Introducción

El objetivo principal de las cimentaciones es de transmitir las cargas de una estructura a los estratos resistentes del subsuelo, en la forma estable y con asentamientos tolerables durante su vida útil.

Factores que determinan el tipo de cimentación

Con el propósito de definir el propósito de cimentación adecuado que cumpla con el objetivo mencionado anteriormente, es indispensable evaluar con precisión las cargas que se transmitirán al subsuelo, realizar un estudio detallado de mecánica de suelos y escoger el procedimiento constructivo, que técnica y económicamente sea el mas viable.

Cargas

Para el diseño de de la cimentación de cualquier construcción, es necesario evaluar las acciones permanentes (incluyendo el peso propio), las acciones variables (incluyendo la carga viva), y las acciones accidentales (incluyendo sismos y viento), a las que se encontrará sometida.

Suelo

El estudio del suelo en el que se apoyará una estructura es prioritario, ya que su resistencia y comportamiento ante cargas externas definirán el tipo de cimentación adecuado, que garantizará la estabilidad del sistema.

El estudio de mecánica de suelos permitirá determinar la configuración y composición de los diferentes estratos, las propiedades índice y las propiedades mecánicas e hidráulicas del subsuelo. Esta información servirá de base para la correcta selección de los estratos de apoyo y de los elementos que transmitirán las cargas al subsuelo.

Técnica y Economía

Al ser elegido un tipo de cimentación, es necesario definir el procedimiento constructivo que se aplicará considerando los recursos existentes, con el propósito de que su construcción sea viable, respetando las especificaciones geotécnicas y estructurales, considerando también que la solución sea económicamente aceptabley conduzca a tiempos de ejecución reales y convenientes, preservando constantemente la calidad de los elementos de cimentación.

Clasificación de cimentaciones

Las cimentaciones pueden ser clasificadas de acuerdo a diferentes criterios, los cuales serán útiles si permiten identificar con precisión los elementos que transmitirán las cargas al suelo, asi como el mecanismo de falla del suelo de cimentación, para la aplicación del método de cálculo adecuado.

Según el Manual de cimentaciones profundas de la sociedad de mecánica de suelos AC sugiere la siguiente clasificación:

Cimentaciones Superficiales

Como su nombre lo indica, son aquéllas que se construyen sobre estratos resistentes superficiales, donde por lo general no se requiere de maquinaria pesada ni procedimientos constructivos especiales y su diseño no acepta esfuerzos de tensión. Las cimentaciones superficiales mas comunes son las zapatas aisladas, las zapatas corridas y las losas.

Cimentaciones Compensadas

Se entiende por cimentaciones compensadas aquellas en las que se busca reducir el incremento neto de carga aplicado al subsuelo mediante una excavacion en donde se aloja un cajón de cimentación. Si la transmisión de carga neta al subsuelo en el desplante del cajón resulta positiva, nula o negativa, la cimentación se denomina parcialmente compensada, compensada o sobrecompensada, respectivamente.

Con el propósito de evitar que la estructura experimente asentamientos excesivos, es común que las cimentaciones parcialmente compensadas se combinen con pilotes de fricción, los cuales describiremos posteriormente.

Cimentaciones Profundas

Son aquéllas que alcanzan estratos profundos que tengan la capacidad de soportar las cargas adicionales que se aplican al subsuelo, utilizándose generalmente procedimientos constructivos y equipos especiales.

Clasificación de las Cimentaciones Profundas

Con el propósito de identificar los diferentes elementos de cimentaciones profundas, proponemos clasificarlos según el Manual de Cimentaciones Profundas de la Sociedad de Mecánica de Suelos AC, considerando sus características y condiciones de trabajo, lo que permite facilitar la comunicación técnica entre consultores y constructores, aplicando los criterios propios de cada actividad, de acuerdo con lo siguiente:

Material de Fabricación

Los materiales mas utilizados son los siguientes:

a) concreto:

- elementos prefabricados

Los elementos estructurales de cimentación profunda son fabricados en moldes, de acuerdo con las especificaciones, antes de ser instalado en el subsuelo.

- elementos colados en el lugar

El concreto es depositado directamente en perforaciones realizadas en el subsuelo, por lo que la cimentación es fabricada en el lugar donde quedara ubicada.

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

El procedimiento constructivo depende de las condiciones del subsuelo, de las especificaciones estructurales, así como de los recursos disponibles, pudiéndose clasificar considerando el desplazamiento del subsuelo generado durante la instalación de los elementos:

a) Con desplazamiento:

- Hincados a percusión, presión o vibración.

Los elementos prefabricados, así como los perfiles y tubería metálica, son instalados en el subsuelo sin realizar previamente en perforación, aplicándoles energía dinámica y presión en suelos blandos, y vibración en suelos predominantemente friccionantes.

b) Con poco desplazamiento:

- Hincado en una perforación previa

En el caso de que las características del subsuelo por su resistencia no permitan la instalación de los elementos de cimentación, se especifica una perforación previa a su hincado.

- Hincado con chiflón

El chiflón de agua es utilizado para hincar elementos precolados o de acero en suelos compuestos por arena suelta, la cual es transportada por el flujo al exterior.

- Sección transversal pequeña

El instalar tubos y perfiles metálicos sin perforación previa, debido a su reducida área transversal, provoca un desplazamiento del subsuelo en ocasiones imperceptible.

c) Sin desplazamiento:

Se considera que el subsuelo no registra desplazamientos, cuando el perímetro de la perforación previa circunscribe a la sección del elemento por instalar, o cuando los elementos son colados en el lugar.

TRANSMISION DE CARGA AL SUBSUELO

La forma en que las pilas y los pilotes transfieren las cargas al subsuelo, define el tipo de cimentación, clasificándose en este manual de acuerdo con el siguiente criterio:

a) Punta

La carga vertical es trasmitida al estrato localizado en la punta de los elementos de cimentación profunda.

- Fricción

La transmisión de las cargas al subsuelo se desarrolla a través del contacto de los diferentes estratos con el fuste de los pilotes o las pilas, dependiendo del sentido de los esfuerzos, la cimentación puede ser apoyo.

- Mixta

Se considera mixta la transmisión de la carga vertical descendente al subsuelo, cuando en el diseño de los elementos los esfuerzos son distribuidos en la punta y en el fuste; en la realidad esta condición es la que prevalece, la cual depende de la compatibilidad de los desplazamientos sin embargo cuando los refuerzos en la punta o en el fuste son reducidos, en el cálculo se desprecian.

b) Carga vertical y horizontal
En estructuras que generan cargas horizontales hacia la cimentación, además de las verticales, puede ser recomendable el uso de pilotes inclinados, con el propósito de que la fuerza resultante sea transmitida adecuadamente al subsuelo por la cimentación profunda elegida. En el caso de la ocurrencia de acciones sísmicas, los pilotes inclinados provocan concentraciones de esfuerzos considerables en la losa que se apoya en ellos, lo cual debe ser analizado en su diseño, si la carga horizontal es moderada, es preferible usar pilotes instalados verticalmente y aprovechar la reacción pasiva del suelo superficial.