Fundaciones: asentamientos totales admisibles
Los requerimientos básicos que debe cumplir una fundación son: 1) que sea completamente segura contra la falla por corte del terreno; y 2) que no experimente asentamientos excesivos que afecten la funcionalidad de la estructura. En ese contexto,¿cuál es el asentamiento admisible total para una fundación en particular? Sigue leyendo para encontrar la respuesta.
Asentamiento total
¿Qué es el asentamiento total de una fundación? Básicamente, podemos definir el asentamiento total (δ) como el cambio en la elevación o cota de una fundación, desde su posición original descargada, hasta una posición final cuando está sometida a solicitaciones de servicio. La Figura 1 ilustra el concepto considerando una fundación superficial aislada.
Figura 1 Asentamiento total (δ) en una fundación superficial aislada.
Estructuras que experimentan asentamientos totales excesivos, pueden sufrir algunos de los siguientes problemas (Coduto, 2001):
- Conexiones con estructuras existentes. Algunas edificaciones, suelen estar anexadas a otras, por lo que las mismas deben tener asentamientos similares, de manera de evitar problemas de funcionalidad.
- Líneas de servicios. Edificios, tanques y otras estructuras, suelen estar conectadas a servicios, muchos de ellos localizados usualmente bajo tierra. Así, si la estructura se asienta de manera excesiva, las conexiones con las líneas de servicio pueden cortarse o deformarse.
- Drenajes superficiales. Típicamente, el piso de las estructuras debe estar a un nivel superior al del terreno, de manera que el agua de lluvia pueda escurrir sin restricciones. Sin embargo, si se generan asentamientos significativos, pueden alterarse los patrones de drenaje.
- Accesos. Vehículos y peatones pueden verse afectados al ingresar a la estructura en caso de asentamientos importantes.
- Estética. Asentamientos en exceso pueden generar problemas estéticos en las estructuras, caracterizados por la presencia de grietas, que posteriormente pueden derivar en fallas estructurales.
Es destacable que, aún con asentamientos totales importantes, algunas estructuras pueden seguir funcionando. Tal es el caso de ciertas edificaciones ubicadas en Ciudad de México, que han experimentado ¡¡¡asentamientos de hasta 2 m!!! En estos casos extraordinarios, es probable que el asentamiento de la edificación haya ocurrido de manera relativamente uniforme en todas sus cimentaciones, minimizando el efecto de las deformaciones diferenciales sobre la superestructura.
Criterios para establecer asentamientos totales admisibles
Aunque las fundaciones satisfagan los requerimientos de resistencia contra el colapso, en ocasiones puede que no cumplan ciertos requisitos de funcionalidad de la estructura. En este punto, la predicción de los asentamientos esperados es una tarea fundamental del Ingeniero de Fundaciones.
Sin embargo, la determinación del nivel de asentamiento que pueda causar daños estructurales y arquitectónicos significativos, es un problema analítico indeterminado de notable complejidad, debido a la cantidad de factores que intervienen en el problema (ver Figura 2). Debido a ello, el desarrollo de un criterio para establecer el nivel máximo de asentamientos admisibles, ha sido una tarea desarrollada empíricamente, sobre la base de observaciones de asentamientos y daños en edificaciones (Holtz, 1991).
La Tabla 1 presenta valores típicos de asentamientos totales admisibles para diseño. Es importante mencionar que estos valores incluyen un factor de seguridad, por lo que deben ser comparados directamente con los asentamientos totales estimados.
Tabla 1 Valores típicos de asentamientos totales admisibles para diseño de fundaciones (Fuente: Coduto, 2001)
Tipo de estructura
| Valores de asentamiento total admisible (δ) | |
(in) | (mm) | |
Edificios de oficinas | 0,5 – 2,0 | 12 – 50 |
Estructuras industriales pesadas | 1,0 – 3,0 | 25 – 75 |
Puentes | 2,0 | 50 |
Figura 2 Factores a considerar en la determinación del nivel de asentamiento que puede afectar la funcionalidad de una estructura.
Bjerrum (1963) desarrolló un criterio para determinar los asentamientos admisibles totales (δ), basado en la relación de éstos con los asentamientos diferenciales admisibles (δD), según observaciones realizadas en estructuras similares apoyadas en perfiles de suelo semejantes. Las Figuras 3 y 4 resumen la información que apoya el criterio propuesto por Bjerrum en perfiles de suelos arcillosos y arenosos, respectivamente.
Figura 3 Asentamientos totales y diferenciales para fundaciones superficiales en arcilla (Fuente: adaptado de Bjerrum, 1963).
Figura 4 Asentamientos totales y diferenciales para fundaciones superficiales en arena (Fuente: adaptado de Bjerrum, 1963).
El empleo de las gráficas anteriores implica conocer el asentamiento diferencial admisible (δD) para la estructura estudiada, dato que usualmente está disponible en la etapa de proyecto. En un próximo post trataremos en detalle este tema, fundamental para el diseño de fundaciones.
Criterios empíricos
A fin de llevar a cabo estimaciones preliminares del asentamiento total admisible (δ), si se conoce el asentamiento diferencial máximo tolerable (δD) por una estructura, puede considerarse:
- δ = 2 x δD para arcillas (Holtz, 1991).
- δ = 1,33 x δD para arenas (Terzaghi & Peck, 1967).
En cualquier caso, durante un proyecto geotécnico lo importante es predecir la magnitud y la rata de los asentamientos, considerando la función que cumplirá la estructura durante su vida útil. Es vital asegurar que no se alcancen los límites que afecten la funcionalidad de la estructura, ni generen daños estructurales en la misma.
Referencias
- Bjerrum, L. (1963) “Allowable Settlements of Structures”. Proceedings of the 3rd European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, pp.135-137. Wiesbaden, Germany.
- Coduto, D. (2001) “Foundation Design: Principles and Practices”. Second Edition. Prentice Hall. New Jersey, USA.
- Holtz, R. (1991) “Stress Distribution and Settlement of Shallow Foundations”. Foundation Engineering Handbook. Second Edition. Van Nostrand Reinhold. New York, USA.
- Terzaghi, K. & Peck, R. (1967) “Soil Mechanics in Engineering Practice”. Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA.
