Ingeniería de la Fundación: Significado y Tipos de Fundación

Muchas estructuras, como represas, puentes, edificios, caminos, etc., están construidas por ingenieros civiles para satisfacer nuestros diversos requisitos. Todas estas estructuras están por encima del suelo y son visibles. Estos se llaman superestructuras. Las estructuras aplican carga sobre el suelo sobre el que descansan. Si las superestructuras se colocan directamente en el suelo, el suelo se estresa demasiado y no podrá sostenerlas de manera segura. Para transferir con seguridad la carga de la estructura en el suelo, parte de la estructura se coloca debajo del suelo.

Esta parte de la estructura se llama subestructura. La subestructura se suele llamar base. Así, los elementos estructurales que se conectan, puentes, edificios, etc. al suelo se llaman cimientos. La base de cualquier estructura es muy importante porque la seguridad y la confiabilidad de la estructura dependen de la base.

La carga de una estructura se transmite desde la superestructura a la subestructura, es decir, la fundación por columnas o paredes. La base distribuye la carga al suelo de tal manera que el suelo puede soportar la carga como se muestra en la figura 11.1.

Tipos de Fundaciones:

Las fundaciones se clasifican ampliamente en dos categorías:

(i) Cimientos someros y

(ii) Cimientos profundos

Fundaciones poco profundas:

Las cimentaciones poco profundas son aquellas que transmiten las cargas al suelo a poca profundidad. Se proporciona una base poco profunda cuando el suelo a poca profundidad es lo suficientemente fuerte como para soportar la carga que probablemente se le imponga. Para cimentaciones poco profundas, la relación entre la profundidad de las cimentaciones, D y el ancho de la cimentación, B es igual o menor que 1. La base y la alfombrilla de separación son cimientos poco profundos.

Para cimentaciones poco profundas.

Los cimientos profundos son aquellos que transitan la carga hacia un suelo más profundo. Se requieren cimientos profundos cuando el suelo a poca profundidad no puede soportar una estructura y hay un estrato duro disponible a mayor profundidad. Para cimentaciones profundas, la relación entre la profundidad de la cimentación y el ancho de la cimentación es mayor que 1. Las pilas y los cajones son cimientos profundos.

Para cimientos profundos.

D / B> 1

Tipos de fundaciones poco profundas

Los cimientos poco profundos son de los siguientes tipos:

(i) Pie extendido

(ii) pie de la correa

(iii) Pie combinado

(iv) zapata o pie de balsa

(v) Pisada continua.

(i) Pie extendido:

También se le llama pie de columna individual. Este es el tipo más común de base y puede tener forma cuadrada, rectangular o circular; a menudo tiene la forma de la columna. Está hecho de hormigón armado. Esto se denomina pie de propagación, ya que distribuye la carga estructural sobre un área determinada del suelo. La figura 11.4 muestra las zapatas extendidas.

(ii) zapata de la correa:

Si las bases de separación aisladas de dos columnas están conectadas por una viga, se denomina zapata de correa y la viga se llama viga de correa. La viga de la correa no transfiere ninguna carga al suelo ya que no está en contacto con el suelo. La figura 11.5 muestra un pie de correa.

(iii) Pie combinado:

Una zapata extendida que admite dos o más columnas se conoce como zapata combinada. Una base combinada generalmente se construye cuando dos o tres columnas están ubicadas muy cerca una de la otra. La forma de la zapata combinada puede ser rectangular si ambas columnas llevan cargas iguales o pueden ser trapezoidales si llevan cargas diferentes. La figura 11.6 muestra el pie combinado.

(iv) Pisada continua:

También se conoce como pie de tira. Se proporciona una base continua para un muro de carga. La base continua está hecha de ladrillos. La longitud de la zapata continua suele ser mucho mayor que el ancho de la zapata.

(v) zapata o pie de balsa:

Una zapata de pie es un tipo de zapata combinada que cubre toda el área debajo de una estructura y apoya todas las paredes y columnas. Suele ser más económico que el mal.

Una estera es estructuralmente rígida y cuando se asienta, se asienta uniformemente como una entidad monolítica. Por lo tanto, reduce el potencial de liquidación diferencial. Las alfombras se usan generalmente cuando las condiciones del suelo son muy erráticas y las estructuras son demasiado pesadas para una plataforma de repuesto.

Factores que afectan la profundidad de la base superficial:

Los siguientes factores afectan la profundidad de los cimientos poco profundos:

(i) Espesor de la capa superior:

Si la base se construye en un suelo que tiene un buen porcentaje de materia orgánica en descomposición orgánica, entonces se colocará por debajo del espesor de esta materia orgánica. A medida que este tipo de suelos orgánicos experimentan un cambio de volumen considerable en la aplicación de carga externa.

(ii) Congelación del suelo:

En regiones donde la temperatura del aire cae por debajo de 0 ° C durante períodos prolongados, la temperatura del suelo desciende a un nivel comparable y el agua de vertido se convierte en hielo. Esto se llama congelación del suelo. La congelación del suelo tiene un impacto significativo en los cimientos construidos en tales suelos debido al aumento de las heladas, en los cuales hay un movimiento hacia arriba del suelo debido a la formación de hielo subterráneo, llamado lente de hielo. En tales regiones, los cimientos deben ubicarse por debajo de la profundidad de penetración de las heladas para evitar daños a las estructuras.

(iii) Profundidad del cambio de volumen:

Algunos suelos experimentan cambios de volumen debido a humedecimiento y secado alternativos, como el suelo de algodón negro. En tal suelo, la cimentación debe estar ubicada debajo de la zona de cambio de volumen. La zona de cambio de volumen varía de 1.2 a 3.5 m en el caso del suelo de algodón negro.

La Tabla 11.1 da una idea para evaluar la susceptibilidad de los suelos para el cambio de volumen:

(iv) Profundidad de socavación:

Para la estructura de ríos o arroyos contiguos, sometidos a la acción de limpieza del agua, se debe tener en cuenta la profundidad de la socavación para la ubicación de los cimientos. La profundidad de dichos cimientos debe estar a un nivel muy por debajo de la profundidad de socavación potencial.

En la India, la fórmula de Lacey se utiliza para determinar la profundidad de socavación normal

D _L = 0.47 (Q / F) ^1/3

donde D _L = profundidad de socavación normal

Q = caudal total en m ³ / seg.

f - factor de limo = 1.76 √m

m = diámetro medio ponderado de las partículas en mm.

La profundidad de socavación total se determina utilizando la correlación sugerida por diferentes investigadores.

La tabla 11.2 muestra las recomendaciones de Seth para el desgaste total:

(v) Nivel de agua subterránea:

En la medida de lo posible, las cimentaciones poco profundas se colocan sobre el nivel del agua subterránea para evitar dificultades en la construcción y para evitar que las fuerzas de levantamiento actúen sobre las cimentaciones. Al colocar la base sobre el nivel del agua subterránea, también se pueden evitar los requisitos de impermeabilización.

(vi) Utilidades y defectos subterráneos:

Los servicios públicos subterráneos como líneas de suministro de agua, líneas de corte, etc. deben tenerse en cuenta al decidir la profundidad de la cimentación. Los defectos subterráneos como cavidades, minas abandonadas, etc. también deben considerarse al planificar la ubicación de la cimentación. La fundación no debe ubicarse sobre servicios públicos subterráneos y defectos.

(vii) Línea de propiedad y estructuras contiguas:

Si se debe hacer una construcción cerca de una línea de propiedad adyacente, la cimentación debe ubicarse de manera que no se extienda a la línea de propiedad adyacente para evitar disputas legales. Si se debe colocar una base nueva cerca de una estructura existente, entonces el borde inferior de la base cercana debe estar a una distancia mínima 'S' de distancia de las bases antiguas, donde S es la mayor de las dos anchuras de las bases. La profundidad de la nueva base debe ser tal que la línea trazada desde el borde inferior de la base anterior (a 30 ° para el suelo promedio y 45 ° para el suelo blando) no debe intersecar el borde inferior de la nueva base como se muestra en la figura 11.10.

(viii) terreno en pendiente:

Cuando la base debe ubicarse en un terreno inclinado, la profundidad de la misma debe ser tal que una línea trazada desde el borde inferior de la base a un ángulo de 30 ° y a una distancia horizontal de 90 cm no se cruce, como se muestra en la figura 11.11.

(ix) Fundaciones a diferentes niveles:

En situaciones donde la base de los cimientos de una estructura se encuentra en un nivel diferente, BIS hace las siguientes recomendaciones:

(a) Para rodar en suelo granular, una línea trazada entre los bordes adyacentes más bajos de los cimientos adyacentes no debe tener una pendiente más pronunciada que 2 H: 1 V, como se muestra en la figura 11.12.

(a) Para rodar en suelos arcillosos, una línea trazada entre el borde inferior adyacente de la zapata superior y el borde superior adyacente de la zapata inferior no debe tener una pendiente más pronunciada que 2H: 1 V como se muestra en la figura 11.13.

Tipos de fundaciones profundas:

Los cimientos profundos son de diferentes tipos dependiendo del mecanismo del cual estos cimientos derivan su capacidad de carga, su forma y su material:

(i) base de pila

(ii) Fundación de muelle

(iii) Base de pozo o casión.

(i) Base de pila:

La base de la pila es un elemento estructural largo y delgado que transfiere la carga de la estructura a un estrato firme a una profundidad considerable debajo de la superficie del suelo.

(ii) Fundación del muelle:

Los muelles son pilas de gran diámetro que distribuyen la carga de la estructura a lo largo de toda la profundidad de los suelos en los que se encuentra.

(iii) Base de pozo o casión:

Well or cassion es una caja hueca de gran tamaño o pozo que se hunde profundamente en el suelo para soportar cargas pesadas. La capacidad de carga de dicha cimentación es muy grande. Transfiere la carga de la estructura al suelo a través del rodamiento final y la fricción de la piel. Tales fundaciones se utilizan generalmente en puentes.