Tipos de Cimentaciones y Estructuras de Contención: Características y Clasificación

Cimentaciones

La cimentación es la estructura cuya misión es distribuir la carga actuante sobre el pilar de la estructura sobre un área mayor, de forma que el terreno pueda soportar la presión resultante sin que se alcance su rotura.

• Cimentación directa: reparte las cargas procedentes de uno o varios pilares de la estructura en un plano de apoyo horizontal.
• Pozos de cimentación: la carga se reparte a niveles más profundos, mediante el empleo de un relleno de hormigón pobre hasta el nivel resistente.
• Cimentación profunda: la carga se distribuye mediante un encepado a un grupo de pilotes a estratos profundos resistentes o resistiéndose por rozamiento lateral con el terreno.
• Losas: adecuadas para terrenos heterogéneos de mala calidad cuando hay variación de cargas en pilares próximos o bajo nivel freático.
• Pilotes: distribuyen la carga que llega al encepado a profundidades grandes, adecuados cuando el terreno es malo.

Clasificación de los Pilotes

Según la forma de trabajo

• De punta: pilotes cortos que atraviesan estratos blandos y transmiten la carga a los estratos duros.
• De fuste: pilotes largos que atraviesan estratos homogéneos.
• De trabajo combinado: de longitud y sección medias que se construyen en terrenos de resistencia media.

Según el proceso constructivo

• Prefabricados: fabricados antes de su colocación, son hincados en el terreno mediante golpeo o vibración.
• In situ: la construcción se realiza una vez ejecutado el hueco.

Según la ejecución del hueco

• De desplazamiento: el hueco se ejecuta hincando un elemento.
• Perforado: el hueco se perfora extrayendo el material y luego se rellena con el material del pilote.

Estado Límite de Hundimiento

• Presión bruta de trabajo: presión vertical total que actúa en la base del cimiento. Puede ser total o efectiva.
• Presión neta de trabajo: diferencia entre la presión bruta repartida y la presión vertical existente previamente al nivel de la base del cimiento. Puede ser total o efectiva.
• Presión de hundimiento: presión total bruta que produce el hundimiento de la cimentación por rotura. Se llama también capacidad portante.
• Presión admisible vertical: valor de cálculo de la resistencia del terreno al hundimiento.
• Presión admisible de servicio: es la menor entre la presión admisible y la presión que produce unos asientos admisibles.

Teorías de Cálculo de la Capacidad Portante

• Prandtl: estudió cómo determinar la máxima presión que un elemento rígido de longitud infinita y de base plana, puede ejercer sobre un medio semi-infinito, homogéneo, isótropo y rígido-plástico. Propuso un mecanismo de falla aplicable a suelos cohesivos.
• Terzaghi: similar al de Prandtl, pero lo resolvió para suelos mixtos con peso y con sobrecarga en las inmediaciones. Dio soluciones para zapata lisa y rugosa.
• Rankine: hipótesis: relleno horizontal y homogéneo, trasdós vertical, aplicable el criterio de plastificación lineal de Mohr-Coulomb, no tiene en cuenta la rugosidad del respaldo del muro.
• Coulomb: cuña delimitada por dos planos, esta cuña se comporta como bloque rígido, cuña de terreno se comporta como sólido rígido roto a lo largo de un plano, superficie del terreno es inclinada.

Las soluciones de Coulomb y Rankine coinciden para trasdós vertical, relleno horizontal y muro liso. Las soluciones del caso activo se parecen, pero no las del pasivo.

Elementos de Retención

Finalidad de los elementos de retención: mantener una diferencia de nivel en el terreno que no resultaría estable sin su presencia, soportando las acciones (empujes).

Tipos:

• Flexibles (tablestacas): el elemento se deforma elásticamente.
• Rígidos: no sufre deformaciones.

Tipos de Estructuras de Retención

• Pantallas: elementos de contención de tierras que se emplean para realizar excavaciones verticales en aquellos casos en los que el terreno no sería estable sin sujeción.
• Muros: destinados a establecer y mantener una diferencia de niveles en el terreno con una pendiente de transición superior a lo que permitiría la resistencia del mismo.

Tipos de Muros

1. De gravedad: soportan el empuje con su peso.
2. De gravedad aligerados: con una armadura aligerada para soportar flexiones.
3. En L: hormigón armado para soportar flexión y tracciones.
4. Con contrafuertes: mayor rigidez a la ménsula.
5. Con placas: para reducir la tendencia al deslizamiento.
6. Por bataches y anclados.
7. Muros de sótano: no permiten desplazamiento.

Taludes

Talud: masa de terreno conformada artificialmente que se dispone con una inclinación y desnivel considerados.

Tipos: naturales y artificiales.

Factores condicionantes: caracterizan al terreno y su entorno geológico, que pueden facilitar el que se desencadene la inestabilidad (pendiente del talud, posición del nivel freático).

Factores desencadenantes: son las causas inmediatas de la inestabilidad, los que activan o aceleran el movimiento (sismo, deshielo, voladuras próximas).

• Fuerzas motoras (FM): provocadas por acciones externas y por el propio peso de la masa deslizante.
• Fuerzas resistentes (FR): fuerzas internas del terreno y que se desarrollan como reacción a las fuerzas motoras.

Influencia del Nivel Freático

Nivel freático (NF): lugar geométrico de los puntos del terreno en los cuales el agua se encuentra a presión nula.

Principales efectos: congelación del agua, al realizar la excavación, la circulación del agua, mayor contenido de agua en el terreno.

Métodos de Cálculo de Estabilidad de Taludes

• Método de Taylor: plantea obtener el factor de seguridad teniendo en cuenta el conjunto de la masa deslizada por integración de los momentos resistentes y movilizadores. El círculo que tenga mayor número de estabilidad será el de menor factor de seguridad.
• Método de las dovelas: calculamos el factor de seguridad de muchos círculos y nos quedamos con el de menor coeficiente.