Sistemas para el Recalce de Cimentaciones Superficiales
- Descripción
- Causas que pueden dar lugar a un
recalce - Fases de un
recalce - Recalces
superficiales - Creación de
losas - Profundización del plano
de apoyo - Refuerzo o creación de
cimientos - Recalces
profundos - Pilotes que atraviesan las
cimentaciones existentes - Pilotes adosados con
cabezales posteriores de unión - Pilotes puestos en carga
de forma controlada - Conclusiones
- Bibliografía
- Referencias
bibliográficas
Se describen los diferentes Sistemas de Recalces de Cimentaciones Superficiales,
dependiendo de las diferentes soluciones que sean posibles
realizar, conjugando el tipo de cimentación y los materiales que se dispongan
para esto.
Los recalces superficiales consisten en la transferencia
de cargas a elementos de cimentación de mayor superficie que
los cimientos originales o apoyados en niveles inferiores; pero
sin llegar a profundidades considerables.
Este escrito como el título indica aborda los
diferentes sistemas para el recalce de
cimentaciones superficiales, las causas que pueden dar lugar a
acometer un recalce. Veremos también como no siempre se
trabaja en el cimiento directamente sino que se puede intervenir
en el propio suelo, dándole al mismo las
propiedades necesarias para su funcionamiento frente a las cargas
que se le imponen.
Causas que pueden dar lugar a un
recalce.
A pesar de que cada recalce resulta distinto en parte o
en todo a los demás, las causas generales que pueden dar
lugar a este tipo de actuaciones pueden clasificarse en cuatro
grandes grupos:
- Las que se derivan de un defecto del proyecto.
- Las originadas por un defecto de
ejecución.
- Las derivadas de una
variación en las condiciones del entorno de la
estructura.
- Las motivadas por variaciones en las hipótesis con
arreglo a las que se proyectó originalmente la
estructura.
Las dos primeras corresponden a actuaciones que han de
resolver situaciones patológicas, que evidentemente no
deberían existir si la obra se proyectó y
construyó correctamente. Sin embargo, resultan harto
frecuentes en la práctica habitual.
De hecho, por poner un ejemplo, las estadísticas de las
compañías aseguradoras más importantes reflejan
que la siniestralidad asociada a los defectos de
cimentación es del orden del triple de la originada por
cualquier otra causa en el ámbito de la construcción.
Por otra parte, de entre las causas particulares que dan
lugar a una obra defectuosa, las mismas estadísticas
reflejan contundentemente cómo una gran parte de los
siniestros se producen por ausencia, insuficiencia o mala
interpretación de los
reconocimientos geotécnicos.
De los datos anteriores se deriva
directamente la gran trascendencia de investigar y analizar con
detalle el terreno, algo que, desgraciadamente, a menudo se
infravalora en su importancia.
En cuanto a las variaciones del entorno de la estructura,
también algunas de estas causas deberían o
podrían preverse de antemano, al menos las más
frecuentes. Entre ellas cabe destacar las alteraciones
originadas por construcciones y obras próximas a la
estructura (excavaciones, vibraciones, rebajamientos del nivel
freático por bombeos cercanos, etc).
Finalmente, el cuarto grupo es quizás el
único que no es previsible de antemano, dado que supone un
cambio sustancial en la
concepción original de la obra: incremento de alturas del
edificio, excavación de nuevos sótanos, aumento de
sobrecargas por cambios de uso, etc.
Los principios para la
realización de un recalce con éxito son los mismos de
antaño: mínima interferencia con la construcción
existente y transferencia de las cargas a la nueva
cimentación de modo adecuado. Sin embargo, hoy existen
nuevas técnicas, por ejemplo, la
del hormigón pretensado, que hacen más fácil esta
labor.
En un caso general, el recalce puede tener las
siguientes fases:
- Refuerzo y apoyo provisional de la estructura, si se
precisa. - Transferencia de cargas de la cimentación
primitiva al apoyo provisional. - Construcción de la nueva
cimentación. - Transferencia de las cargas a la nueva
cimentación.
Refuerzo y apoyo provisional de la estructura, si
se precisa.
Sólo la prudencia puede dictar normas a este respecto. En
edificios antiguos, este trabajo preparatorio puede
constituir la mayor parte de la operación como ocurre en las
grandes catedrales e iglesias. Se refuerzan los muros con barras
de acero, los huecos se rellenan
mediante inyecciones, etc.
En edificios modernos puede bastar un apuntalamiento
exterior, quizás mediante estructuras reticulares o el
apuntalamiento de arcos y vigas.
Cuando hay que recalzar una serie de cimientos aislados
es frecuente unirlos mediante vigas de atado.
Transferencia de cargas de la cimentación
primitiva al apoyo provisional.
Este proceso está
íntimamente ligado al anterior. Con frecuencia es deseable
transmitir la carga del miembro estructural que se va a recalzar
a soportes provisionales, antes de proceder al recalce de aquel.
Esto suele hacerse mediante cuñas y gatos
hidráulicos.
En mucho casos se transfieren las cargas a los soportes
provisionalmente mediante una serie de vigas, llamadas –
agujas -, paralelas y horizontales, que atraviesan el muro que se
va a recalzar a través de una serie de aberturas. Estas
agujas apoyan, a veces mediante gatos, en dos apoyos
provisionales.
Cuando se trata de pilares o columnas metálicas, se
pueden soldar dos angulares en lados opuestos del pilar, que
apoyan sobre estas vigas. Para cualquier tipo de pilar se puede
emplear cepos de fricción.
Las cuñas tienen la ventaja de su economía y sencillez, pero tienen el
inconveniente de que con ellas no se puede controlar la fuerza aplicada.
Figura 4.1. Apoyo provisional de un pilar de ladrillo,
para evitar desplazamientos verticales y horizontales durante el
recalce. Cimiento provisional de madera y sistema de cuñas.
Construcción de la nueva
cimentación.
En los métodos clásicos de
recalce las nuevas cimentaciones se construyen debajo de las
existentes, para ello se comienza por excavar bajo
estas.
Para no tener que transferir las cargas a apoyos
provisionales, se puede confiar en el efecto bóveda debajo
de un muro continuo.
Un posible dispositivo para construir la nueva
cimentación se indica a continuación.
En el caso de muros continuos la distancia entre zanjas
abiertas simultáneamente debe ser igual, al menos, a 1
½ veces su profundidad. Su ancho suele ser de 1 m y su
longitud de 1.5 a 2 m.
Una vez terminado el primer recalzo se excavan los pozos
2 y se recalzan.
Una vez terminado el segundo recalzo, se recalzan los
espacios intermedios.
El material más usado hoy para construir la nueva
cimentación es el hormigón, el mismo tiene grandes
ventajas para ser usado en recalces, puede fluir, puede ser
bombeado y desarrolla gran resistencia incluso bajo el
agua.
Algunos autores (Schultze y Simmer (1970) y Paterson
(1970)) recomiendan extraer las maderas de la entibación una
vez fraguado el hormigón. Sin embargo otros (White (1968))
indican que ello no es necesario, pues la experiencia demuestra
que, incluso cuando las maderas se pudren, las fibras de celulosa permanecen in situ y
no se forman huecos en el suelo, lo que sería nefasto, pues
ocasionaría deformaciones del terreno. El gasto
suplementario que traería consigo la utilización de
madera tratada, hormigón o acero, no está justificado
[1].
Transferencia de las cargas a la nueva
cimentación.
Tradicionalmente se han empleado, como cuñas, lajas
de pizarra que se situaban en el hueco entre la nueva
cimentación y la antigua.
Una desventaja de este método es que la carga
transferida no se conoce. No es adecuado para transferir cargas
puntuales. Si la transferencia de la carga es insuficiente
ocurrirán asientos al quitar los apuntalamientos.
Las cuñas de acero representan un avance. Si se
conoce el ángulo de un par de cuñas se puede calcular
cuanto se han separado de las cimentaciones. Sin embargo,
sólo se puede hacer una estimación grosera de la carga
transferida.
Los gatos de husillo son, en este aspecto, semejantes a
las cuñas de acero, pero son más cómodos, permiten
un mejor control y mayor separación
cuando se requiere.
Cada vez se usan más los gatos hidráulicos
para transferir cargas, pues con ellos se conoce la carga
transferida y el control es adecuado, la bomba puede estar
separada del gato, por ejemplo, en la superficie del terreno,
como en general se requiere que este ocupe poco espacio, se usan
con frecuencia gatos planos.
Antes de transferir la carga de modo permanente a la
nueva cimentación deberían terminarse los asientos.
Esto puede requerir introducir nuevas cuñas de tiempo en tiempo o volver a
dar presión a los
gatos.
Cuando la nueva cimentación se lleva hasta un suelo
granular, cabe esperar que el asiento sea pequeño, pero si
el suelo es arcilloso puede haber asientos de consolidación
importantes. Ensayos de laboratorio o in situ,
anteriores, deben permitir predecir el asiento lento, y estos
resultados deben corregirse con las primeras medidas en la obra.
El ajuste de los gatos debe continuarse hasta que el asiento
remanente pueda ser absorbido por la estructura sin daño.
Para la unión final se rejuntan las lajas de
pizarra y se sueldan las cuñas. El espacio no ocupado por
cuñas o gatos debe rellenarse y acuñarse con lajas de
pizarra o mortero seco apisonado. Los gatos pueden retirarse o
remplazar finalmente el fluido hidráulico por uno que se
solidifique y proporcione un medio permanente de transferencia de
cargas.
Los recalces pueden ser desde el punto de vista
tipológico:
- Ensanche de cimiento.
- Creación de losas.
- Profundización del plano de apoyo.
- Refuerzo o creación de cimientos.
Ensanche de cimiento.
Es un caso habitual cuando los cimientos resultan
insuficientes por trabajar a presiones muy elevadas o se han
degradado, perdiendo parte de su área efectiva. También
se emplea este método cuando se van a aplicar mayores cargas
que las preexistentes y el estrato de apoyo es de resistencia
suficiente para la nueva situación.
El problema fundamental es la unión de la parte
nueva con la antigua y que la puesta en carga del conjunto se
consiga sin asientos apreciables.
En líneas generales puede hacerse la siguiente
clasificación de soluciones:
Ensanche del cimiento en su plano.
La trabazón puede conseguirse mediante bulones, resinas,
dentado de la junta de contacto o acuñamiento de forma
(Figura 4.2).
Figura 4.2 Soluciones para el ensanche de
cimientos.
Una variante patentada la constituye el
sistema Pynford, que consiste en introducir unos castilletes
metálicos en huecos abiertos en las cimentaciones pasando
entre ellos las armaduras y sustituyendo así los viejos
cimientos de mampostería por bloques de hormigón armado
(Figura 4.3). [2]
Puenteo del cimiento por encima del
mismo, transmitiendo las cargas a un anillo que contornea y
ensancha la cimentación. En el caso de muros el puente puede
formarse mediante vigas de acero u hormigón ("needle beams")
que descansan sobre carreras preformadas paralelamente al
cimiento (Figura 4.4).
Figura 4.3 Recalce con castilletes
Pynford.
Figura 4.4 Soluciones de puenteo y
ensanche de cimientos corridos.
Si se trata de pilares o columnas
aisladas es necesario formar una base armada contorneando el
arranque de los mismos, lo cual plantea problemas de espacio. El
ensanche de los cimientos puede tener una configuración
distinta de la original (Figura 4.5).
Figura 4.5 Ensanche de cimientos corridos
con mejora local del terreno.
La unión del hormigón fresco con el antiguo se
efectúa mediante la presión que resulta de la
contracción del hormigón fresco por la retracción.
Para evitar las grietas que podrían producirse y que
perjudicarían a esta unión, y para resistir a los
esfuerzos resultantes de la descomposición de las fuerzas
aplicadas, es necesario armar este hormigón mediante cercos
suficientemente numerosos.
Cuando la losa no es accesible en todas sus caras
(columnas en medianería); la reconstrucción es muy
delicada, siendo necesario constituir una viga completa que
envuelva la columna y haga cuerpo monolítico con el
mismo.
El inconveniente de todos estos métodos proviene de
que no es posible efectuar una puesta en carga progresiva. Las
cargas iniciales continúan pasando por la losa primitiva, y
las sobrecargas se repartirán sobre toda la nueva anchura,
aumentando así los esfuerzos en la cimentación
inicial.
Es un caso límite del ensanche de cimientos y
consiste en macizar el espacio existente entre los mismos,
creando una especie de losa (lógicamente el armado difiere
del que correspondería a haber proyectado de entrada la
losa). Széchy (1964) cita un caso en el que la losa se
construyó por encima de los cimientos, pasando armaduras por
los plintos existentes sobre los mismos y hormigonando
posteriormente el conjunto. Con esta solución se
consiguió reducir los asientos de las capas de turba
subyacentes, pero en otros casos, al formarse un bulbo de
presiones mucho más profundo que el de los cimientos (aunque
de menor intensidad), se han visto afectados estratos inferiores
muy comprensibles y ello ha redundado en asientos importantes
posteriores al recalce.
En la figura 4.6 se indican diversas soluciones
constructivas para este tipo de recalces.
Figura 4.6. Soluciones de creación
de losas sobre cimientos existentes.
Profundización del plano
de apoyo.
Suele hacerse mediante pozos construidos con descalce
parcial de la cimentación existente ("bataches") y bajando
hasta un nivel de suficiente resistencia. Normalmente se consigue
también un aumento del área de reparto. A veces se
llega a esta solución para crear sótanos bajo edificios
existentes.
Es un método muy usado para el recalce de muros con
cimiento corrido ya que la propia rigidez estructural permite
puentear los sucesivos huecos creados (Figura 4.7). En el caso de
cimientos aislados es de difícil ejecución ya que el
proceso supone una concentración de esfuerzos desfavorable,
recurriéndose generalmente a la sustitución completa
del cimiento, previo apuntalamiento de la columna.
Únicamente cabe utilizar este método sin apuntalamiento
intermedio cuando se trata de grandes macizos de
cimentación.
Figura 4.7. Recalce por bataches de
cimentación corrida. Sección típica.
Un tipo especial de recalce es el procedimiento "Soilcrete" de la
firma alemana Keller, que consiste en abrir una cavidad o batache
de hasta 1 m. de diámetro bajo un cimiento mediante agua
inyectada a presiones de 100 a 300 kg/cm2 por un
pequeño taladro. La cavidad se rellena con mortero de
cemento, llegando a hacer
tantos bataches como requiera el recalce (Figura 4.8).
El procedimiento requiere un control muy cuidadoso y es
aplicable preferentemente en suelos finos algo cohesivos
(k=10-6 a 10-8 cm/s), La puesta en carga
del batache se consigue por la misma presión de
inyección.
Figura 4.8. Procedimiento
Soilcrete.
Refuerzo o creación de
cimientos.
En algunos cimientos de mampostería de área
suficiente para las cargas a soportar puede producirse un lavado
o degradación del mortero de unión o la
disgregación por alteración de los elementos
pétreos. En esos casos un tratamiento eficaz puede ser la
cimentación por inyección de la mampostería, dando
la cohesión o resistencia a tracción y frenando su
degradación.
A veces esta operación es inviable por lo somero
del elemento de cimentación, siendo necesario crear un
auténtico nuevo cimiento involucrando parte del terreno o
introduciendo elementos de soporte auxiliares.
En algunos casos se crea un marco de hormigón en
torno a la columna o muro (o un
emparrillado de vigas contorneando un conjunto de pilares) y se
inyecta el espacio interior hasta crear un bloque
cementado.
Un ejemplo es la solución de refuerzo propuesta
para el recalce de las pilastras que consiste en unos marcos de
hormigón armado que contornean los antiguos cimientos
corridos de mampostería, arriostrados por una losa de
solera.
El terreno queda así confinado por arriba y
lateralmente, cerrándose interiormente con una
inyección química que, al mismo tiempo refuerza
el terreno. Por último, se cementa la mampostería y el
terreno confinado mediante una inyección de cemento más
barata y con la cual se puede lograr un cierto nivel de puesta en
carga regulando adecuadamente las presiones.
Sin embargo, por problemas de inyectabilidad y
ejecución se está pensando en otro tipo de
confinamiento periférico de los cimientos.
A veces el marco de hormigón se sustituye por un
tablestacado corto (1-1.50 m) pero es difícil que un
edificio en precario estado soporte la hinca sin
problemas. La introducción de las
tablestacas a presión puede ser una alternativa en algunos
casos.
Cuando el cimiento está muy deteriorado o es
claramente insuficiente la solución usual consiste en el
apuntalamiento lateral de la columna (eventualmente con
atirantado o refuerzo de la misma) y construcción de un
nuevo cimiento. Como variante también puede puentearse el
pilar mediante vigas metálicas transmitiendo a unas carreras
auxiliares, excavando luego el hueco del nuevo cimiento y
rellenándolo de hormigón armado.
En algunos casos estos recalces se ejecutan descargando
los muros o columnas; pero normalmente el descalce es sólo
parcial, construyendo la nueva cimentación por puntos o
bataches. Este tipo de recalces impone ciertas limitaciones ya
que:
- La cimentación o la superestructura debe ser
capaz de puentear el hueco creado. - Debe quedar garantizada la estabilidad de la tierra en las paredes de
la excavación. - El apoyo sobre los nuevos cimientos debe quedar
asegurado con deformaciones mínimas y sin transmitir
cargas anormales a la estructura.
Con el desarrollo a lo largo del
siglo XX de los pilotes in situ como elementos de
cimentación resultaba inevitable la extrapolación a
mayores profundidades de los bataches o pozos de recalces
mediante los citados elementos, de pequeño diámetro y
elevada resistencia.
Un ejemplo de pilote de recalzo que se hinca en el
terreno por elementos mediante un gato es el que se muestra en la figura 4.9. El
diámetro de estos pilotes puede oscilar entre 23 y 25
cm.
A principios el recalce por medio de pilotes hincados
con gato dio resultados mediocres. El First National City Bank,
de wall street, en Nueva York, resultó dañado como
consecuencia de un asiento de 5 cm durante y tras el recalce por
esta vía.
En 1915, E. A. Prentis advirtió que cuando se
descargaba un pilote hincado de una carga de 75 t se
producía una elevación de 1 cm pero al volver a aplicar
la carga el asiento era de 5 cm.
Figura 4.9 Pilote hincado mediante
gatos.
Esto dio lugar al concepto de bulbo de presiones
que soporta el pilote sin asiento mientras se mantenga la
presión. Si se retira la carga es necesario que el pilote
asiente de forma importante para reconstruir ese
bloque.
Como consecuencia, Prentis y L. White patentaron el
pilote –Pretest- en 1917, con el cual los gatos
permanecían en carga hasta colocar una viga doble T y
cuñas de acero entre el extremo superior del pilote y el
inferior del cimiento, lo cual impedía la
descarga.
El avance más considerable se produjo a partir de
1973 con el desarrollo en Italia de los
micropilotes, ejecutables con maquinarias de reducidas
dimensiones y muy adaptables al trabajo dentro de edificios ya
construidos. En el momento actual cabe admitir que el 90% de los
recalces profundos se hace con este tipo de pilote.
En líneas generales puede decirse que resulta
necesario un recalce profundo cuando:
- El estrato de apoyo de las cimentaciones tiene una
capacidad portante insuficiente, ya reflejada en asientos
importantes bajo las cargas actuantes, o con posibles riesgos de los mismos al
aplicar nuevas cargas, no siendo viable o económica la
mejora de las cimentaciones existentes o del terreno
subyacente. - La ejecución de recalces superficiales es muy
dificultosa por la presencia de terrenos inestables o la
presencia de niveles freáticos. - Se desea ampliar el edificio bajo los niveles
actuales. - Se van a realizar obras en el entorno que pueden
afectar la estabilidad de las cimentaciones
existentes.
Este tipo de recalce se hacía antiguamente mediante
pozos construidos por bataches bajo muros o descubriendo por
partes la cimentación antigua. En el recalce del castillo de
Herten en Alemania realizado en los
años 60 mediante pozos de 1.20 m de diámetro y 4 m de
profundidad, formado por anillos prefabricados y arriostrados en
cabeza por carreras de hormigón armado de 1.20 x 1.30
m2, cosidas mediante bulones a los cimientos corridos
o aislados.
En la actualidad para este tipo de recalce se recurre
casi exclusivamente a los pilotes con las modalidades
siguientes:
- Atravesando la cimentación existente,
transmitiendo las cargas por adherencia, unión de
armaduras, etc. - Adosando los pilotes a las cimentaciones o
intercalándolos en la planta y construyendo luego un
elemento puente o ménsula que transmita las
cargas. - Ejecutando los pilotes desde bataches abiertos bajo
las cimentaciones y logrando luego la puesta en carga mediante
cuñas o gatos.
En el siguiente epígrafe se comentan con mayor
detalle las posibles soluciones.
4.5.1 Pilotes que
atraviesan las cimentaciones existentes.
Suele ser de pequeño diámetro, de los
denominados micropilotes o pilotes-aguja ( "pali radice" en la
terminología italiana de la primera patente). Actualmente se
dispone de tipos muy diversos de pilotes de pequeño
diámetro, como son:
a) Micropilotes realizados con batería de
perforación a rotación (que sirve al mismo tiempo
de entubación con expulsión de los detritus mediante
el agua de refrigeración de la
corona de corte). Terminada la perforación se coloca la
armadura y se va llenando el taladro con mortero, retirando por
tramos la entubación. Suele ayudarse la penetración y
densificación del mortero cerrando la entubación en
cabeza y aplicando presión de aire (Figura 4.11).
Al poder introducir la
entubación por tramos roscados de muy corta longitud este
tipo de pilote utiliza maquinaria de tamaño muy
pequeño, lo cual permite trabajar en espacios muy reducidos.
Tienen el inconveniente de la adición de agua, lo cual puede
ser perjudicial en terrenos inestables o flojos, tampoco es
fácil colocar armaduras tubulares.
Figura 4.11 Fases de ejecución de un
pilote convencional.
a) Perforación con extracción del terreno
con agua de refrigeración.
b) Introducción de armaduras.
c) Hormigonado con retirada progresiva de la
batería de perforación con eventual obturación
en boca y aplicación de presión de
aire.
b) Micropilotes realizados en seco sin
entubación y con barrena helicoidal (salvo la
perforación del cimiento). También se puede perforar
con coronas refrigeradas por aire, Una vez limpio el taladro se
coloca la armadura y se inyecta un mortero fluido o una lechada
de abajo a arriba mediante una tubería auxiliar. En el caso
de armadura tubular la lechada se inyecta por la boca del tubo
haciéndolo refluir por el fondo y la pared exterior del
mismo hasta la superficie. Eventualmente puede taponarse la
salida y poner en presión la lechada.
Estos micropilotes exigen un terreno no muy duro, y
desprovisto de obstáculos, bloques, capas cementadas, etc.,
generalmente sin nivel freático y que no se desprenda al
perforar. También pueden realizarse con entubación pero
entonces la ejecución se complica
considerablemente.
c) Micropilotes con bulbo inyectado a
presión (sistema tubfix).
Una vez realizada la perforación por el sistema
impuesto por el terreno, se
coloca una armadura tubular provista en su parte inferior de
manguitos elásticos que hacen de válvula anti-retorno,
a continuación se hacen descender por el interior del tubo
con obturadores colocados a la distancia necesaria para aislar
cada manguito. En primer lugar, se inyecta por el manguito
más profundo y a través del tubo interior una lechada
fluida que rellena el espacio comprendido entre la armadura
tubular y el terreno, creando una vaina de cierre. Seguidamente y
antes de que esta lechada haya fraguado totalmente se inyecta
nuevamente por los sucesivos manguitos, de abajo a arriba y con
presión suficiente para romper la vaina y crear un bulbo
desplazando el terreno. (Figura 4.12).
Los micropilotes tienen la ventaja de ejecutarse con
maquinarias de reducidas dimensiones, lo cual permite trabajar en
sótanos y lugares de bajo techo para problemas concretos,
pero en general suele ser complicado introducir las máquinas desde el exterior
del edificio y moverlas por lugares tabicados.
Figura 4.12 Fases de ejecución de un
pilote con bulbo inyectado a presión.
a) Perforación.
b) Colocación de la armadura
tubular.
c) Inyección de relleno para formación de
la vaina.
d) Inyección a presión para
formación del bulbo.
e) Relleno del interior del tubo.
Para el éxito de este tipo de recalces se deben dar
una serie de condiciones:
– La cimentación a recalzar debe tener
suficiente canto y resistencia para transmitir las cargas por
adherencia.
– El firme de apoyo debe encontrarse a distancia
moderada (< 20 m) ya que es difícil garantizar la
continuidad estructural, alineación recta y posición
espacial en pilotes muy largos.
– El terreno atravesado debe ser relativamente
estable para no introducir flexiones, rozamientos negativos,
etc., en los micropilotes.
Figura 4.13 Secciones típicas de
micropilotes.
La capacidad portante de los micropilotes depende mucho
del sistema constructivo (inyección a presión o no),
del tipo de armadura (tubo o redondos) (Figura 4.13), la
longitud, inclinación, terrenos de apoyo, etc.
Debe señalarse que las pruebas de carga en este tipo
de pilotes dan valores bastante superiores a
los previsibles por las teorías usuales de la
Mecánica del Suelo.
Tampoco existe riesgo de pandeo, salvo en
terrenos excepcionalmente blandos (Cu<2 t/m2). Por
otra parte, al formarse grupos numerosos de micropilotes mejora
notablemente la resistencia frente a la del micropilote aislado
con eficiencias próximas a 2.
En el caso de micropilotes de gran longitud con armadura
tubular es importante realizar correctamente las uniones de los
distintos tramos de tubo, lo que se consigue eficazmente con
manguitos roscados. A veces se disponen también costillas
anulares soldadas para mejorar la adherencia entre el tubo y el
mortero periférico, si bien no es usual contar con la
resistencia de este último.
Los micropilotes, como otros elementos de recalce
plantean el problema de tal transferencia de cargas de la
estructura y las deformaciones asociadas con este
proceso.
En general se deben adoptar valores muy conservadores
para la resistencia por adherencia del contacto cimiento –
micropilote, salvo que se adopten precauciones especiales como la
inyección a presión, empleo de resinas,
etc.
A título indicativo pueden considerarse los valores de la Tabla
4.1.
Tabla 4.1 Tensiones de adherencia admisibles en
micropilotes.
Tipo de | Tensiones admisibles |
Mampostería de rocas de resistencia | 0.1 – 0.5 |
Mampostería de rocas resistentes con | 1 – 3 |
Fábrica de ladrillo de baja calidad con | 0.2 – 0.6 |
Fábrica de ladrillo de buena | 2 – 4 |
Hormigones. ( | 4 – 6 |
)Si la adherencia es insuficiente o existen problemas de
cortante puede ensancharse o acampanarse el entronque con el
cimiento, o agrandar la sección estructural de la misma
(Figura 4.13), o bien aumentar su resistencia mediante bulones,
barras resinadas, etc. (Figura 4.14).
En cuanto a los asientos debe contarse con la
deformación elástica del micropilote y los debidos a la
comprensibilidad del terreno. De acuerdo con las teorías
usuales de la Mecánica del
Suelo.
Figura 4.13 Aumento de la sección
estructural de unión con los micropilotes.
Si se quiere que los asientos de puesta en carga no se
transmitan a la estructura, se colocarán previamente a la
conexión, gatos que cargan con pórticos auxiliares, o
más raramente, cargando mediante gatos planos contra la base
del encepado y unos salientes metálicos soldados al tubo del
micropilote, sellando después el contacto cilíndrico
entre el tubo y el encepado.
Una solución intermedia consiste en formar un
tapón en el fondo del micropilote y anclar allí una
barra metálica roscable. Tensando esta barra mediante un
gato hueco que apoye contra la armadura tubular se puede provocar
la deformación elástica de la misma (generalmente
cargando el 60 – 80% de la carga nominal, teniendo en cuenta el
pandeo del tubo libre), manteniendo dicha deformación
mediante una tuerca previamente colocada en la base del
gato.
Una vez encepado el micropilote, se retira la tuerca,
con lo cual el tubo libera la energía elástica
almacenada cargando contra el encepado y el terreno. Por
último, se inyecta el micropilote.
Figura 4.14 Refuerzo de cimiento de
mampostería mediante inyección.
Por lo que respecta al diseño del recalce debe
procurarse que las cargas concentradas coincidan con el centro de
gravedad de cada cepa de micropilotes o induzcan esfuerzos
comparables en cada uno de ellos de forma que no se produzcan
giros o desplazamientos horizontales del apoyo. Ello se consigue
con grupos de tres o más micropilotes, simétricamente
dispuestos.
La estabilidad del apoyo mejora si se da a los
micropilotes, una ligera inclinación hacia afuera
(generalmente 15o ó 5:1), abriendo el grupo, pero
ello no es absolutamente necesario. e incluso puede dar problemas
si los micropilotes son muy largos y atraviesan capas
comprensibles ya que pueden inducirse en los mismos flexiones
importantes. En bastantes casos la inclinación obedece a una
mayor facilidad constructiva.
En torres, pilares muy cargados, etc. suele recurrirse a
la creación de un retículo de micropilotes
entrecruzados que confina un núcleo importante de terreno,
formando así una gran zapata de recalce que prolonga la
cimentación hasta el firme.
4.5.2 Pilotes adosados
con cabezales posteriores de unión.
Suele tratarse de pilotes verticales, de diámetros
entre 30 y 60 cm, adecuados para el recalce de muros o cimientos
corridos con cargas importantes, y cuando la obra permite
introducir maquinaria relativamente pesada y de bastante altura
(algo superior a la longitud final de los pilotes).
La unión con la cimentación antigua puede
conseguirse de formas diversas:
– Mediante vigas pasantes que encepan los pilotes
colocados a ambos lados.
– Construyendo vigas carreras longitudinales,
encepando los pilotes de cada lado, y atirantándolas
posteriormente contra el cimiento mediante pernos o pasadores
metálicos (Figura 4.15). Es frecuente que el contacto se
haga dentado para mejorar la resistencia de la
junta.
Figura 4.15 Carreras unidas por pernos
tensados.
En el primer caso las vigas pueden ser metálicas,
de hormigón armado (Figura 4.16) o de hormigón
pretensado (Figura 4.17) en el proyecto debe
comprobarse:
– Que las reacciones de la viga sobre el cimiento
sean admisibles sobre todo en el caso de mamposterías.
Esto se refiere tanto a la compresión de la fábrica
como a esfuerzos de cortante y flexión.
– Que las flechas de puesta en carga sean
admisibles para la estructura incluyendo en el caso del
hormigón armado los asientos por retracción. Siempre
caben correcciones mediante gatos.
Figura 4.16 Vigas pasantes de
hormigón armado.
Figura 4.17 Viga pasante
pretensada.
Con las traviesas pretensadas se eliminan los efectos de
la retracción y flexión, ya que pueden conseguirse
contraflechas que los compensen. También se consigue un
menor canto a la flexión en el caso de cimientos muy
anchos.
En algunos casos se han utilizado los castilletes
"Pynford" para aligerar la base del muro o columna y construir un
encepado pasante.
En el dimensionamiento de los pilotes deben tenerse en
cuenta los momentos flectores transmitidos a la cabeza de los
mismos por las vigas traviesas.
Por razones constructivas, o mejor aprovechamiento de
los pilotes, éstos pueden disponerse al tresbolillo, con
vigas pasantes oblicuas a los paramentos, repartiendo de forma
equilibrada la carga de la superestructura.
En Suecia se ha utilizado bastante este sistema con
micropilotes metálicos hincados a presión a través
de huecos abiertos en las vigas o losas encajadas bajo los
antiguos muros.
Normalmente la necesidad del recalce se derivaba de la
pudrición de los pilotes de madera por descenso del nivel
freático.
A continuación se muestran algunos de los
diferentes tipos de conexión de los micropilotes con la
estructura, tanto en recalces como en nuevas
construcciones.
Figura 4.18 Encepado de tres
Micropilotes. Figura 4.19 Viga en pilar medianero.
Figura 4.20 Recalce con perforación
de muro. Figura 4.21 Recalce con encepado
atirantado.
4.5.3. Pilotes puestos en
carga de forma controlada.
En obras delicadas es importante que la transmisión
de carga a los nuevos elementos de construcción se haga con
deformaciones mínimas, no siendo suficiente con los
métodos antes descritos. Los sistemas más utilizados
son del tipo siguiente:
a) Pilotes hincados a presión bajo el
cimiento.
Son pilotes formados por elementos prefabricados de
acero u hormigón de 1.20 a 1.60 m de longitud, que se
introducen mediante gatos en el terreno extrayendo el suelo que
queda en el interior en el caso de tubos abiertos. En otros casos
los tubos llevan un azuche metálico que desplaza el terreno.
Los diámetros usuales son de 45 a 60 cm., y puede soportar
de 40 a 50t, o más en arena. Estos pilotes requieren abrir
bataches bajo el cimiento con una altura del orden de 1.50 – 1.80
m.
La originalidad del sistema consiste en acuñar el
pilote contra el cimiento mediante una pieza metálica antes
de retirar los gatos con lo cual los asientos adicionales son muy
pequeños. (Figura 4.22).
Figura 4.22 Pilote Pretest.
Hay que tener en cuenta el efecto de grupo para ensayar
un grupo de pilotes constituido por una fila, se cargan en primer
lugar los tres primeros simultáneamente. A continuación
se acuña el primer pilote y se transfieren los gatos al
cuarto. Al cargar dicho pilote se producirá un asiento
suplementario en los anteriores, que será un mínimo en
el primero por ser el más alejado. Esta operación se va
repitiendo sucesivamente.
Tras el acuñado, las extremidades superiores de
cada pilote y viga I se hormigonan definitivamente. Un asiento
posterior puede precisar el acceso a los pilotes para aplicar
nuevas cargas, cosa que no permite el hormigonado. Dado que este
se realiza para dar estabilidad a la cimentación frente a
las cargas laterales, se puede sustituir por una
inmovilización de la cimentación en dos direcciones
horizontales mediante travesaños de madera, de
mampostería o metálicos, que proporcionan estabilidad
lateral y dejan los pilotes accesibles.
Para la protección anticorrosiva las vigas I y las
cuñas se embuten en la fábrica o se cubren con una capa
protectora. Los huecos se rellenan con tierra u hormigón para
evitar la acumulación de gas procedente de las
instalaciones vecinas. De este modo se evitan los
desprendimientos que ocurrirían si cediesen las entibaciones
de los pozos de acceso.
Una variante posterior del mismo sistema es el pilote
mega, formado por elementos de hormigón con un hueco
tubular en el centro.
Recientemente se han empezado a utilizar en Suecia
pilotes metálicos tubulares de pequeños diámetros
(60 a 76 mm). Los pilotes son de acero galvanizado, a veces con
recubrimiento plástico y relleno
posteriormente con mortero de cemento. La hinca se hace mediante
gatos por tramos unidos por manguitos especiales.
En la figura 4.23 se muestra un recalce realizado con
estos pilotes bajo una cimentación de mampostería, la
cual fue precisamente cosida con barras metálicas e
inyectada con lechada de cemento. A continuación se abrieron
en la misma unos nichos para dar cabida a la maquinaria especial
de hinca de pilotes, rellenándolos con hormigón
después de la ejecución de los mismos.
Normalmente cuando se utilizan micropilotes para este
tipo de recalce se agrupan en cepas de un número elevado de
micropilotes.
Figura 4.23 Hinca a presión de micropilotes
metálicos a través de una losa preformada.
b) Pilotes cargando contra macizos adosados contra el
cimiento.
Para evitar excavar bajo cimiento suele recurrirse al
puenteo o ensanche de cimiento estableciendo la unión con
los pilotes a través de gatos que se eliminan una vez
efectuada la puesta en carga de forma controlada.
En la figura 4.24 se muestra un ejemplo de este tipo de
recalce. Nótese el ángulo de inclinación de los
pilotes más externos con respecto a la vertical.
Figura 4.24 Recalce de la iglesia de Santa Catalina de
Hamburgo.
- De modo general, se han presentado algunas soluciones
para la reparación de una cimentación afectada. En la
práctica, para la selección del método
adecuado, se tendrán en cuenta las condiciones del lugar y
de la obra, y se realizará el debido análisis puesto que las
variantes pueden sufrir cambios, para cada caso
específico. - El avance de las técnicas especializadas de
recalce de cimentaciones y refuerzo del terreno permite
afrontar difíciles problemas, tanto derivados de
patología geotécnica como de la necesidad de crear o
profundizar sótanos bajo edificios existentes. Se dispone
actualmente de una multiplicidad de soluciones que,
adecuadamente combinadas, permite resolver situaciones
complejas con garantías de éxito. - La elección de uno u otro método de recalce
dependerá en gran medida de la experiencia de los
profesionales encargados del diseño del mismo, de la
calidad de las investigaciones ingeniero –
geológicas realizadas para corroborar las
hipótesis del fallo ocurrido y
del equipamiento con que se cuente para llevarlo a
cabo. - No deben realizarse aquellos recalces que induzcan
vibraciones adicionales que pudieran afectar de forma
significativa a las edificaciones colindantes con la que se
está recalzando. La existencia de una gran cantidad de
linderos comunes (medianería) necesita de que el
análisis que se realice para la selección del
método a emplear sea todavía más cuidadoso que
en otros casos que se han expuesto a lo largo de este
capítulo.- Álvarez Rodríguez, Odalys:
Patología de las cimentaciones. Técnicas de
intervención. Patología, Diagnóstico y
Rehabilitación de Edificaciones. Monografía. La Paz.
Bolivia. Marzo
2003. - Babé Ruano, Manuel: Mantenimiento y
reconstrucción de edificios. Ministerio de Educación Superior.
Ciudad de La Habana. Cuba. 1986. - Calavera Ruiz, José: Proyecto y Cálculo de Estructuras
de Hormigón, Tomo II, Instituto Técnico de
Materiales y Construcciones, INTEMAC, España. - Colectivo de autores. Curso sobre últimos
avances en ingeniería
geotécnica. Capítulo: Rehabilitación de la
cimentación de estructuras y edificios
históricos. Centro de estudio y experimentación
de obras públicas ( CEDEX ). La Habana. Cuba.
2000. - Ruiz, Gerardo; Fernández, Eduardo: Apuntes
de Rehabilitación de Edificios. Tomo 1. ONG SUR. Madrid. España.
1995. - Romero Marante, Porfirio: Método de
cálculo para la determinación del área de la
base de cimentaciones superficiales. Editorial "Félix
Varela". La Habana. 1998.
[1] Jiménez Salas,
José Antonio. Geotecnia y Cimientos. Editorial Rueda.
Madrid España. 1980.[2] Ruiz, Gerardo;
Fernández, Eduardo: Apuntes de Rehabilitación
de Edificios. Tomo 1. ONG SUR. Madrid. España.
1995.MSc. Ing. Civil: Beatriz Romero
DuránDepartamento de Ingeniería Civil ,
CUJAE, La Habana, CUBAABRIL 2005
Ciudad Universitaria
José Antonio Echeverría
Ingeniería Civil.
- Álvarez Rodríguez, Odalys:
- Los ejemplos descritos ponen de manifiesto claramente
las amplias posibilidades con que se cuenta, para
circunstancias geotécnicas de cualquier tipo, así
como la especialización que se requiere para acometer
proyectos y obras de recalce y
refuerzo de cimientos, por lo que casi siempre se confían
estos trabajos a empresas especializadas a tal
efecto.
