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Page 1: Fundaciones Intro

FUNDACIONES

• Historia y función de las fundaciones de estructuras

• Elementos de fundación. Tipos y clasificaciones.

• Métodos prácticos de análisis y diseño

• Fundaciones Superficiales

• Transmisión de cargas

• Teorías de Capacidad de Carga

• Asentamientos

• Fundaciones Profundas

• Transmisión de cargas

• Teorías de Capacidad de Carga

• Asentamientos

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Función de las fundaciones

• La Fundación es la parte de una estructura civil que, en contacto con el suelo o la roca, soporta y transmite las solicitaciones, permanentes y/o transitorias, que actúan sobre la misma.

• Modernamente: La Ingeniería de Fundaciones (como sub-disciplina de la Geotécnica) es el arte de aplicar, económicamente las cargas estructurales al suelo, evitando deformaciones excesivas (la deformación es una realidad física).

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Historia de las Fundaciones

• Es una de las artes más antiguas de la actividad humana. Nace con la necesidad de construir del ser humano al dejar de ser nómada (hace 12.000 años aproximadamente). Las fundaciones fueron siempre uno de los tópicos más abandonados de la tecnología de la construcción y de la arquitectura.

•Mesopotamia: Suelos blandos de aluvión. Utilización de ladrillos cerámicos apoyados sobre esteras de cañas.

• Egipto: Construcciones religiosas monumentales. Bloques de roca apoyados directamente sobre arenisca.

• Biblia: En el antiguo testamento figura una recomendación sobre la fundación de estructuras. Fundar en roca en lugar de en arena.

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• Antigua Grecia: Viviendas livianas (madera) y templos religiosos de piedra fundados sobre colchones de roca.

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• Antigua Roma: Gran desarrollo general de las técnicas de construcción.

La expansión del imperio necesito desarrollar la ingeniería civil (acueductos, caminería, infraestructura de ciudades, etc.) y militar (fortificaciones, etc.).

Aparece el cemento pozolánico, la estabilización de suelos y las primeras reglas y principios escritos referidos a la arquitectura y la construcción permite la especialización racional de arquitectos y artesanos (de generación en generación).

Vitruvio (S I a.c.) – Esos principios fueron comúnmente utilizados en Europa hasta entrado el S XVIII, hasta que se ganó conocimiento basado en la experiencia.

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• Edad Media: Al inicio hubo una involución de las técnicas.

Entre el S V y el S VIII – Al desintegrarse el imperio, mermó el número y la calidad de arquitectos y artesanos especializados

Estructuras toscas y de proporciones modestas.

Periodo pre-románico: Colocar escombros mezclados con mortero pobre o arcilla dentro de excavaciones con las dimensiones de la edificación. Las fundaciones dependen del espacio disponible y no de las cargas y la capacidad portante.

Período Románico: Desde el 1000 d.c. a segunda mitad de S XII. Colocación de grandes trozos de roca o escombros en las caras externas del área de la edificación y luego se rellenaba el centro con escombros o trozos de roca de menor tamaño y, en ocasiones, se mezclaba con mortero de cal o de arcilla-cal.

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Período Románico: Prácticamente todas son Fundaciones Superficiales

1053-1272

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Período Gótico: De comienzos del S XII a las primeras décadas del S XVI.

Fundaciones más adecuadas. Morteros de mejor calidad y bloques de roca mejor cortadas (más regulares). Selección del lugar de instalación y cierto reconocimiento de las condiciones del subsuelo.

-Fundación por columnas, sin ensanche, con arcos entre ellas.

-Pilotes de madera con o sin una cama de durmientes.

-Capa anticapilar de arcilla o roca.

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Madera

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Renacimiento (S XIII al S XVI) y Período Barroco (S XVI al S XVIII): los métodos de fundación fueron similares a lo que existía hasta entonces (inclusive hubo una regresión).

El punto de inflexión en la Ingeniería de Fundaciones se dio en el período Neoclásico (S XVIII al S XX).

Los avances tecnológicos y la aplicación de nuevos materiales (morteros hidráulicos, acero, etc.) se conectaron a la práctica de la construcción. Nuevas localizaciones de construcciones por crecimiento de ciudades (avance sobre terrenos bajos de baja capacidad portante).

S XVI

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S XVIII S XIX

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Durante el S XX (1925 aproximadamente) nace la Mecánica de Suelos como una disciplina científico-tecnológica.

De las teorías de Mecánica de Suelos, desarrolladas desde su nacimiento como ciencia, y de la geología, nacen los nuevos métodos y sistemas de fundación aplicados en la práctica.

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Tipos de Fundaciones

El proyecto de fundaciones debe satisfacer dos criterios básicos:

1. debe existir un F.S. a la falla por pérdida de la capacidad de carga del suelo y/o de los elementos estructurales (RESISTENCIA)

2. los asentamientos, diferenciales y totales, deben mantenerse dentro de límites razonables (DEFORMABILIDAD)

La Ingeniería de Fundaciones es el arte de aplicar económicamente las cargas estructurales al suelo, evitando deformaciones excesivas.

Dependiendo del tipo de estructura (integral, muros portantes o mixtas), del material empleado (acero, H.A., mampostería, etc.), de la vida útil de la obra, del nivel de riesgo y del costo, es posible definir deformaciones y distorsiones admisibles para cada caso.

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Elementos de FundaciónUn elemento de fundación es el conjunto de los elementos estructurales (zapatas, pilotes, etc.) y del suelo o roca afectado durante la transmisión de cargas. Estas dos componentes interactúan – INTERACCIÓN SUELO-FUNDACIÓN

FUNDACIONES SUPERFICIALES

D < 2B

D

B

QN.T.

FUNDACIONES PROFUNDAS

D

B

QN.T.

D > 2B

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Clasificación de Fundaciones Superficiales

• Dados y zapatas aisladas – imponen deformaciones tridimensionales a la masa de suelo interactuante.

Dados – Elementos rígidos Zapatas – Elementos flexibles

Los dados son bloques de hormigón en masa u hormigón ciclópeo. Bajos esfuerzos de tracción – sin armar.

Las zapatas, al ser flexibles, necesitan elementos para soportar los esfuerzos de tracción – hormigón armado.

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• Dados y zapatas corridas – imponen deformaciones planas a la masa de suelo interactuante.

Fundación corrida bajo muro portante

Fundación corrida bajo pilares alineados

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• Losas o plateas de fundación (radier) – imponen deformaciones tridimensionales a una gran masa de suelo subyacente.

Son elementos estructurales flexibles que reciben todas las cargas de los pilares de la estructura. Cuando la capacidad portante o la deformabilidad (tensión admisible baja) imponen grandes áreas de apoyo bajo cada carga, tal vez convenga fundar todas las cargas sobre una gran superficie.

Para aumentar la rigidez del elemento estructural (losa) se pueden construir losas nervadas (en una o dos direcciones).

En la actualidad nacional esta solución es muy promocionada por los Arquitectos para fundar estructuras muy livianas en terrenos muy heterogéneos y/o de consistencia blanda. Cuidado con la heterogeneidad natural de los depósitos de suelo y la rigidez real de la estructura.

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Tensión de contacto uniforme (q uniforme) Soluciones Elásticas

Tensión de contacto uniforme (q uniforme) Soluciones Elásticas

Fundaciones Superficiales

Deformación tridimensional

Sección en planta: circular, cuadrada,

rectangularCargas aisladas

Deformación plana

Sección continua o corrida

Cargas lineales

Rígida “real”

Flexible “ideal”

Rígida “real”

Flexible “ideal”

Correcciones

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Clasificación de Fundaciones Profundas(Pilotes)

Pilotes de gran desplazamiento

Pilotes de pequeño desplazamiento

Pilotes sin desplazamiento

Basándose en el efecto que el elemento estructural (pilote) produce sobre el suelo durante su instalación podemos dividirlos en:

Los pilotes pueden ser necesarios por distintos motivos:

1. Transferir las cargas a estratos más resistentes y menos compresibles

2. Resistir fuerzas horizontales

3. Aumentar la estabilidad de grandes estructuras

4. Resistir fuerzas de sub-presión

5. Evitar daños debidos a la erosión superficial

6. Compactación de depósitos arenosos de compacidad relativa suelta

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GRAN DESPLAZAMIENTO (Pilotes hincados)

Prefabricados hincados

Sección llena (madera, acero, H.A.)

Sección hueca con punta tapada

Moldeados en sitio

PEQUEÑO DESPLAZAMIENTO

Perfiles de acero y tubos de punta abierta

Pilotes “de rosca”

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SIN DESPLAZAMIENTO (Pilotes perforados)

Revestidos

Permanente Recuperable (encamisados o con

lodos de perforación)

No revestidos

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Métodos Prácticos de Análisis y Diseño

Problema Real

PROYECTO

Determinación de parámetros

Análisis

Diseño

Métodos prácticos

Burland 1989: Cualquier diseño que necesite de análisis precisos para su éxito es un MAL diseño.

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Atributos Deseables de Métodos Prácticos de Análisis y Diseño Geotécnico (Poulos 2000)

- debe tener una base teórica consistente

- debe ser capaz de incluir las mayores consideraciones del problema real particular y de incorporar los parámetros más importantes

- debe ser aplicable a la práctica sin la necesidad de extensos y complicados recursos computacionales

- los parámetros geotécnicos requeridos deben poder ser determinados con ensayos convencionales de campo y/o laboratorio

- debe poder ser revisado y corregido a partir de la experiencia, el monitoreo, etc.

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Categorización de los Métodos de Análisis y Diseño Geotécnico (Poulos 2000)

Categoría CaracterísticasEstimación de

parámetros

1Empíricos

No se basan en los principios de M de SEnsayos simples de campo y laboratorio.

2

Basados en cartas, ábacos o teorías simplificadas

Usan los principios de la M de S

Fácil cálculo

Modelos de suelo: elástico lineal, plástico perfecto, no lineal, elásto-plástico

Ensayos de campo y laboratorio rutinarios.

CORRELACIONES

3

Basados en teorías con análisis específico del sitio

Usan principios de la M de S

Ecuaciones constitutivas no-lineales

Cuidadosos ensayos de campo y/o laboratorio.

TÉCNICAS NUMÉRICAS AVANZADAS