  sigue  el  procedimiento de  Duff  Abrams.

Primeramente disolveremos  completamente 15 gramos  de   sosa (hidróxido sódico)  de  buena  calidad, en  medio  litro de  agua. Conviene emplear  una disolución  recientemente  hecha,  ya  que  si   lleva  mucho   tiempo  preparada podría  estar impuriticada  y  falsearnos  los  resultados.

A  continuación  pondremos  en  una  probeta  graduada  de  300  centímetros cúbicos, árido hasta la división 15, añadiendo  la disolución anterior hasta  la  división  200. 

Seguidamente  se  tapa   la  probeta   con  tapón  de  goma  o cristal  y se  agita vigorosamente  unos  minutos, dejándola  a continuación  en reposo.

Transcurridas  24  horas  de  reposo,  se  observa  el  color  del   líquido  existente encima  de   la  arena  de  acuerdo con  las   siguientes características:

Arido  bueno  para   todo:   líquido   transparente  o  ligeramente  amarillo.
Arido  bueno  sólo  para   trabajos que  no   sean  delicados:  líquido  anaranjado.
Arido  malo,  pero  utilizable  en  trabajos  secundarios  líquido  color   pardusco.
Arido   rechazable  totalmente:  líquido  casi  negruzco.

No  demos,  pues,  más  palos  de  ciego  con  respecto  a  la  determinación de  un  árido  y  enfoquemos  las  cosas,  desde  su  principio  con  un  punto  de vista  más objetivo y más  eficiente,  ya  que,  unas  horas  perdidas (y que para estos  ensayos  se  puede  aprovechar  la  transición  entre  excavación  y  preparación  de hormigonado)  no  significan  nada  si  ello  nos  puede  reportar  una gran   tranquilidad  eliminando,  en  un  principio,  muchas  preocupaciones  con respecto  al  comportamiento  de   los áridos,  material  básico,  por  el  momento en  la construcción  de  edificios.

Para  las  cimentaciones de  hormigón en  masa  no  es  recomendable, económicamente,  construirlas  con  dosificaciones  que  pasen  de  los 200 kilos  de cemento  por  m3  de  hormigón;  en  la  práctica  el  más  utilizado   es el de 150 y   en  algún  caso, el aludido de 200.