Reconocimiento del Terreno

El reconocimiento del terreno es una etapa crucial en cualquier proyecto de construcción. Permite determinar las características del suelo y subsuelo, información fundamental para el diseño de las cimentaciones. Se emplean diversas técnicas, que se pueden clasificar en:

• Toma de muestras:
  • Calicata: Muestra superficial.
  • Sondeo mecánico: Muestra profunda.
• Ensayos de penetración:
  • Dinámica: SPT, Panda, CPT din, Borro, DPCH.
  • Estática: CPT, CPTU.
• Ensayos de carga:
  • Presiómetro/Dilatómetro.
  • Placa de carga: Mide asientos.
  • Ensayo Vane: Mide la resistencia al corte no drenada y la sensitividad en suelos cohesivos saturados.
• Ensayos geofísicos:
  • Sísmico.
  • Eléctrico.
  • Electromagnético.

Fundaciones Superficiales

Las cimentaciones superficiales se definen cuantitativamente de forma aproximada y arbitraria como aquellas en que la relación entre su empotramiento (D) y su ancho (B) es menor a 5 (D/B < 5). Cualitativamente, se definen como aquellas que transmiten el estado tensional de la estructura al terreno cerca de la propia estructura.

Estados Límite

Los estados límite son situaciones que, de ser superadas, comprometen la seguridad o funcionalidad de la estructura. En cimentaciones, se consideran los siguientes:

• Hundimiento: Se alcanza cuando la presión actuante (total bruta) sobre el terreno bajo la cimentación supera la resistencia característica del terreno frente a este modo de rotura, también llamada presión de hundimiento.
• Deslizamiento: Se produce cuando, en elementos que soportan cargas horizontales, las tensiones de corte en el contacto de la cimentación con el terreno superan la resistencia de ese contacto.
• Vuelco: Se produce en cimentaciones que soportan cargas horizontales y momentos importantes cuando, siendo pequeño el ancho equivalente de la cimentación, el movimiento predominante es el giro de la cimentación.
• Estabilidad global:
  • Un edificio puede fallar globalmente, sin que se produzcan antes otros fallos locales, cuando se forma una superficie de rotura continua (superficie de deslizamiento) que englobe una parte o toda la cimentación, y en la que los esfuerzos de corte alcancen el valor de la resistencia al corte del terreno.
  • Este tipo de rotura es típico en cimientos próximos a la coronación de taludes de excavación o relleno, o en medias laderas, particularmente si éstas presentan una estabilidad natural precaria.

Estados Límite de Servicio

Se refieren a condiciones que afectan la funcionalidad o estética de la estructura, sin comprometer su seguridad. Se consideran:

• Movimientos admisibles.
• Asentamientos inducidos.

Las tensiones transmitidas por las cimentaciones dan lugar a deformaciones del terreno que se traducen en asientos, desplazamientos horizontales y giros de la estructura que, si resultan excesivos, podrán originar una pérdida de la funcionalidad, producir fisuraciones, agrietamientos, u otros daños. Se debe verificar que: a) los movimientos del terreno serán admisibles para el edificio a construir; b) los movimientos inducidos en el entorno no afectarán a los edificios colindantes.

Condiciones para el buen comportamiento de la cimentación:

• Las condiciones que aseguren el buen comportamiento de la cimentación habrán de mantenerse durante su vida útil, lo que hará necesario considerar la posible evolución de las condiciones iniciales debido a:
• Cambios de volumen espontáneos, como en el caso del colapso de rellenos mal compactados o suelos naturalmente colapsables (loess, algunos limos yesíferos, etc.).
• Cambios de volumen debidos a modificaciones en estado de humedad de terrenos arcillosos potencialmente expansivos.
• Fenómenos de disolución kárstica.
• Socavación en los cauces y orillas de los ríos.
• Erosión interna del terreno por rotura de colectores u otras conducciones de agua.
• Deterioro de los hormigones de las cimentaciones en contacto con terrenos o aguas subálveas agresivas.

Una cimentación o fundación directa es aquella que reparte las cargas de la estructura en un plano de apoyo horizontal. Las cimentaciones directas se emplearán para transmitir al terreno las cargas de uno o varios pilares de la estructura, de los muros de carga o de contención de tierras en los sótanos, de los forjados o de toda la estructura.

Tipos de Fundaciones

1. Zapata combinada: 2 o más pilares contiguos.
2. Zapata aislada: Pilar aislado, interior, medianero o de esquina.
3. Emparrillado: Conjunto de pilares y muros distribuidos en general, en retícula.
4. Losa: Conjunto de pilares y muros.
5. Zapata corrida: Alineamiento de 3 o más pilares o muros.
6. Pozos de cimentación: Pilar aislado.

Zapatas Aisladas

Zapatas Aisladas con Vigas Centradoras

• Zapata aislada: Se utiliza para cimentar cargas aisladas.
• Zapata corrida: Se utilizan para cimentar muros, paredes portantes o de carga y para hileras de pilares situados tan cerca el uno del otro que las zapatas de cada pilar se solapan con las de los pilares adyacentes.
• Emparrillado: Cuando se tienen hileras de pilares en dos direcciones ortogonales del plano de cimentación y se verifica alguno de los supuestos anteriores en los que es aconsejable utilizar cimentaciones continuas en dos direcciones se forma una estructura de cimentación cuadriculada que se denomina emparrillado.
• Losa de cimentación: Se emplea en suelos de capacidad de carga relativamente baja, son útiles para reducir asientos.

Fundaciones Especiales

Incluyen losas de subpresión, Jet-grouting. También se considera la mejora del terreno mediante inyecciones, compactación dinámica, vibrocompactación, columnas de grava, etc.

Conceptos de Tensión en Cimentaciones

• Tensión total bruta (qb): Tensión vertical total aplicada por la fundación justo en el nivel del sello de fundación. Se incluyen todas las fuerzas verticales, tales como: peso de la estructura, sobrecargas y peso de la fundación, etc.

• Tensión total neta (qneta): Diferencia entre la tensión bruta (qb) y la tensión vertical total (σv) existente a nivel del sello de fundación antes de la construcción de la estructura. Es por lo tanto el incremento de la presión total vertical debido a la estructura. (qneta=qb – σv).

• Tensión efectiva bruta (q’b): Diferencia entre la tensión total bruta y la presión de poros. (q’b=qb-u).

• Tensión efectiva neta (q’neta): Diferencia entre la tensión bruta y la presión de poros (q’neta=q’b- σ’v).

qneta=q’neta

• Presión de hundimiento o tensión de hundimiento (qult ó q’ult): Tensión vertical para la cual el terreno agota su resistencia al corte y se produce el hundimiento. Puede expresarse en función de tensiones totales o efectivas, brutas o netas.

• Tensión admisible (qadm ó q’adm): Tensión vertical de la fundación para la cual existe un adecuado factor de seguridad. Puede expresarse en función de tensiones totales o efectivas, brutas o netas. La tensión admisible no tiene por qué ser necesariamente la tensión de trabajo de la estructura, especialmente si la tensión admisible induce asentamientos excesivos. Qadm=qult/FS

• Tensión de trabajo (qtrab ó q’trab): Tensión a la que trabaja la fundación, teniendo en cuenta la resistencia al hundimiento y los asentamientos permitidos por la estructura. Nunca puede ser mayor que la tensión admisible, sí idéntica a ésta. Puede expresarse en función de tensiones totales o efectivas, brutas o netas. Asentamiento total/(qtrab=qadm).

Tipos de Rotura en Cimentaciones

• A) Rotura general: Si el suelo es poco compresible, el mecanismo de rotura se desarrolla sin cambio de volumen y las deformaciones verticales de la cimentación se producen solamente si se moviliza una masa de terreno a lo largo de una superficie de terreno.

  • Superficies de deslizamiento bien definidas que afloran en la superficie.
  • Levantamiento de terreno a ambos lados.
  • La rotura puede ser repentina y catastrófica.

• B) Rotura por punzonamiento: Si el suelo es muy compresible, las deformaciones verticales de la cimentación pueden producirse por la disminución de volumen del suelo debajo de la cimentación.

  • Se producen grandes desplazamientos verticales debido a la compresibilidad del suelo.
  • La rotura puede no ser catastrófica.
  • No se producen levantamientos laterales.

• C) Rotura Local: Con cierta compresibilidad del terreno, puede aparecer una situación intermedia entre las dos roturas.

Cr: Compacidad relativa a la arena. / Df: Profundidad de la fundación.

Se considera cimentación superficial aquella que transmite las cargas de la estructura a las capas más superficiales del terreno. Cuando la profundidad de cimentación es claramente mayor que el ancho (o dimensión menor en planta) del elemento de cimentación (zapata), la cimentación debe considerarse semiprofunda o profunda.

Formulación de Terzaghi y Peck (1967)

• I) Zona activa inmediatamente debajo de la fundación.
• II) Arcos de espiral logarítmica, zona radial.
• III) Zonas pasivas.

Formulación de Brinch-Hansen

El método de cálculo para obtener la presión de hundimiento de una cimentación propuesto por Brinch-Hansen (1961) es una recopilación de diferentes métodos de cálculo propuestos por diferentes autores, aunque básicamente parte de la ecuación de Terzaghi, en cuanto a formato de expresión, a la que le añade unos parámetros correctores de forma, profundidad e inclinación de la carga.

Formulación de Brinch-Hansen

Fundaciones Profundas

• Cuando los niveles superficiales del terreno son poco resistentes o muy compresibles, las fundaciones superficiales no pueden cumplir con los requerimientos de Factor de Seguridad (FS), o reducir asentamientos. Para estos casos es necesario dirigir la carga o transmitir a niveles más competentes y más profundos, para ello se utilizan las fundaciones profundas.
• Un pilote es un elemento de cimentación en el que predomina la longitud sobre cualquier otra dimensión. Normalmente se considera que un cimiento profundo es un pilote cuando la longitud total del elemento es igual o superior a ocho veces el ancho o dimensión mínima del mismo. Pueden ser de acero, concreto y/o madera.

Tipos de Pilote

• Pilotes prefabricados: Son piezas rectas de madera, hormigón armado, hormigón pretensado o acero que se introducen en el terreno por golpeo o vibración hasta alcanzar la profundidad necesaria.

• Pilotes excavados y hormigonados in-situ: Se ejecutan realizando una excavación del diámetro y longitud adecuados, en la que se introduce la armadura de acero necesaria para, finalmente, rellenar el hueco con hormigón. Debido a esta forma de instalación, que requiere extraer un volumen de suelo para construir el pilote.

Cuándo se Usa un Pilote

• Estrato blando y alcanzar donde se pueda afirmar.
• Estrato que genera presión negativa.
• Gran estructura que requiere buena fundación.
• Cuando se tienen fuerzas verticales y horizontales actuando.
• Suelo estable y suelo inestable.

Carga de un Pilote

Cuándo se Usa un Pilote

• El pilote columna es aquél en el que toda o gran parte de la carga que recibe en su cabeza se transmite íntegramente a la punta.

• Pilote flotante: Aquel donde la carga va a parar al terreno a través del rozamiento por el fuste.

Zonas de Carga en un Pilote

• La movilización de la carga por punta da lugar a la formación de unas zonas plastificadas por debajo de la punta del pilote, pero que se vuelven sobre sí mismas para alcanzar al fuste del pilote en una cierta longitud.

La resistencia por fuste se ve afectada por el sistema de colocación de los pilotes.

A lo largo del fuste de un pilote, el terreno presiona horizontalmente sobre él con una presión efectiva que varía con la profundidad.

Como puede apreciarse, la tensión unitaria qf se compone de dos términos, uno debido al rozamiento de las tierras con el pilote y otra a la adherencia entre ambos; el primero es semejante a la resistencia friccional y el segundo a la resistencia por cohesión. La presión efectiva horizontal sobre planos verticales en un suelo es proporcional a la presión vertical efectiva sobre planos horizontales.

Resistencia por Fuste en Arenas

Nota: valor máximo de qf= 70KPa

Resistencia por Fuste en Gravas

Resistencia por Fuste en Arcilla

Rozamiento Negativo sobre los Pilotes

• Asientos en terrenos poco competentes, alrededor de un pilote, generan que el suelo quede colgado a esta estructura, ocasionando tensiones tangenciales hacia abajo, lo que se denomina rozamiento negativo.

Coeficiente de Balasto

• Este parámetro asocia la tensión transmitida al terreno por una placa rígida con la deformación o la penetración de la misma en el suelo, mediante la relación entre la tensión aplicada por la placa (ensayo placa de carga) “q” y la penetración o asentamiento de la misma “y”. Generalmente se la identifica con la letra “k”. K=q/y

Etiquetas: asentamientos, capacidad portante, Cimentaciones, Fundaciones, Mecánica de Suelos, zapatas