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Cimentaciones comunes
en ColombiaLas cimentaciones de las estructuras, y en general de las obras civiles, tienen como finalidadtrasladar a los suelos de fundación o de base los esfuerzos y momentos flectores propios deestas, que deben soportarlas de manera segura. Esto sin que se presenten deformacionesexcesivas, de tal manera que se logren estructuras estables. Se describen las cimentacionesmás comunes en nuestro país, como también las nuevas tecnologías de cimentación.
Ingeniero Luis Fernando Orozco Rojas
El ingeniero de fundaciones debe establecer la
manera como se trasladan las cargas al suelo de fun-
dación dependiendo tanto de su magnitud y dimen-
siones como de las características del suelo que las
debe soportar. Existen diversos materiales que pue-
den utilizarse para la repartición de estos esfuerzos,
entre los cuales se encuentran el acero, el concreto
simple y el concreto reforzado, la madera y aun suelos
o materiales pétreos de buenas características, com-
pactados y construidos de tal forma que permitan la
distribución de dichos esfuerzos. De todas formas, el
ã Construcción de pilotespara edificaciones de granaltura.FLICKR - ARCHIGEEK
concreto tanto simple como reforzado es el material
más utilizado para la construcción de cimentaciones
en la mayor parte de las estructuras y obras civiles.
Está disminuyendo el uso de elementos de madera,
como los pilotes, debido a su corta duración y al daño
ambiental que puede implicar su utilización. Igual-
mente los elementos de acero, sean ellos vigas o pilo-
tes, son excesivamente costosos comparados con las
grandes ventajas que ofrece el concreto simple o re-
forzado al ser utilizado como elemento de fundación.
Los materiales pétreos son más económicos, pero su
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CONSTRUCCIÓN 13
Noticreto 111 MARZO / ABRIL 2012
reforzamiento resulta casi imposible en la mayor par-
te de las aplicaciones y por lo tanto su aplicación se
limita a extensiones muy grandes donde se requiere
únicamente mejorar las capas más superficiales (en
algunos casos reforzando con geocompuestos).
Metodologías comunesEl hormigón es, por lo tanto, el material escogido por
excelencia para fundar estructuras tales como edifi-
cios, puentes, silos, plantas de acopio de materiales
y en general cualquier tipo de estructura u obra ci-
vil. Dependiendo de las características de los suelos
se utilizan zapatas en concreto reforzado y en algu-
nos casos macizos en concreto simple o reforzado, se
usan cimientos corridos, placas de fundación macizas
o aligeradas, pilotes en concreto simple como mejora-
miento del suelo o en concreto reforzado para trasla-
dar las cargas a suelos profundos. Los pilotes puedenser, a su vez, elementos prefabricados e hincados con
martinete de gran capacidad o con gatos hidráulicos, o
ser construidos como elementos pre-excavados y fun-
didos en el sitio. En la categoría de los pilotes también
se encuentran aquellos de gran diámetro con pata en-
sanchada o con fuste recto, excavados con equipos de
pilotaje de grandes dimensiones o excavados a mano
utilizando anillos, también de concreto, para estabili-
zar la excavación hasta la profundidad requerida.
En los suelos blandos se requieren elementos de
fundación que distribuyan la carga de tal forma que
no se sobrepase la resistencia al corte de suelo y que,
además, en la mayor parte de los casos no se exce-
dan los esfuerzos de pre-consolidación de la masa de
suelo, a fin de evitar asentamientos excesivos bajo las
cargas nuevas debidas a la estructura.
También se utilizan muros de contención en con-
creto reforzado, ya sean estos construidos de manera
tradicional con formaleta o construidos como elemen-
tos prefabricados hincados conformando el cajón de
los sótanos y cimentación o como muros pre-excava-
dos y fundidos in situ bajo lodos estabilizadores. Los
muros de contención así construidos deben soportar
presiones de tierra generalmente altas en los suelos
blandos cuando la altura de excavación es de dos omás sótanos. Los muros pueden funcionar en vola-
dizo hasta poca profundidad o ser soportados por la
estructura misma.
Nuevas metodologíasCabe mencionar a continuación algunos de los nue-
vos usos para ambos concretos, el simple o el reforza-
do, que han aparecido en la práctica de Ingeniería de
Fundaciones en todo el país:
Reforzamiento de terreno
Puede realizarse con columnas de concreto mezcla-
do con suelos (soil mix ) o con columnas de concreto
vibrado de poca resistencia. Se utilizan estas colum-
nas o inclusiones de concreto de manera densa y re-
emplazan las antiguas aplicaciones de los pilotes de
madera. Las profundidades típicas que alcanzan son
cerca de 15 m. Estas sirven para atravesar rellenos en
estado suelto de muy pobres características sin que
sea necesario retirarlos o remplazarlos por un material
compactado. También sirven para reforzar terrenos
con arcillas muy blandas, y por lo tanto facilitan la
construcción que de otra manera requeriría pilotes de
fricción en este tipo de suelos.
Concreto lanzado
La aplicación de concretos proyectados apareció en
túneles y obras civiles hace muchos años y únicamen-
te a partir de 1980 en áreas urbanas para construc-
ción muros de contención anclados y revestir taludes
inestables. En muchos casos también se combinan
con pernos pasivos. Tanto anclajes como pernos pasi-
vos se construyen con una lechada de cemento o con
morteros de diferentes características.
Rellenos fluidos
Estos materiales, también conocidos como Materiales
de Baja Resistencia Controlada o CLSM tienen varios
ä Vaciado de concreto parapilotes.FLICKR - WSDOT
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Noticreto 111 MARZO / ABRIL 2012
usos y aplicaciones según el Instituto Americano del
Concreto1. En el caso de las cimentaciones en Colom-
bia, el relleno fluido ha tenido aplicaciones en placas
de contrapiso y conformación de algunos llenos detrás
de muros de contención, etc. Estos pueden resultar un
poco más costosos que los materiales pétreos pero son
muy ventajosos por la facilidad de su colocación.
Otras Aplicaciones
Existen otras aplicaciones recientes del concreto ar-
mado y del concreto simple para la construcción de
cimentaciones. Entre ellas cabe enumerar los muros en
tierra reforzada con piel construida mediante prefabri-
cados de concreto armado de gran belleza y durabili-
dad. En algunos casos también se refuerza la tierra con
elementos de concreto. La construcción de cimentacio-
nes prefabricadas, ya sea para vivienda multifamiliar o
unifamiliar en serie o aún para centros comerciales degrandes dimensiones. Recientemente también se han
construido pilotes prefabricados para el soporte de edi-
ficaciones en los suelos blandos de Bogotá, pilotes que
antiguamente resultaban costosos en comparación con
los elementos fundidos in situ. Otro método es la cons-
trucción de terraplenes o presas de grandes dimensio-
nes con concreto compactado con rodillo (RCC).
Experiencia colombianaLa diversidad geológica, y por lo tanto la gran variedad
de condiciones geotécnicas que existen en Colombia,
se traduce a su vez en una gama muy grande de proble-
mas geotécnicos que es necesario solucionar para apo-
yar de manera segura de las estructuras que se constru-
yen tanto en ciudades como en zonas rurales.
Se encuentran, por una parte, los suelos blandos
bogotanos pertenecientes al Depósito Lacustre de la
Sabana, que representan un reto para los ingenieros de
Suelos, pues se trata de un perfil estratigráfico con las
mayores dificultades del mundo para ejecutar excava-
ciones de más de un sótano de altura o para cimentar
edificaciones con más de siete u ocho pisos de altura.
Pero en otras ciudades también existen grandes pro-
blemas de suelos tales como la reptación de laderas
en Medellín y la existencia de discontinuidades en lossuelos residuales. Están los problemas de estabilidad
de laderas en Barranquilla y en Bucaramanga, arcillas
expansivas y arenas licuables en Cartagena, arcillas
expansivas en Cali y en Cúcuta, para nombrar solo al-
gunas ciudades que requieren soluciones geotécnicas
ingeniosas a fin de evitar el detrimento patrimonial
de las personas o entidades que invierten su dinero
en estas obras.
A continuación se enumeran algunas de las mayo-
res dificultades que existen hoy en día y las soluciones
para los problemas que plantean.
La cimentación de grandes edificios en suelo blando
En los suelos blandos bogotanos se utilizan placas co-
rridas que reparten la carga en la totalidad del área
del proyecto, para edificaciones de cierta magnitud,
y en la mayoría de los casos también son necesarios
los pilotes de gran profundidad, ya sean estos como
elementos únicos de fundación, coronados por un
dado, o como complemento a la placa de cimenta-
ción. Por supuesto, tanto las placas como los pilotes
se construyen en concreto reforzado para trasladar las
cargas verticales, posibles cargas horizontales y mo-
mentos flectores debidos a cargas dinámicas u otras
solicitaciones. En la mayor parte de los casos los pilo-
tes en los suelos blandos bogotanos no llegan a capas
duras para trasladar los esfuerzos a través de su punta
a dichos materiales, pues estas se encuentran a pro-
fundidades entre 100 y 200 m. Por el contrario, son
elementos flotantes que en combinación con la placa,
llevan las cargas a un nivel tal que la presión de pre-
consolidación del suelo sea mayor a la solicitación y
no se exceda esta presión con las nuevas cargas del
edificio, por pesado que este sea.Los pilotes de fricción aparecieron en la ciudad
a raíz de la construcción de los puentes vehiculares
en la zona blanda hacia 1980 (ConConcreto Méndez
Junior). En esa época se realizaron ensayos de car-
ga y se determinó la viabilidad de soportar edificios
de más de ocho pisos en la zona blanda construyen-
do pilotes de fricción capaces de repartir las cargas
evitando exceder las presiones de pre-consolidación
del suelo a la profundidad de empotramiento de es-
tos elementos. Como antes se utilizaban únicamente
placas flotantes o semi-flotantes, para la altura de los
edificios existía un límite cercano a ocho o diez pi-
sos, que además implicaban excavaciones inestables
ã Acero de refuerzo yformaletas para la ejecuciónde vigas de cimentación.CRÉDITO: FLICKR- MARCO VOSSEN
1. Documento ACI 229R Controlled Low Strength Materials
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relativamente profundas. Los pilotes de fricción han permitido
cimentar edificaciones más pesadas, con asentamientos mínimos
y gran estabilidad.
Sin embargo hay que tener cuidado, pues ya se han alcanzado
alturas de veinticinco pisos con pilotes de más de 50 m de pro-
fundidad pero aún se desconocen las bondades de estos elemen-
tos ante un evento sísmico.
Excavaciones y cimentaciones de grandes edificios
Puesto que los suelos colombianos presentan en su mayor parte
consistencia baja, con resistencia a la compresión inconfinada en-
tre 0,2 y 0,4 kg/cm², hasta profundidades superiores a los 50 m,
en estos suelos la construcción de más de dos sótanos requiere
la utilización de muros pantalla periféricos a la excavación que
deben ser construidos con antelación a las excavaciones. Los mu-
ros pantalla, pre-excavados y fundidos in situ o prefabricados e
hincados con martinete, conforman la pared de la excavación.
Generalmente también desde la superficie se construyen los pilo-tes en concreto reforzado responsables del soporte de la totalidad
de las cargas, o al menos de un buen porcentaje de ellas. Las
excavaciones proceden mediante la construcción de placas cintu-
rón y placas puntal que se van ejecutando de arriba hacia abajo
a medida que se extrae la tierra y que además deben ser capaces
de soportar empujes significativos de tierra, para ser trasladados
al otro extremo de la excavación. En excavaciones de más de tres
sótanos es necesaria generalmente la construcción de caissons de
aproximación para alcanzar la cabeza de los pilotes, construir allí
dados o columnas y continuar con la construcción de la superes-
tructura a medida que se saca la tierra por debajo de las placas
aéreas de los primeros sótanos hasta el nivel final requerido
(up-down construction).
ã Construcción de placas de cimentación.FLICKR - ADAM GIMPERT
oteco
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Es necesario evitar la falla de fondo que resulta por
el peso excesivo de los suelos alrededor de la zona
excavada. Se puede apreciar la magnitud del proble-
ma si se tiene en cuenta que los suelos al exterior de
una excavación de 10 m de profundidad tienen un
peso que puede estar entre 15 y 16 ton/m², valor muy
superior a la capacidad de soporte de los suelos a este
nivel. Por lo tanto es necesario ir cargando el suelo
con estructura y placa de subpresión a medida que
se descarga o se excava en los niveles inferiores. Por
supuesto, este proceso resulta muy engorroso, y por
los afanes de acelerar la obra y disminuir sus costos
algunas excavaciones de la ciudad ya han presentado
fallas de este tipo.
En estas excavaciones también es necesario te-
ner en cuenta la estabilidad de taludes internos de la
obra y la magnitud de los empujes exteriores. De no
solucionarse con acierto estos problemas, se presen-
tan fallas de los muros de contención, hundimientosexteriores a la obra y desplazamientos o fallas de los
taludes internos. Cuando fallan los taludes internos la
excavación pueden incluso involucrar los pilotes que
se parten generalmente a profundidades mayores a las
del nivel inferior de refuerzo.
También se han presentado fallas en los caissons
de aproximación, pues su construcción implica de-
bilitar el suelo por debajo del nivel al cual se lleva la
excavación general. Los anillos de soporte de estos
elementos funcionan a compresión por lo cual, al
construir caissons tangentes o cercanos se desvir-
túa el concepto, pues se disminuye la presión de
confinamiento en uno de los costados y la pared
del caisson funciona como un muro de contención
que no ha sido diseñado como tal, con el refuerzo
necesario para una mayor longitud.
Problemas de estabilidad de laderas
Estas dificultades existen en casi todas las ciudades de
Colombia, incluyendo Bogotá. En algunos casos se trata
de taludes muy empinados y de gran altura que se des-
estabilizan con la presencia de aguas en épocas de lluvias
fuertes, y en otros se trata de laderas relativamente suaves
que también sufren reptación o movimiento lento cuan-
do los suelos reciben cuantiosos volúmenes de agua; estos
volúmenes tienden a lubricar y a disminuir la resistencia
en la superficie de contacto entre las diferentes capas.
Los problemas de este tipo se solucionan principal-
mente mediante la construcción de sistemas de drenaje
tanto con cunetas superficiales como con trincheras y
filtros drenantes y con drenes horizontales. También en
muchísimos casos se requiere la construcción de murosde concreto, ya sean estos de gravedad, en voladizo, o
muros de revestimiento del talud soportados con an-
clajes pasivos o activos.
En Bogotá un ejemplo claro es el muro en cons-
trucción en la Calle 92 entre la vía que conduce a
la Calera y la Avenida Circunvalar, que ha sido dise-
ñado con anclajes de buena profundidad y refuerzo
mediante vigas en cuadrícula que sostienen la piel del
muro. Era un talud estable hasta la época de los últi-
mos inviernos en que el exceso de agua que afloraba
en la cara del talud a través de capas de arenisca o
corriendo en su superficie, terminó erosionando y de-
teriorando las capas más superficiales del suelo.
ã Deslizamiento de tierraocurrido en la AvenidaCircunvalar de Bogotá.CORTESÍA G WILCHES CHAUX. BLOG:
AGUACEROS Y GOTERAS.
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