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UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÌA
"PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA CIMENTACIÓN MIXTA PARA UN CONTENEDOR CILÍNDRICO VERTICAL CON CAPACIDAD DE 10,000 BARRILES DE AGUA”
MONOGRAFIA
QUE COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
P R E S E N T A
JEREZ PALACIOS OSCAR OCTAVIANO
DIRECTOR DE MONOGRAFIA: FRANCISCO DE JESUS TREJO MOLINA
COATZACOALCOS, VER. AGOSTO 2011
AGRADECIMIENTO
Son muchas las personas especiales a las que me gustaría agradecer su amistad,
apoyo, ánimo y compañía en las diferentes etapas de mi vida. Algunas están aquí
conmigo y otras en mis recuerdos y en mi corazón. Sin importar en donde estén o si
alguna vez llegan a leer estas dedicatorias quiero darles las gracias por formar parte
de mi , por todo lo que me han brindado y por todas sus bendiciones.
Madre, no me equivoco si te digo que eres la mejor mama del mundo, gracias por
todo tu esfuerzo, tu apoyo y por la confianza que depositaste en mi. Gracias porque
siempre aunque lejos has estado a mi lado, te quiero mucho.
A todos mis amigos sin excluir a ninguno, pero en especial a..
Mil gracias por todos los momentos que hemos pasado juntos y porque han estado
conmigo siempre en las buenas y en las malas.
A todos mis profesores no solo de la carrera sino de toda la vida, muchísimas gracias
por que de alguna manera forman parte de lo que ahora soy. Especialmente a los
tres que están en esto conmigo…
Y al mas especial de todos, a ti señor por hiciste realidad este sueño, por todo el
amor con el que me rodeas y por que me tienes en tus manos. Esta tesis es para ti.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
__________________________________________________________________________4
INDICE
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS ............................................................................................ 6
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 8
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 9
ALCANCES Y LIMITACIONES ............................................................................................... 10
CAPITULO 1 GENERALIDADES ....................................................................................... 11
1.1 Cimentaciones .............................................................................................................. 12
1.2 Cimentaciones Superficiales ......................................................................................... 14
1.3 Cimentaciones profundas ............................................................................................. 16
1.3.1 Tipos de pilotes .......................................................................................................... 17
1.3.2 Características de los diferentes tipos de pilotes ....................................................... 18
1. 4 Cimentaciones Mixtas .................................................................................................. 20
1.5 Cimbra ........................................................................................................................... 21
1. 6 Impermeabilizantes ...................................................................................................... 22
1.7 Exploración del subsuelo .............................................................................................. 22
1.8 Sondeos exploratorios del suelo ................................................................................... 23
1.9 Muestras del suelo ........................................................................................................ 27
CAPITULO 2 PROCESO CONSTRUCTIVO ...................................................................... 29
2.1 Mecánica de suelos ...................................................................................................... 30
2.2 Fabricación de los pilotes .............................................................................................. 32
2.3 Obras preliminares ........................................................................................................ 34
2. 4 Manejo y almacenamiento temporal de los pilotes ...................................................... 34
2.5 Perforación de barrenos ................................................................................................ 36
2.6 Hincado del pilote .......................................................................................................... 37
2.7 Proceso de anclaje ........................................................................................................ 40
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
__________________________________________________________________________5
2.8 Fabricación de la losa de cimentación .......................................................................... 40
CAPITULO 3 EJEMPLO PRÁCTICO ................................................................................. 42
3.1 Características físicas de la ubicación del complejo ..................................................... 43
3.2 Estudio de mecánica de suelos .................................................................................... 45
3.3 Obras preliminares ........................................................................................................ 47
3. 4 Especificaciones de los pilotes utilizados en este proyecto ......................................... 49
3.5 Perforación de barrenos ................................................................................................ 51
3.6 Izaje ............................................................................................................................... 52
3.7 Hincado ......................................................................................................................... 59
3.8 Losa de cimentación ..................................................................................................... 60
3.9 Proceso de anclaje ........................................................................................................ 60
3.10 Compactación del terreno ........................................................................................... 62
3.11 Habilitado del acero de la losa de cimentación ........................................................... 62
3.12 Acero de refuerzo longitudinal y transversal de la losa de cimentación. ................... 64
3.13 Dala perimetral ............................................................................................................ 65
3.14 Cimbra ......................................................................................................................... 66
3.15 Colado de la losa de cimentación ............................................................................... 67
3.16 Cimbrado de la dala de cimentación ........................................................................... 67
3.17 Colado de la dala de cimentación ............................................................................... 68
3.18 Impermeabilización ..................................................................................................... 68
CONCLUSIONES ................................................................................................................... 70
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 71
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
__________________________________________________________________________6
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
Tabla 1.1 Diámetros de varillas ......................................................................................... 14
Tabla 2.1 Recuperación de muestras. ................................................................................ 32
Tabla 3.2 Especificaciones de los dobleces de ganchos .................................................. 64
___________________________________________________________________
Fig. 1.1 Tipos comunes zapatas ......................................................................................... 15
Fig. 1.2 Tipos comunes de losa de cimentación. ................................................................ 16
Fig. 1.3 Tipos de pilotes. .................................................................................................... 18
Fig. 1.4 Pilotes in situ; Pilotes ademados. ........................................................................ 19
Fig. 1.5 Pilotes in situ; Pilotes no ademados. ................................................................... 19
Fig. 1.6 Cimentación mixta. ............................................................................................... 20
Fig. 1.7 a) Posteadoras b) Barreno helicoidal .................................................................. 24
Fig. 1.8 Muestreador de media caña. ................................................................................. 25
Fig. 1.9 Muestreador de media caña. ................................................................................. 25
Fig. 2.1 Puntos de izaje con un solo cable. ....................................................................... 35
Fig. 2.2 Puntos de izaje con dos cables. ........................................................................... 35
Fig. 2.3 Puntos de izaje con balancines. ........................................................................... 36
Fig. 2.4 Componentes principales de un sistema de hincado de pilotes. .......................... 38
Fig. 3.1 Perfil estratigráfico del sondeo presente en el poso de cielo abierto. .................. 44
Fig. 3.3 Sitio de desplanté antes de la demolición. ........................................................... 47
Fig. 3.4 Demoliciones ........................................................................................................ 48
Fig. 3.5. Acero de refuerzo longitudinal de los pilotes. ...................................................... 49
Fig. 3.6 Acero de refuerzo transversal de los pilotes. ........................................................ 49
Fig. 3.7 Identificación de los pilotes. .................................................................................. 50
Fig. 3.8 Detalle del refuerzo de acero en el punto de izaje ............................................... 50
Fig. 3.9 Perforación de los barrenos. .................................................................................. 51
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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Fig. 3.10 Planta de localización de los barrenos, ubicación de los pilotes. ....................... 52
Fig. 3.11 a) Sujeción del pilote en los puntos de izaje b) Izaje del pilote ........................... 53
Fig. 3.12 a) Maniobra del pilote b) Manejo del pilote .......................................................... 54
Fig. 3.13 Estibación de los pilotes. .................................................................................... 55
Fig. 3.14 Vista superior, Detalle del amortiguamiento del pilote. ....................................... 55
Fig. 3.15 Vista lateral, Detalle del amortiguamiento del pilote. ........................................... 56
Fig. 3.16 Amortiguamiento de diferentes pilotes. .............................................................. 56
Fig. 3.17 a) Hincado del pilote. b) Martillo piloteador. ....................................................... 57
Fig. 3.18 a) Grúa piloteadora b) Maniobra del martillo piloteador. .................................. 58
Fig. 3.19 Vista superior, Posicionamiento vertical de un pilote con ayuda de plomadas .. 59
Fig. 3.20 Descabezado de pilotes. ..................................................................................... 61
Fig. 3.21 Corte lateral de la cimentación. .......................................................................... 61
Fig. 3.22 Detalle de las zapatas-cabezales interiores. ...................................................... 62
Fig. 3.23 Vista superior, Armado de la zapata cabezal y la loza de cimentación. ............. 63
Fig. 3.24 Detalle de la zapata-cabezal del borde. ............................................................ 63
Fig. 3.25 Habilitado del acero de la zapata-cabezal y la loza de cimentación. .................. 65
Fig. 3.26 Corte lateral, Armado de la dala perimetral. ....................................................... 65
Fig. 3.27 Fotografía de la cimbra y colado de la loza de cimentación. ............................... 66
Fig. 3.28 Relleno y apisonamiento del asfalto sobre la loza de cimentación. ................... 69
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
__________________________________________________________________________8
INTRODUCCIÓN
La presente investigación se enfoca en el proceso constructivo y de desplantación de
una cimentación mixta conformada por un grupo de pilotes sobre los cuales
descansa una losa de cimentación, abarcando las obras auxiliares para la realización
de esta.
En todos los proyectos de cimentaciones, es fundamental disponer de un buen
reconocimiento geotécnico, ya que a partir de este y juntamente con el tipo de
estructura a desplantar se diseña la cimentación; Para lo cual es necesario una
exploración y un sondeo previo, los cuales se analizarán de manera general,
profundizando en el sondeo tipo Poso cielo abierto y la exploración con Tubo de
pared delgada.
Así mismo, se describen los procesos de fabricación de los diferentes tipos de pilotes
y las características de cada uno de estos; Las especificaciones para su manejo y
almacenamiento temporal. Como también la fabricación de las losas de cimentación
y las obras que la rodean, como el proceso de anclaje, cimbrado, curado y su
impermeabilización.
Este trabajo está dirigido estudiantes de ingeniería, profesionales, docentes y
proyectistas en la rama, para que obtengan una guía de procesos constructivos
aplicados a cimentaciones a base de pilotes o de las cimentaciones mixtas
compuestas por estos.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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OBJETIVOS
Objetivo general
Describir cada una de las etapas del proceso de construcción de la cimentación
mixta compuesta por una losa de cimentación desplantada sobre un grupo de
pilotes para un contenedor cilíndrico vertical con capacidad de 10,000 barriles de
agua.
Objetivos específicos
• Describir y Caracterizar los tipos de estudios de mecánica de suelos a
realizarse
• Describir el proceso de fabricación, manejo y almacenamiento de los pilotes.
• Describir los métodos y los procesos necesarios para realizar el incadó de los
pilotes.
• Describir el proceso de fabricación de la losa de cimentación
• Describir el proceso impermeabilización de losa de cimentación.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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ALCANCES Y LIMITACIONES
Con el desarrollo de la investigación se pretende cubrir de manera descriptiva cada
una de las etapas constructivas de las partes que integran una cimentación mixta
(losa de cimentación desplantada sobre pilotes) de concreto reforzado para un
contenedor de agua.
Tales como la descripción de las características, fabricación y uso de los pilotes
prefabricados y las losas de concreto reforzado; La recopilación de información de
campo que describan los procesos constructivos, así como el estudio de mecánica
de suelos, desde la exploración y sondeos, hasta las pruebas del suelo necesarias
para realizar la desplantación tomando en consideración las normas que lo rigen y el
método empleado.
Este estudio se limitara a cimentaciones mixtas conformadas por pilotes
prefabricados y losas de cimentación, elaborados de concreto reforzado. Las
investigaciones geotécnicas que deban realizarse se harán a nivel preliminar, sin
embargo la información específica se obtendrán por medio de laboratorios de
mecánica de suelos.
3
CAPITULO 1
GENERALIDADES
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Para introducirnos en el tema de las cimentaciones es necesario conocer algunos
términos y definiciones que nos ayudarán en la elección del tipo de cimentación
adecuado para los diferentes tipos de suelos y estructuras, así como también para
comprender su uso, fabricación y desplantación. A demás de los estudios geológicos
que rodean el tema de las cimentaciones.
1.1 Cimentaciones
Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es
transmitir las cargas de la edificación al suelo distribuyéndolas de forma que no
superen su presión admisible ni produzcan concentraciones de cargas
diferenciales. Las cimentaciones se clasifican de diferentes maneras como se
observa en el esquema.
Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo
de cimentación menos costoso y más simple de ejecutar; Cuando por problemas con
la capacidad de carga o con la homogeneidad del mismo no es posible usar
cimentación superficial se valoran otros tipos de cimentaciones, ya sea una
cimentación profunda o una cimentación mixta.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Se llama mampostería al sistema tradicional de construcción que consiste en
erigir diversos elementos estructurales, mediante la colocación manual de los
materiales que los componen (denominados mampuestos) que pueden ser, por
ejemplo: ladrillos, piedras talladas en formas regulares o no, bloques
de cemento prefabricado, etc.
Su empleo radica generalmente en la disponibilidad del material. Siendo su uso
principalmente en zonas donde la piedra es abundante. No cualquier piedra es apta
así que para grandes construcciones es necesario efectuar en un laboratorio de
ensayo pruebas sobre la resistencia de la piedra de que se dispone. Las
cimentaciones de mampostería por lo general son superficiales.
El concreto es un material durable y resistente, dado que se trabaja en su forma
líquida, prácticamente puede adquirir cualquier forma. El concreto de uso común, o
convencional, se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales,
cemento, agua y agregados, a los cuales en ocasiones se incorpora un cuarto
componente que genéricamente se designa como aditivo.
Gran parte de las cimentaciones están fabricadas de concreto debido a que disponer
de este material es relativamente sencillo. Las cimentaciones fabricadas con
concreto se dividen en dos: las de concreto simple y las de concreto reforzado.
Las cimentaciones de concreto simple, se emplean para estructuras relativamente
livianas y cuando la capacidad del suelo lo permita, mientras que las cimentaciones
de concreto reforzado consisten en la combinación del concreto con el acero, el cual
puede estar presente como algún perfil estructural o como varillas de acero.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Los perfiles estructurales generalmente son de acero laminados en caliente: Vigas,
perfiles de patín ancho; Angulo, perfiles de patines iguales y desiguales; Canal,
perfiles con superficie interior de patín en declive; etc.
Las varillas empleadas en la construcción pueden ser de dos tipos, lisas y
corrugadas, Son barras de acero de sección circular, obtenidas a partir de
palanquillas o lingotes laminados en caliente y de diferentes diámetros, ver tabla 1.1
Su uso es como refuerzo en las estructuras de concreto armado.
Tabla 1.1 Diámetros de varillas
1.2 Cimentaciones Superficiales
Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo,
por tener éste suficiente capacidad de carga o por tratarse de construcciones
relativamente livianas. En la mayor parte de éstas, la profundidad de desplante
puede ser igual o menor a tres o cuatro veces el ancho de la cimentación.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
__________________________________________________________________________15
Dentro de las cimentaciones superficiales podemos encontrar: Las zapatas
aisladas que sirven de base de elementos estructurales puntuales como son los
pilares, las zapatas corridas están indicadas como cimentación de un elemento
estructural longitudinalmente continuo, como un muro o hileras de pilares, las
zapatas combinadas son aquellas sobre la cual se apoyan dos pilares separados una
distancia no muy grande y las lozas de cimentación que cubren toda el área que
queda debajo de la estructura. Ver figura 1.1
Fig. 1.1 Tipos comunes zapatas
Por lo general la losa de cimentación es de concreto reforzado y su fabricación es “in
situ”; Pueden ser de diferentes tipos entre los más comunes encontramos:
La Losa plana, la cual tiene un espesor uniforme; la Losa engrosada bajo las
columnas; la Losa emparrillada o nervada, las vigas corren en ambos sentidos y las
columnas se ubican en las intersecciones de estas; La Losa con pedestales; losa
con muretes integrados, generalmente para sótano (los muretes trabajan como
atiesadores de la losa) por mencionar algunos como se indica en la fig. 1.2, y de
diferentes geometrías, cuadradas, rectangulares, circulares.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
__________________________________________________________________________16
Fig. 1.2 Tipos comunes de losa de cimentación.
1.3 Cimentaciones profundas
Son aquellas que alcanzan estratos profundos que tengan la capacidad de soportar
las cargas adicionales que se aplican al subsuelo. Están regidas por las condiciones
del suelo, por ejemplo: cuando el estrato superior es altamente compresible y
demasiado débil para soportar la superestructura, cuando se presentan suelos
expansivos y colapsables. (SMMS,A.C. 2001)
Dentro de las cimentaciones profundas encontramos a las pilas y los pilotes, los
cuales a pesar de que son más costosos que las cimentaciones superficiales, son a
menudo necesarios para garantizar la seguridad estructural.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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El término “pila” tiene dos significados diferentes de acuerdo con sus usos; El
primero, es como apoyo para la superestructura de un puente. Puede considerarse a
la pila en sí misma, como una estructura que a su vez debe estar apoyada sobre una
cimentación adecuada, en este caso la base de una pila puede estar apoyada sobre
una serie de pilotes y el segundo es un miembro estructural subterráneo que tiene la
función de zapata, es decir, descansa directamente sobre un estrato firme. (Peck,
Hanson y Thornburn, 1995).
Los pilotes son miembros estructurales caracterizados por tener un área de sección
transversal pequeña en comparación con su longitud. Se hincan en el suelo a base
de golpes generados por maquinaria especializada, en grupos o en filas, conteniendo
cada uno el suficiente número de pilotes para soportar la carga. (Peck, Hanson y
Thornburn, 1995).
1.3.1 Tipos de pilotes
En los trabajos de construcción se usan diferentes tipos de pilotes dependiendo del
tipo de carga por soportarse, de las condiciones del suelo y de la posición del nivel
de aguas freáticas.
Por lo cual se pueden clasificar de diferentes maneras, ya sea por su fabricación
(colados in situ y prefabricados) por su diseño (los que trabajan por fricción o por
punta) y estos a su vez por los tipos de punta (punta cerrada, cónica, abierta, etc.), y
por el material con el cual están fabricados (madera, concreto, concreto reforzado o
acero) por su colocación (con desplazamiento o sin desplazamiento), como se indica
en la figura1.3.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Fig. 1.3 Tipos de pilotes.
1.3.2 Características de los diferentes tipos de pilotes
Braja M. Das en su libro Principios de ingeniería de cimentación, nos brinda las
características de los diferentes tipos de pilotes, los cuales se mencionan a
continuación.
Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de perfiles H laminados,
las vigas de acero de patín ancho y de sección I también se usan como pilotes, sin
embargo se prefieren los perfiles H por que los espesores de sus almas y patines
son iguales.
Los pilotes de madera son troncos de árboles cuyas ramas y corteza fueron
cuidadosamente recortadas; sin embargo, para calificar como pilotes la madera debe
ser recta, sana y sin defectos. Estos pilotes se subclasifican de acuerdo a su
diámetro.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Los pilotes colados in sitú, que se construyen perforando un agujero en el terreno y
luego llenándolo con concreto se clasifican en dos amplias categorías, en ademados
y no ademados.
Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno (ademe) con
ayuda de un mandril (broca) colocado dentro del ademe. Cuando el pilote alcanza la
profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto.
Fig. 1.4 Pilotes in situ; Pilotes ademados.
Los pilotes no ademados, se realizan perforando en el terreno con la ayuda de una
broca, una vez perforado a la profundidad deseada, se retira la broca, se introduce
el armado de acero y se vierte directamente el concreto en la perforación.
Fig. 1.5 Pilotes in situ; Pilotes no ademados.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Los pilotes precolados son general mente cuadrados en su sección transversal, se
preparan usando un refuerzo que resista el momento flexionante desarrollado
durante su manipulación y transporte, la carga vertical y el momento flexionante
causado por carga lateral.
1. 4 Cimentaciones Mixtas
Las cimentaciones mixtas consisten básicamente en una combinación de dos
distintos tipos de cimentaciones, con el fin de obtener una cimentación más eficiente
o en su caso más fácil de construir que un cimiento muy complejo.
La cimentación mixta más común es la compuesta por una losa de cimentación que
descansa sobre pilotes, generalmente estos pilotes se usan en grupos. En la
cimentación mixta la losa puede estar en contacto con el terreno, como en la
mayoría de los casos, o bien arriba del mismo, como en el caso de plataformas
fuera de la costa (ver figura 1.6.b).
Fig. 1.6 Cimentación mixta.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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1.5 Cimbra
Denominamos cimbras a los moldes que se utilizan para contener y dar forma a los
elementos estructurales de una edificación. Las cimbras comúnmente son de
madera, aunque en la actualidad y debido al avance tecnológico se utilizan otros
tipos de materiales como son: metales, fibra de carbono y fibras de vidrio. Podemos
clasificar la cimbra en dos grupos, en cimbra de contacto y en cimbra
complementaria.
Cimbra de contacto, es aquella que durante la elaboración del elemento estructural
se encuentra en contacto directo con el concreto, formando el molde y
proporcionando las dimensiones y el acabado que se requiera.
Cimbra complementaria, es aquella que sostiene al molde y ubica estructuralmente al
elemento.
Todos los elementos de una cimbra pueden emplearse varias veces, pero hay que
tomar en cuenta que no todos resisten el mismo número de usos: para la cimbra de
contacto generalmente es de 4 a 6 usos y para la cimbra complementaria de 8 a 10
usos.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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1. 6 Impermeabilizantes
El asfalto es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como
aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras, o autopistas.
Compuesto casi por completo de bitumen que es una mezcla de líquidos orgánicos
altamente viscosa, negra, pegajosa, completamente soluble en di-sulfuro de carbono
y compuesta principalmente por hidrocarburos aromáticos policíclicos.
Se encuentra presente en el petróleo crudo. También es utilizado en
impermeabilizantes, presente como polvo fino el cual se calienta hasta formar una
pasta.
1.7 Exploración del subsuelo
Con el fin de conocer las características del subsuelo donde se desplantara la
cimentación es necesaria una exploración con el propósito de obtener
información que ayude al ingeniero a seleccionar el tipo y profundidad de la
cimentación adecuada, a evaluar la capacidad de carga, a estimar el asentamiento
probable, entre muchos otros. Para lo cual se realizan estudios de mecánica de
suelos.
Juárez Badillo en el libro Mecánica de suelos Fundamentos de la mecánica de suelos
explica que la exploración del suelo comprende varias etapas entre ellas la
recolección de información preliminar, el reconocimiento y la investigación de
sitio.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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La recolección de información preliminar la cual consiste en la obtención de
información respecto al tipo de estructura por construir y su uso general; Así como
una idea general de la topografía y del tipo de suelo que se encuentra en el
lugar del sitio propuesto para la construcción.
El reconocimiento que se refiere a una inspección visual del sitio para obtener la
topografía general, la posible existencia de zanjas, tiraderos de escombro, el tipo
de vegetación, etc.
La investigación de sitio, la cual consiste en la planeación, la realización de sondeos
de prueba y la recolección de muestras de suelo para pruebas de laboratorio.
1.8 Sondeos exploratorios del suelo
La exploración del suelo se realiza mediante sondeos, generalmente a base
perforaciones exploratorias; Los principales tipos de sondeos que se usan para fines
de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general, se dividen en tres métodos.
Los métodos de exploración de carácter preliminar:
a) Pozo a cielo abierto, con muestro alterado o inalterado, consiste en la
excavación de un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda
directamente bajar y examinar los diferentes estratos del suelo en su estado
natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua
contenida en el suelo.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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b) Perforaciones con posteadoras, muestro alterado, barrenos helicoidales o
métodos similares, consiste en introducir un barreno helicoidal de forma
manual, lo cual resulta evidente al ver la figura 1.7.
Fig. 1.7 a) Posteadoras b) Barreno helicoidal
c) Método de lavado, se realiza hincando un ademe de diámetro ligeramente
mayor que la tubería de agua que se empleé para la inyección del agua, la
operación consiste en inyectar agua en la perforación, la cual forma una
suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del
espacio comprendido entre el ademe y la tubería de agua, una vez afuera es
recogida con un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. Ver
figura 1.8.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Fig. 1.8 Muestreador de media caña.
d) Método de penetración estándar, la prueba consiste en hacer penetrar la
tubería de perforación (generalmente de media caña para facilitar la
extracción de la muestra del interior, ver figura1.9) mediante golpes dados por
un martinete, contando el número de golpes necesario para lograr una
penetración de 30cm; Cada avance de 60cm debe retirarse el penetrometro,
removiendo el suelo en su interior, el cual constituye la muestra.
Fig. 1.9 Muestreador de media caña.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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e) Método de penetración cónica, Este método consiste en hacer penetrar una
punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece, estos
métodos se dividen en dos en estáticos y dinámicos. En los primeros el
hincado es a presión; En los segundos el hincado se logra a golpes dados por
un peso que cae.
f) Perforaciones con boleos y gravas (con barretones, etc.) En estos casos se
hace necesario el empleo de herramental más pesado, del tipo de barretones
con taladros de acero duro, que se sus penden y dejan caer sobre el estrato
en cuestión; en ocasiones se ha recurrido al empleo de explosivos
localizados.
Métodos de sondeo definitivo:
a) Pozo a cielo abierto, con muestro inalterado, este método ya fue descrito
anteriormente, por lo que no se considera necesario describirlo nuevamente.
b) Métodos con tuvo de pared delgada, el hincado debe efectuarse, ejerciendo
presión constante y nunca a golpes ni con algún otro método dinámico.
c) Métodos rotatorios para roca, generalmente se emplean maquinas
perforadoras a rotación con broca de diamantes, en el extremo de este se
coloca un muestreador especial llamado “corazón”, en cuyo extremo se
acopla la broca con incrustaciones de diamantes.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Métodos geofísicos:
a) Sísmico, este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación
de las ondas vibratorio de tipo sísmico a través de diferentes medios
materiales.
b) De resistencia eléctrica, este método se basa en el hecho de que los suelos,
dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad
eléctrica cuando una corriente es inducida a su través.
c) Magnético y gravimétrico, este método de exploraciones similar a los
anteriores, distinguiéndose en el aparato usado, con el magnetómetro se
mide la componente vertical del campo magnético terrestre. en los
gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional de la zona a
explorar.
1.9 Muestras del suelo
De los sondeos se pueden obtener dos tipos de muestra del suelo, las muestras
inalteradas son muestras en las que no se mantienen las características del suelo, pero que se consideran representativas del suelo, mientas que las muestras
inalteradas representan con más precisión las condiciones del suelo.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Generalidades
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Las muestras que se obtengan deberán ser cuidadosamente protegidas contra
pérdidas de humedad y trasladadas al laboratorio donde se efectuaran los ensayes
correspondientes para poder determinar las propiedades índices (porosidad, relación
de vacíos, humedad, gravedad específica, pesos específicos, densidad relativa) y
mecánicas del suelo (textura, consistencia, densidad, color entre otras) que se
emplearán en los análisis para la determinación de la cimentación.
Las pruebas que se realizan en el laboratorio son: la determinación del contenido de
agua, determinación de porcentajes de finos y análisis granulométrico el cual nos
indica el tamaño y cantidad de los granos, los limites de consistencia de Attemberg
se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos según su
humedad, la densidad de sólidos nos permite obtener el volumen de un peso
conocido de granos, la prueba de compresión triaxial nos determina las
características de Esfuerzo - Deformación y resistencia de los suelos sujetos a
esfuerzos cortantes y la prueba de compresión unidimensional que es el proceso de
reducción de volumen del suelo (asentamiento) provocado por una carga en un lapso
de tiempo.(Bowles, 1981).
Las condiciones del suelo nos determinan la capacidad de carga, por lo cual envase
a las características del suelo presentadas en el perfil estratigráfico, al tipo de
estructura que se va a desplantar, y los resultados de los análisis del laboratorio y
otros factores, se diseña una cimentación apropiada para la estructura.
_29
CAPITULO 2
PROCESO CONSTRUCTIVO
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________30
Un proceso constructivo se refiere al orden en que se realizan una serie de
actividades enfocadas al ámbito de la construcción, las cuales se presentan en orden
cronológico. Como primer punto y con el fin de determinar el tipo de cimentación, se
requieren conocer las condiciones del suelo por lo cual se realiza una exploración de
este.
2.1 Mecánica de suelos
Para fines de este trabajo, nos enfocaremos en la exploración del suelo por medio
del P.C.A. como método de exploración de carácter preliminar ya que es de los
sondeos más empleados, ya sea por su practicidad, simplicidad de equipo requerido,
por el tipo de obtención de muestras, que pueden ser tanto alteradas como
inalteradas o por sus bajos costos.
Braja M. Das en el libro Principios de ingeniería de cimentación nos explica que este
método es de los más satisfactorios para conocer las condiciones del subsuelo
aunque desgraciadamente este tipo de excavación no puede llevarse a grandes
profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo
el nivel freático, sin dejar de mencionar que el material de los diferentes estratos
atravesados durante la excavación influyen grandemente en los alcances del
método en sí.
En ocasiones se requiere el empleo de un ademe en el pozo, para estabilizar las
paredes de este, pueden usarse ademes de madera o de acero; por lo regular, el
ademe se hace con tablones horizontales, pero deberán ser verticales y bien
hincados si se tuviesen suelos friccionantes situados bajo el nivel freático.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________31
Si lo que se requiere es una muestra alterada, esta se obtiene simplemente retirando
una porción del suelo, la cual se protegerá contra perdidas de humedad
introduciéndolas en frascos o bolsas emparafinadas. Si la muestra requerida es
inalterada, se deberán tomar precauciones, generalmente labrando la muestra en
una oquedad que se practique al efecto en la pared del pozo; la muestra se
protegerá contra pérdidas de humedad envolviéndola en una o más capas de manta
debidamente impermeabilizada con parafina o con brea.
Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo “in
situ” y la misma, modificada por la excavación realizada.
Como método de sondeo definitivo, y de acuerdo a la Sociedad Mexicana de
Mecánica de Suelos en el Manual de cimentaciones profundas; Analizaremos el
método de penetración estándar con Tubo de Pared Delgada. La Es utilizado para el
muestreo inalterado de suelos blandos a semiduros localizados arriba y abajo del
nivel freático; tiene de 7.5 a 10cm de diámetro y se hinca presión.
El tubo se una a la cabeza con tornillos Allen o mediante cuerda repujada. La cabeza
tiene cuatro drenes laterales para la salida del fluido de perforación y de los azolves
durante el hincado. La válvula de bola impide que la muestra se vea sujeta a
presiones hidrodinámicas durante la extracción del muestreador. El muestreador se
hinca con un solo movimiento una longitud igual a la del tubo menos 15cm, para
dejar espacio a los azolves; la velocidad de hincado debe ser entre 15 y 30cm/s.
Después se deja en reposo 30seg para permitir que la muestra se expanda y se
adhiera al muestreador; a continuación se gira para cortar la base y posteriormente
se extrae a la superficie y se mide la longitud de muestra recuperada. Un criterio para
juzgar en el campo la calidad del muestreo se indica en la tabla.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________32
En el laboratorio la calidad de las muestras se define observando cortes
longitudinales para identificar la alteración que pudieran mostrar lentes delgados de
algún material o bien, observando el proceso de secado lento de placas delgadas de
suelo cortadas longitudinalmente.
Tabla 2.1 Recuperación de muestras.
2.2 Fabricación de los pilotes
Una vez analizado el suelo y determinado una cimentación mixta a base de pilotes y
losa, se procede a la fabricación de los pilotes. El proceso a seguir para la
fabricación de pilotes según la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos en el
Manual de cimentaciones profundas, es el siguiente:
La fabricación de los pilotes prefabricados, de concreto reforzado, debe ser sobre
una superficie perfectamente compactada llamadas camas de colado, en la cual se
colará un firme de concreto pulido, o bien se colocará una plataforma de madera
cuyas deformaciones sean tolerables. (SMMS, 2001)
Con respecto a la cimbra los moldes pueden ser de madera, de plástico o metálicos
en cualquiera de estos casos el espesor será el necesario para impedir
deformaciones excesivas que no cumplan con las tolerancias fijadas.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________33
Las esquinas de los moldes se matarán mediante un chaflán de madera de pino de
primera, sobre los moldes se aplicara un recubrimiento desmoldante, el cual deberá
garantizar el descimbrado sin perjudicar los elementos precolados.
En nuestro medio el material más empleado para la elaboración de moldes para
pilotes es el metálico, debido a su durabilidad y rigidez además de proporcionar un
buen acabado. La cimbra podrá retirarse tan pronto como el concreto haya
alcanzado una dureza suficiente para asegurar que el pilote no será perjudicado por
esta operación.
El acero de refuerzo se debe colocar con precisión y protegerse adecuadamente
contra la oxidación y otro tipo de corrosión antes de colar el concreto. El empalme,
cuando fuera necesario, se hará mediante soldadura y no coincidirá más de un
empalme en la misma sección transversal del pilote.
El colado será continuo pudiéndose realizar mediante técnicas sencillas, empleando
desde bombas hasta carretillas, u otros. Se deberá compactar el concreto por medio
de un vibrador de alta frecuencia, con objeto de evitar oquedades o porosidades, las
superficies de las caras del pilote deben ser lisas, continúas y exentas de bordes,
arrugas, salientes de cualquier clase.
Cada uno de los pilotes deberá curarse y mantenerse en estado húmedo cuando
menos durante 7 días después de su colocación o hasta alcanzar la resistencia
suficiente, para evitar deformaciones. Se tomarán las precauciones usuales para un
curado conveniente; el cual se prolongará lo necesario para que los pilotes adquieran
la resistencia precisa para su transporte e hinca.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________34
2.3 Obras preliminares
Una vez fabricados los pilotes se procede a su desplantación, para lo cual son
necesarias ciertas obras preliminares.
La primera actividad es la deforestación, que se refiere a la remoción de la capa
vegetal presente en el terreno donde se hará la construcción, esta actividad se
realiza de manera manual, cuando la vegetación lo permita, empleando machetes y
palas. Luego de esto, se realiza la limpieza del terreno, retirando la vegetación
cortada producto de la deforestación y escombro, en caso de que exista.
Una vez limpia la zona, se realiza el trazo del a cimentación, el cual se efectúa por
medio de estacas de madera e hilos con los cuales se marcan los puntos donde se
llevara a cabo la perforación, de acuerdo a las especificaciones de los planos.
Los puntos indicados por las estacas son marcadas en el suelo con cal, atreves de
“círculos” hechos a mano de aproximadamente el diámetro del barreno, marcando
con la mayor exactitud posible el centro de dicho circulo y se enumeran.
2. 4 Manejo y almacenamiento temporal de los pilotes
Una vez listo el lugar, se transportan los pilotes del lugar del colado a la obra. Para
retirar los pilotes de las camas de colado, transporte y almacenaje de los mismos, se
preparan ciertos puntos a lo largo del pilote, estructuralmente apropiados para esas
maniobras, para reducir al mínimo los esfuerzos a los que se somete al pilote.
Los puntos de izaje están constituidos por “orejas” de varilla, cable de acero o placa,
que se fijan previamente al acero de refuerzo y quedan ahogadas en el concreto.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________35
También se puede emplear en algunos casos tubos embebidos dentro del pilote,
preferiblemente de PVC.
El izaje puede ser con un solo cable figura 2.1, con dos cables figura 2.2, o con
balancines, como se muestra en la figura 2.3. El izaje se realizara de manera tal que
se eviten esfuerzos de flexión excesivos y rupturas. (SMMS, 2001)
Fig. 2.1 Puntos de izaje con un solo cable.
Fig. 2.2 Puntos de izaje con dos cables.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________36
Fig. 2.3 Puntos de izaje con balancines.
Cuando los pilotes se estiban, se conservan los puntos de apoyo en el mismo plano
vertical que los puntos de izaje.
Es importante que los apoyos estén distribuidos adecuadamente porque un apoyo
que no esté a una misma distancia que los otros puede provocar esfuerzos
flexionantes en el pilote lo que produciría algún daño en los mismos.
2.5 Perforación de barrenos
En algunas ocasiones es requerida una perforación previa para facilitar el hincado de
los pilotes, sin embargo, la perforación previa también se emplea para ayudar con la
verticalidad y facilita ampliamente el hincado.
El objeto de las perforaciones previas es servir de guía y facilitar el hincado para
alcanzar los estratos resistentes o evitar movimientos excesivos en la masa de suelo
adyacente.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________37
En el manual de cimentaciones profundas de la sociedad mexicana de mecánica de
suelos, explica que la perforación y el hincado van de la mano, ya que el tiempo que
puede transcurrir entre la perforación y el hincado no es muy grande, debido a las
condiciones del suelo, ya que la perforación disminuye de profundidad debido a que
el fondo de la perforación comienza a ascender, ya que no tiene el peso del suelo
que se encontraba encima; Por lo que no se perforan todos los puntos donde se
hincaran los pilotes, sino que se irán perforando e hincando uno a unos,
empezando del centro hacia los extremos.
La perforación se realiza por medio de una perforadora rotatoria de hélice continua
ya que está evita la utilización de lodos de perforación, la entubación temporal,
puede ejecutarse bajo nivel freático, nos da rendimientos elevados y puede
ejecutarse en cualquier tipo de suelo blando.
En esta técnica el suelo se extrae de manera continua, conforme se perfora el suelo;
Durante el proceso de perforación, la hélice de perforación está entrando y saliendo
del barreno para ser vaciada en el exterior, hasta llegar a la profundidad deseada.
El diámetro de la perforación previa puede variar, entre el inscrito dentro de la traza
del pilote, y el circunscrito del mismo, dependiendo de la estratigrafía de cada sitio.
.
2.6 Hincado del pilote
El orden de hincado debe ser hacia la línea de menor resistencia: alejándose de los
edificios o de otros pilotes ya hincados. En el caso de las cimentaciones circulares,
se hincan del centro hacia la orilla, para evitar la expansión del suelo en la parte
central y el posible levantamiento de los pilotes ya hincados.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________38
Para realizar exitosamente el hincado de pilotes, es preciso seleccionar el equipo y
accesorios más eficientes, de acuerdo a cada obra en particular, para que los pilotes
sean hincados dentro de las tolerancias especificadas, sin sufrir daño, en el menor
tiempo posible; La mayoría de los pilotes se hincan en el terreno por medio de
martillos piloteadores (martinetes) o de hincadores vibratorios.
Los tipos de martillos usados para el hincado de pilotes son: martillo de caída libre,
martillo de aire o vapor de acción simple, martillo de aire o vapor de acción doble y
diferencial y martillo diesel. (SMMS, 2001)
El proceso de hincado del pilote dependerá del método y la maquinaria empleada;
Los elementos principales que componen un sistema de hincado se muestran en la
figura 2.4.
Fig. 2.4 Componentes principales de un sistema de hincado de pilotes.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________39
Para la instalación del pilote, se deben realizar las siguientes actividades:
• Colocar marcas a una separación máxima de 100cm, a todo lo largo del pilote,
con el fin de determinar con facilidad el número de golpes necesarios para
cada metro de hincado.
• Izar el pilote manejándolo con un estrobo, apoyado en el punto correcto de
acuerdo a las recomendaciones hechas anteriormente.
• Colocarlo en el punto correcto de su ubicación (en la perforación previa), de
acuerdo a los planos.
• Orientar las caras del pilote, si es requerido.
• Acoplar la cabeza del pilote al golpeador del martillo, (colocando el gorro de
amortiguamiento).
• Colocar en posición vertical, tanto el pilote como la guía del martillo,
corrigiendo la posición de la grúa, la pluma y la guía, hasta lograrlo.
• Para lograr la verticalidad del pilote se emplean plomadas o niveles.
• Accionar el disparador del martillo, con lo cual se inicia propiamente el hincado
del pilote.
Al hincar cada pilote se llevará un registro de su ubicación, su longitud y dimensiones
transversales, la fecha de colocación, el nivel del terreno antes de la hinca y el nivel
de la cabeza inmediatamente después de la hinca. Además se incluirá el tipo de
material empleado para la protección de la cabeza del pilote (gorro de
amortiguamiento), el peso del martinete y su altura de caída, la energía de hincado
por golpe, el número de golpes por metro de penetración a través de los estratos
superiores al de apoyo y el número de golpes por cada 10 cm. de penetración en el
estrato de apoyo. (SMMS, 2001)
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________40
2.7 Proceso de anclaje
El anclaje consiste en unir la losa de cimentación con los pilotes, a través del anclaje
de las varillas de acero de refuerzo, tanto longitudinal como transversal. La longitud
del traslape, los ganchos y dobleces se harán conforme indica en los planos basados
en la norma de construcción.
Para lo cual es requerido la demolición de las cabezas de los pilotes para exponer el
acero de refuerzo de estos, para realizar esta demolición, y con el fin de facilitar la
recolección de los materiales resultado de la demolición, se realiza una plantilla de
concreto simple, con acabado natural (rugoso).
La demolición se realiza de acuerdo a la especificación del plano, por medio de
herramienta manual, teniendo especial cuidado en no dañar la parte inferior del
pilote.
2.8 Fabricación de la losa de cimentación
Respecto a la cimbra, esta se ajustará a la forma, líneas y niveles especificados en
los planos y será de madera de pino de primera y/o de segunda, perfiles metálicos u
otro material.
La cimbra deberá estar contra venteada y unida adecuadamente entre sí, para
mantener su posición y forma durante el colado, para evitar la fuga de la lechada y
de los agregados finos; La superficie de contacto con el concreto deberá
humedecerse antes del colado.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________41
Deberá tener la rigidez suficiente para evitar deformaciones, debidas a la presión del
concreto, al efecto de los vibradores y las demás cargas y operaciones relacionadas
con el vaciado del concreto, antes de él colado la cimbra se cubrirá con aceite
quemado o algún liquido que facilite el descimbrado.
El colado de la losa de preferencia será monolítico, la técnica de colado puede variar
desde el vertido por medio de bomba hasta el vertido a través de carretillas. Se
deberá compactar el concreto por medio de un vibrador de alta frecuencia, con objeto
de evitar oquedades o porosidades de cualquier clase.
Se mantendrá hidratada por espacio de húmedo cuando menos durante 7 días
después de su colado o hasta alcanzar la resistencia suficiente, luego de esto podrá
retirarse la cimbra.
Una vez colada y curada la losa de cimentación, se aplica el impermeabilizante para
proteger la estructura, la impermeabilización se puede llevar a cabo con diversos
productos, entre los más comúnmente aplicados a cimentaciones mixtas
encontramos el asfalto.
Se denomina capa de Imprimación Asfáltica, a la aplicación de un asfalto líquido de
baja viscosidad a una superficie absorbente.
42
CAPITULO 3
EJEMPLO PRÁCTICO
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________43
Con base en los capítulos anteriores y como caso práctico se presenta a
continuación el proceso constructivo de la cimentación mixta (losa-pilotes) de un
tanque de almacenamiento de agua para contraincendios ubicado en PEMEX
petroquímica y gas, en el complejo localizado en el ejido Gregorio Méndez, en la
parte norte del municipio de Cunduacan, Tabasco.
Este proyecto se realizo debido a la necesidad de incrementar la capacidad de
almacenamiento del agua, ya que el tanque que anteriormente se empleaba no
contaba con la capacidad necesaria. Para este proyecto se construyo un tanque
metálico vertical con un diámetro de 13m y una altura de 12.20m, con una capacidad
de almacenamiento de 10,000 barriles de agua, siendo la construcción de la
cimentación el tema de este ejemplo; la cimentación consiste en una losa circular de
13.55m de diámetro, fabricado con concreto armado desplantada a nivel de terreno
natural, que descansa sobre un grupo de pilotes cuadrados de 0. 40m de lado por
13m de largo, constando el grupo de pilotes de 44pzas.
3.1 Características físicas de la ubicación del complejo
El área en estudio se localiza en el ejido Gregorio Méndez, en la parte norte del
municipio de Cunduacan, Tabasco; Como se indica en la figura 3.1.
La zona se ubica en la provincia de la Llanura Costera del Golfo Sur y en la
subprovincia Llanuras y Pantanos Tabasqueños, por lo mismo y por estar situadas
en plenas llanuras sobre una serie de lomeríos bajos, las topoformas que destacan
son las de escasa altitud (hasta 10 metros sobre el nivel del mar (msnm), formadas
por rocas sedimentarias (areniscas) y llanos constituidos de aluviones; los depósitos
más antiguos son de la era Cenozoica del periodo Terciario Superior y Cuaternario
aparecen en los bordes de contacto con la provincia Sierra de Chiapas y Guatemala.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________44
Fig. 3.1 Perfil estratigráfico del sondeo presente en el poso de cielo abierto.
La zona de interés se encuentra ubicada en la llamada planicie costera del sureste
donde la suma total de las condiciones se traduce en un clima descrito por el sistema
de clasificación climática de Köppen para la República Mexicana, modificada por E.
García (1982) y tomando en cuenta los datos de la estación meteorológica
Villahermosa clave 27-022, el clima predominante en el área del proyecto y regional
se interpreta como un clima cálido húmedo con abundantes lluvias en verano, con
valor medio anual de la temperatura de 26.9 ºC; el valor máximo de la temperatura se
registra antes del solsticio de verano, el monto promedio de la precipitación anual es
de 2,159.3 mm.
La zona se encuentra ubicada dentro de la región hidrológica denominada Grijalva-
Usumacinta, cuenca Grijalva-Villahermosa, subcuenca Río Carrizal.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________45
La abundancia de escurrimiento superficial con distribución aparentemente
desordenada, ha dado lugar a la formación de cuerpos de agua de variadas
dimensiones, lo mismo que llanuras de inundación. La topografía del sitio en estudio
es sensiblemente plana, con pendiente hacia el cauce del río.
La zona en estudio de acuerdo con la regionalización sísmica de la República
Mexicana, se ubica en la zona B. Conforme a los antecedentes que se tiene, es
factible la existencia de sismos no tan frecuentes de intensidad media.
Los movimientos telúricos que afectan a la zona se originan principalmente en los
estados de Oaxaca y Chiapas, así como en la República de Guatemala.
3.2 Estudio de mecánica de suelos
Los análisis y pruebas de laboratorio fueron realizados por un laboratorio particular
especializado, lamentablemente y debido a causas de fuerzas mayor, no es posible
presentar la información de la exploración y los sondeos realizados en este proyecto,
sin embargo, la compañía anteriormente mencionada, como conclusión de los
estudios, nos brinda las siguientes recomendaciones:
Se recomienda realizar una perforación previa a 4.00 m de profundidad con la
finalidad del centrado del pilote y asegurar la verticalidad del mismo.
El lapso de tiempo que debe transcurrir entre el término de una perforación previa y
el inicio de hincado de un pilote, debe ser menor a 2 horas, de lo contrario el
supervisor de campo deberá verificar su profundidad por medio de una plomada.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________46
Se recomienda la utilización de un martillo piloteador con las siguientes
características:
1. Peso del pistón 1,382 kg < p < 2,304 kg
2. Energía por golpe 3,350 kg m - 6,700 kg m
3. Peso del martillo aprox. 5,160 kg
Es importante que se respete el peso del pistón para evitar daños en la estructura del
pilote y el hincado se realice eficientemente.
Para la perforación previa se debe utilizar una perforadora rotatoria con barretón o
Kelly de perforación, ya sea montada sobre orugas o sobre grúa; así mismo el
empuje de avance puede ser por peso propio como las perforadoras tipo Watson, ó
hidráulicas como las perforadoras tipo Bauer.
Para la fabricación de los lodos bentoníticos se recomienda la utilización de
mezcladores tipo chiflón; así mismo, es posible reutilizar los lodos bentoníticos
siempre y cuando cumplan con sus propiedades de viscosidad y densidad, las cuales
deben ser verificadas mediante la utilización de un laboratorio de control de calidad.
Durante la ejecución de los trabajos de cimentación, se recomienda la presencia de
un supervisor geotécnico y laboratorio de materiales, con la finalidad de verificar la
calidad de los trabajos a realizar y resolver cualquier problema o modificación que
pudiera presentarse durante los mismos.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________47
Para evitar daños estructurales que retrasen la maniobra del hincado, se debe usar
un gorro de amortiguamiento en la cabeza del pilote y el gorro de acero del martillo,
el cual puede ser de madera o placa de neopreno.
3.3 Obras preliminares
Para la realización de este proyecto, las obras preliminares presentadas en esta
construcción fueron las siguientes:
Se realizo la demolición del muro perimetral, losa y de la dala (siendo estos de
concreto reforzado) de la cimentación del tanque anterior que se encontraba en el
lugar donde se pretende desplantar el nuevo tanque, figura 3.3, todas estas
actividades se realizaron con herramienta manual (marro y punta) y equipo de
seguridad correspondiente (guantes, lentes, etc.), hasta llegar al terreno natural. Se
realizo una limpieza y acarreo del escombro, producto de la demolición. Ver figura
3.4. a y b.
Fig. 3.3 Sitio de desplanté antes de la demolición.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________48
a) Dala perimetral de la cimentación del tanque anterior b) Muro perimetral del área correspondiente al tanque.
Fig. 3.4 Demoliciones
Se construyó una bodega de almacenamiento de material, herramienta y equipo de
protección personal así como un pequeño cobertizo el cual se empleó para diversos
usos (como taller y comedor).
Una vez realizadas estas obras, se realiza el trazo del terreno, el cual se efectúo por
medio de estacas de madera e hilos con los cuales se marcan los puntos donde se
llevara a cabo la excavación. Las estacas usadas generalmente, son de madera de
2.5 a 5 cm por lado y 30 cm de largo. Sobre la cabeza de estas estacas se clava una
tachuela o clavo que marca el centro de la línea o el vértice de un ángulo; Algunas
veces las líneas indicadas por estos hilos son marcadas en el suelo con cal.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________49
3. 4 Especificaciones de los pilotes utilizados en este proyecto
La resistencia del concreto en este caso es de f'c = 250 kg/cm2 y sus dimensiones
son de 13.00 m de longitud y 0.40 x 0.40 m de lado y cuentan con un armado 8
varillas del núm. 6(3/4”) y estribos del núm. 3(3/8”), ver detalles en la figura 3.5; la
separación de los estribos varia a lo largo de la longitud del pilote como de muestra
en la figura 3.6. El revestimiento del concreto es de 0.075m.
Fig. 3.5. Acero de refuerzo longitudinal de los pilotes.
Fig. 3.6 Acero de refuerzo transversal de los pilotes.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________50
Cada pilote se identifico con un numero consecutivo claramente visible ver figura 3.7,
también se marcó con la fecha del colado y se identificaron sus caras; Se marcaron a
cada metro en toda su longitud.
Se reforzó el los puntos de izaje, para el manejo de los pilotes durante los proceso de
almacenamiento y transporte, para este caso es de 1 varilla del número 8(1”) con
una longitud de anclaje de 0.60m a cada del punto de izaje, dejando una oreja como
se indica en la figura 3.8.
Fig. 3.7 Identificación de los pilotes.
Fig. 3.8 Detalle del refuerzo de acero en el punto de izaje
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________51
3.5 Perforación de barrenos
La perforación se realizó empleando maquinaria, con una perforadora rotatoria, como
se ilustra en la figura 3.9, una vez ubicados los puntos a perforar, se coloca el
barretón (broca) en posición y se procede a perforar mediante maquinaria a una
profundidad de 4.0 m. con un diámetro de 25 cm. Estabilizando las paredes de la
perforación con bentonita, con el propósito de facilitar el hincado del pilote, este proceso se realizó del centro hacia las orillas.
Fig. 3.9 Perforación de los barrenos.
La posición de la cabeza del pilote no diferirá de la del proyecto en más de 0.20m o
25% del ancho del elemento estructural que se apoye en ella. En la figura 3.10 se
muestra el plano de localización de los pilotes, en una vista de planta.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________52
Fig. 3.10 Planta de localización de los barrenos, ubicación de los pilotes.
3.6 Izaje
Las especificaciones para este proyecto indican que el izaje será de por lo menos en
dos puntos, figura 3.11 a la figura 3.13. Se iza el pilote con un estrobo, apoyándolo
en el punto correcto, en la perforación previa, una vez izado, se orientan las caras de
acuerdo a especificaciones de los planos.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________53
a)
b)
Fig. 3.11 a) Sujeción del pilote en los puntos de izaje b) Izaje del pilote
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________54
a)
b)
Fig. 3.12 a) Maniobra del pilote b) Manejo del pilote
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________55
Fig. 3.13 Estibación de los pilotes.
Una vez en su lugar se acoplan el cabezal del pilote al golpeador del martillo
(DELMAG 30) instalando el amortiguamiento a la cabeza del pilote, que para este
proyecto, una placa de acero de 40 x 40 x 2.5cms y varillas adicionales del número 6
como se indica en la Fig. 3.14 y 3.15, y en la Fig. 3.16. El proceso de piloteado se
indica en la figura 3.17 y 3.18.
Fig. 3.14 Vista superior, Detalle del amortiguamiento del pilote.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________56
Fig. 3.15 Vista lateral, Detalle del amortiguamiento del pilote.
Fig. 3.16 Amortiguamiento de diferentes pilotes.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________57
a)
b)
Fig. 3.17 a) Hincado del pilote. b) Martillo piloteador.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________58
a)
b)
Fig. 3.18 a) Grúa piloteadora b) Maniobra del martillo piloteador.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________59
Para lograr la verticalidad del pilote, se emplean dos plomadas de referencia
colocadas en un ángulo de 90° teniendo como vértice el pilote. Como de observa en
la figura.
Fig. 3.19 Vista superior, Posicionamiento vertical de un pilote con ayuda de plomadas
3.7 Hincado
Se procede a accionar el disparador del martillo (de acción mecánica), con lo cual de
inicia propiamente el hincado del pilote.
Los pilotes se hincaran hasta la profundidad de 13 m. O cuando el pilote penetre un
centímetro por golpe durante diez veces consecutivas, no deberá tener un desplome
mayor de 1% ni distara más de 5 cm. la posición de la cabeza del pilote.
Los pilotes se medirán tomando como unidad el metro lineal con aproximación de
dos decimales, considerando únicamente la longitud de hincado efectivo,
comprendida entre el desplante que se haya alcanzado y el nivel de apoyo de la
cimentación indicada en el plano estructural.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
__________________________________________________________________________________60
Durante el hincado se llevará un registro que incluirá los siguientes conceptos:
ubicación, longitud y dimensiones transversales, fecha, nivel del terreno antes del
hincado, nivel de la cabeza del pilote, peso del martillo, energía por golpe, número de
golpes por minuto, número de golpes por metro de penetración y número de golpes
por cada 3 cm para los últimos 15 cm de penetración.
3.8 Losa de cimentación
La elaboración de una losa consiste en un armado de varilla corrugada del #4(1/2”),
teniendo sus amarres que se realizan con alambre recocido y se instala dentro de las
cepas al quedar concluidas.
El colado de la losa de cimentaciones, para este caso se utilizo un concreto de
f’c=250Kg/cm3 y se utiliza un impermeabilizante en este caso es de asfalto
3.9 Proceso de anclaje
El anclaje consiste en unir la losa de cimentación con los pilotes, atreves del anclaje
de las varillas de acero de refuerzo, sucediendo de la siguiente manera: Una vez
hincados todos los pilotes se procederá al descabezado para exponer el acero de
estos, ver figura 3.20.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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Fig. 3.20 Descabezado de pilotes.
Los extremos superiores de todos los pilotes, se cortaron al nivel de desplante de la
cimentación (N.D.C.) (+) 99.80 m debajo del nivel de terracería terminada (N.T.T.),
por medio de herramienta manual (cincel y martillo), teniendo cuidado de no causar
daño al tramo del pilote que queda abajo de dicho nivel, como se muestra en la fig
3.21. Al terminar, se realizo la remoción de escombros producto del descabezado de
los pilotes con herramienta manual (pala).
Fig. 3.21 Corte lateral de la cimentación.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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3.10 Compactación del terreno
Los materiales de la sub-base (arena-arcillosa producto de la excavación) deberán
compactarse al 95% como mínimo de la prueba Porter Standard, por medio de una
bailarina compactadora en capas de 20.00cm.
Una vez verificando que la superficie cumpla con el grado de compactación requerido
se coloco una plantilla de concreto simple de f'c = 100 kg/cm2 de un espesor de
5.00cm.; Como el firme sirve de base para un material de recubrimiento su acabado
es natural o rustico.
3.11 Habilitado del acero de la losa de cimentación
Fraguada la plantilla se procederá a habilitar el acero para la zapata cabezal, con la
siguiente especificación: 4 varillas del #4(1/2”) en ambos sentidos y estribos del
#3(3/8”) para los 2 tipos de capiteles presentados, Fig. 3.22, Fig. 3.23 y Fig. 3.24.
Fig. 3.22 Detalle de las zapatas-cabezales interiores.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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Fig. 3.23 Vista superior, Armado de la zapata cabezal y la loza de cimentación.
Fig. 3.24 Detalle de la zapata-cabezal del borde.
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3.12 Acero de refuerzo longitudinal y transversal de la losa de cimentación.
El armado de la cama se realizó con varillas del núm. 6(3/4”) a cada 0.25m en
ambas direcciones, el acero de refuerzo utilizado tiene un fy=4200 kg/cm2 para varilla
del # 3(3/8”) en adelante como se indica en la figura 3.25.
El traslape de varillas mínimo en zona de compresión será de 25 veces el diámetro.
Y en zona de tensión de 40 veces el diámetro; Se deberá evitar que los traslapes en
compresión y tensión sean en una sola sección transversal y no excedan del 50% del
total de las varillas de refuerzo en una misma sección.
Los ajustes del acero de refuerzo debidos a interferencias que se pudieran presentar
durante el armado, se realizaran en campo, sin que esto implique cambios en la
cantidad de dicho acero. La medida mínima de ganchos se observa en la tabla 3.2.
Tabla 3.2 Especificaciones de los dobleces de ganchos
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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Fig. 3.25 Habilitado del acero de la zapata-cabezal y la loza de cimentación.
3.13 Dala perimetral
El acero longitudinal será de 12 varillas del # 6(3/4”) con estribos del #4(1/2”) a cada
0.25 m en ambos lechos como se indica en la figura.
Fig. 3.26 Corte lateral, Armado de la dala perimetral.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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3.14 Cimbra
Para este proyecto fue necesario cimbrar la losa y la dala de cimentación, La cimbra
ocupada fue de madera de pino de segunda, y fue colocada de la siguiente manera:
Se colocaron tablones de 12” x 2” x 40” de manera perimetral dándole una forma
circular, la cual se sujeto con separadores de 4” x 2” a cada 16” de manera vertical y
reforzada con otros dos yugos de manera horizontal de 4” x 2” separadas a 16” entre
sí; todo esto fue apuntalado por polines de 4” x 4” apoyados con estacas de varilla.
Como de indica en la figura 3.27. Se utilizo alambre de amarre y clavos de 1 ½” para
fijar las maderas; una vez hecho esto se procedió a cubrir la cimbra con aceite
quemado como desmoldante.
Fig. 3.27 Fotografía de la cimbra y colado de la loza de cimentación.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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3.15 Colado de la losa de cimentación
Una vez cimbrada la losa perimetral, se procede al colado del concreto; el concreto
es prefabricado con el fin de controlar las características especificadas en los
cálculos parar este proyecto. El concreto es directamente vertido desde el trompo y
esparcido de manera manual con pala para lograr una capa uniforme, posteriormente
es vibrado por espacio de 5 segundos por toda el área del colado para evitar
oquedades o vacios.
3.16 Cimbrado de la dala de cimentación
Después de haber sido colada la losa, se deja fraguar por espacio de 36 horas, para
poder maniobrar por encima de la misma con el fin de colocar la cimbra de la dala
de cimentación; Se colocan unos tablones de 12” x 2” cortados a 16” de manera
vertical, uniéndolos entre sin con separadores de 4” x 2” de manera horizontal, una
en la parte inferior (pegada a la losa de cimentación) y uno más a 10cm por debajo
del lecho superior del tablón, también se colocaron unos yugos de 4” x 2” de manera
vertical, a cada 30cms.
Todo esto fijado entre sí con clavos de acero inoxidable de 2 ½”. Además se
colocaron unas tenazas hechas en obra de varilla del 3 (3/8”) a cada 50cms
sujetando la cimbra colocada por dentro de la dala (sobre la losa de cimentación) y la
colocada anteriormente para colar la losa.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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3.17 Colado de la dala de cimentación
Cimbrada la dala, se procede al colado; El concreto para este caso fue realizado in
situ, por medio de una revolvedora de 1 saco, realizando las pruebas
correspondientes, el proceso de vertido en la dala se realizo de manera manual,
vertiendo el concreto obtenido en la revolvedora en cubos de 19lts. y vaciado
directamente de este a la dala; de igual manera se vibro, para asegurar no que
queden vacios (burbujas de aire).
Después se dejo fraguar por espacio de 10 días, manteniendo húmeda la
cimentación con agua, con el fin de alcanzar la resistencia requerida; Después de
fraguada la cimentación, se retira la cimbra, y se procede a rellenar con arena
arcillosa, se compacta en dos capas de aproximadamente 11.5cm, hasta alcanzar en
espesor de 23 cm. Y se le proporciona una pendiente de 1% desde el centro hasta la
orilla.
3.18 Impermeabilización
Sobre la capa compacta de relleno ubicada sobre la losa de cimentación, se aplica
una capa de asfalto de espesor uniforme de 7.00cm, con una pendiente del centro
hacia los extremos de 1% y es compactado por medio de un apisonador manual.
Como se observa en la fig. 3.28 con el fin de evitar filtración y pérdida del producto.
Proceso constructivo de una cimentación mixta… Proceso constructivo
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Fig. 3.28 Relleno y apisonamiento del asfalto sobre la loza de cimentación.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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CONCLUSIONES
El proceso de construcción de una cimentación varía mucho, tanto por las
condiciones del suelo en el cual se trabaje, como del criterio de la compañía o el
ingeniero que se encuentre a cargo de la obra.
Las condiciones del suelo y el tipo de estructura a desplantar determinan los tipos de
exploraciones y sondeos del suelo con el fin de determinar el tipo de cimentación o
perfeccionarla, si es que ya se cuenta con antecedentes de los tipos de
cimentaciones empleados en la zona.
De acuerdo a los objetivos planteados para este proyecto, si se describieron los
objetivos mencionados al inicio; se describieron cada una de las etapas del proceso
de construcción, también se describieron y caracterizaron los tipos de estudios de
mecánica de suelos, así como también el proceso de fabricación, manejo,
almacenamiento y métodos de hincado de los pilotes. Se describieron también las
etapas de fabricación de la losa de cimentación, desde el anclaje con los pilotes
hasta su impermeabilización.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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BIBLIOGRAFIA
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mecánica de suelos. Edit. LIMUSA S.A.de C.V. México.
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Graw Hill México
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C.V. México
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el Distrito Federal Edit. Trillas México.
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cimentaciones. Edit. Limusa S.A. de C.V. México.
Proceso constructivo de una cimentación mixta…________________________________________________
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Dirección general de obras y conservación de la UNAM división normatividad de
obras, subdivisión construcción, en el siguiente link.
Http://www.obras.unam.mx/normas/construc/espe_gral/estructu/cimenta/cimenta.html
Normatividad No. 3.135.01 de Pemex Exploración y Producción, emitida en 1985 por
Petróleos Mexicanos, publicada en el Diario Oficial de la Federación de fecha 20 de
mayo de 1997 y acorde con el Programa Nacional de Modernización de la
Administración Pública Federal 1995-2000.