La cimentación por pilotes es una opción fiable para crear unos cimientos sólidos para cualquier tipo de edificio, especialmente en regiones con condiciones de suelo difíciles. Este tipo de cimentación combina la distribución uniforme de la carga que ofrecen las cimentaciones en franjas con la estabilidad de las cimentaciones sobre pilotes. En la construcción, se emplea con frecuencia para sostener edificios en suelos de carga irregular.
Para calcular una cimentación por pilotes y tiras, hay que asegurarse de que las tiras distribuyen uniformemente la carga de la estructura y comprender cómo interactúan los pilotes y el suelo. Para evitar problemas de asentamiento y garantizar la integridad estructural del edificio a lo largo del tiempo, este proceso de cálculo es esencial.
La capacidad portante del suelo, la profundidad y separación entre los pilotes, y el tamaño y refuerzo de las bandas de hormigón son variables importantes en el cálculo. Para calcular estos parámetros, los ingenieros utilizan fórmulas precisas que tienen en cuenta diversos factores como el peso del edificio, la compresibilidad del suelo y factores ambientales como los niveles de la capa freática.
El primer paso en el proceso de diseño es una investigación exhaustiva del emplazamiento, cuyo objetivo es evaluar las propiedades del suelo e identificar el mejor tipo de cimentación. A continuación, los ingenieros predicen el comportamiento de la cimentación en distintos escenarios de carga mediante fórmulas y modelos matemáticos, garantizando que la estructura cumple los códigos de construcción y los requisitos de seguridad.
Datos iniciales
Antes de planificar cualquier tipo de cimentación deben realizarse estudios geológicos del emplazamiento.
Los detalles necesarios para determinar los parámetros de la cimentación incluyen:
- tipo de suelo;
- las propiedades físicas y mecánicas del suelo
- la presencia de capas en el suelo propensas a la flotación, bolsas de intemperie;
- profundidad de las heladas estacionales;
- nivel freático;
- posibilidad de erosión de las capas cercanas a los cimientos, etc.d.
Los resultados del estudio nos permitirán evaluar la capacidad portante del emplazamiento y, en consecuencia, determinar la cantidad de componentes de apoyo y la superficie de apoyo de los cimientos.
Las cargas totales provocadas por la presión de la estructura de diseño sobre el suelo también influyen en los valores de los parámetros. Además, se tiene en cuenta el peso de la carga útil y la carga de nieve, junto con las paredes, techos y tejados.
La documentación reglamentaria para la construcción de cimentaciones sobre pilotes establece los requisitos para realizar los cálculos:
- SP 63.13330.2018;
- SNiP 3.03.01-87;
- SNiP 2.02.03-85.
Cuántas pilas se necesitan??
La posición de la capa portante sólida en el suelo y la línea de congelación estacional del suelo se utilizan para calcular la profundidad de los pilotes. La siguiente fórmula determina el valor de la corriente de congelación del suelo si es inferior a 2.5 m por debajo de la superficie:
- M_t – suma de las temperaturas negativas medias mensuales de todo el invierno;
- d_0 – coeficiente que tiene en cuenta el tipo de suelo del emplazamiento.
| Tipo de suelo | Significado |
| Arcilla, marga | 0.23 |
| Franco arenoso, arena fina y limosa | 0.28 |
| Arena de grava, gruesa mediana y grande | 0.30 |
| Roca gruesa | 0.34 |
El pilote se entierra 30 cm por debajo del punto de congelación para evitar que las heladas afecten a la cimentación.
La rejilla de bandas puede enterrarse, colgarse sobre el espacio o apoyarse en el suelo.
En este último caso, la altura del pilote viene determinada por los siguientes elementos
- cantidad de precipitaciones;
- cota de nieve;
- profundidad de las fuentes subterráneas;
- probabilidad de inundación;
- temperatura ambiente.
Si la estructura se va a construir sobre suelo denso, la altura mínima de la base es de 20 cm. En caso contrario, seleccione una altura comprendida entre 35 y 45 cm evaluando la capacidad de carga de la estructura portante en relación con las posibles deformaciones.
Para ello, utilice la siguiente fórmula para determinar la cantidad de deformación F:
- a es un coeficiente que depende de la calidad del hormigón (seleccionado de 1 a 0.8 en función de la gravedad y la granularidad);
- Rbt – Clase de resistencia del hormigón;
- u – perímetro de la estructura de soporte;
- h – altura del pilote.
La altura de los elementos de soporte se elige adecuadamente si el resultado es superior a las cargas de diseño sobre la tierra. Si no es así, debe reevaluar el valor del parámetro.
SNiP 2.02.03-85 proporciona una descripción de cómo calcular la deformación de una cimentación de pilote-tornillo para el punzonamiento.
En una base como ésta, el paso típico entre soportes es de entre 1.5 y 2.5 metros. Cuando predominan las cargas de diseño, los elementos portantes se encuentran bajo los puntos de intersección de los muros de carga y en las esquinas de la estructura.
A partir del peso total de la estructura y de la capacidad portante de un pilote, se calcula el número de apoyos. En caso necesario, la carga admisible de la cimentación puede aumentarse disminuyendo el escalón entre los elementos portantes.
Para lograr estabilidad y durabilidad en la construcción de edificios, es esencial saber cómo calcular los cimientos de un forjado de pilotes. Las sutilezas de este tipo de cimentación se examinan en este artículo, que ofrece información útil sobre los cálculos y factores importantes a tener en cuenta. Su objetivo es proporcionar a los constructores y renovadores los conocimientos fundamentales necesarios para realizar con confianza cimentaciones sobre pilotes en proyectos de construcción, desmitificando el proceso de cálculo en términos sencillos.
Cómo calcular la cantidad de cinta?
La anchura de la cinta debe seleccionarse entre 40 y 60 cm cuando se construyan casas de ladrillo y bloques de hormigón. Dado que se reservan 10 cm para sumergir la pila en la cinta, la altura de la rejilla en este caso no debe ser inferior a 45 cm.
Los cálculos de ingeniería se utilizan para calcular la estabilidad de la estructura ante las diferentes deformaciones que pueden producirse durante la instalación y el funcionamiento con el fin de determinar los parámetros de la rejilla. Por consiguiente, determinar el emparrillado de acuerdo con las directrices del SNiP es una tarea laboriosa y meticulosa que es mejor dejar en manos de expertos.
Se puede aplicar una fórmula simplificada a la construcción de viviendas privadas:
- B – Anchura mínima posible del emparrillado (se considera superior en 20 cm al espesor de los soportes y no debe ser inferior a la anchura de los muros de carga);
- M – cargas totales de la estructura de diseño (sin el peso de los cimientos);
- L – perímetro de la rejilla;
- R– carga admisible del suelo en la superficie.
Cálculo del calado
Es necesario comparar la tensión bajo la suela (p) con la carga admisible del suelo (R) antes de determinar el calado. Si se cumple el requisito, se puede calcular el asentamiento utilizando el método de suma capa por capa y el modelo lineal.
Determinar las ordenadas de los diagramas de presión natural para la capa superior del suelo:
- γ_n es un coeficiente que depende del tipo de suelo;
- h_n- altura de la capa;
- n – número de serie de la capa.
| Valor del coeficiente para diferentes tipos de suelo, kN/m 3 | |
| terraplén compactado | 17 |
| Franco arenoso compactado | 21 |
| Arena media | 18.9 |
| Suelo sobresaturado de humedad | 10.25 |
| Franco plástico apretado | 19.1 |
El siguiente paso es hallar el valor del parámetro para cada capa posterior y añadirlo a la fórmula fundamental Q_(n-1).
El asentamiento estabilizado se calcula mediante la siguiente fórmula:
- β – coeficiente aceptado sobre la base de las condiciones especificadas según la documentación reglamentaria;
- E – módulo de deformación del suelo (determinado en base a los resultados del estudio).
Se puede encontrar más información sobre los cálculos en las directrices para el diseño de cimentaciones para edificios civiles, que se pueden descargar desde el enlace, y en el documento SP 24.13330.2011.
Cálculo mediante programas
De lo anterior se desprende claramente que realizar los cálculos por cuenta propia es todo un reto.
En la actualidad, puede hacer uso de los recursos de Internet:
| Factor | Descripción |
| Tipo de suelo | Determine las características del suelo, incluida la capacidad portante y los índices de asentamiento. |
| Cálculo de la carga | Calcular las cargas de la estructura para determinar la capacidad de cimentación necesaria. |
| Distancia entre pilotes | Decidir la distancia entre pilotes en función de la distribución de la carga y las condiciones del suelo. |
| Profundidad de la cimentación | Calcular la profundidad requerida para la cimentación de pilotes y tiras basándose en la estabilidad del suelo y los requisitos de carga. |
| Factores de diseño | Considerar factores como los márgenes de seguridad, las condiciones ambientales y los códigos de construcción en el proceso de diseño. |
Para garantizar la estabilidad y durabilidad de cualquier estructura, es fundamental comprender los entresijos que implica el cálculo de una cimentación por pilotes y bandas. Los ingenieros pueden determinar el mejor diseño para este tipo de cimentación teniendo en cuenta variables como el tipo de suelo, las cargas del edificio y las condiciones ambientales.
Determinar la capacidad portante del suelo es un paso crucial en este proceso de cálculo. Para determinar cuánto peso puede soportar el suelo, es necesario analizar muestras de suelo y aplicar fórmulas empíricas o principios de ingeniería geotécnica. Los ingenieros pueden elegir las dimensiones correctas de los pilotes y los rastreles para distribuir uniformemente el peso del edificio midiendo con precisión esta capacidad.
Tener en cuenta los asentamientos y mantener la coherencia en toda la cimentación son otros factores cruciales. Los asentamientos diferenciales, en los que algunas zonas de la estructura se hunden más que otras, pueden deberse a variaciones en la composición del suelo. Los ingenieros trabajan para reducir al máximo estos riesgos mediante una planificación cuidadosa y cálculos precisos, lo que mejora la estabilidad y seguridad del edificio.
Además, en las fórmulas utilizadas para calcular las cimentaciones sobre pilotes suelen tenerse en cuenta los códigos de construcción locales y los requisitos de seguridad. Estas normas garantizan que los edificios sigan las directrices legales sobre prácticas de construcción, además de cumplir los requisitos estructurales.
En resumen, entender cómo realizar cálculos de cimentaciones sobre pilotes requiere una combinación de conocimientos teóricos y experiencia en el mundo real. Los ingenieros pueden diseñar cimentaciones que proporcionen a los edificios un soporte sólido y una larga vida útil utilizando fórmulas exactas y teniendo en cuenta diversos factores específicos del emplazamiento.
