Cimentacion Puentes .doc

8/19/2019 Cimentacion Puentes .doc

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Cimentación de puentes con pilotes con pilotes, cilindros etc.

Cimentación de puentes con pilotes

con pilotes, cilindros etc.

Compilación y armado Sergio PellizzaDto. Apoyatura Académica I.S.E.S

Tipos de cimentación y sus procedimientos constructivos

2.3. Cimentaciones profundasEstas cimentaciones constan de elementos como pilotes, cilindros ocajones de grandes dimensiones (todos con funcionamiento estructural),y se emplean para transmitir eficientemente las cargas de lasuperestructura a los estratos profundos del terreno de apoyo. Se

justifica su utilización luego de evaluar y concluir que el terreno nopermite cumplir –económicamente- con los requisitos mec nicosfundamentales, utilizando cimentaciones superficiales, como en loscasos de la e!istencia de suelos "landos, sueltos, y#o e!puestos asocavación, t$pica de los cauces de los r$os.%a"e aclarar que, geot&cnicamente, se denomina pilote a un elementoprism tico de cimentación profunda que transmite al su"suelo las cargasprovenientes de la estructura y que, generalmente, se limita a undi metro o anc'o, igual o menor de cm, y las pilas son elementosestructurales de cimentación profunda con dimensión mayor que la delos pilotes, con un m !imo apro!imado de * m. Sin em"argo, para estarde acuerdo con la terminolog$a utilizada por la Secretar$a de%omunicaciones y +ransportes para referirse a los puentes, en estetra"ajo se denominar pilote al elemento de cimentación profunda deanc'o de sección mayor a cm que se cuela en sitio en perforacionesprevias en el terreno en caso contrario, se trata de un pilote 'incado. se utiliza el t&rmino pila para referirse a la parte vertical de lasu"estructura que es generalmente visi"le, se encuentra al aire li"re yapoya directamente a la superestructura. a utilización de laterminolog$a de la S%+ pr cticamente est generalizada entre losconstructores de puentes en /&!ico.

Tipos de cimentación y sus procedimientos constructivos


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2.3.1. Cilindros y cajones de cimentación

Estas cimentaciones consisten en elementos de concreto reforzado, desección transversal cil$ndrica, rectangular, elipsoidal o similar ('ueco alcentro de la sección, 0igura 1.*) que se coloca verticalmente en el suelo

de apoyo, utilizando t&cnicas apropiadas de e!cavación y retiro derezaga. 2 sicamente, se trata de encontrar un estrato resistente "ajo undepósito de suelo de propiedades mec nicas deficientes, con el fin deconseguir un apoyo satisfactorio a una profundidad pr ctica. asprofundidades económicas m !imas que suelen alcanzarse son delorden de 3 m.

Fig. 2.3. Cilindros y cajones (cuchilla cortadora de aceroestructural

4nicialmente, es necesario identificar las partes que integran un cajón ocilindro de cimentación, las cuales son5

•

%uc'illa cortadora de acero estructural (localizada en la parteinferior, 0igura 1.*), es el elemento de ataque para cortar elmaterial donde se va 'incando. 6ntiguamente se fa"rica"an conuna altura de 7.3 m y sección tronco-cónica para formar latransición entre la cuc'illa propiamente dic'a y la pared delcilindro o cajón en la actualidad se 'an reducido a una peque8asección de * cm de altura y la transición se 'ace de concreto,formando parte de la pared, (0oto 1.9).


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Foto 2.! "uente #an $os%

• :ared de concreto reforzado (que constituye el cuerpo principal delelemento, 0otos 1.; y 1.7 ), su resistencia suele ser del orden de13


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Foto 2.& "uente 'a a)Tasajillo

Foto 2.1* "uente +spuelas


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• +apón inferior (generalmente colado "ajo agua), es construido a"ase de concreto simple con resistencia m$nima de 1


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Fig. 2. . "rocedimiento de colado del tapón inferior /ajo agua,con /ote de fondo móvil

• @elleno interior, en la mayor$a de los casos, el cilindro se deja conagua 'asta el nivel fre tico, y sólo en ocasiones e!cepcionales(cuando se requiere aumentar el peso o facilitar la construccióndel tapón superior) se efectAa con algAn material adecuado.


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• +apón superior, comAnmente se ela"ora a "ase de concretoreforzado con resistencia de 13


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Figura 2. . +s uema t4pico de un cajón neum tico (utili ado aprincipios del siglo 55

a secuencia general del 'incado de los cilindros o cajones decimentación por el m&todo del :ozo 4ndio en cauces con peque8os

tirantes de agua o "ien secos, consiste inicialmente en construir, ya seaun terrapl&n o "ien, una e!cavación en el lugar de u"icación del cilindroo cajón. %uando se tiene agua se construye un terrapl&n para evitar lautilización de forros perdidos (cuyo costo es demasiado elevado), y serealiza e!cavación cuando el cauce est seco, con nivel fre tico a ciertaprofundidad (puesto que su costo es "astante m s "ajo que el del'incado), despu&s se nivela una plataforma de tra"ajo so"re la que searma la cuc'illa y se colocan los moldes y el acero de refuerzo para elcolado de la sección tronco-cónica colada y fraguada esta sección, sedescim"ra al alcanzar el concreto una resistencia suficiente y se inicia el'incado (el cual se suspende al llegar el "orde superior o "rocal, a unaaltura conveniente so"re el terreno que facilite la colocación de losmoldes y el acero para el colado del siguiente tramo (0otos 1.9 a 1.7= y0igura 1.B) en esta forma se continAa el ciclo 'asta que la cuc'illa llegaal nivel de desplante necesario. 6l terminar el 'incado (y sólo en caso deser necesario) se limpia el fondo y se cuela el tapón inferior con uso detu"o tremie, de manera similar a como se 'ace para pilotes (0igura 1.9).%uando el concreto tiene la resistencia de proyecto se desagua el


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interior y se inspecciona para determinar el estado del tapón inferior yde la pared, procedi&ndose despu&s al relleno del 'ueco y por Altimo alcolado del tapón superior.

Fotos 2.12 y 2.13 "uente 6tapa


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Foto 2.1- "uente 6tapa


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Fig. 2.7. Terrapl%n en el lugar de u/icación del cilindro o cajón(e6cavación con cucharón

Fig. 2.!. "rocedimiento de colado de pilotes 8in situ9 tipo 0enoto,utili ando tu/o 8tramie9

:rocedimientos de e!cavación utilizados para el 'incado de cilindros y decajones (cauces peque8os y medianos).


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• %on la"or manual5 es una t&cnica primitiva, Anicamente es facti"lecuando el nivel del agua dentro del 'ueco se puede controlarf cilmente, e!cav ndose con 'erramienta manual y e!trayendo elmaterial desde la parte superior mediante un recipiente accionadopor un malacate o draga. ?e"ido a que es lento y peligroso, se

utiliza poco en la actualidad.• %on eyector5 consiste en inyectar aire a presión por un tu"o de

peque8o di metro adosado a otro de di metro mayor que sesumerge en el cauce 'asta el fondo de la e!cavación, formandouna corriente ascendente que arrastra el agua y el material as$erosionado su utilización est limitada a materiales no co'esivoscomo arenas y gravas de tama8o peque8o.

• %on cuc'arones de conc'a de almeja o gajos accionados pormalacates o dragas5 es el procedimiento m s usual en /&!ico yconsiste en dejar caer el cuc'arón a"ierto para que se encaje en elmaterial, cerrarlo e izarlo para e!traerlo (0igura 1.B y 0oto 1.73).:uede utilizarse en condiciones de cauce seco y con tirantes deagua.

Foto 2.1 "uente +spuelas

• %on arietes5 cuando el suelo tiene una dureza tal que no permiteun tra"ajo eficiente con el cuc'arón, entonces se utilizan arietesrectos o arietes inclinados estos est n constituidos por elementosmet licos pesados, con punta en el e!tremo golpeante pararomper o aflojar el material. El ariete recto sólo permite atacar elmaterial que se encuentra en el rea limitada por el per$metrointerior, mientras que el ariete inclinado se utiliza para atacar elmaterial que se encuentra "ajo la sección tronco-cónica.


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• %on "om"as 'idr ulicas5 en algunos casos la e!tracción por"om"eo del agua en el interior del elemento favorece el 'incado,ya que el retiro del agua facilita que a su vez el agua e!terior alelemento fluya entre la pared y el material circundante,provoc ndose as$, adem s de fuerzas de flujo descendentes que

ClastranD al elemento, una lu"ricación que disminuye la fricciónque se opone al 'incado para que esta medida funcione, serequiere que la cuc'illa no est& apoyada en el material del fondo,es decir, de"e e!istir caja "ajo la misma, para que el cilindro ocajón pueda deslizar (0igura 1.;).

Fig. 2.&. +6cavación en 8caja9 de/ajo de la cuchilla de un cilindroo cajón.

• %on lastre5 es un procedimiento que requiere la construcción deplataformas (o m&nsulas) dispuestas en la parte superior o lateraldel elemento para colocar so"re &stas, lastre tam"i&n requiere decaja "ajo la cuc'illa. Esta t&cnica es lenta de"ido a las dificultadest$picas del montaje del lastre, y se utilizó en el :uente . +ampico,del %ap$tulo *.

• %on c'iflones de aire o agua5 en esta t&cnica se utilizan c'iflonescolocados e!terna o internamente al cilindro, los cuales e!pulsanagua o aire a presión, ya sea dirigiendo al fluido 'acia la parteinterna, o "ien, 'acia la e!terna del elemento en el primer caso,se trata de cortar o aflojar el material, siendo necesario utilizar"uzos para guiarlos cuando 'ay tirante de agua en el segundocaso, se trata de reducir la fricción entre el suelo y la pared, por loque se requiere introducir el c'iflón desde el nivel del "rocal 'astacerca de la cuc'illa, dirigi&ndolo a lo largo de todo el per$metro. Enam"os casos, es un tra"ajo lento y se requiere caja "ajo lacuc'illa.


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• %on dinamita5 se utiliza en dos formas, la primera para fracturar elmaterial cuando es roca, o "ien, suelo muy duro con "oleos,requiri&ndose de "uzos para "arrenación (o emplastamiento)cuando 'ay tirante de agua la segunda forma se utiliza paraproducir una vi"ración que rompa la fricción. Es necesario

tam"i&n, tener agua y e!cavación en caja "ajo la cuc'illa. Estat&cnica es peligrosa y la"oriosa de ejecutar, por lo que para suaplicación 'ay que e!tremar precauciones con el personalcalificado de ejecución.

• %on "uzos5 se requieren en muc'os casos, tanto para tra"ajosdirectos, como para inspección y verificación. Su tarea es lenta,cara, dif$cil y peligrosa, y, generalmente, en nuestro medio, estaspersonas no acatan las normas de seguridad que se requieren, loque les puede ocasionar serios pro"lemas de salud. :araprofundidades mayores de 1 m se requiere el uso de una c marade descompresión, de la cual muy rara vez se dispone en o"ra. Enla actualidad, para tra"ajos de inspección ya se est n utilizandoc maras de televisión.

Formalmente es necesaria la com"inación de varias t&cnicas para el'incado de los cilindros y cajones de cimentación, siendo muy dif$cil darreglas generales ya que la forma de 'acerlo depende del tipo ycondiciones de los materiales que se atraviesan, de la 'a"ilidad de losoperadores de los equipos y del ingenio y conocimiento de las personasque est n a cargo de los tra"ajos. :ara facilitar y dar solución a los

pro"lemas que se presentan, 'ay que registrar una serie de datos ycontroles, tales como la naturaleza y espesor de los materiales en quese 'inca, procedimientos y equipos utilizados, desplomes, suscorrecciones, avances logrados en relación con el tiempo, entre otros.

Fo es aconseja"le ni estructural ni geot&cnicamente, dejar que elelemento se desplome y despu&s corregirlo, ya que se provocandesalojamientos en su u"icación al pivotear so"re un punto de la cuc'illa(0oto 1.7 ). a colocación de los moldes de un tramo de"e 'acerse conel desplome que lleva la parte construida (que es dif$cil de determinarcuando el 'ueco interior est lleno de agua), si se colocan verticales, seva formando una l$nea que"rada y llega a darse el caso que no esposi"le continuar el 'incado por la curvatura que presenta el elemento.%uando se est llegando al nivel de desplante requerido, los coladosde"en ejecutarse en secciones de poca altura, ya que puede no serposi"le "ajar el elemento 'asta ese nivel, y en este caso tener quedemolerle la parte so"rante.


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os pro"lemas m s dif$ciles en los 'incados se presentan cuando en elsu"suelo se encuentran grandes "oleos que provocan desplomes alapoyarse la cuc'illa del elemento so"re ellos (0oto 1.7 ) (lo quetam"i&n sucede con los mantos rocosos inclinados), siendoindispensa"le para la solución, el tra"ajo de los "uzos cuando 'ay

tirantes de agua. as arcillas duras tam"i&n dificultan el 'incado y, porlo comAn, requieren c'ifloneo por fuera de las paredes para reducir lafricción, as$ como el uso de arietes inclinados por dentro, antes de colarel tapón inferior (para despegarla de la sección tronco-cónica). :araevitar la fricción se puede disminuir la sección transversal a determinadaaltura de la cuc'illa, rellen ndose el 'ueco con "entonita -conforme se'inca el elemento- misma que se sustituye por mortero (o lec'ada decemento) despu&s de colarse el tapón inferior, para dar nuevamenteconfinamiento lateral. Esta situación puede provocar mayor pro"lemadurante el 'incado a causa precisamente de la falta de confinamiento.En materiales no co'esivos 'ay que vigilar la formación de cr teresalrededor del elemento, los cuales llegan a provocar desplomes o que elequipo de e!cavación caiga dentro de ellos.

Foto 2.1 "uente 'a as)Tasajillo

:or otra parte, los procedimientos de 'incado de cilindros o cajones decimentación en cauces profundos se pueden clasificar gen&ricamente,segAn se utilicen moldes recupera"les (t&cnicas de colado "ajo agua,t&cnica de moldes suspendidos y t&cnica con moldes so"re islotes), o"ien, moldes perdidos (t&cnica de armar el elemento fuera del cauce yt&cnica de armar el elemento en el cauce). as variantes esencialesest n en la forma de la colocación inicial del cilindro o cajón y, el tipo demolde empleado. Se requiere adem s, la utilización de equipo marino(costoso y dif$cil de manio"rar).


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6 continuación se descri"e cada t&cnica de instalación.

7.- %on moldes recupera"les

• Elementos colados "ajo agua. Esta t&cnica consiste en la

colocación simult nea de la cuc'illa, moldes met licos unidos pormedio de tornillos (o pasadores) y el acero de refuerzo de la paredfuera del agua. os moldes se suspenden mediante una grAacolocada so"re un c'al n y se van sumergiendo 'asta apoyarlosen el fondo (dejando so"resalir una longitud adecuada fuera delnivel del agua (0igura 1.7 ). Es conveniente, en forma previa,'acer una peque8a e!cavación en el fondo y sustituir el materialpor otro 'omog&neo y nivelar su superficie para evitar posi"lesdesplomes al apoyar el elemento luego se le colocan retenidas adiversas alturas (para evitar su desplome) y se procede a colar lapared "ajo agua con los tu"os CtremieD necesarios. 0raguado elconcreto, se retiran los moldes, fijando previamente la partesuperior para evitar su volteo, se cuela un cuerpo m s con moldesrecupera"les, y despu&s de su fraguado y descim"rado, se inicia el'incado (0igura 1.77). /ientras no se 'aya alcanzado unaprofundidad aprecia"le, 'ay que tener grandes precauciones paraevitar desplomes, que son muy peligrosos en estas condiciones,puesto que f cilmente pueden caer, por encontrarse su centro degravedad muy arri"a del fondo.


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Fig. 2.1*. Construcción de un cilindro en un cauce de aguaspermanentes


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Fig. 2.11. "rocedimiento de construcción e hincado de cilindrossin perder forros met licos y colando el cuerpo de los cilindros

fuera del nivel del agua• Elementos suspendidos. En esta t&cnica se van colando tramos de

cilindro con moldes recupera"les sostenidos por una armadura


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met lica (apoyada so"re c'alanes separados) que permiten"ajarlos 'asta apoyarlos so"re el terreno. a armadura tieneintegrados dos marcos, uno fijo y otro móvil en el marco móvil sesostiene inicialmente la cuc'illa, el acero y los moldes de laprimera sección del cilindro mediante ca"les de suspensión que

quedan a'ogados en el concreto despu&s del colado, fraguado ydescim"rado, se "aja el tramo para permitir la colocación delsiguiente, accionado el marco mediante gatos de arena. %on otrosca"les anclados en el marco fijo se sostiene la sección, li"erandoel móvil, que se su"e a su posición inicial con gatos 'idr ulicos, seprocede nuevamente a colgarle la sección terminada so"re la quese construir la siguiente, li"erando el marco fijo. Esta manio"rase repite cuantas veces sea necesario para llegar con la cuc'illa'asta el fondo del cauce, entonces se realiza un colado adicional yla colocación de retenidas antes de iniciar el 'incado para evitar suvolteo. Este sistema es caro ya que requiere c'alanes y armadurasde gran capacidad, y Anicamente se utiliza para elementos cortos,por su gran peso.

Nota: Los dos procedimientos anteriores presentan grandes riesgos y dificultades, y de ninguna manera deben ejecutarse en ríos concorrientes de gran velocidad.

• Elementos so"re islotes. %uando el tirante no es muy grande, peroe!iste variación significativa de marea en el lugar donde selocaliza el apoyo, se puede proceder a la formación de un islote

que quede sumergido durante la marea alta (mediante atagu$as opilotes de madera zunc'ados, 0igura 1.71). a cuc'illa se armaso"re tierra en la orilla del cauce con una peque8a longitud demolde perdido am"os estancos, se le coloca el acero de refuerzo,se transporta a la isleta flot ndola durante la marea alta y secoloca en posición, fij ndola con retenidas para evitar sumovimiento al "ajar la marea, &sta queda asentada so"re elislote y se procede de inmediato al colado de la pared (con el finde darle peso suficiente para evitar su flotación al su"irnuevamente la marea), despu&s se coloca un tramo de moldeconvencional, se cuela y se 'inca iniciando nuevamente el ciclo(0oto 1.7B).


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0oto 1.7B %ilindro so"re 4sla

Fig. 2.12. "rocedimiento de construcción e hincado de un cajónso/re una isla

1.- %on moldes perdidos


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• Elementos armados fuera del cauce. En esta t&cnica (so"re lacuc'illa armada en un lugar cercano al cauce), se colocan ysueldan moldes estancos, el acero y los refuerzos necesarios pararesistir la presión del agua a la profundidad que tiene el tirante enel lugar donde se va a colocar, se 'inca d ndole peso mediante

llenado de la pared con agua, por lo que tam"i&n es necesarioreforzarlos para resistir la presión del agua 'acia el e!terior,despu&s se e!cava a su alrededor para li"erarlo del materialadyacente y permitir la entrada de los c'alanes que lostransportan a su lugar. >n incidente particular donde se aplicó estat&cnica se descri"e en el :uente *.3 +u!pan, descrito en el%ap$tulo *. :ara la aplicación de esta t&cnica, se requiere demuc'a e!periencia y criterio en esta etapa, ya que de lasmanio"ras que se realicen depende el &!ito o fracaso de la o"ra,pues f cilmente el cilindro o cajón, puede voltearse, de"ido a que57) su centro de gravedad est muy lejos del apoyo 1) el materialso"re el que descansa no es 'omog&neo *) puede encontrarsealgAn o"st culo "ajo la cuc'illa =) 'ay corrientes de agua queempujan contra la pared y erosionan "ajo la cuc'illa, entre otras.6 partir de aqu$, se alternan los colados e 'incados agregandomoldes estancos perdidos, evitando que el concreto su"ademasiado mientras no se disponga de un empotramiento queasegure su esta"ilidad logr ndose esto, se prolonga el colado entoda la longitud de los moldes perdidos, despu&s se continAa untramo con moldes recupera"les y se inicia el ciclo, nuevamente.

• Elementos armados en el cauce. Esta t&cnica se utiliza cuando 'aytirante de agua suficiente en la orilla del cauce. Se puede iniciar laconstrucción sosteniendo la cuc'illa, la primera sección con moldeestanco perdido y el armado de la pared mediante una grAa odraga. ?e"ido a que en un principio su flotación es inesta"le, seprolongan los moldes y se 'acen colados de poco volumen parairlo sumergiendo, d ndole esta"ilidad y colocando su nivel detra"ajo a alturas convenientes. %uando ya no es posi"lecontinuarlo (por estar cercana la cuc'illa al fondo del cauce),entonces se traslada a su lugar definitivo y se procede en lamisma forma indicada que para el caso anterior.

as manio"ras descritas para la construcción de estos elementos encauces con grandes tirantes de agua presentan dificultades (inclusodesde la colocación de los elementos en su posición definitiva),requiri&ndose para ello el uso de varios aparatos y personal e!pertoavezado en estas manio"ras, para asegurar la posición correcta de lacuc'illa en el momento de colocarla (puesto que sólo se tiene un control


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directo del "rocal y no del fondo), requiri&ndose retenidas a muertos (oanclas) que permitan movimientos en cualquier dirección, ya sea del"rocal o de la cuc'illa, para lograr su posicionamiento correcto.

6 continuación se resumen algunas pr cticas de campo que son

au!iliares en el 'incado de los cilindros y cajones de cimentación.

%uando 'ay tirante de agua, conviene en algunos casos que el nivelinterior se mantenga igual que en el e!terior. a e!cavación de"e'acerse de modo que el elemento vaya descendiendo por su propio pesotratando de controlar los desplomes laterales. En cajones de celdasmAltiples, se ayuda muc'o a mantener la verticalidad e!cavando,alternativamente, en las diferentes celdas.

6l atravesar suelos muy "landos (o arenas y gravas de poco tama8o)puede usarse un eyector para retirar el material del interior, inyectandoagua si fuera necesario, para mantener iguales los niveles dentro y fueradel elemento.

>na vez que el cilindro 'aya llegado a la posición final de proyecto (quede"e 'a"er sido siempre prefijada por el correspondiente estudio decimentación y 'a"er compro"ado que el material e!cavado correspondeal indicado en el proyecto), se le cuela un tapón inferior, generalmente"ajo agua utilizando el procedimiento de Ctu"o tremieD.

En las primeras etapas del 'incado de los cilindros, de"en e!tremarse

las precauciones para guiarlos y que se mantengan en posición correcta.a e!cavación de"e llevarse siempre adelante de las cuc'illas de ataque,pero no conviene que las preceda demasiado o que se 'aga en formades"alanceada.

El control de la verticalidad puede lograrse con dragado diferencial,enderezado por ca"les, gatos, principalmente, ayudando el 'incado pormedio de estructuras e!teriores que le sirvan de gu$a. os c'iflonespueden ayudar tam"i&n a este fin, siempre que la presión del agua seasuficiente para eliminar las causas del desplome, lo que suele e!igirvalores muy altos, del orden de 9 ó 7


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e!cavación y a restringir el flujo lateral, que suele ser el m s da8ino ya"undante.

os cajones neum ticos se utiliza"an a principios del siglo HH, cuando elprocedimiento de pozo indio convencional causa"a p&rdida del terreno

alrededor del elemento, cuando la 'inca vertical se ve$a impedida poro"st culos o cuando, en el caso de cimentaciones "ajo agua, e!ista elriesgo de que materiales arcillosos o arenas finas fluyan "ajo lascuc'illas cortadoras 'acia el interior.

os cilindros presentan frecuentemente desviaciones de la vertical o desu posición en planta durante su 'inca cuando &stas e!ceden un valorestructuralmente permisi"le (a veces se dice que el centro geom&tricode la sección del fondo puede desplazarse 'asta 1 ó * cm sin causarpro"lemas al funcionamiento estructural), puede utilizarse alguna de lassiguientes t&cnicas correctivas5

- E!cavar en el interior en el lado m s alto, yendoligeramente m s adelante que en el lado que 'aya quedado m s"ajo, pero sin interrumpir la e!cavación en &ste.

- E!cavar en el e!terior del lado que 'aya quedado m s alto.

- >tilizar c'iflones en el lado que 'aya quedado m s alto.

- alar al cilindro en el sentido apropiado mediante ca"les

apoyados en muertos. - astrar en la zona apropiada. 6 veces es suficiente

continuar con la construcción del cilindro del lado m s alto ya8adir peso de concreto en lugares convenientes.

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