Cuando se realizan excavaciones abajo del nivel de la cimentación de estructuras adyacentes, usualmente es necesario soportarlas temporalmente. La instalación de apoyos temporales se llama apuntalamiento.
En uno de los métodos de apuntalamiento, se labran en las paredes de los edificios vecinos, ranuras en las que se insertan postes inclinados para soportar el peso de la parte del muro que queda arriba de los apoyos, (fig. 15.la). Las bases de todos los postes deben apoyarse sobre plataformas, semejantes a las usadas en los codales (fig. 8.1). Este método es adecuado solamente para estructuras sin importancia.
Se obtiene un mejor apoyo, cortando los muros o columnas en sus bases e insertando gatos entre las cimentaciones y los muros o columnas que soportan. Al progresar la excavación y producirse asentamientos en el suelo circundante, pueden ajustarse los gatos para mantener los muros o columnas a su nivel original.
Figura 15.1 Métodos de apuntalamiento a) Con ranura en la pared b) Viga atravesada.
Figura 8.1 Métodos comunes para apuntalar los frentes de las excavaciones poco profundas.
En otro tiempo se usaron perforaciones excavadas a mano con ademe de madera y todavía pueden usarse con ventaja, especialmente en las recimentaciones. El método mejor conocido se originó en Chicago en 1892 (General Wm. SooySmith, Stock Exchange). Es particularmente adecuado para arcillas sin inclusiones de agua. En el método de Chicago, se hace una perforación circular de cuando menos 1 m de diámetro, a mano, con una profundidad que varía de 0.5 a 2 m, lo que depende de la consistencia de la arcilla. Se ademan luego las paredes del agujero con tablas verticales, conocidas como forro. El forro se mantiene en su sitio por medio de dos anillos circulares de acero (fig. 13.1). Luego se continúa la excavación, hasta que se instalan otras tablas de forro y anillos. Cuando el agujero llega al estrato en el que se van a apoyar las cimentaciones, puede ampliarse el fondo o acampanarse para aumentar el área de apoyo. Los anillos y las tablas del forro se dejan en su lugar cuando el agujero se llena de concreto.
En Kansas City desde 1890, se construyeron pilas de cimentación con profundidades mayores de 15 m y de 1.40 de diámetro que atravesaron material de relleno y arcilla hasta una caliza; se construyeron en perforaciones hechas con herramientas mecánicas y ademadas (L. Curtis, City Hall). En el siguiente medio siglo, se hicieron intentos semejantes, pero en la actualidad, la mayor parte de las pilas que pasan a través o penetran en suelos cohesivos, se excavan por medio de máquinas montadas en camiones o en orugas (fig. 13.2), equipadas con barrenas rotatorias o cangilones provistos de cuchillas. Por medio de este procedimiento se han hecho agujeros de 0.30 a 3.50 m, a profundidades que sobrepasan los 30 m. Existen varios aditamentos para ampliar los fondos de las excavaciones en suelos duros, o para perforar en la roca. Cuando las perforaciones se llenan directamente de concreto, se llaman pilas coladas en el lugar sin moldes.
Figura 13.1 Método Chicago para hacer excavaciones para pilas.
Si las condiciones del subsuelo son tan desfavorables que no permitan la instalación de cimientos por cualquiera de los métodos descritos en los párrafos anteriores, pueden instalarse tubos de acero de gran diámetro por un procedimiento en que se combinen los mctodos de hincado de pilotes y los de excavación abierta. Los tubos se hincan con los extremos abiertos, unos cuantos metros cada vez y se limpian por medio de chorros de aire, de agua, o herramientas de cable semejantes a las que se usan en la perforación por percusión. Estas perforaciones casi siempre se llevan hasta la roca. Comúnmente se continúan algo en ella por percusión o por rotación, antes de limpiar finalmente el agujero y de llenarlo con concreto. Las pilas formadas por este método son caras, pero usualmente pueden soportar cargas muy elevadas y ser instaladas en casi todas las condiciones del subsuelo. El desarrollo de las pilas de tubo de gran diámetro, ha reducido mucho los casos en que podrían haberse empleado los métodos con aire comprimido.
Figura 13.2 Perforadora montada en orugas sacudiendo el suelo de la barrena después de haber excavado un agujero de 1.2m de diámetro.
Para excavar siempre es necesario extraer material y, en consecuencia, se
produce un cambio en el estado de esfuerzo en la roca o suelo, debajo y a los
lados del espacio excavado. Este cambio ocurre se entiben o no los frentes del
corte. Como ningún material puede sufrir un cambio de esfuerzo sin las
deformaciones correspondientes, la excavación siempre está asociada a
movimientos de la superficíe del terreno adyacente.
Fig. 8.4Apuntalamiento típico en excavaciones anchas y profundas.
Fig. 8.5 Uno de los varios sistemas de tirantes para
soportar frentes verticales de cortes. Pueden usarse varios grupos de anclas, a
elevaciones diferentes.
Estos movimientos
usualmente tienen el carácter de asentamientos, pero en algunos casos raros, la
superficie del terreno puede subir.
Por otra parte, un apuntalamiento proyectado correctamente y construido con
cuidado puede reducir materialmente el cambio en la presión lateral en el
material adyacente a la excavación y, por lo tanto, es capaz de reducir los
asentamientos a un valor que puede considerarse como prácticamente mínimo para
un trabajo particular. Donde los asentamientos pueden dañar estructuras
adyacentes, es uno de los deberes principales del ingeniero asegurarse de que
el método propuesto para apuntalar las excavaciones es capaz de reducir los
asentamientos a valores tolerables.
Si se satisface esta condición y los asentamientos son
excesivos, el daño puede atribuirse a la falta de una buena mano de obra de parte
del personal de construcción.
Una precaución común y conveniente para reducir los
movimientos del terreno adyacente al mínimo práctico, consiste en preesforzar
cada puntal cuando se inserte. Se ilustra un método en la fig. 8.7. Antes de
insertar un puntal, se equipan con gatos hidráulicos dos puntales auxiliares
para aumentar la distancia entre los largueros contra los cuales se va a apoyar
el puntal. Luego se inserta el puntal y se aprieta bien con cuñas, de manera
que permanezcan en el puntal esfuerzos de varias toneladas cuando se aflojen
los gatos.
En muchas obras, han ocurrido movimientos excesivos y aun
fallas aunque el sistema de apuntalamiento estaba bien proyectado. Las dificultades se
originaron debido a que los pasos de la secuencia de la excavación y
apuntalamiento no estaban bien especificados o no se siguieron, y se permitió
que la excavación avanzara demasiado, antes de que se instalara el siguiente
grupo de apoyos. No es raro que la excavación y el apuntalamiento
de una misma obra lo hagan diferentes contratistas. Como el apuntalamiento
interfiere con la excavación, la tendencia deJ contratista de excavación es
adelantar todo lo posible antes de que se coloque el apuntalamiento, lo que
debe evitarse con procedimientos rigurosamente estipulados y cumplidos.
Fig 8.6 Método para construir los muros de los sótanos antes
de hacer la excavación general.
Cuando las consecuencias de los asentamientos de la propiedad adyacente o una
falla sean serios, se hacen observaciones en el campo para advertir con
anticipación las tendencias desfavorables. Estos estudios pueden
incluir la medida de movimientos laterales y verticales del entibamiento y el
apuntalamiento, de las fuerzas que se producen en las rastras y en los
puntales, de los asentamientos de las estructuras adyacentes, y de los niveles
piezométricos colocados debajo y al lado de Las excavaciones.
Fig. 8.7 Método para preesforzar los puntales en los frentes
de excavaciones.
