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12 CONSTRUCCIÓN

Cimentaciones comunes

en ColombiaLas cimentaciones de las estructuras, y en general de las obras civiles, tienen como finalidadtrasladar a los suelos de fundación o de base los esfuerzos y momentos flectores propios deestas, que deben soportarlas de manera segura. Esto sin que se presenten deformacionesexcesivas, de tal manera que se logren estructuras estables. Se describen las cimentacionesmás comunes en nuestro país, como también las nuevas tecnologías de cimentación.

Ingeniero Luis Fernando Orozco Rojas

El ingeniero de fundaciones debe establecer la

manera como se trasladan las cargas al suelo de fun-

dación dependiendo tanto de su magnitud y dimen-

siones como de las características del suelo que las

debe soportar. Existen diversos materiales que pue-

den utilizarse para la repartición de estos esfuerzos,

entre los cuales se encuentran el acero, el concreto

simple y el concreto reforzado, la madera y aun suelos

o materiales pétreos de buenas características, com-

pactados y construidos de tal forma que permitan la

distribución de dichos esfuerzos. De todas formas, el

ã Construcción de pilotespara edificaciones de granaltura.FLICKR - ARCHIGEEK

concreto tanto simple como reforzado es el material

más utilizado para la construcción de cimentaciones

en la mayor parte de las estructuras y obras civiles.

Está disminuyendo el uso de elementos de madera,

como los pilotes, debido a su corta duración y al daño

ambiental que puede implicar su utilización. Igual-

mente los elementos de acero, sean ellos vigas o pilo-

tes, son excesivamente costosos comparados con las

grandes ventajas que ofrece el concreto simple o re-

forzado al ser utilizado como elemento de fundación.

Los materiales pétreos son más económicos, pero su


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CONSTRUCCIÓN 13

Noticreto 111 MARZO / ABRIL 2012

reforzamiento resulta casi imposible en la mayor par-

te de las aplicaciones y por lo tanto su aplicación se

limita a extensiones muy grandes donde se requiere

únicamente mejorar las capas más superficiales (en

algunos casos reforzando con geocompuestos).

Metodologías comunesEl hormigón es, por lo tanto, el material escogido por

excelencia para fundar estructuras tales como edifi-

cios, puentes, silos, plantas de acopio de materiales

y en general cualquier tipo de estructura u obra ci-

vil. Dependiendo de las características de los suelos

se utilizan zapatas en concreto reforzado y en algu-

nos casos macizos en concreto simple o reforzado, se

usan cimientos corridos, placas de fundación macizas

o aligeradas, pilotes en concreto simple como mejora-

miento del suelo o en concreto reforzado para trasla-

dar las cargas a suelos profundos. Los pilotes puedenser, a su vez, elementos prefabricados e hincados con

martinete de gran capacidad o con gatos hidráulicos, o

ser construidos como elementos pre-excavados y fun-

didos en el sitio. En la categoría de los pilotes también

se encuentran aquellos de gran diámetro con pata en-

sanchada o con fuste recto, excavados con equipos de

pilotaje de grandes dimensiones o excavados a mano

utilizando anillos, también de concreto, para estabili-

zar la excavación hasta la profundidad requerida.

En los suelos blandos se requieren elementos de

fundación que distribuyan la carga de tal forma que

no se sobrepase la resistencia al corte de suelo y que,

además, en la mayor parte de los casos no se exce-

dan los esfuerzos de pre-consolidación de la masa de

suelo, a fin de evitar asentamientos excesivos bajo las

cargas nuevas debidas a la estructura.

También se utilizan muros de contención en con-

creto reforzado, ya sean estos construidos de manera

tradicional con formaleta o construidos como elemen-

tos prefabricados hincados conformando el cajón de

los sótanos y cimentación o como muros pre-excava-

dos y fundidos in situ bajo lodos estabilizadores. Los

muros de contención así construidos deben soportar

presiones de tierra generalmente altas en los suelos

blandos cuando la altura de excavación es de dos omás sótanos. Los muros pueden funcionar en vola-

dizo hasta poca profundidad o ser soportados por la

estructura misma.

Nuevas metodologíasCabe mencionar a continuación algunos de los nue-

vos usos para ambos concretos, el simple o el reforza-

do, que han aparecido en la práctica de Ingeniería de

Fundaciones en todo el país:

Reforzamiento de terreno

Puede realizarse con columnas de concreto mezcla-

do con suelos (soil mix ) o con columnas de concreto

vibrado de poca resistencia. Se utilizan estas colum-

nas o inclusiones de concreto de manera densa y re-

emplazan las antiguas aplicaciones de los pilotes de

madera. Las profundidades típicas que alcanzan son

cerca de 15 m. Estas sirven para atravesar rellenos en

estado suelto de muy pobres características sin que

sea necesario retirarlos o remplazarlos por un material

compactado. También sirven para reforzar terrenos

con arcillas muy blandas, y por lo tanto facilitan la

construcción que de otra manera requeriría pilotes de

fricción en este tipo de suelos.

Concreto lanzado

La aplicación de concretos proyectados apareció en

túneles y obras civiles hace muchos años y únicamen-

te a partir de 1980 en áreas urbanas para construc-

ción muros de contención anclados y revestir taludes

inestables. En muchos casos también se combinan

con pernos pasivos. Tanto anclajes como pernos pasi-

vos se construyen con una lechada de cemento o con

morteros de diferentes características.

Rellenos fluidos

Estos materiales, también conocidos como Materiales

de Baja Resistencia Controlada o CLSM tienen varios

ä Vaciado de concreto parapilotes.FLICKR - WSDOT



14 CONSTRUCCIÓN


usos y aplicaciones según el Instituto Americano del

Concreto1. En el caso de las cimentaciones en Colom-

bia, el relleno fluido ha tenido aplicaciones en placas

de contrapiso y conformación de algunos llenos detrás

de muros de contención, etc. Estos pueden resultar un

poco más costosos que los materiales pétreos pero son

muy ventajosos por la facilidad de su colocación.

Otras Aplicaciones

Existen otras aplicaciones recientes del concreto ar-

mado y del concreto simple para la construcción de

cimentaciones. Entre ellas cabe enumerar los muros en

tierra reforzada con piel construida mediante prefabri-

cados de concreto armado de gran belleza y durabili-

dad. En algunos casos también se refuerza la tierra con

elementos de concreto. La construcción de cimentacio-

nes prefabricadas, ya sea para vivienda multifamiliar o

unifamiliar en serie o aún para centros comerciales degrandes dimensiones. Recientemente también se han

construido pilotes prefabricados para el soporte de edi-

ficaciones en los suelos blandos de Bogotá, pilotes que

antiguamente resultaban costosos en comparación con

los elementos fundidos in situ. Otro método es la cons-

trucción de terraplenes o presas de grandes dimensio-

nes con concreto compactado con rodillo (RCC).

Experiencia colombianaLa diversidad geológica, y por lo tanto la gran variedad

de condiciones geotécnicas que existen en Colombia,

se traduce a su vez en una gama muy grande de proble-

mas geotécnicos que es necesario solucionar para apo-

yar de manera segura de las estructuras que se constru-

yen tanto en ciudades como en zonas rurales.

Se encuentran, por una parte, los suelos blandos

bogotanos pertenecientes al Depósito Lacustre de la

Sabana, que representan un reto para los ingenieros de

Suelos, pues se trata de un perfil estratigráfico con las

mayores dificultades del mundo para ejecutar excava-

ciones de más de un sótano de altura o para cimentar

edificaciones con más de siete u ocho pisos de altura.

Pero en otras ciudades también existen grandes pro-

blemas de suelos tales como la reptación de laderas

en Medellín y la existencia de discontinuidades en lossuelos residuales. Están los problemas de estabilidad

de laderas en Barranquilla y en Bucaramanga, arcillas

expansivas y arenas licuables en Cartagena, arcillas

expansivas en Cali y en Cúcuta, para nombrar solo al-

gunas ciudades que requieren soluciones geotécnicas

ingeniosas a fin de evitar el detrimento patrimonial

de las personas o entidades que invierten su dinero

en estas obras.

A continuación se enumeran algunas de las mayo-

res dificultades que existen hoy en día y las soluciones

para los problemas que plantean.

La cimentación de grandes edificios en suelo blando

En los suelos blandos bogotanos se utilizan placas co-

rridas que reparten la carga en la totalidad del área

del proyecto, para edificaciones de cierta magnitud,

y en la mayoría de los casos también son necesarios

los pilotes de gran profundidad, ya sean estos como

elementos únicos de fundación, coronados por un

dado, o como complemento a la placa de cimenta-

ción. Por supuesto, tanto las placas como los pilotes

se construyen en concreto reforzado para trasladar las

cargas verticales, posibles cargas horizontales y mo-

mentos flectores debidos a cargas dinámicas u otras

solicitaciones. En la mayor parte de los casos los pilo-

tes en los suelos blandos bogotanos no llegan a capas

duras para trasladar los esfuerzos a través de su punta

a dichos materiales, pues estas se encuentran a pro-

fundidades entre 100 y 200 m. Por el contrario, son

elementos flotantes que en combinación con la placa,

llevan las cargas a un nivel tal que la presión de pre-

consolidación del suelo sea mayor a la solicitación y

no se exceda esta presión con las nuevas cargas del

edificio, por pesado que este sea.Los pilotes de fricción aparecieron en la ciudad

a raíz de la construcción de los puentes vehiculares

en la zona blanda hacia 1980 (ConConcreto Méndez

Junior). En esa época se realizaron ensayos de car-

ga y se determinó la viabilidad de soportar edificios

de más de ocho pisos en la zona blanda construyen-

do pilotes de fricción capaces de repartir las cargas

evitando exceder las presiones de pre-consolidación

del suelo a la profundidad de empotramiento de es-

tos elementos. Como antes se utilizaban únicamente

placas flotantes o semi-flotantes, para la altura de los

edificios existía un límite cercano a ocho o diez pi-

sos, que además implicaban excavaciones inestables

ã Acero de refuerzo yformaletas para la ejecuciónde vigas de cimentación.CRÉDITO: FLICKR- MARCO VOSSEN

1. Documento ACI 229R Controlled Low Strength Materials



relativamente profundas. Los pilotes de fricción han permitido

cimentar edificaciones más pesadas, con asentamientos mínimos

y gran estabilidad.

Sin embargo hay que tener cuidado, pues ya se han alcanzado

alturas de veinticinco pisos con pilotes de más de 50 m de pro-

fundidad pero aún se desconocen las bondades de estos elemen-

tos ante un evento sísmico.

Excavaciones y cimentaciones de grandes edificios

Puesto que los suelos colombianos presentan en su mayor parte

consistencia baja, con resistencia a la compresión inconfinada en-

tre 0,2 y 0,4 kg/cm², hasta profundidades superiores a los 50 m,

en estos suelos la construcción de más de dos sótanos requiere

la utilización de muros pantalla periféricos a la excavación que

deben ser construidos con antelación a las excavaciones. Los mu-

ros pantalla, pre-excavados y fundidos in situ o prefabricados e

hincados con martinete, conforman la pared de la excavación.

Generalmente también desde la superficie se construyen los pilo-tes en concreto reforzado responsables del soporte de la totalidad

de las cargas, o al menos de un buen porcentaje de ellas. Las

excavaciones proceden mediante la construcción de placas cintu-

rón y placas puntal que se van ejecutando de arriba hacia abajo

a medida que se extrae la tierra y que además deben ser capaces

de soportar empujes significativos de tierra, para ser trasladados

al otro extremo de la excavación. En excavaciones de más de tres

sótanos es necesaria generalmente la construcción de caissons de

aproximación para alcanzar la cabeza de los pilotes, construir allí

dados o columnas y continuar con la construcción de la superes-

tructura a medida que se saca la tierra por debajo de las placas

aéreas de los primeros sótanos hasta el nivel final requerido

(up-down construction).

ã Construcción de placas de cimentación.FLICKR - ADAM GIMPERT

oteco



16 CONSTRUCCIÓN


Es necesario evitar la falla de fondo que resulta por

el peso excesivo de los suelos alrededor de la zona

excavada. Se puede apreciar la magnitud del proble-

ma si se tiene en cuenta que los suelos al exterior de

una excavación de 10 m de profundidad tienen un

peso que puede estar entre 15 y 16 ton/m², valor muy

superior a la capacidad de soporte de los suelos a este

nivel. Por lo tanto es necesario ir cargando el suelo

con estructura y placa de subpresión a medida que

se descarga o se excava en los niveles inferiores. Por

supuesto, este proceso resulta muy engorroso, y por

los afanes de acelerar la obra y disminuir sus costos

algunas excavaciones de la ciudad ya han presentado

fallas de este tipo.

En estas excavaciones también es necesario te-

ner en cuenta la estabilidad de taludes internos de la

obra y la magnitud de los empujes exteriores. De no

solucionarse con acierto estos problemas, se presen-

tan fallas de los muros de contención, hundimientosexteriores a la obra y desplazamientos o fallas de los

taludes internos. Cuando fallan los taludes internos la

excavación pueden incluso involucrar los pilotes que

se parten generalmente a profundidades mayores a las

del nivel inferior de refuerzo.

También se han presentado fallas en los caissons

de aproximación, pues su construcción implica de-

bilitar el suelo por debajo del nivel al cual se lleva la

excavación general. Los anillos de soporte de estos

elementos funcionan a compresión por lo cual, al

construir caissons tangentes o cercanos se desvir-

túa el concepto, pues se disminuye la presión de

confinamiento en uno de los costados y la pared

del caisson funciona como un muro de contención

que no ha sido diseñado como tal, con el refuerzo

necesario para una mayor longitud.

Problemas de estabilidad de laderas

Estas dificultades existen en casi todas las ciudades de

Colombia, incluyendo Bogotá. En algunos casos se trata

de taludes muy empinados y de gran altura que se des-

estabilizan con la presencia de aguas en épocas de lluvias

fuertes, y en otros se trata de laderas relativamente suaves

que también sufren reptación o movimiento lento cuan-

do los suelos reciben cuantiosos volúmenes de agua; estos

volúmenes tienden a lubricar y a disminuir la resistencia

en la superficie de contacto entre las diferentes capas.

Los problemas de este tipo se solucionan principal-

mente mediante la construcción de sistemas de drenaje

tanto con cunetas superficiales como con trincheras y

filtros drenantes y con drenes horizontales. También en

muchísimos casos se requiere la construcción de murosde concreto, ya sean estos de gravedad, en voladizo, o

muros de revestimiento del talud soportados con an-

clajes pasivos o activos.

En Bogotá un ejemplo claro es el muro en cons-

trucción en la Calle 92 entre la vía que conduce a

la Calera y la Avenida Circunvalar, que ha sido dise-

ñado con anclajes de buena profundidad y refuerzo

mediante vigas en cuadrícula que sostienen la piel del

muro. Era un talud estable hasta la época de los últi-

mos inviernos en que el exceso de agua que afloraba

en la cara del talud a través de capas de arenisca o

corriendo en su superficie, terminó erosionando y de-

teriorando las capas más superficiales del suelo.

ã Deslizamiento de tierraocurrido en la AvenidaCircunvalar de Bogotá.CORTESÍA G WILCHES CHAUX. BLOG:

AGUACEROS Y GOTERAS.



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