Fundación (ingeniería)

En ingeniería, una cimentación es el elemento de una estructura que la conecta al suelo o, más raramente, al agua (como en el caso de las estructuras flotantes ), transfiriendo cargas de la estructura al suelo. Las cimentaciones generalmente se consideran superficiales o profundas . ^[1] 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.

Las cimentaciones proporcionan la estabilidad de la estructura desde el suelo:

• Distribuir el peso de la estructura sobre una gran superficie para evitar sobrecargar el suelo subyacente (lo que podría provocar 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 al suelo, aumentando su estabilidad y evitando sobrecargas.
• Para evitar movimientos laterales de la estructura soportada (en algunos casos).

El diseño y la construcción de una cimentación de buen rendimiento deben poseer algunos requisitos básicos: ^[2]

• El diseño y la construcción de la cimentación se realizan de tal manera que puedan soportar y transmitir las cargas muertas e impuestas al suelo. Esta transferencia debe realizarse sin que se produzca ningún tipo de asentamiento que pueda causar problemas de estabilidad en la estructura.
• Los asentamientos diferenciales se pueden evitar si se cuenta con una base rígida para la cimentación. Estos problemas son más pronunciados en áreas donde las cargas superpuestas no son de naturaleza uniforme.
• Dependiendo del suelo y la zona, se recomienda tener una base más profunda para protegerla de cualquier tipo de daño o deterioro, principalmente causados ​​por problemas de contracción y expansión por cambios de temperatura.
• La ubicación de la cimentación elegida debe ser una zona que no se vea afectada o influenciada por obras o factores futuros.

Los edificios y las estructuras tienen una larga historia de construcción con madera en contacto con el suelo. ^{[3] [4] La construcción} con postes en el suelo puede no tener técnicamente cimientos. Los pilotes de madera se usaban en terrenos blandos o húmedos, incluso debajo de muros de piedra o mampostería. ^[5] En la construcción marina y de puentes, un entrecruzamiento de vigas de madera o de acero en hormigón se denomina emparrillado. ^[6]

Quizás la base más simple es la piedra de apoyo, una piedra única que distribuye el peso sobre el suelo y al mismo tiempo eleva la madera del suelo. ^[7] Las piedras de apoyo son un tipo específico de piedra de apoyo.

En muchas partes del mundo es común colocar piedras secas y piedras con mortero para construir cimientos. Los cimientos de piedra seca pueden haber sido pintados con mortero después de la construcción. A veces, la capa superior visible de piedra está formada por piedras talladas en canteras. ^[8] Además de usar mortero, también se pueden colocar piedras en un gavión . ^{[9] Una desventaja es que si se usan} varillas de acero comunes , el gavión duraría mucho menos que si se usara mortero (debido a la oxidación). El uso de varillas de acero resistentes a la intemperie podría reducir un poco esta desventaja.

Las cimentaciones de zanja de escombros son zanjas poco profundas rellenas de escombros o piedras. Estas cimentaciones se extienden por debajo de la línea de congelación y pueden tener un tubo de drenaje que ayuda a drenar el agua subterránea. Son adecuadas para suelos con una capacidad de más de 10 toneladas/m2 ⁽ 2000 libras por pie cuadrado).

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  Dibujo de un poste Poteaux-en-Terre en una construcción de muro de tipo empalizada (este ejemplo se denomina técnicamente construcción de empalizada ) en la Casa Beauvais en Ste Genevieve, Missouri
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  PSM V24 D321 Una casa primitiva sobre pilotes de madera en Suiza .
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  Un granero sobre piedras de apoyo , un tipo de piedra de apoyo
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  Presa Black Eagle: sección transversal de los planos de construcción de la estructura de 1892
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  Ruinas de los cimientos de piedra seca de la Casa Davis, Gardiner, Nueva York
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  Un tipo básico de cimentación de zanja de escombros
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  Cimentación típica de hormigón vertido de una vivienda, salvo por la falta de pernos de anclaje . Las paredes de hormigón se apoyan sobre zapatas continuas. También hay un suelo de losa de hormigón . Nótese el agua estancada en las zanjas de drenaje francesas perimetrales .
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  Edificio modular para colocar sobre la cimentación

A menudo denominadas zapatas , suelen estar incrustadas aproximadamente un metro en el suelo . Un tipo común es la zapata extendida, que consiste en tiras o almohadillas de hormigón (u otros materiales) que se extienden por debajo de la línea de congelación y transfieren el peso de las paredes y columnas al suelo o lecho de roca .

Otro tipo común de cimentación superficial es la cimentación de losa sobre el terreno, en la que el peso de la estructura se transfiere al suelo a través de una losa de hormigón colocada en la superficie. Las cimentaciones de losa sobre el terreno pueden ser losas reforzadas, que tienen un espesor que varía de 25 cm a varios metros, dependiendo del tamaño del edificio, o losas postensadas, que suelen tener al menos 20 cm para las casas y más espesor para las estructuras más pesadas.

Otra forma de instalar cimientos listos para construir que es más respetuosa con el medio ambiente es utilizar pilotes helicoidales . Las instalaciones de pilotes helicoidales también se han extendido a aplicaciones residenciales, y muchos propietarios de viviendas eligen cimientos de pilotes helicoidales en lugar de otras opciones. Algunas aplicaciones comunes de los cimientos de pilotes helicoidales incluyen terrazas de madera, cercas, casas de jardín, pérgolas y cocheras.

Se utiliza para transferir la carga de una estructura hacia abajo a través de la capa superior débil de la capa superficial del suelo hasta la capa más fuerte del subsuelo que se encuentra debajo. Existen diferentes tipos de zapatas profundas, entre las que se incluyen pilotes hincados por impacto, pilotes perforados, cajones , pilotes atornillados , geopilotes ^{[ aclaración necesaria ]} y columnas estabilizadas con tierra ^{[ aclaración necesaria ]} . Las convenciones de nomenclatura para los diferentes tipos de zapatas varían entre los distintos ingenieros. Históricamente, los pilotes eran de madera , luego de acero , de hormigón armado y de hormigón pretensado .

Un tipo de cimentación profunda que utiliza un único 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.

En los últimos años se han utilizado muchos cimientos de monopilotes ^{[10] para construir de forma económica} parques eólicos marinos de fondo fijo en ubicaciones submarinas de aguas poco profundas . ^[11] Por ejemplo, un solo parque eólico frente a la costa de Inglaterra se puso en funcionamiento en 2008 con más de 100 turbinas, cada una montada sobre una base de monopilote de 4,74 metros de diámetro en profundidades oceánicas de hasta 16 metros de agua. ^[12]

Una base flotante es una que se asienta sobre un cuerpo de agua, en lugar de tierra firme. Este tipo de base se utiliza para algunos puentes y edificios flotantes.

Los cimientos están diseñados para tener una capacidad de carga adecuada según el tipo de subsuelo/roca que los soporta, por un ingeniero geotécnico , y la zapata en sí puede ser diseñada estructuralmente por un ingeniero estructural . Las principales preocupaciones de diseño son el asentamiento y la capacidad de carga . Al considerar el asentamiento, normalmente se considera el asentamiento total y el asentamiento diferencial. El asentamiento diferencial es cuando una parte de los cimientos se asienta más que otra parte. Esto puede causar problemas a la estructura que los cimientos están soportando. Los suelos arcillosos expansivos también pueden causar problemas.

• Sustentación
• Asentamiento estructural
• Interferencia de las zapatas

• Ejemplos comunes de posibles deformaciones de cimentaciones derivadas de una construcción inadecuada.