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Fundaciones: asentamientos diferenciales

El asentamiento diferencial δD, es la diferencia entre los asentamientos experimentados entre dos fundaciones, o entre dos puntos de una misma fundación. Si ocurren asentamientos diferenciales excesivos, la funcionalidad de la estructura puede verse sensiblemente afectada ¿Quieres saber más sobre asentamientos diferenciales? Sigue leyendo este post…

Asentamientos diferenciales

En el diseño de fundaciones, una vez estimado el asentamiento esperado en un cimiento, deben revisarse dos aspectos de suma importancia: A) si el asentamiento de ese cimiento es inferior al asentamiento total admisible (ver el artículo Fundaciones: asentamientos totales admisibles ); y B) si el asentamiento diferencial entre dos cimientos (o entre dos puntos de una misma estructura de fundación, como sería el caso de losas o zapatas corridas) se encuentra dentro del rango admisible, de manera de que no se vea afectada la funcionalidad de la estructura.

 

La Figura 1 ilustra los casos típicos de asentamientos de estructuras, incluyendo también algunas definiciones básicas.

Figure 1 Tipos de asentamiento: (a) asentamiento uniforme; (b) vuelco; (c) asentamiento no uniforme. En la figura: ρ = asentamiento; Δρ = asentamiento diferencial; l = separación entre apoyos; Δρ / l = distorsión angular (Fuente: Lambe & Whitman, 1969).

 

Una pregunta que siempre surge al hablar de asentamientos de estructuras, es la siguiente: ¿por qué se producen asentamientos diferenciales? La respuesta no es sencilla, pero es posible mencionar algunos factores asociados a estos asentamientos:

 

  • Variaciones en el perfil de suelo. Dada la enorme heterogeneidad de los suelos, una estructura podría estar apoyada en terrenos con diferentes rigideces, lo que generaría deformaciones desiguales en las distintas fundaciones de dicha estructura.

 

  • Variaciones entre cargas de diseño y condiciones de servicio. Aún cuando las fundaciones de las estructuras son diseñadas para cubrir las cargas de servicio, pueden existir ciertas diferencias entre las cargas reales y las cargas de diseño. Así, aquellos cimientos en los que esta diferencia sea más significativa, sufrirán mayores deformaciones, generando asentamientos diferenciales respecto a otros cimientos de la estructura.

 

  • Tolerancias constructivas. Las dimensiones como construido de las fundaciones, pueden diferir de las dimensiones de diseño, por lo que el comportamiento respecto a las deformaciones puede igualmente variar.

 

En todo caso, los asentamientos diferenciales son más importantes que los totales, puesto que los mismos generan no solamente movimientos verticales de las estructuras, sino también distorsiones angulares que pueden afectar la funcionalidad de las mismas.

Criterios para establecer asentamientos diferenciales admisibles

La determinación del asentamiento que puede generar daños arquitectónicos o estructurales significativos, es un problema muy complejo, altamente indeterminado. Consecuentemente, el análisis de asentamientos tolerables y el desarrollo de criterios para establecer estos asentamientos tolerables, fueron realizados sobre bases empíricas (Holtz, 1991).

 

La Tabla 1 resume criterios de aceptación para asentamientos totales, inclinación, y asentamientos diferenciales para diferentes tipos de estructuras.

 

Tabla 1 Asentamientos admisibles para estructuras (Fuente: Sowers, 1962; Perloff & Baron, 1976;

Tipo de movimiento

Case

ρ o Δρ

Asentamiento total (ρ)

Drenaje

6 – 12 in

Accesos

12 – 24 in

Probabilidad de asentamiento NO uniforme:

 

                     Paredes de mampostería

1 – 2 in

                     Estructuras aporticadas

2 – 4 in

                     Chimeneas, silos, losas

3 – 12 in

Inclinación

Chimeneas, torres

0,004 h

Rodamiento de camiones

0 01 L

Apilado de maderas

0,01 L

Operación de maquinara

0,003 L

Turbogeneradores

0,0002 L

Rieles de grúas

0,003 L

Drenaje de techos

0,01 L – 0,02 L

Deformaciones diferenciales
(Δρ)

Muros de ladrillo

0,0005 L – 0,001 L

Agrietamiento del yeso

0,001 L

Estructura aporticada de concreto armado

0,0025 L – 0,004 L

Pórtico continuo de acero

0,002 L

Pórtico simple de acero

0,005 L

L = distancia entre columnas adyacentes, o entre dos puntos en los que se observan asentamientos diferenciales.

Valores admisibles mayores corresponden a niveles de asentamientos regulares; valores admisibles menores corresponden a niveles de asentamientos irregulares.

La Figura 2, por su parte, resume algunos criterios empíricos para edificios, comúnmente empleados en la práctica. Dichos criterios están basados en los niveles de distorsión angular en los que comienzan a evidenciarse problemas en edificaciones, o en la separación entre columnas.

Figure 2 Asentamientos admisibles para edificaciones (Fuente: Holtz, 1991).

Como se desprende de la información resumida en la Tabla 1 y en la Figura 2, al momento de estimar los asentamientos admisibles (totales y diferenciales), es fundamental tomar en consideración el tipo de estructura a construir. 

Consideraciones prácticas

Otra pregunta frecuente al momento de encarar el proceso de diseño de fundaciones en algún proyecto, es la siguiente: ¿qué fundaciones considerar para analizar los asentamientos diferenciales?

 

Para edificaciones, una opción es analizar las cimentaciones de todas y cada una de las columnas de la estructura, estimar el asentamiento total en cada caso, y analizar los diferenciales entre apoyos adyacentes. Sin embargo, esto no resulta muy práctico en proyectos de cierta envergadura, ni tampoco en el caso de estructuras apoyadas en losas o fundaciones corridas.

 

Otra opción es la propuesta inicialmente por Peck en la década de 1940, y recomendada por Coduto en 2001 (hecho que demuestra su vigencia). Dicha opción consiste en tomar la fundación más cargada, asumir que la misma estará apoyada en la parte más desfavorable del terreno (es decir, la más compresible), y estimar el asentamiento total ρ en esas condiciones. Posteriormente, repetir el procedimiento, pero considerando la fundación menos cargada apoyada sobre la parte más rígida del terreno estudiado. Como último paso, determinar el asentamiento diferencial Δρ esperado entre estas dos condiciones.

 

Teóricamente, salvo que existan sectores de mayor debilidad no identificados durante la exploración, el valor obtenido para Δρ sería el máximo posible. Así, este valor máximo debe ser comparado con los criterios mostrados en la Tabla 1 y en la Figura 2, y si se encuentra dentro del rango admisible, se esperaría que todas las fundaciones de la edificación cumplan con el criterio.

 

Esta metodología, inicialmente propuesta para fundaciones aisladas de edificios, puede también aplicarse, de manera conservadora, para losas y zapatas corridas, asumiendo que las mismas estarían apoyadas en dos terrenos diferentes (el de condiciones de mayor rigidez, y el de menor rigidez). Así, sería posible simular qué podría ocurrir entre dos sectores de estas fundaciones apoyados sobre terrenos de diferente rigidez.

 

Para el caso de equipos especiales (como turbogeneradores o radares, por ejemplo) y tanques, deben seguirse las recomendaciones estipuladas por fabricantes y proveedores en relación a los asentamientos diferenciales y totales admisibles para cada caso.

References

  • 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.
  • Lambe, W. & Whitman, R. (1969) “Soil Mechanics”. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA.
  • Terzaghi, K. & Peck, R. (1967) “Soil Mechanics in Engineering Practice”. Second Edition. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA.

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