Cimentación

En ingeniería, la cimentación es el elemento de una estructura que la conecta al suelo, transfiriendo cargas de la estructura al suelo. Los cimientos generalmente se consideran superficiales o profundos. La ingeniería de cimentaciones es la aplicación de la mecánica de suelos y la mecánica de rocas (ingeniería geotécnica) en el diseño de elementos de cimentación de estructuras.

Objetivo

Los cimientos proporcionan la estabilidad de la estructura desde el suelo:

• Distribuir el peso de la estructura sobre un área grande para evitar sobrecargar el suelo subyacente (posiblemente causando un asentamiento desigual).
• Para anclar la estructura contra fuerzas naturales, incluidos terremotos, inundaciones, sequías, heladas, tornados y viento.
• Proporcionar una superficie nivelada para la construcción.
• Para anclar la estructura profundamente en el suelo, aumentando su estabilidad y evitando sobrecargas.
• Para evitar movimientos laterales de la estructura soportada (en algunos casos).

Requisitos de una buena base

El diseño y la construcción de una cimentación de buen desempeño debe poseer algunos requisitos básicos:

• El diseño y la construcción de la cimentación se realiza de manera que pueda soportar y transmitir las cargas muertas e impuestas al suelo. Esta transferencia tiene que llevarse a cabo sin que resulte en ningún tipo de asentamiento que pueda resultar en algún tipo de problemas de estabilidad para la estructura.
• Los asentamientos diferenciales se pueden evitar teniendo una base rígida para la cimentación. Estos problemas son más pronunciados en áreas donde las cargas superpuestas no son de naturaleza uniforme.
• Según el suelo y el área, se recomienda tener una base más profunda para que pueda protegerse de cualquier forma de daño o angustia. Estos se deben principalmente al problema de la contracción y la hinchazón debido a los cambios de temperatura.
• La ubicación de la cimentación elegida debe ser un área que no se vea afectada o influenciada por obras o factores futuros.

Tipos históricos

Earthfast o poste en la construcción del suelo

Los edificios y estructuras tienen una larga historia de construcción con madera en contacto con el suelo. La construcción de postes en el suelo técnicamente puede no tener cimientos. Los pilotes de madera se utilizaron en suelos blandos o húmedos, incluso debajo de muros de piedra o mampostería. En la construcción marina y la construcción de puentes, un entrecruzamiento de maderas o vigas de acero en hormigón se denomina emparrillado.

Padstones

Quizás el cimiento más simple sea la piedra angular, una sola piedra que distribuye el peso sobre el suelo y levanta la madera del suelo. Las piedras Staddle son un tipo específico de padstone.

Cimientos de piedra

La piedra seca y las piedras colocadas en mortero para construir cimientos son comunes en muchas partes del mundo. Los cimientos de piedra colocados en seco pueden haber sido pintados con mortero después de la construcción. A veces, la hilera superior visible de piedra son piedras labradas de cantera. Además de usar mortero, también se pueden colocar piedras en un gavión. Una desventaja es que si se usan barras de refuerzo de acero regulares, el gavión durará mucho menos que cuando se usa mortero (debido a la oxidación). El uso de barras de refuerzo de acero resistente a la intemperie podría reducir un poco esta desventaja.

Fundaciones de trincheras de escombros

Los cimientos de zanjas de escombros son una zanja poco profunda llena de escombros o piedras. Estos cimientos se extienden por debajo de la línea de escarcha y pueden tener una tubería de drenaje que ayuda a drenar el agua subterránea. Son adecuados para suelos con una capacidad de más de 10 toneladas/m (2000 libras por pie cuadrado).

Galería de tipos de cimientos poco profundos

• Dibujo de un poste de Poteaux-en-Terre en una construcción de muro de tipo suelo (este ejemplo se denomina técnicamente construcción de empalizada) en Beauvais House en Ste Genevieve, Misuri
• PSM V24 D321 Una casa sobre pilotes de madera primitiva en Suiza.
• Un granero sobre piedras de pie, un tipo de piedra angular
• Presa Black Eagle: sección transversal de los planes de construcción para la estructura de 1892
• Ruina de los cimientos de piedra colocada en seco de Davis House, Gardiner, NY
• Un tipo básico de base de trinchera de escombros
• Cimientos de hormigón vertido residenciales típicos, excepto por la falta de pernos de anclaje. Los muros de hormigón se apoyan sobre zapatas continuas. También hay un piso de losa de concreto. Tenga en cuenta el agua estancada en las zanjas de drenaje francesas del perímetro.

Tipos modernos

Cimientos poco profundos

A menudo llamadas zapatas, generalmente están incrustadas alrededor de un metro en el suelo. Un tipo común es la zapata extendida que consta de tiras o almohadillas de concreto (u otros materiales) que se extienden por debajo de la línea de congelamiento y transfieren el peso de las paredes y columnas al suelo o roca madre.

Otro tipo común de cimentación poco profunda es la cimentación de losa a nivel donde el peso de la estructura se transfiere al suelo a través de una losa de hormigón colocada en la superficie. Los cimientos de losa sobre el terreno pueden ser losas de malla reforzada, que varían de 25 cm a varios metros de espesor, dependiendo del tamaño del edificio, o losas postensadas, que suelen tener al menos 20 cm para casas y más espesor para casas más pesadas. estructuras

Otra forma de instalar cimientos listos para construir que es más respetuosa con el medio ambiente es utilizar tornillos de puesta a tierra. Las instalaciones de tornillos de tierra también se han extendido a aplicaciones residenciales, y muchos propietarios eligen una base de tornillos de tierra sobre otras opciones. Algunas aplicaciones comunes para los cimientos de pilotes helicoidales incluyen cubiertas de madera, cercas, casetas de jardín, pérgolas y cocheras.

Cimientos profundos

Se utiliza para transferir la carga de una estructura hacia abajo a través de la capa superior débil de la capa superior del suelo a la capa más fuerte del subsuelo que se encuentra debajo. Existen diferentes tipos de cimentaciones profundas que incluyen pilotes hincados por impacto, pozos perforados, cajones, pilotes helicoidales, geopilares y columnas estabilizadas con tierra. Las convenciones de nomenclatura para diferentes tipos de zapatas varían entre diferentes ingenieros. Históricamente, los pilotes eran de madera, luego de acero, hormigón armado y hormigón pretensado.

Cimentación monopilote

Un tipo de cimentación profunda que utiliza un solo elemento estructural, generalmente de gran diámetro, incrustado en la tierra para soportar todas las cargas (peso, viento, etc.) de una gran estructura sobre la superficie.

Muchos cimientos de monopilotes se han utilizado en los últimos años para la construcción económica de parques eólicos marinos de fondo fijo en ubicaciones submarinas de aguas poco profundas. Por ejemplo, un solo parque eólico frente a la costa de Inglaterra entró en funcionamiento en 2008 con más de 100 turbinas, cada una montada sobre una base monopilote de 4,74 metros de diámetro en profundidades oceánicas de hasta 16 metros de profundidad.

Diseño

Las cimentaciones están diseñadas para tener una capacidad de carga adecuada dependiendo del tipo de subsuelo/roca que sostiene la cimentación por un ingeniero geotécnico, y la cimentación misma puede ser diseñada estructuralmente por un ingeniero estructural. Las principales preocupaciones de diseño son el asentamiento y la capacidad de carga. Cuando se considera el asentamiento, normalmente se considera el asentamiento total y el asentamiento diferencial. El asentamiento diferencial es cuando una parte de una cimentación se asienta más que otra parte. Esto puede causar problemas a la estructura que soportan los cimientos. Los suelos arcillosos expansivos también pueden causar problemas.