Las cimentaciones profundas se utilizan cuando se necesita transferir la carga de una estructura hacia espacios profundos donde no existe competencia suficiente para soportar las cargas, y cuando se tienen suelos inadecuados.

Las cimentaciones profundas son cierta clase de elementos estructurales de una edificación, las cuales solucionan la trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del suelo.
Entre estas cimentaciones se destacan los muros pantalla y los pilotes. Los primeros son muros verticales profundos de hormigón, mientras que los segundos son elementos similares a los pilares, hincados a profundidad en el suelo.

Tipos de Cimentaciones

Existen distintos tipos de cimentaciones profundas según los casos y las condiciones del suelo en las que se realizará la construcción. Por ejemplo, los muros pantalla constituyen un tipo de cimentación profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies. El muro pantalla es un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras, y transmite los esfuerzos al terreno. Estos elementos estructurales subterráneos se emplean también en forma temporal para la contención y retención de paredes.
En tanto, la cimentación por sustitución se realiza mediante la excavación del terreno, donde el peso del material excavado y extraído será igual o proporcional al peso de la construcción a realizar; conociendo cada una de las capas que componen dicho suelo (características del terreno) y según las características de la estructura que sustentará y las cargas que actúen sobre la misma.

Para el procedimiento de este tipo de cimentación, es preciso realizar la excavación hasta llegar a terreno competente y se sustituye el existente por un terreno mejorado y compactado.

Esta constituye una solución válida en casos de espesores y cargas uniformes y pequeñas. Técnicamente, solo se definirán bien las características del material usado en el relleno y terraplenado, la densidad y humedad máxima y espesores de material aportado. Debe realizarse un control con medidas de humedad y densidad en el mismo lugar de la obra, y los ensayos correspondientes de placa de carga para evaluar posibles asientos y deformaciones.

Otro tipo de cimentación que podemos encontrar son las que se realizan por flotación, estas se basan en el Principio de Arquímedes el cual postula que “todo cuerpo sumergido en un líquido estático experimenta un empuje vertical ascendente igual al peso del volumen del líquido desalojado”. Por ello, se debe prever en este tipo de construcciones que se ejecuten perfectamente impermeables calculando la reacción al empuje ascendente vertical para evitar el hundimiento o el volteo de la estructura.

El pilote o sistema por pilotaje, es también un tipo de cimentación profunda, aunque de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas. El pilotaje es utilizado en distintos casos. Algunos ejemplos son cuando existen edificios o construcciones de altura expuestos a fuertes vientos; o que requieren de elementos que trabajen a la tracción, como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo; también cuando es necesario resistir cargas inclinadas, como en los muros de contención de los muelles; y cuando se deben recalzar cimientos existentes.

En la cimentación por pilotaje deben observarse los siguientes factores de incidencia, por ejemplo: el rozamiento y adherencia entre suelo y cuerpo del pilote; la resistencia por punta, en caso de transmitir compresiones, para absorber esfuerzos de tracción puede ensancharse la parte inferior del pilote, para que trabaje el suelo superior; y la combinación de los factores anteriormente mencionados. Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las cargas transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el rozamiento lateral puede ser de importancia según el caso.

Casos en los que se Utilizan

Para utilizar la técnica de cimentaciones profundas, se tienen que cumplir ciertas condiciones. Un claro ejemplo es cuando los esfuerzos transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo.

Otros casos se dan cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales por hinchamientos y retracciones; cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a cierta
profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de baja calidad; cuando los cimientos están solicitados a tracción, tal como ocurre en edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos; o en estructuras que necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo.

También se da esta situación cuando los edificios están ubicados sobre el agua; para resistir cargas inclinadas como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir el impacto de los cascos de barcos durante el
atraque; o para el recalce de cimientos existentes.

Condiciones y Aplicación de las Cimentaciones

Para Ángel Martínez, director de Pilotes Terratest Perú, las soluciones en cimentaciones profundas que pueden aplicarse depende debido a la variedad de tipos de suelos. Entre las tecnologías que él menciona, encontramos la de Pilotes, Micropilotes y columnas de Grava.

Los primeros mencionados, son excavados y ejecutados con camisa recuperable o con lodo bentonítico. Estos pilotes son característicos por la alta capacidad de carga que soporta y por su barrena continua. Además, son de rápida ejecución, pero su capacidad de carga es menor a la de los excavados. También pueden ser metálicos o de concreto prefabricado.

En tanto, los Micropilotes son de diámetro pequeño (300 mm a menos), y se emplean cuando las solicitaciones de carga no son tan altas. También se usan en “grupo” cuando las cargas son más altas pero existen dificultades de acceso a la zona donde se debe realizar la cimentación. Por último, las columnas de grava vienen a ser pilotes hechos de grava y que son aplicables de acuerdo a ciertas características
de carga y de suelo.

El empleo de estas soluciones depende de múltiples factores, una de ellas son las cargas a soportar: “los pilotes de gran diámetro (excavados) son los que más cargas resisten y son los que mayor longitud pueden alcanzar. De acuerdo a los requerimientos de carga, pueden variar en diámetro”, indica Ángel Martinez. El segundo factor tiene que ver con la longitud a la cual se debe cimentar. Probablemente el estrato de suelo resistente sea muy profundo y por carga sea suficiente usar micropilotes, pero por esbeltez se tenga que emplear pilotes. Para el tercer factor, influye el tipo de suelo en el que se va a trabajar. En suelos finos son aplicables todas las soluciones pero en suelos gravosos existen sus restricciones para los pilotes hincados, de barrena continua y/o columnas de grava. Finalmente, otros factores que también son de consideración a la hora de utilizar estas soluciones para cimentaciones, son la presencia de agua y la presencia de licuación
de suelos.

La aplicación de las cimentaciones profundas no distingue ningún tipo de proyecto. Ángel Martinez también indica que a Pilotest Terratest le ha tocado “ejecutar las mismas en obras de infraestructura como la Línea Amarilla, las Líneas 1 y 2 del Metro de Lima, puentes, entre otros”. A la empresa también le ha tocado trabajar en edificaciones como tiendas de supermercados, edificios de vivienda y/o oficinas. También ha intervenido en proyectos de energía, como la ampliación de la Refinería de Talara, plantas solares al sur del país. Y, por último, ha estado involucrada en el sector Minería, en Cimentaciones de Chancadores y/o otras estructuras en distintos proyectos.

Para el representante de Pilotes Terratest Perú, hay ciertos requisitos necesarios “antes de empezar cualquier tipo de proyecto de construcción, lo fundamental es conocer el tipo de suelo en el cual se va a cimentar y para esto lo mínimo e indispensable es realizar un adecuado Estudio de Mecánica de Suelos”. Luego indica que al tener este resultado y saber qué tipo de suelo tenemos, “el diseño estructural debe estar ya definido y los requerimientos necesarios para resolver las dificultades geotécnicas deben ser resueltas por la solución que el especialista en ‘cimentaciones’ proponga y con esto deberán interactuar los especialistas geotécnico y estructural de tal forma que todas las partes coincidan y confirmen que la solución de ‘cimentación profunda’ planteada, es la que deba aplicarse en dicha obra”.

Precaución ante Fallas en el Estudio del Suelo

Para Hugo Egoavil, gerente de Ingeniería y Calidad en Soletanche Bachy, también es necesario descubrir la clase de suelo en la que se está trabajando. Para ello, se requiere un estudio geotécnico que nos revele cuál es el perfil estratigráfico del terreno. Para este proceso de construcción, la empresa decide realizar cimentaciones con pilotes circulares, aplicando la tecnología de revestimiento con camisa y con fluido polimérico y fluido bentonítico. También se ha aplicado, en excavaciones de sótanos, estabilizaciones mediante muros de diafragma.
Sin embargo, ha sido frecuente que se encuentren dificultades en los diferentes tipos de suelos en los que no se han hecho buenos estudios geotécnicos. Cuando esto ocurre, se hallan ciertas zonas del terreno que no son iguales a lo que se mostró en un informe inicial. Para estos casos, existen ciertos protocolos para la obra y se prevé llevando camisas de repuesto, en algunos casos, esto permitiría realizar la cimentación correspondiente y no parar la obra. Usualmente en el estudio geotécnico se define qué tipo de estructura es la adecuada para la obra.

Por su parte, Freddy Triana Rodríguez, gerente de producción en Geofundaciones, indicó que “se pueden emplear cualquier tipo de cimentación profunda”, debido a la variedad de suelos que hay ciertas zonas del país.

“Existen varias técnicas de cimentación profunda desde Pilotes tipo Kelly y CFA, muros pantalla, jet grouting, columnas de grava, inyecciones de consolidación y muchas otras que serían los que mayor protagonismo tienen gracias a la simplicidad de su proceso y su facilidad de montaje y desmontaje de obra”, resaltó Triana. Además, agregó que las tecnologías o soluciones que se aplican para los proyectos de construcción son nuevos sistemas de monitoreo y control de calidad, este se da con sistemas computarizados según la tarea.

Fuente: Revista CONSTRUCTIVO