Principios de Geotecnia y Clasificación de Acciones en Ingeniería Estructural

1. Clasificación de Acciones en la Edificación

La clasificación de las acciones estructurales puede realizarse según distintos criterios técnicos:

A) Por su origen

• Acciones directas: Actúan directamente sobre la estructura (peso propio, sobrecargas de uso, empujes del terreno).
• Acciones indirectas: Deformaciones o aceleraciones impuestas a la estructura (acciones térmicas, reológicas o sísmicas).

B) Por su variación espacial

• Acciones fijas: Se aplican siempre en la misma posición (ej. peso propio).
• Acciones libres: Pueden actuar en diferentes posiciones dentro de la estructura.

C) Por su variación en el tiempo

• Permanentes o persistentes: Actúan en todo momento (peso propio).
• Transitorias o variables: Actúan de forma intermitente (viento, nieve).
• Accidentales: Situaciones excepcionales (incendios, impactos).

D) Por la respuesta estructural

• Estáticas o cuasi-estáticas: No producen aceleraciones significativas.
• Dinámicas: Provocan efectos inerciales importantes en la estructura.

2. Capacidad de Carga y Hundimiento

Cimentaciones Superficiales

En las cimentaciones superficiales, la carga de hundimiento depende de los parámetros resistentes del suelo (cohesión c o c_u, ángulo de rozamiento φ y peso específico γ), de las dimensiones de la cimentación (B), de la profundidad de desplante (D) y de las condiciones del terreno, como el nivel freático. Estos parámetros determinan la resistencia al corte del suelo y se reflejan en los factores de capacidad de carga N_c, N_q y N_γ.

Cimentaciones Profundas

En las cimentaciones profundas, la carga de hundimiento depende de la resistencia del terreno en la punta del pilote y del rozamiento a lo largo del fuste, así como del diámetro y la longitud de empotramiento del pilote. La capacidad total se obtiene como la suma de la resistencia por punta y la resistencia por fuste.

3. Influencia del Nivel Freático

La presencia del nivel freático reduce el peso específico efectivo del suelo, disminuyendo las tensiones efectivas y, por tanto, la capacidad portante del terreno. En suelos granulares, reduce la resistencia al estar saturados. En arcillas, a corto plazo se trabaja en tensiones totales (condición no drenada) y a largo plazo en tensiones efectivas (condición drenada). En términos generales, la presencia de agua reduce significativamente la capacidad de carga del terreno.

4. Glosario de Conceptos Fundamentales

• a) Presión efectiva neta: Diferencia entre la presión efectiva bruta y la presión efectiva vertical existente en la base de la cimentación antes de la obra.
• b) Presión admisible: Presión máxima que puede transmitirse al terreno sin producir hundimiento ni asientos inadmisibles para la estructura.
• c) Efecto grupo en pilotes: Interacción entre pilotes cercanos que hace que trabajen conjuntamente, lo que habitualmente reduce su capacidad individual comparada con un pilote aislado.
• d) Tope estructural: Carga máxima de servicio que puede soportar un pilote según su sección, material y proceso de ejecución.
• e) CPI-6 con lodos tixotrópicos: Pilote perforado in situ cuyas paredes se estabilizan mediante el uso de lodos bentoníticos durante la perforación.
• f) Azuche: Punta metálica colocada en pilotes prefabricados para facilitar la hinca y proteger el extremo inferior del pilote.
• g) Tremie: Tubería utilizada para el hormigonado de pilotes bajo agua o lodos, evitando la segregación del hormigón.
• h) Zona pasiva en pilotes: Región del terreno donde el suelo ofrece resistencia lateral al movimiento o desplazamiento del pilote.
• i) Rozamiento negativo en pilotes: Fricción descendente que aparece cuando el terreno circundante asienta más que el propio pilote, añadiendo carga adicional a este.
• j) Factores de capacidad de carga: Coeficientes (N_c, N_q, N_γ) que relacionan los parámetros mecánicos del suelo con la presión de hundimiento teórica.

5. Estados Límite: ELU y ELS

Para garantizar la seguridad y funcionalidad de una cimentación, se deben verificar dos tipos de estados:

• ELU (Estados Límite Últimos): Garantizan la seguridad frente a la rotura del terreno o de la cimentación. Los principales son: hundimiento, deslizamiento, vuelco, estabilidad global y capacidad estructural del cimiento.
• ELS (Estados Límite de Servicio): Garantizan la funcionalidad de la estructura y están relacionados con asientos, desplazamientos horizontales o giros que puedan afectar la estética o el uso del edificio.

En el proceso de diseño, se comprueba el cálculo de ELU frente al hundimiento y se comprueba el cálculo de ELS frente al asiento total.