CAPÍTULO H.8 SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES, EXCAVACIONES Y MUROS DE CONTENCIÓN

NOMENCLATURA

D = diámetro del pilote

E = módulo de elasticidad del pilote

l = momento de inercia del pilote

K = coeficiente de reacción horizontal del suelo

L = longitud del pilote

N = número entero, determinado por tanteo, que genere el menor valor de Pc

SISTEMA GEOTÉCNICO CONSTRUCTIVO

Se define como el sistema constructivo de cimentaciones, excavaciones y muros de contención es un documento complementario o integrado al estudio geotécnico definitivo, de obligatoria elaboración, que debe incluir el escenario más probable del proceso constructivo.

Todo Proyecto de Construcción deberá incluir un análisis de las condiciones físicas e hidro-mecánicas de los depósitos de suelos o macizo rocosos involucrados, para cada uno de los escenarios previstos en el desarrollo de la construcción del proyecto. Cada uno de estos escenarios deberá permitir la definición concreta de secuencias de construcción, medidas de mitigación, seguimiento y monitoreo de todos los efectos que sobre la estabilidad de las estructuras de cimentación y sobretodo de los suelos de fundación, puedan conllevar los procedimientos constructivos que se ejecuten en el proyecto.

Excavación de cimientos. Tomada de
transportesyexcavacionesformentera.com

EXCAVACIONES

Pueden delimitarse con taludes perimetrales (si las condiciones lo permiten), entibados, tablestacas o muros fundidos en el lugar apuntalados o retenidos con anclajes instalados en suelos firmes, siempre deberá hacerse control del flujo de agua en el subsuelo y seguir una secuencia en las excavaciones que ayude a minimizar los movimientos en construcciones aledañas y servicios públicos.

CONTROL DEL FLUJO DE AGUA — El sistema de bombeo se toma de acuerdo al tipo de suelo. El gasto y el abatimiento provocado por el bombeo se calcularán mediante la teoría del flujo de agua transitorio en el suelo. En suelos de muy baja permeabilidad, abatir el nivel freático, el bombeo tendrá como objetivo:

(a) Dar a las fuerzas de filtración una dirección favorable a la estabilidad de la excavación;

(b) Preservar el estado de esfuerzos del suelo; e

(c) Interceptar las filtraciones provenientes de lentes permeables.

En todos los casos será necesario un sistema de bombeo superficial que desaloje el agua de uno o varios cárcamos en los que se recolecten los escurrimientos de agua. El agua bombeada arrojada al sistema de drenaje público deberá estar libre de sedimentos y contaminantes.

TABLESTACAS Y MUROS FUNDIDOS EN EL SITIO — Deberán prolongarse hasta una profundidad suficiente para interceptar el flujo debido a los principales estratos permeables que pueden dificultar la realización de la excavación.

PROTECCIÓN DE TALUDES PERMANENTES — En el diseño de estos sistemas de protección se tomará en cuenta que las deformaciones del suelo protegido deben ser compatibles con las del sistema de protección empleado, además el efecto del peso del sistema de protección sobre la estabilidad general o local del talud durante y después de la construcción. Por otra parte, los sistemas de protección deberán garantizar el drenaje y evitar el desarrollo de presiones hidrostáticas que puedan comprometer la estabilidad del sistema de protección y del propio talud.

En caso de usar anclajes pasivos o activos para la estabilización del talud deberá demostrarse que éstos no afectarán la estabilidad ni inducirán deformaciones significativas en las construcciones vecinas y/o en los servicios públicos.

PLAN DE CONTINGENCIA PARA EXCAVACIONES — Requerido para excavaciones de más de 3 m de profundidad o en la base de laderas, debe incluir los elementos vulnerables, los riesgos potenciales, el área de influencia, las posibles personas involucradas, los mecanismos de aviso a las autoridades, las rutas de evacuación, los mecanismos de capacitación al personal, entre otros.

ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN - Durante los procesos constructivos que involucran estructuras de contención, independientemente del tipo, se deberá evitar crear sobreesfuerzos que conlleven deformaciones sobre estas y que posteriormente puedan reducir la capacidad de soporte para la cual fueron diseñadas, bajo la condición de carga final de trabajo.

Se debe incluir la secuencia completa de ejecución de actividades, y garantizar el correcto drenaje del agua para la estabilidad de la estructura de contención, del material contenido y la menor variación posible de las trayectorias de drenaje naturales.

PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS PARA CIMENTACIONES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES — La profundidad del desplante de la cimentación se determinará teniendo en cuenta no sólo el estudio geotécnico sino también las diferencias entre las características del suelo encontradas a la distancia que arroje dicho estudio y las consideradas en el proyecto, a fin de evitar que en la superficie de apoyo aparezcan saturaciones o remoldeo. Cuando se utilicen elementos de cimentación de concreto reforzado se protegerá dicho acero de líquidos o gases contenidos en el suelo; y en el proceso de colado de partículas del suelo o agua freática que pueden afectarlo.

Para este proceso se debe establecer la secuencia de las excavaciones, la disposición de los sobrantes, la incidencia por posibles cambios o alteraciones en las trayectorias de drenaje y variaciones del nivel freático, el tiempo máximo de exposición de los geomateriales ante posibles cambios en las condiciones ambientales, los efectos por ciclos de humedecimiento–secado que puedan alterar los materiales de apoyo y de carga–descarga que afectan los materiales del perfil.

CIMENTACIONES CON PILOTES O PILAS — La ubicación de los pilotes y pilas, su profundidad de desplante, cantidad y espaciamiento deberá ser igual a lo indicado en los planos estructurales; al  momento de su instalación se deberá garantizar la integridad de dichos elementos y de sus estructuras vecinas sin que se perjudiquen por vibraciones o desplazamiento del terreno, además deberán soportar las fuerzas de comprensión, tensión, y momentos de flexión que indiquen los análisis.

Los pilotes de diámetro menor de 40 cm deberán revisarse por pandeo verificando que la fuerza axial a la que se encontrarán sometidos, no rebasará la fuerza crítica Pc definida por:

Pc = (N ² π ² EL /4L² + 4KDL²  π²  ) / Fs                          (H.8.1)

• Pilas o pilotes fundidos en el sitio — El estudio geotécnico indicará si la perforación previa será estable de manera natural o si en cambio requiere estabilizantes como el lodo bentonítico o polimérico, entibado ó encamisado, en el caso del lodo bentónitico luego de emplearse deberá verterse en botaderos autorizados y ambientalmente responsables. Previo al fundido se verificaran las características del estrato de apoyo en el fondo y la remoción de derrumbes, así mismo durante el proceso se evitará la segregación del concreto y la contaminación del mismo con el lodo estabilizador o con derrumbes. Se hará registro de ubicación, tamaño de las perforaciones, su fecha y fundida; y de la profundidad y espesor de los estratos y las características del material de apoyo.
• Las pilas con ampliación de base (campana), se construyen con una perforación vertical en los primeros 20 cms, seguido de una perforación de ángulo no menor  a 60°, cuyo peralte en el fondo será de por lo menos 20 cms o según lo indiquen los planos estructurales. El ingeniero geotecnista podrá señalar la construcción de campanas bajo agua o lodo (aunque no se recomienda).
• En pro de la seguridad del personal y la calidad de las pilas, siempre se deben construir guías antes de las perforaciones. Así mismo las pilas excavadas manualmente o caissons no pueden ser de diámetro inferior a 1mt y deberán ser de diámetro superior si su profundidad pasa los 10 metros, además a menos que, según el estudio, el suelo sea estable, se requerirá que se construyan entibados o anillos de concreto, encamisado o se estabilice con lodo.
• La posición final de la cabeza de los pilotes no deberá diferir respecto a la de proyecto en más de 20 cm ni de la cuarta parte del ancho del elemento estructural que se apoye sobre ella. Al hincar cada pilote se llevará un registro de su ubicación, su longitud y dimensiones transversales, la fecha de colocación, número de golpes y energía de hincado. Los pilotes se hincarán en orden, desde la parte central del grupo hacia fuera, con el fin de uniformar la densificación en suelos granulares y de evitar acumulación excesiva de presiones de poros en suelos cohesivos.

Pruebas de carga en pilotes o pilas — En caso de realizarse pruebas de carga, se llevará registro por lo menos de los datos siguientes:

Prueba de carga de pilotes. Tomada de fing.edu.uy

(a) Condiciones del subsuelo en el lugar de la prueba;

(b) Descripción del pilote o pila y datos obtenidos durante la instalación;

(c) Descripción del sistema de carga y del método de prueba;

(d) Tabla de cargas y deformaciones durante las etapas de carga y descarga del pilote o pila;

(e) Representación gráfica de la curva asentamientos–tiempo para cada incremento de carga; y

(f) Observaciones e incidentes durante la instalación del pilote o pila y la prueba.

CIMENTACIONES COMBINADAS —Se refiere principalmente a los sistemas denominados placa–pilote, pero existen otras combinaciones como estructura de contención–pilotes, muros de cortante–vigas de cimentación, vigas de reacción–losa de cimentación, etc. Estas combinaciones generalmente afectan el suelo de apoyo de la losa, lo que lleva a que se estudie la minimización del daño al suelo de fundación o el cambio del mismo por un material mejorado.

CIMENTACIONES ESPECIALES — Se consideran especiales aquellas cimentaciones que se deben ejecutar con geomateriales como suelos excesivamente blandos o excesivamente duros, rocas con características especiales por su composición químico–mineralógica, materiales fuertemente alterados o meteorizados y los suelos con características especiales. Deberán ser objeto de un Proyecto de Construcción igualmente especial en donde se describa con detalle tanto la secuencia de tratamiento de dichos suelos como del proceso constructivo de la cimentación, con énfasis en la aplicación de las cargas de trabajo.