Geología Aplicada a la Ingeniería Civil: Cimentaciones y Riesgos Geotécnicos

Clasificación de Esfuerzos y Fundamentos de Cimentación

Tipos de Esfuerzos en Estructuras

La comprensión de los esfuerzos es crucial para el diseño geotécnico, ya que determinan la presión ejercida sobre las fundaciones.

• Uniforme y Constante: Ocurre en zonas no sísmicas y establece una presión constante sobre las fundaciones.
• Uniforme y Variable: Estructuras como puentes, grúas y estanques ejercen esfuerzos que varían con el tiempo o la carga.
• Oblicuos: Los arcos, por su geometría, ejercen este tipo de esfuerzo sobre sus fundaciones.
• Horizontales: Típicos en estructuras diseñadas para resistir empujes laterales, como los muros de contención.
• Normales No Uniformes: Se presentan en estructuras altas sometidas a alta presión del viento, o en estructuras sujetas a sismos y otras fuerzas horizontales significativas.
• Cíclicos: Maquinaria rotativa y chancadoras (trituradoras) someten a sus fundaciones a esfuerzos repetitivos y periódicos.

Fallas Comunes en Cimentaciones

Las fallas en los cimientos comprometen la estabilidad estructural y suelen estar relacionadas con las características del terreno o la distribución de cargas.

• Asentamientos: Ocurre cuando la cimentación se hunde debido a factores como el peso de la estructura, la baja calidad del terreno o movimientos horizontales que reacomodan las partículas finas, creando vacíos.
• Volcamiento: Se produce cuando la cimentación se ladea hacia un lado, generalmente por una mala distribución de la carga o por la presencia de suelos con diferentes espesores y capacidades portantes.
• Deslizamiento: Consiste en el traslado horizontal de la cimentación de un punto a otro. Esto puede ser causado por una falta de carga vertical suficiente y por la aplicación de una presión horizontal excesiva.

Terrenos Aptos para la Construcción

La elección del tipo de cimentación depende directamente de las propiedades geotécnicas del suelo o roca subyacente.

Clasificación de Materiales

• Roca:
  • Rocas Ígneas: Poseen generalmente una excelente resistencia al aplastamiento.
  • Rocas Sedimentarias: Su resistencia es variable y suelen ser adecuadas para cimentar, aunque requieren evaluación específica.
  • Rocas Metamórficas: Son extremadamente duras. Para su resistencia estructural, a menudo deben ser apernadas, y su excavación requiere el uso de explosivos.
• Grava: Compuesta por partículas de 2.4 mm a 7.5 cm. Son suelos excelentes para fundaciones debido a su alta permeabilidad y capacidad de drenaje.
• Arena: Si no está bien compactada, existe el riesgo de asentamiento, pudiendo transformarse en arena movediza (licuefacción). Si está bien compactada, los asentamientos iniciales son rápidos y controlables.
• Suelos de Grano Fino con Poca Plasticidad: Presentan características de drenaje que varían de regulares a malas.
• Suelos de Grano Fino con Mucha Plasticidad: Sus características de drenaje son generalmente malas.

Efecto del Agua en el Terreno y las Cimentaciones

La presencia de agua subterránea o superficial impacta significativamente las propiedades del suelo y los costos del proyecto.

Impacto Geotécnico y Económico

• Suelo: En arenas gruesas y ripios, las propiedades del suelo no se ven afectadas significativamente. Sin embargo, en arena fina, la presencia de agua puede aumentar el volumen del suelo (hinchamiento).
• Costos: El agua afecta los costos del proyecto, ya que requiere la aplicación de métodos de excavación y contención especiales para no afectar la estabilidad de la estructura o de las estructuras vecinas.

Consideraciones en el Proyecto de Fundación

1. Corriente de Agua Superficial: Se deben construir zonas de drenaje o canales para desviar la corriente y evitar la erosión de la fundación.
2. Agua Estancada (Nivel Freático): Ocurre cuando la cimentación ha quedado bajo el nivel freático (napa freática). Esto requiere impermeabilización y, a menudo, sistemas de bombeo o drenaje permanente.
3. Aguas Corrosivas: El agua superficial y subterránea puede contener sales y agentes corrosivos que atacan el hormigón y el acero de refuerzo de la cimentación, requiriendo el uso de cementos especiales o recubrimientos protectores.

Tipos de Fundaciones (Cimentaciones)

Las fundaciones se clasifican según la profundidad a la que transmiten la carga al terreno.

Fundaciones Superficiales

Son aquellas cuya profundidad es menor o igual a su ancho. Incluyen:

• Zapatas aisladas
• Zapatas atirantadas
• Vigas de fundación
• Zapatas corridas
• Losas y placas de fundación
• Placas flotantes

Componentes típicos de una cimentación superficial: Emplantillado, zarpas, cimiento, sobrecimiento y muro.

Fundaciones Profundas

Se utilizan cuando el suelo superficial no tiene la capacidad portante suficiente. Incluyen:

• Pilotes
• Cajones (o pozos de cimentación)