Capacidad de carga y asentamiento de los cimientos.

Habiendo supuesto que resulta práctico construir un tipo de cimentación determinado, bajo las condiciones que prevalecen en el lugar, es necesario juzgar el probable funcionamiento de la cimentación con respecto a dos tipos de problemas. Por una parte, toda la cimentación, o cualquiera de sus elementos puede fallar porque el suelo o la roca sean incapaces de soportar la carga. Por otra parte, el suelo o roca de apoyo pueden no fallar, pero el asentamiento de la estructura puede ser tan grande o tan disparejo, que la estructura puede agrietar- se y dañarse. El mal comportamiento del primer tipo se relaciona con la resistencia del suelo o roca de apoyo y se llama falla por capacidad de carga. El del segundo tipo está asociado a las características de la relación de esfuerzo-deformación del suelo o roca, y se conoce como asentamiento perjudicial. En realidad, los dos tipos de mal comportamiento frecuentemente están tan íntimamente relacionados, que la distinción entre ellos es completamente arbitraria. Por ejemplo, una zapata en arena suelta se asienta más y más, fuera de proporción con el incremento de carga, incluso hasta el punto en que para incrementos muy pequeños se producen asentamientos intolerables; sin embargo, no se produce un hundimiento catastrófico de la zapata en el terreno. En otros casos, la distinción es clara; una zapata colocada sobre arcilla firme que tiene un subestrato de archa blanda, puede estar completamente a salvo contra falla en el terreno, pero el asentamiento debido a la consolidación de la ardua blanda puede ser excesivo. En muchos problemas prácticos pueden investigarse los dos tipos de mal comportamiento separadamente, como si fueran causas independientes. Esta separación simplifica mucho el en- foque del ingeniero. 

En cada uno de los capítulos siguientes, se considera una de las principales clases de depósitos naturales. En cada clase se hace una lista de los diferentes tipos de cimentaciones, y se describen métodos para determinar la carga que puede transmitirse con seguridad al suelo por la cimentación sin que se produzcan asentamientos excesivos. Finalmente, se da para cada clase de depósito natural, un resumen de las dificultades deconstrucción que puedan tener alguna influencia en la funcionalidad de cada tipo de cimentación.

Etapas de la selección del tipo de cimentación.

El tipo de cimentación más adecuado para una estructura dada, depende de varios factores, como su función, las cargas que debe soportar, las condiciones del subsuelo y el costo de la cimentación comparado con el costo de la superestructura. Puede ser que sea necesario hacer Otras consideraciones, pero las anteriores son las principales.

Debido a las relaciones existentes entre estos varios factores, usualmente pueden obtenerse varias soluciones aceptables para cada problema de cimentación. Cuando diferentes ingenieros con su gran experiencia se ven ante una situación dada, pueden llegar a conclusiones algo diferentes. Por lo tanto, el criterio juega un papel muy importante en la ingeniería de cimentaciones, Es de dudar que alguna vez pueda elaborarse un procedimiento estrictamente científico para el proyecto de cimentaciones, aunque los progresos científicos hayan contribuido mucho al perfeccionamiento de la técnica.

Cuando un ingeniero experimentado comienza a estudiar una obra nueva, casi instintivamente desecha los tipos más inadecuados de cimentación y se concentra en los más prometedores. Cuando su elección se ha reducido a unas cuantas alternativas que se adaptan bien, a las condiciones del subsuelo y a la función de la estructura, estudia la economía relativa de estas selecciones, antes de tomar la decisión final. 

Los ingenieros con menos experiencia pueden seguir un procedimiento semejante, sin peligro de cometer errores serios, si aprovechan los resultados de los estudios científicos y el trabajo experimental de otros. Sin embargo, para que sea útil esta información debe estar organizada lógicamente. En la parte C de este libro, se hace una relación de la experiencia con varios tipos de cimentaciones y condiciones del subsuelo, presentada de manera que el lector pueda familiarizarse con los procesos mentales usados por hombres que han tenido éxito en la práctica. Haciéndolo así, el lector puede usar técnicas semejantes y esperar llegar a soluciones razonables, excepto para los problemas de cimentación más complejos.

Al elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe dar los siguientes 5 pasos sucesivos:

1. Obtener cuando menos, información aproximada con respecto a la naturaleza de la superestructura y de las cargas que se van a transmitir a las cimentaciones.

2. Determinar las condiciones del subsuelo en forma general.

3. Considerar brevemente cada uno de los tipos acostumbrados de cimentación, para juzgar si pueden construirse en las condiciones prevalecientes; si serían capaces, de soportar las cargas necesarias, y si pudieran experimentar asentamientos perjudiciales. En esa etapa preliminar se eliminan los tipos evidentemente inadecuados.

4. Hacer estudios más detallados y aún anteproyectos de las alternativas más prometedoras. Para hacer estos estudios puede ser necesario tener información adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsuelo, y generalmente, deberán extenderse lo suficiente para determinar el tamaño aproximado de las zapatas o pilas, o la longitud aproximada y número de pilotes necesarios. También puede ser necesario hacer estimaciones más refinadas de los asentamientos, para predecir el comportamiento de la estructura.

5. Preparar una estimación del costo de cada alternativa viable de cimentación, y elegir el tipo que represente la transacción más aceptable entre el funcionamiento y el costo.

En los pasos 3 y 4, se requiere el conocimiento del comportamiento probable de cada tipo de cimentación para cada tipo de condición del subsuelo.

Selección del tipo de cimentación y bases para el proyecto.

Como todas las estructuras están soportadas por cimentaciones y, finalmente por suelo o roca, el éxito de un proyecto estructural, depende en gran parte del ingeniero especialista en cimentaciones. Sin embargo, la planificación general, el proyecto y la construcción de la mayor parte de las obras requiere los esfuerzos combinados de varias disciplinas. De esta manera, el especialista en cimentaciones forma parte de un equipo de proyecto; encuentra que los tipos de cimentación y los métodos de construcción pueden ser transacciones que resultan de muchos requisitos, además de las condiciones del subsuelo.

En determinados trabajos, como en la construcción de muelles, presas y bordos, puede decirse que el ingeniero de cimentaciónes es el profesional principal. En otras obras, como la mayor parte de los edificios, es natural que el ingeniero estructural o el arquitecto scan los líderes del equipo y asuman muchas, si no todas, las responsabilidades del ingeniero especialista en cimentaciones. Sin embargo, la complejidad de las condiciones de la cimentación, no está necesariamente relacionada al tamaño de la obra. Por lo tanto, puede suceder que la demanda de pericia en la ingeniería de cimentaciones sea mayor en obras pequeñas que en otras más grandes.

Independientemente de cuál sea la jerarquía de las responsabilidades profesionales y de cuál pueda ser el tipo y tamaño de la obra, los procedimientos ingenieriles son los mismos para elegir el tipo mas adecuado de cimentación para ciertas condiciones de suelos, para elegir valores convenientes de la presión admisible en el suelo o para seleccionar las cargas admisibles por pilote. La parte C trata de estos procedimientos.

Influencia de los Métodos Constructivos en el Proyecto.

En los siguientes capítulos, se establecerán métodos para determinar la bondad de las diferentes clases de cimentaciones. En general, se considerará que una cimentación es satisfactoria, si no transmite presiones al subsuelo que exceden la carga de seguridad o que produzcan asentamientos excesivos. Sin embargo, algunos tipos de cimentaciones, que pudieran ser completamente aceptables desde estos dos puntos de vista, también pueden ser extremadamente difíciles o imposibles de ejecutar. Más aún, algunas instalaciones pueden originar asentamientos excesivos en las propiedades vecinas. Por lo tanto, la practicabilidad para construir cada tipo de cimentación en que pudiera pensarse es una cuestión importante. En muchos casos, es un factor decisivo para la elección final.

La elección del tipo de cimentación para una estructura dada puede ser influida también por la posibilidad de daño, debido a operaciones de construcción, realizadas en predios adyacentes en fecha posterior. Por ejemplo, una cimentación satisfactoria para un determinado edificio puede consistir en pilas que atraviesen arcilla blanda hasta un estrato de arcilla muy dura que descanse en arena compacta saturada, que a su vez está sobre a un manto de roca. Sin embargo, si se construye un nuevo edificio en la propiedad adyacente y se cimienta sobre pilas que se prolongan a través de la arcilla dura y la arena saturada hasta el manto de roca, existen muchas probabilidades de que la arena fluya entrando en la excavación para las nuevas pilas, y que el soporte para el estrato de arcilla dura debajo del primer edificio se pierda. Ante esta posibilidad, puede ser preferible apoyar el primer edificio en pilas que se prolonguen hasta la roca, aún a costa de mayor gasto. Por lo tanto, la posibilidad de daño debida a la futura construcción en la vecindad, puede ser un factor importante en la elección final del tipo de cimentación.

Observaciones para Mejorar la Técnica - Control Operaciones Construcción.

Las observaciones de los asentamientos, de los bufamientos, y de los movimientos laterales pueden servir para otro objeto vital, especialmente cuando se combinan con un registro cuidadoso de los detalles del procedimiento de construcción. Sirven como indicación de técnicas inadecuadas de excavación, apuntalamiento o hincado de pilotes. Si los asentamientos son consistentemente mayores que los que se han observado en conexión con obras semejantes, en condiciones de suelo parecidas, puede deducirse que el método de construcción no se está siguiendo en la forma más adecuada. Pueden probarse variaciones en la técnica y juzgarse sus méritos sobre la base de los cambios en las tendencias de los asentamientos.

Adoptando las técnicas q’!e conduzcan a reducciones en el asentamiento y desechando las que conduzcan a aumentos, puede reducirse el asentamiento a la mínima expresión compatible con el método de construcción.

En muchos casos, las medidas de las deflexiones de los miembros de un sistema de apuntalamiento, o la medida de las cargas en estos miembros, ha permitido hacer sustanciales reducciones en el costo de la construcción, y al mismo tiempo, reducir los asentamientos correspondientes. Por lo tanto, las observaciones sistemáticas de este tipo resultan casi siempre económicas. Tienen la ventaja adicional, que condiciones imprevistas que pudieran producir un desastre, con seguridad están precedidas por aumentos aparentemente inmotivados en las deflexiories o en la presión. Con un sistema de alarma adecuado, puede investigarse la causa de los aumentos y tomarse los remedios adecuados antes de que surjan las dificultades.

Importancia de las Observaciones de Campo para el Control de las Operaciones de Construcción.

Importancia legal de las observaciones. En el pasado frecuentemente se ignoró lo inevitable de cierta cantidad de asentamiento o bufamiento inherente a las operaciones de construcción. Los contratistas e ingenieros consideraban poco prudente admitir la influencia de sus operaciones en las estructuras vecinas. Se han escrito numerosas especificaciones en las que se estipula que las excavaciones deben efectuar- se de manera que no ocurran asentamientos en los suelos vecinos. Si no se recibían quejas de los propietarios de las propiedades vecinas, generalmente se suponía que se había cumplido con estas recomendaciones. Por otra parte, si hay reclamaciones, el tema se presta a grandes diferencias de opinión, con respecto a la magnitud del asentamiento y del daño debido a él.

Más recientemente, se ha hecho costumbre que el ingeniero responsable de una construcción, el contratista, o ambos, fijen puntos de referencia, no solamente dentro de los limites de su propiedad, sino también en estructuras pertenecientes a vecinos. Las observaciones que se hagan en estos puntos de referencia frecuentemente son suficientes para indicar la tendencia de los movimientos. En igual forma, los propietarios vecinos, comúnmente emplean ingenieros independientes para que observen los movimientos de sus estructuras. Si ocurre daño, los hechos del caso pueden determinarse fácilmente y generalmente puede llegarse a un arreglo justo sin costosos litigios.

-Observaciones para Mejorar la Técnica.

 

Desplazamientos Debidos al Hincado de Pilotes.

Cuando se hincan pilotes en materiales sueltos sin cohesión, es probable que la superficie del terreno se asiente, aun cuando el volumen de los pilotes pueda representar una fracción apreciable del volumen del subsuelo. En la mayor parte de los otros materiales, el hincado de un pilote probablemente se asocie al desalojamiento de un volumen de material igual, o algo menor que el del pilote. Cuando se hincan muchos pilotes en una cimentación, especialmente si su separación es pequeña, la superficie del terreno puede levantarse hasta varios decímetros. El levantamiento puede extenderse a distancia considerable de las fronteras del grupo de pilotes. Las estructuras situadas dentro de esta distancia se desalojan hacia arriba.

En algunos casos, especialmente si los suelos son limosos, los elevados esfuerzos que se producen en la masa del suelo debido a la introducción de los pilotes, producen una intensa y rápida consolidación, en la que el levantamiento, es seguido por asentamiento al cabo de unos cuantos días. En materiales menos permeables como las arcillas, es probable que una porción considerable del levantamiento sea permanente. 

El desplazamiento asociado al hincado de los pilotes se acompaña también de movimientos laterales. Las estructuras localizadas cerca de los pilotes se desalojan. En algunos casos, el desplazamiento puede ser muy importante. Por ejemplo, puede hincarse un gran número de pilotes detrás de un malecón cercano a un río con cauce relativamente profundo. La resistencia de un malecón a moverse hacia afuera, usualmente es pequeña. La mayor parte del desalojamiento debido al hincado de los pilotes, se reflejará en movimientos laterales del malecón. La mayor parte de los desalojamientos debidos al hincado de los pilotes estará representada por movimientos laterales en el malecón. La invasión de las estructuras en los cauces de los ríos, ocasionada por esta razón, en muchos casos, llega a ser de 30 cm o más.