Universidad Nacional Del Centro Del Perú

Facultad De Ingeniería Civil

ING. DE CIMENTACIONES

CALZADURAS

Las calzaduras son estructuras provisionales que se diseñan y construyen para sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de las excavaciones efectuadas. Tienen por función prevenir las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la integridad del terreno colindante y de las obras existentes en él, hasta que entren en funcionamiento las obras de calzadura y/o sostenimiento definitivas.

INTRODUCCION

• Conocer los parámetros necesarios para el posterior diseño de este tipo de estructura.

• Saber cuáles son los limites (valores mínimos y máximos) en la aplicabilidad del diseño.

• Conocer el proceso constructivo.

OBJETIVOS

La calzadura es un elemento que soporta carga vertical la cual se transmite a un estrato inferior del suelo. Los propósitos son:a) Para consolidar la cimentación de una estructura

existente. Tal es el caso de una estructura que ha sufrido asentamientos. Este caso es frecuente en edificaciones de valor arquitectónico o histórico que por estar cimentadas sobre terrenos que se consolidaron con el tiempo han sufrido asentamientos que comprometen su estabilidad y se requiere nivelar la estructura y detener los asentamientos.

DEFINICION

b) Para darle mayor capacidad portante a la cimentación y podría requerir buscar un estrato de suelo más resistente a mayor profundidad o reforzar la misma cimentación ampliándola.

c) Para protección de la propiedad vecina - edificaciones o taludes cuando se va a realizar excavaciones cercanas. En este las obras de calzadura tienen carácter temporal ya que su función de contención y confinamiento será asumida definitivamente por la nueva construcción.

DEFINICION

En el primer caso no son propiamente calzaduras, son pantallas de contención. Esta es la práctica usual en Norteamérica, Europa y en algunos países de Latinoamérica. (Como en el caso tan sonado de la pantalla de contención en Bogotá y fue reportada en la revista El Ingeniero Civil Nros. 92 y 96).En la pantalla de contención no hay transferencia de carga vertical a los estratos siguientes, en este aspecto, no son propiamente una calzadura.

Un segundo caso, cuando al profundizar en el terreno vecino, lo hacemos por medio de una edificación existente, estamos construyendo realmente las calzaduras, porque, además de los empujes laterales que existen vamos a tener que transmitir parcialmente la carga vertical de la cimentación existente a un estrato más bajo.

Los anclajes son elementos constructivos que ayudan a mantener la estabilidad, ya que estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la profundidad excavada, reciben importantes empujes de la tierra y también los efectos producidos por el agua, de modo que este recurso les permite reforzar y asegurar su estabilidad. Dentro del diseño de muros pantalla existen varias alternativas a elegir de acuerdo a las características del terreno y de la edificación a construir:Los Muros Pantalla se realizan previos al vaciado del terreno, cuando debe excavarse a profundidad considerable y, por ende, debe contenerse el empuje de las tierras y de edificaciones colindantes.

ANCLAJES

TAREAS PREVIASAntes de comenzar con los trabajos de excavación de los paneles, se construyen dos muretes-guía de 0,8 a 1,5 metros de profundidad cuya función es definir el recorrido horizontal de la máquina.

APLICACIONES:• Sótanos de edificios.• Aparcamientos subterráneos.• Comunicaciones subterráneas (túneles pozos).• Obras marítimas y portuarias (diques secos),

cimentaciones profundas.FACTORES PARA SU USO

• Características del suelo• Presencia de humedad• Altura de la excavación• Procedimiento de excavación• Medidas de Protección• Apuntalamiento

Del terreno:• Perfil estratigráfico.• Características geotécnicas de las distintas

capas. De los edificios próximos.• Estado de conservación.• Tipo de estructura. De obras subterráneas

próximas.• Situación y características de la obra que se

proyecta• Profundidad de excavación.• Acciones de la estructura.

DATOS PARA EL DISEÑO

Se deberá proveer toda la información referente al perfil de suelos que será involucrado por la obra de calzadura y/o sostenimiento, dicha información deberá incluir como mínimo: el perfil del suelo mostrando sus diferentes estratos y el nivel freático, las características físicas, el peso unitario, el valor de la cohesión y el ángulo de la fricción interna de los diferentes estratos que lo componen, según se aplique, debiendo obtenerse conforme se indica en la Norma.En caso de ser requerido el bombeo o abatimiento de la napa freática, el Profesional Responsable deberá proponer los coeficientes de permeabilidad horizontal y vertica, aplicables al cálculo del caudal de agua a extraer y deberá prevenir cualquier consecuencia negativa que pueda ocasionar a la obra o a las edificaciones existentes.

PARAMETROS DE CALCULO Y OTRAS CONDICIONES

DISEÑO DE CALZADURAS

La razón fundamental es q las calzaduras trabajan como un muro de contención, generalmente en voladizo y los empujes laterales son mayores en terrenos sueltos.Los empujes laterales que el terreno transmite a la calzadura son en forma triangular, cuya magnitud depende de:

• Peso específico del terreno• Angulo de fricción del terreno• Cohesión del terreno• La sobrecarga en el terreno vecino

Teniendo estos parámetros se diseñan las calzaduras.

DISEÑOS DE CALZADURACRITERIOS Y CONSIERACIONES QUE SE DEBE TENER EN CUENTA

PROCESO COSTRUCTIVO

Donde:

DISTRIBUCIONDE FUERZAS PARA EL DISEÑO

NOTA: El objetivo fundamental de diseño de calzaduras es dimensionar la base de la misma, que sea capaz de soportar las presiones laterales y la fuerza vertical producto de la edificación colindante. Para ello se debe considerar un factor de seguridad más apropiado.

EJEMPLO DE DISEÑO DE CALZADURA

Antes de calcular las cargas actuantes, primero se definieron los pesos específicos: Para el concreto armado: 2.4 Ton/m3; para el concreto ciclópeo: 2.3 Ton/m3; para la tierra: 2 Ton/m3.  Posteriormente, se hicieron algunas pruebas con diferentes dimensiones de la calzadura hasta que se llegó a unas dimensiones que cumplían con los factores de seguridad tanto de volteo como de deslizamiento. Las cargas actuantes en la calzadura fueron las siguientes:Donde:

EJEMPLO DE DISEÑO DE CALZADURA

Para el cálculo de esta carga se consideraron tres pesos: El peso propio, el peso de un muro de ladrillos y el peso de un techo que se apoya en el muro de ladrillos el cual tiene una luz de 6 m. y para el cual se ha considerado que carga un peso por área de 1Ton/m².

Una vez calculado esto, se procedió a calcular los empujes laterales. Para ello se halló previamente el valor del coeficiente de Ca:

Conocido este valor, se calcularon los empujes activo y de sobrecarga:

EJEMPLO DE DISEÑO DE CALZADURA

Conocidas todas las fuerzas actuantes, se procedió a realizar las verificaciones por deslizamiento y por volteo. Para ello, lo que se buscó fue que los factores de seguridad en ambos casos fueran mayores a 1.25. VERIFICACIÓN POR DESLIZAMIENTO: Debe cumplirse que el F.S. = Sumatoria de las fuerzas resistentes / Sumatoria de las fuerzas actuantes > 1.25.

Donde 0.45 es el coeficiente de fricciónVERIFICACIÓN POR VOLTEO: Debe cumplirse que el F.S. = Sumatoria de momentos resistentes al volteo / Sumatoria de momentos que quieren voltear la calzadura > 1.25

Habiéndose verificado por deslizamiento y por volteo, se concluyó que las dimensiones de la calzadura son adecuadas.

GRACIAS…

CONCLUSIONES• El límite de la calzadura (H) sin puntales depende del tipo del

terreno y la edificación a calzar.• Cuando hay agua en el subsuelo, el método de la calzadura

debe acompañarse con tablestacados o sistemas de apuntalamiento provisionales.

• El Concreto de la calzadura debe tener poco cemento (aprox. 4 a 5 bolsas/m3) y la menor cantidad de agua posible compatible con una trabajabilidad adecuada.

• Las calzaduras son obligatorias y necesarias , se harán dejando bloques sin vaciar según el número de pisos y carga que tenga el vecino , así se pueden llenar alternadamente cada bloque o si no dejando varios bloques sin vaciar con la finalidad de no debilitar la construcción vecina.

RECOMENDACIONESMuy importante es seguir el correcto procedimiento en este tipo de estructura, ya que la mayoría de accidentes en obra se dan en esta etapa, hay casos que se recomienda también apuntalar el muro que se está calzando y tener siempre una escalera cerca para una salida rápida en caso de riesgo, cuidemos siempre la integridad de nuestro personal.

Las excavaciones de más de 2.00m de profundidad requeridas para alcanzar los niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no deben permanecer sin sostenimiento, salvo que el estudio de Mecánica de Suelos realizado, determine que no es necesario efectuar obras de sostenimiento.

En el caso de cortes para sótanos y/o cimentaciones, el Contratista deberá encargar a un especialista el estudio de la estabilidad de los cortes. En cualquier caso, las excavaciones verticales de más de 2,00 m de profundidad, requeridas para alcanzar los niveles de sótanos y cimentaciones, no deben permanecer sin calzadura y/o sostenimiento, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario.Los cortes no verticales también deberán calzarse y/o sostenerse a menos que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario ejecutar dichas obras.

EFECTO DE LOS SISMOSDe producirse un sismo con una magnitud mayor o igual a 3,5 grados de la Escala Richter, el contratista a cargo de las excavaciones, deberá proceder de inmediato, bajo su responsabilidad y tomando las precauciones del caso, a calzar y/o sostener cualquier corte de más de 2,00 m de altura, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario.

ESTABILIDAD DE LOS CORTES

La ausencia de cargas horizontales sobre una calzadura puede ser un fenómeno temporal, cuya presencia dependerá:Del tiempo que la excavación permanezca sin soporte.Del tipo de suelo involucrado.De contingencias tales como: variaciones en la carga hidrostática(humedecimiento y secado), sobrecargas estáticas durante el proceso constructivo, y por sobrecargas dinámicas(sismos y vibraciones causadas artificialmente).El Contratista de la Obra debe tener en consideración estas situaciones y no deberá permitir que la calzadura permanezca sin soporte horizontal, por un tiempo tal que permita la aparición de grietas de tensión y fuerzas no previstas en el cálculo de la calzadura (permanente o eventual), y que puedan producir el colapso de la misma.

CARGAS HORIZONTALES

El Profesional Responsable de la Obra deberá determinar la profundidad máxima o altura crítica (Hc) a la cual puede llegar la excavación, sin requerir soporte.No se permitirán excavaciones sin calzadura, si las mismas dejan sin soporte a las cimentaciones vecinas.

EXCAVACION SIN SOPORTE

APLICACIONESTanto los muros de pantalla como las calzaduras son aplicados en cimentaciones cercanas a estructuras existentes pero que su cimentación se encuentra en un nivel más elevado q la cimentación a construir. Su función principal es evitar la sedancia del terreno y la edificación adyacente durante la construcción de una nueva edificación.A continuación mencionamos algunas construcciones en las que se requiere la construcción de calzaduras.Sótanos de edificios.Aparcamientos subterráneos.Comunicaciones subterráneas (túneles pozos).Obras marítimas y portuarias (diques secos).Cimentaciones profundas.