Cimentaciones Superficiales y Profundas: Diseño y Cálculo en Ingeniería Estructural

Diseño y Cálculo de Cimentaciones en Ingeniería Estructural

Tipos de Cimentaciones

En ingeniería estructural, las cimentaciones se clasifican principalmente en dos tipos: superficiales y profundas. La elección entre una u otra depende de varios factores, como la magnitud de las cargas, las características del suelo y la presencia de nivel freático.

Cimentaciones Superficiales: Zapatas

Las zapatas son un tipo de cimentación superficial que se utiliza cuando el suelo tiene una capacidad portante suficiente a poca profundidad. Se clasifican en dos tipos principales:

• Zapatas Rígidas: Son aquellas cuyo vuelo es menor o igual a dos veces el canto (V ≤ 2h). No cumplen la hipótesis de Navier y se calculan por el método de bielas y tirantes. Solo se requiere comprobación a flexión, cuantías mínimas, fisuración y anclaje.
• Zapatas Flexibles: Son aquellas cuyo vuelo es mayor a dos veces el canto (V > 2h). Cumplen la hipótesis de Navier y se comportan como una viga en voladizo. Se deben comprobar a flexión, cuantías mínimas, cortante, punzonamiento, fisuración y anclaje.

Cimentaciones Profundas: Pilotes

Cuando el suelo resistente se encuentra a gran profundidad o cuando las cargas son muy elevadas, se recurre a cimentaciones profundas como los pilotes. Estos elementos transmiten las cargas a estratos más profundos y resistentes. Los pilotes se clasifican según su forma de trabajo:

• Por Fuste: También llamados pilotes flotantes, transmiten la mayor parte de la carga por rozamiento a través del fuste.
• Por Punta: También llamados pilotes columna, se apoyan o empotran en una capa más resistente y transmiten las acciones verticales al terreno principalmente por la punta.

Criterios de Diseño y Comprobaciones

Deslizamiento

Se debe cumplir que el coeficiente de seguridad al deslizamiento (Cd) sea mayor o igual a 1.5:

Cd = Fest / Fdesest ≥ 1.5

Donde:

• Fest: Fuerzas estabilizantes (rozamiento entre la base de la zapata y el terreno, y la fuerza de adherencia en terrenos cohesivos).
• Fdesest: Fuerza desestabilizante (esfuerzo cortante en la base del pilar).

Presión Admisible del Terreno

Es la presión máxima que admite el terreno de cimentación antes de que se produzca una rotura de la masa del terreno o un movimiento de los cimientos. Se establece como límite de seguridad:

σadm = qh / γr

Donde:

• σadm: Presión admisible.
• qh: Carga de hundimiento.
• γr: Coeficiente de seguridad parcial.

Punzonamiento en Zapatas Flexibles

Si una zapata flexible no cumple a punzonamiento, se debe aumentar el canto útil (d) para reducir la tensión tangencial (τsd):

τsd ≤ τrd

Método de Cálculo para Zapatas Flexibles

1. Comprobación a hundimiento.
2. Comprobación a vuelco.
3. Comprobación a deslizamiento.
4. Clasificar la zapata (flexible).
5. Distribución de tensiones.
6. Cálculo a flexión.
7. Cuantías mínimas.
8. Cálculo a cortante.
9. Cálculo a punzonamiento.
10. Fisuración y anclaje.

Conceptos Clave

Carga de Hundimiento

Es la carga aplicada a partir de la cual las tensiones en el terreno sobrepasan la capacidad portante, produciéndose un fallo en el asentamiento o en la estabilidad de la cimentación, lo que puede causar el colapso total o parcial de la estructura.

Limitaciones de Asientos

• Asiento Diferencial (Δs): Diferencia de asiento entre dos puntos de la cimentación. ΔSa-b = Sb - Sa.
• Distorsión Angular (β): Asiento diferencial entre dos puntos dividido por la distancia que los separa. βa-b = ΔSa-b / La-b = (Sb - Sa) / La-b.