FUNDACIONES  

La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable.

La fundación estará’ bien diseñada si cumple adecuadamente con su doble función,  estabilidad y resistencia, controlando dos estados límites a saber,  las condiciones de  servicio y las condiciones de falla por resistencia.

A estas dos condiciones de falla se les llama estados limites, porque ambas determinan si una fundación sirve o no.

1.      Estado limite de servicio o de funcionamiento:

Aunque la estructura, incluyendo la fundación,  no presente un daño físico de ella misma se considera que falla cuando ella no tiene un comportamiento adecuado que hace que esta salga de funcionamiento.  Se puede llegar al estado límite de servicio cuando se presentan los siguientes problemas en el suelo o la cimentación: (ver NSR-98, título H.4.1)

A.     Asentamientos diferenciales y totales.  Un asentamiento diferencial entre dos fundaciones continuas de una misma edificación puede producir ladeo de la estructura y podría llevarla a un posible volcamiento.

El estado límite en este caso corresponde a sacar la estructura de funcionamiento por el hecho de presentarse una rotación que produce sensación de inseguridad en los ocupantes sin tener que haber llegado a la perdida total del equilibrio.

En el caso de un edificio cualquier movimiento diferencial de un apoyo con respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas de diseño de la estructura, con la posibilidad de presentar fallas locales en vigas de conexión o en cualquier otro elemento.

Los asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores dependiendo del sistema estructural de la edificación:

En pórticos  L/300

En muros L/500 a L/1000

Donde L corresponde a la distancia horizontal entre apoyos.

Note que para muros se es mucho más exigente ya que los muros son mas rígidos (admiten menos deformaciones) que los pórticos.

Recordemos por las ecuaciones de pendiente deflexión que cualquier asentamiento de un extremo de un elemento viga con respecto al otro extremo, causa una variación de los momentos de extremo igual a:

B.     Desplazamientos o levantamientos excesivos causados por suelos expansivos

C.     Daños locales o generales causados por fenómenos de erosión interna, lixiviación o dispersión.

D.     Vibraciones excesivas causadas por estructuras o cargas móviles (motores o maquinas) que afecten el confort de los ocupantes.

E.      Daños locales en partes de la estructura por falta de juntas de expansión y de contracción.  

1.      Estados límites de resistencia:

Esta asociado a la falla física (rompimiento o fractura) de los componentes de la fundación o de cualquier parte de la estructura por un mal comportamiento del sistema suelo-cimentación.  Se puede llegar al estado límite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de los siguientes problemas:

A.     Falla del suelo por exceder su capacidad portante

B.     Disminución del equilibrio por inestabilidad del terreno.

C.     Amplificación y o modificación de las ondas sísmicas que viajan por el suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia con ella.

D.     Falla de la estructura por el cambio de las propiedades del suelo al presentarse el fenómeno de licuefacción durante un sismo.

E.      Falla de la estructura de la cimentación como tal.

F.      Falla de la estructura por falta de amarres que den integridad estructural.  

En estos estados podemos detectar que las condiciones de falla en su mayoría se deben al suelo en su interacción con la estructura.

Un buen diseño debe entonces dimensionar las fundaciones para que en su trasmisión de cargas al suelo no hagan fallar el suelo y diseñar estas fundaciones para que ellas estructuralmente no fallen.

El ingeniero geotecnista es quien se encarga de la parte del suelo en su interacción con la estructura, en un estudio de suelos nos informa, a los ingenieros estructurales, el tipo de fundación a utilizar, la capacidad de carga admisible del suelo, las recomendaciones constructivas, el coeficiente de aceleración sísmica, el coeficiente de sitio que tiene en cuenta la amplificación de las ondas sísmicas, las recomendaciones para las estructuras de contención y el tratamiento de taludes, el control de aguas y las recomendaciones para los pisos y pavimentos si los hay.

El título de la norma que controla los estudios geotécnicos es el H. En este título se encuentran todos los estados limites de falla.  

TIPOS DE FUNDACIONES

De acuerdo con la profundidad de desplante (profundidad de contacto entre estructura y suelo) se dividen en superficiales y profundas.

 

Fundaciones superficiales: Zapatas aisladas, zapatas excéntricas, zapatas combinadas (caso de pocas columnas o caso de todas las columnas de una edificación en el cual se convierte en una losa de fundación), zapatas amarradas y vigas de fundación en el caso de muros.  

Fundaciones profundas: Pilas o caisson y pilotes (hincados o vaciados en el sitio).

 

Otras son:

Losas de fundación: cimentación compensada o losa flotante

Fundaciones masivas: se utilizan para maquinaria que produce vibraciones. Se busca que el peso de la fundación sea 1,5 veces el peso de la maquinaria. También se usan en torres de energía.  

Condiciones de apoyo a la superestructura:

Las condiciones de apoyo, ya sea empotramientos o articulaciones, se logran por medio de un adecuado sistema de fundación y del suelo en si. 

Estructuras modeladas con apoyos de empotramientos exigen que la fundación sea capaz de absorber cualquier tipo de rotación.  Como es sabido, el suelo es un material que no aguanta esfuerzos de tracción, por lo tanto, en el caso de fundaciones superficiales sobre suelos poco compresibles, los momentos se pueden absorber con una transmisión no uniforme de los esfuerzos de contacto con el suelo; en el caso de suelos compresibles, esta hipótesis no es suficiente para asegurar que no se presentará ladeo de la fundación, en este caso se recomienda lograr la estabilidad al vuelco por medio de vigas de amarre de fundación, muertos en concreto o cualquier otro elemento que pueda dar reacción de par.  En todos los casos se recomienda construir la fundación a cierta profundidad y colocar un lleno estructural sobre ella de tal manera que se ayude a impedir la rotación.