Fundaciones

Las fundaciones son la parte de la estructura encargada de transmitir de manera adecuada las cargas al suelo, proporcionando un sistema de apoyo estable.

Conceptos Relacionados con el Suelo

Fricción: Se refiere a la fricción entre partículas del suelo, también conocida como ángulo de fricción interna. Este valor se determina mediante el ensayo triaxial.

Ángulo de Fricción Interna del Suelo: Es un valor simplificado y considerado constante, aunque en realidad no lo es. Depende de la uniformidad de las partículas, el tamaño y forma de los granos, y la presión normal.

Estado Límite de Servicio o Funcionamiento

Una estructura, incluyendo su fundación, se considera en falla cuando no presenta un comportamiento adecuado que la inhabilite para su función. Se puede alcanzar el estado límite de servicio debido a problemas en el suelo o la cimentación, como:

Asentamientos diferenciales y totales: Un asentamiento diferencial entre dos fundaciones continuas de una misma edificación puede provocar la inclinación de la estructura y, potencialmente, su volcamiento.

Los asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores, dependiendo del sistema estructural:

• En pórticos: L/300
• En muros: L/500 a L/1000

Donde L es la distancia horizontal entre apoyos.

Es importante recordar que, según las ecuaciones de pendiente de flexión, cualquier asentamiento en un extremo de una viga con respecto al otro causa una variación en los momentos de extremo igual a:

Tipos de Fundaciones

Existen varios tipos de fundaciones, dependiendo de si sirven de apoyo a uno o varios pilares o a muros. Para pilares individuales se utilizan fundaciones aisladas; para dos pilares cercanos, fundaciones combinadas; y para hileras de pilares o muros, fundaciones corridas.

Clasificación de las Fundaciones

a) Por su forma de trabajo:

Aisladas: Se emplean para pilares aislados en terrenos de buena calidad, cuando la excentricidad de la carga del pilar es pequeña o moderada. Esta condición se cumple mejor en pilares no perimetrales. Las fundaciones aisladas se clasifican en:

• Fundaciones rígidas o poco deformables.
• Fundaciones flexibles o deformables.

Según la posición del esfuerzo vertical en el centro geométrico, se distinguen:

• Fundaciones centradas.
• Fundaciones excéntricas.
• Fundaciones irregulares.
• Fundaciones colindantes.

El correcto dimensionado de las fundaciones aisladas requiere verificar la capacidad portante de hundimiento, el estado de equilibrio (deslizamiento, vuelco), la resistencia de la misma y su asentamiento diferencial en relación con las fundaciones contiguas.

Combinadas: Cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la fundación, o en pilares perimetrales con grandes momentos flectores, la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco. Una solución común es unir la fundación de este pilar con la más próxima mediante vigas de atado, evitando el giro.

Un caso frecuente es en fundaciones de medianería o lindero, que suelen ser excéntricas. Estas requieren una viga de atado para un correcto equilibrio, constituyendo un caso de fundación combinada junto con otras dos fundaciones.

Se utilizan cuando soportan dos o más pilares en número reducido, en medianerías para evitar la carga excéntrica, cuando dos pilares están muy próximos, o para aumentar la superficie de carga o reducir asientos diferenciales.

Continuas o corridas bajo pilares: Soportan varios pilares alineados. Se emplean en circunstancias similares a las fundaciones combinadas.

Continuas o corridas bajo muros: Soportan muros.

De medianería o esquina: Cuando se descentra el soporte, suelen unirse mediante vigas riostras para mejorar la estabilidad.

Arriostradas: Varias fundaciones unidas por vigas riostras para mayor rigidez en suelos mediocres o con acciones horizontales.

Fundaciones Corridas o Continuas

Se emplean para sustentar muros de carga o pilares alineados próximos en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las fundaciones de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando pilares o muros excéntricamente. La sección muro-zapata tiene forma de |_ para no invadir la propiedad vecina. Las fundaciones interiores sustentan muros y pilares según su eje, y la sección muro-zapata tiene forma de T invertida _|_, distribuyendo mejor el peso.

b) Por su morfología:

• Macizas:
  • Rectas.
  • Escalonadas.
  • Piramidales.
  • Aligeradas.

c) Por la relación entre sus dimensiones:

• Rígidas: El vuelo es menor o igual a dos veces el canto.
• Flexibles: El vuelo es mayor a dos veces el canto.

d) Por la forma:

• Rectangulares.
• Cuadradas.
• Circulares.
• Poligonales.

Fundaciones de Esquina

Este tipo de fundaciones aparece en edificios, en esquinas donde concurren dos medianeras o una medianera y una fachada en límite de vía pública. Son frecuentes en construcción urbana e industrial.

En una fundación de esquina, la carga del pilar (eje z) es excéntrica en dos direcciones (x e y) respecto al cimiento, provocando dos momentos y un diagrama no uniforme de tensiones. La diferencia de tensiones provoca un giro en ambas direcciones.

La solución es atar la cimentación en dos direcciones, logrando una redistribución uniforme de presiones.

Columnas

Una columna es un elemento axial sometido a compresión, delgado en relación con su longitud, que bajo una carga creciente se rompe por flexión lateral o pandeo antes que por aplastamiento. Se diferencia de un poste corto, que experimenta una flexión lateral despreciable. Se considera columna si su longitud es más de diez veces su dimensión transversal menor. Las columnas se dividen en largas e intermedias, y a veces los elementos cortos se consideran un tercer grupo. Las columnas largas se rompen por pandeo; las intermedias, por combinación de aplastamiento y pandeo; y los postes cortos, por aplastamiento.

Una columna ideal es homogénea, de sección recta constante, inicialmente perpendicular al eje y sometida a compresión. Sin embargo, las columnas suelen tener imperfecciones de material y fabricación, y excentricidad en la aplicación de la carga. La curvatura inicial y la posición de la carga generan una excentricidad indeterminada e respecto al centro de gravedad. El estado de carga es similar al de un poste corto cargado excéntricamente, con esfuerzo de compresión directo y de flexión.

En un elemento corto con pequeña excentricidad, la flexión lateral es despreciable y el esfuerzo de flexión es insignificante comparado con el de compresión. En un elemento largo, más flexible, un valor pequeño de la carga P puede producir un gran esfuerzo de flexión, con un esfuerzo directo de compresión despreciable. Una columna corta soporta principalmente esfuerzo de compresión, y una larga está sometida principalmente a flexión.

Al aumentar la longitud, disminuye el efecto del esfuerzo de compresión y aumenta el de flexión. En la zona intermedia no es posible determinar cómo varían estos esfuerzos o su proporción en el esfuerzo total, lo que da lugar a la variedad de fórmulas para columnas.

Columnas Centradas y Excéntricas

Basándose en esquemas estructurales, se analizan las cargas actuantes en distintos tipos de columnas, las solicitaciones de primer orden que originan y el efecto de esbeltez según la geometría y condiciones de vínculo. Se investiga sobre rigidez y el dimensionado considerando estos factores, buscando que se relacione deformación y solicitación con la correcta posición de las armaduras.

Se realiza una investigación con material fotográfico de características similares a las solicitadas para las tipologías anteriores.

Bases Aisladas: Centradas, Excéntricas con Tensor

Se diseñan y dimensionan distintos tipos de bases para las columnas calculadas previamente, analizando sus solicitaciones (dimensionado a flexión y verificación al punzonamiento si es necesario), su geometría y la distribución de armaduras.

Se desarrolla una investigación con material fotográfico de características similares a las solicitadas para las tipologías anteriores.

Tipos de Pantallas

• Tablestacas o Pantallas de elementos prefabricados metálicos (sheet-pile en inglés).
• Pantallas de paneles prefabricados de hormigón.
• Muros pantalla o Pantallas de hormigón «in situ» (diaphram walls o slurry walls en inglés).
• Pantallas de pilotes.

Elementos de Soporte de Pantallas

Dado que las pantallas son estructuras flexibles, a veces se necesitan elementos de soporte de diverso tipo.

Anclajes

Son perforaciones con un elemento metálico que trabaja a tracción, introducido en el terreno con una inclinación determinada. Busca terrenos más competentes y evita afectar zonas de servicio de estructuras contiguas.

Forjado

A veces, se sustituyen los puntales por el propio forjado del edificio. Estas banquetas se retiran una vez construido el forjado.

Tipos de Tabiques

El tabique es un elemento delimitador no estructural. Se distinguen los siguientes tipos:

• Tabique colgado: No sube desde la planta baja.
• Tabique de panderete: Doble tabique de panderete separado por un espacio.

Tipos de Bloques

Ladrillos

El ladrillo es un bloque de hormigón, mortero, arcilla o adobe, con o sin cocción. Los de arcilla, hechos en moldes, son comunes en el área comercial. Existen ladrillos de arcillas resistentes al fuego para chimeneas y hornos. Los ladrillos de interiores no deben usarse para muros exteriores y viceversa. Hay ladrillos especiales para climas fríos y otros de uso más habitual. Se utilizan en edificaciones o pavimentación, principalmente para construir muros o tabiques.

Los diseñadores pueden variar según el fabricante y se diversifican en:

• Macizos: Planos, con una superficie de nivel más bajo (cara hundida) para unir con material de agarre (cemento).
• Especiales: De formas variadas para el toque final de paredes decoradas. Pueden ser rematados con doble canto, en curvas, con ángulos esquinados o punta redondeada.
• Huecos: Forman una muralla contra la humedad, son de poco peso y tienen múltiples funciones, como levantar dobles muros con materiales antirruido o aislantes.

Bloque de Hormigón

Pieza prefabricada de cemento, agua, áridos finos y/o gruesos y/o artificiales, con o sin aditivos, incluidos pigmentos. Tiene forma ortoédrica, dimensiones exteriores no superiores a 60 cm, relación alto-ancho inferior a 6 y alto-largo inferior a 1, sin armadura y con densidades entre 1700 kg/m³ y 2200 kg/m³.

Tejas

La teja es una pieza para formar cubiertas en edificios, recibiendo y canalizando agua de lluvia, nieve o granizo. Las cubiertas con tejas se llaman tejados.

Las piezas varían en forma y material: regulares o irregulares, planas o curvas, lisas o con acanaladuras y salientes. Los materiales pueden ser cerámicos (barro cocido), plásticos y bituminosos (polímeros plásticos derivados del petróleo u otra materia prima), de madera o de piedra (como la pizarra).

El uso de tejas se atribuye a los griegos, que usaban placas de cerámica delgada y curvada.

Un tejado tiene dos piezas fundamentales: la teja canal, que recoge las aguas, y la teja cobija, que tapa la junta entre las canales.

Tipos de Teja

La forma de las piezas varía según épocas, culturas y regiones, evolucionando a lo largo de los siglos.

Teja de Alfarería

La teja de alfarería o cerámica es un material común para proteger la parte superior de construcciones frente a la lluvia. Sometidas a los elementos, fueron probablemente la primera pieza de construcción cocida, mientras que las paredes podían ser de barro sin cocer, adobe o tapial. Son duraderas, de bajo costo y escaso mantenimiento.

Teja de Cemento

Actualmente se hacen tejas de mortero de cemento, fraguado en moldes. Existen de todas las formas anteriores, aunque es rara la de tipo árabe. Suelen ser de tipo mixto, con canal y cobija en una sola pieza. Son más resistentes y económicas que las cerámicas, se fabrican de cualquier color y son más fáciles de colocar al no tener encastre superior.