FUNDACIONES
• Historia y función de las fundaciones de estructuras
• Elementos de fundación. Tipos y clasificaciones.
• Métodos prácticos de análisis y diseño
•
Fundaciones Superficiales
•
Transmisión de cargas
•
Teorías de Capacidad de Carga
•
Asentamientos
•
Fundaciones Profundas
•
Transmisión de cargas
•
Teorías de Capacidad de Carga
•
Asentamientos
Función de las fundaciones
• La Fundación es la parte de una estructura civil que,
en contacto con el suelo o la roca, soporta y transmite
las solicitaciones, permanentes y/o transitorias, que
actúan sobre la misma.
• Modernamente: La Ingeniería de Fundaciones
(como sub-disciplina de la Geotécnica) es el arte de
aplicar, económicamente las cargas estructurales al
suelo, evitando deformaciones excesivas (la
deformación es una realidad física).
Historia de las Fundaciones
• Es una de las artes más antiguas de la actividad humana.
Nace con la necesidad de construir del ser humano al dejar
de ser nómada (hace 12.000 años aproximadamente). Las
fundaciones fueron siempre uno de los tópicos más
abandonados de la tecnología de la construcción y de la
arquitectura.
•Mesopotamia: Suelos blandos de aluvión. Utilización de
ladrillos cerámicos apoyados sobre esteras de cañas.
• Egipto: Construcciones religiosas monumentales. Bloques
de roca apoyados directamente sobre arenisca.
• Biblia: En el antiguo testamento figura una recomendación
sobre la fundación de estructuras. Fundar en roca en lugar de
en arena.
• Antigua Grecia: Viviendas livianas (madera) y templos
religiosos de piedra fundados sobre colchones de roca.
• Antigua Roma: Gran desarrollo general de las técnicas de
construcción.
La expansión del imperio necesito desarrollar la ingeniería civil
(acueductos, caminería, infraestructura de ciudades, etc.) y
militar (fortificaciones, etc.).
Aparece el cemento pozolánico, la estabilización de suelos y las
primeras reglas y principios escritos referidos a la arquitectura y
la construcción
permite la especialización racional de
arquitectos y artesanos (de generación en generación).
Vitruvio (S I a.c.) – Esos principios fueron comúnmente
utilizados en Europa hasta entrado el S XVIII, hasta que se ganó
conocimiento basado en la experiencia.
• Edad Media: Al inicio hubo una involución de las técnicas.
Entre el S V y el S VIII – Al desintegrarse el imperio, mermó el
número y la calidad de arquitectos y artesanos especializados
Estructuras toscas y de proporciones modestas.
Periodo pre-románico: Colocar escombros mezclados con mortero
pobre o arcilla dentro de excavaciones con las dimensiones de la
edificación. Las fundaciones dependen del espacio disponible y no de
las cargas y la capacidad portante.
Período Románico: Desde el 1000 d.c. a segunda mitad de S XII.
Colocación de grandes trozos de roca o escombros en las caras
externas del área de la edificación y luego se rellenaba el centro con
escombros o trozos de roca de menor tamaño y, en ocasiones, se
mezclaba con mortero de cal o de arcilla-cal.
Período Románico: Prácticamente todas son Fundaciones Superficiales
1053-1272
Período Gótico: De comienzos del S XII a las primeras décadas del S
XVI.
Fundaciones más adecuadas. Morteros de mejor calidad y bloques de
roca mejor cortadas (más regulares). Selección del lugar de instalación
y cierto reconocimiento de las condiciones del subsuelo.
-Fundación
por
columnas, sin ensanche,
con arcos entre ellas.
-Pilotes de madera con o
sin una cama de
durmientes.
-Capa anticapilar
arcilla o roca.
de
Madera
Renacimiento (S XIII al S XVI) y Período Barroco (S XVI al S XVIII):
los métodos de fundación fueron similares a lo que existía hasta
entonces (inclusive hubo una regresión).
El punto de inflexión en la Ingeniería de Fundaciones se dio en el
período Neoclásico (S XVIII al S XX).
Los avances tecnológicos y la aplicación de nuevos materiales
(morteros hidráulicos, acero, etc.) se conectaron a la práctica de la
construcción. Nuevas localizaciones de construcciones por crecimiento
de ciudades (avance sobre terrenos bajos de baja capacidad portante).
S XVI
S XVIII
S XIX
Durante el S XX (1925 aproximadamente) nace la
Mecánica de Suelos como una disciplina científicotecnológica.
De las teorías de Mecánica de Suelos, desarrolladas
desde su nacimiento como ciencia, y de la geología,
nacen los nuevos métodos y sistemas de fundación
aplicados en la práctica.
Tipos de Fundaciones
La Ingeniería de Fundaciones es el arte de aplicar
económicamente las cargas estructurales al suelo, evitando
deformaciones excesivas.
El proyecto de fundaciones debe satisfacer dos criterios básicos:
1. debe existir un F.S. a la falla por pérdida de la capacidad de
carga del suelo y/o de los elementos estructurales
(RESISTENCIA)
2. los asentamientos, diferenciales y totales, deben mantenerse
dentro de límites razonables (DEFORMABILIDAD)
Dependiendo del tipo de estructura (integral, muros portantes o
mixtas), del material empleado (acero, H.A., mampostería, etc.), de la
vida útil de la obra, del nivel de riesgo y del costo, es posible definir
deformaciones y distorsiones admisibles para cada caso.
Elementos de Fundación
Un elemento de fundación es el conjunto de los elementos
estructurales (zapatas, pilotes, etc.) y del suelo o roca afectado durante
la transmisión de cargas. Estas dos componentes interactúan –
INTERACCIÓN SUELO-FUNDACIÓN
FUNDACIONES
SUPERFICIALES
Q
N.T.
Q
N.T.
FUNDACIONES
PROFUNDAS
D
D
B
B
D < 2B
D > 2B
Clasificación de Fundaciones Superficiales
• Dados y zapatas aisladas – imponen deformaciones
tridimensionales a la masa de suelo interactuante.
Dados – Elementos rígidos
Zapatas – Elementos flexibles
Los dados son bloques de hormigón en masa u hormigón
ciclópeo. Bajos esfuerzos de tracción – sin armar.
Las zapatas, al ser flexibles, necesitan elementos para
soportar los esfuerzos de tracción – hormigón armado.
• Dados y zapatas corridas – imponen deformaciones planas
a la masa de suelo interactuante.
Fundación corrida bajo
muro portante
Fundación corrida bajo
pilares alineados
• Losas o plateas de fundación (radier) – imponen
deformaciones tridimensionales a una gran masa de suelo
subyacente.
Son elementos estructurales flexibles que reciben todas las
cargas de los pilares de la estructura. Cuando la capacidad
portante o la deformabilidad (tensión admisible baja)
imponen grandes áreas de apoyo bajo cada carga, tal vez
convenga fundar todas las cargas sobre una gran superficie.
Para aumentar la rigidez del elemento estructural (losa) se
pueden construir losas nervadas (en una o dos direcciones).
En la actualidad nacional esta solución es muy promocionada
por los Arquitectos para fundar estructuras muy livianas en
terrenos muy heterogéneos y/o de consistencia blanda.
Cuidado con la heterogeneidad natural de los depósitos de
suelo y la rigidez real de la estructura.
Fundaciones Superficiales
Deformación
tridimensional
Correcciones
Sección en planta:
circular, cuadrada,
rectangular
Cargas aisladas
Rígida
“real”
Flexible
“ideal”
Tensión de contacto
uniforme (q uniforme)
Soluciones Elásticas
Deformación
plana
Sección continua o
corrida
Cargas lineales
Rígida
“real”
Flexible
“ideal”
Tensión de contacto
uniforme (q uniforme)
Soluciones Elásticas
Clasificación de Fundaciones Profundas
(Pilotes)
Los pilotes pueden ser necesarios por distintos motivos:
1.
Transferir las cargas a estratos más resistentes y menos compresibles
2.
Resistir fuerzas horizontales
3.
Aumentar la estabilidad de grandes estructuras
4.
Resistir fuerzas de sub-presión
5.
Evitar daños debidos a la erosión superficial
6.
Compactación de depósitos arenosos de compacidad relativa suelta
Basándose en el efecto que el elemento estructural (pilote) produce
sobre el suelo durante su instalación podemos dividirlos en:
Pilotes de gran
desplazamiento
Pilotes de pequeño
desplazamiento
Pilotes sin
desplazamiento
GRAN DESPLAZAMIENTO (Pilotes hincados)
Prefabricados hincados
Sección llena (madera,
acero, H.A.)
Moldeados en sitio
Sección hueca con
punta tapada
PEQUEÑO
Perfiles de acero y tubos
de punta abierta
DESPLAZAMIENTO
Pilotes “de rosca”
SIN DESPLAZAMIENTO (Pilotes perforados)
No revestidos
Revestidos
Permanente
Recuperable
(encamisados o con
lodos de perforación)
Métodos Prácticos de Análisis y Diseño
Problema Real
Métodos
prácticos
Análisis
Determinación de
parámetros
Diseño
PROYECTO
Burland 1989: Cualquier diseño que necesite de análisis precisos
para su éxito es un MAL diseño.
Atributos Deseables de Métodos Prácticos de Análisis
y Diseño Geotécnico (Poulos 2000)
- debe tener una base teórica consistente
- debe ser capaz de incluir las mayores consideraciones del
problema real particular y de incorporar los parámetros más
importantes
- debe ser aplicable a la práctica sin la necesidad de extensos y
complicados recursos computacionales
- los parámetros geotécnicos requeridos deben poder ser
determinados con ensayos convencionales de campo y/o
laboratorio
- debe poder ser revisado y corregido a partir de la experiencia,
el monitoreo, etc.
Categorización de los Métodos de Análisis y Diseño
Geotécnico (Poulos 2000)
Categoría
Características
Estimación de
parámetros
1
Empíricos
No se basan en los principios de M de S
2
Basados en cartas, ábacos o teorías
simplificadas
Ensayos de campo y
Usan los principios de la M de S
laboratorio rutinarios.
Fácil cálculo
CORRELACIONES
Modelos de suelo: elástico lineal, plástico
perfecto, no lineal, elásto-plástico
3
Cuidadosos ensayos
Basados en teorías con análisis específico del de
campo
y/o
sitio
laboratorio.
Usan principios de la M de S
TÉCNICAS
NUMÉRICAS
Ecuaciones constitutivas no-lineales
AVANZADAS
Ensayos simples de
campo y laboratorio.
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