Consolidación

Un incremento del esfuerzo provocado por la construcción de cimentaciones u otras cargas comprime los estratos de suelo. La compresión es causada por a) deformación de las partículas del suelo, b) reacomodo de las partículas del suelo, y c) expulsión de agua o aire de los espacios vacíos. En general, el asentamiento del suelo causado por cargas se divide en tres amplias categorías:

1. Asentamientos inmediato, provocado por la deformación elástica del suelo seco y de los suelos húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teoría de la elasticidad.
2. Asentamiento por consolidación primaria, es el resultado de un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos debido a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos.
3. Asentamiento por consolidación secundaria,se observa en suelo saturados cohesivos y es el resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Este sigue al asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.

Ingeniería de cimentaciones

Relación entre ingeniería de cimentaciones, geotecnia y geología.

 las rocas y los suelos son materiales que constituyen a la corteza terrestre cuya formación se debe a la acción de una serie de fenómenos geológicos. Por tanto, es evidente que cualquier estudio sistemático de estos materiales, con el propósito de utilizarlos en la construcción de las obra de ingeniería civil, deba incluir el conocimiento de las características geológicas del sitio de la obra. A continuación se comenta sobre la estrecha relación que existe entre la geología, la geotecnia y la ingeniería de cimentaciones.

Diseño de la cimentación.

La cimentación debe ser capaz de transmitir al terreno de apoyo todas las cargas de estructura, en condiciones tales que ésta cumpla con lso requisistos de seguridad y se servicio que la buena ingeniería y las normas reglamentarias demandan. Para satisfaccer estos requisitos el diseño de la cimentación debe responder, de manera racional, a las siguientes cuestiones:

• ¿Qué tipo de cimentación es más apropiada para la estructura y para el terreno en que se apoya, sea éste constituido por rocas, por suelos o por una combinación de ambos?

• ¿Que forma y dimensiones deben darse a la cimentación elegida para que las deformaciones del terreno bajo la acción de las cargas aplicadas no produzcan desplazamientos excesivos que dañen a la estructura o a edificaciones colindantes? 

• ¿Cómo llevar a cabo la construcción de la cimentación para que se cumplan los objetivos establecidos por el diseño sin inducir desplazamientos que dañen o pongan en peligro de colapso a las instalaciones o construcciones colindantes, a la vez que permitan realizar la construcción en el menor tiempo posible?  

La geotecnia
Se ocupa del estudio del comportamiento de los suelos y las rocas como materiales empleados en las obra de ingeniería civil. Su conocimiento ayuda al ingeniero a decidir racionalmente sobre las siguientes cuestiones prácticas relativas a las cimentaciones de cualquier tipo de estructura:

Tipo de cimentación

• Elegir el tipo de cimentación más adecuado a la superestructura y al terreno de apoyo.

 Capacidad de carga

• Determinar la capacidad de carga del cimiento, apropiada para el terreno del sitio, dentro un factor de seguridad admisible.

Asentamientos

• Verificar que los asentamientos que producirán las cargas aplicadas por la estructura no excedan los límites tolerables.

Construcción

• El diseño de procedimientos de construcción específicos, incluyendo: la instalación de cimientos profundos, el análisis de la estabilidad de excavaciones profundas,el manejo del agua subterránea durante los trabajos de excavación, la instalación de las estructuras de contención y del sistema de apuntalamiento, así como el proceso que deberá seguir la construcción de la cimentación.
  

Cimentaciones

La parte inferior de una estructura se denomina generalmente cimentación y su función es transferir la carga de la estructura al suelo en que ésta descansa. Una cimentación adecuadamente diseñada es la que transfiere la carga a través del suelo sin sobreesforzar a éste. Sobreesforzar al suelo conduce al un asentamiento excesivo o bien a una falla cortante del suelo, provocando daños a la estructura. Por estos, los ingenieros geotecnistas y estructuristas que diseñan cimentaciones deben evaluar la capacidad de carga de los suelos.
Dependiendo de la estructura y suelo encontrados se usan varios tipos de cimentaciones.

Una zapata aislada o corrida es simplemente una ampliación de un muro de carga o columna que hace posible dispersar la carga de la estructura sobre un área grande del suelo. En suelos con baja capacidad de carga, el tamaño de las zapatas requeridas es grande y poco práctica. En tal caso, es mas económico construir toda la estructura sobre una losa de concreto, denominada losa de cimentación.

Las cimentaciones con pilotes y pilas perforadas se usan para estructuras más pesadas cuando se requiere gran profundidad para soportar la carga. Lo pilotes son miembros estructurales hechos de madera, concreto, o acero, que transmiten la carga de la superestructura a los estratos inferiores del suelo. Según como se transmiten sus carga al subsuelo, los pilotes se dividen en dos categorías: pilotes de fricción y pilotes de punta. En el caso de los pilotes de fricción, la carga de la superestructura es soportada por los esfuerzos cortantes generados a lo largo de la superficie lateral del pilote. En los pilotes de punta, la carga soportada es transmitida por su punta a un estrato firme.


En el caso de pilas perforadas, se taladra un agujero en subsuelo y luego se rellena concreto, debiéndose usar un ademe de metal mientras se taladra el agujero. El ademe se deja ahogado en el agujero o se retira durante la colocación del concreto. Generalmente, el diámetro de una pila perforada es mucho mayor que el de un pilote. La distinción entre pilotes y pilas perforadas deja de ser clara para un diámetro de aproximadamente 1 metro, y luego las definiciones y la nomenclatura son inexactas.

Las zapatas corridas y las losas de cimentación se denominan cimentaciones superficiales y las cimentaciones con pilotes y pilas perforadas, se clasifican como profundas. En un sentido más general, las cimentaciones superficiales son aquellas que tienen una razón de profundidad de empotramiento a ancho de aproximadamente menor que cuatro. Cuando la razón es profundidad de empotramiento contra ancho es mayor, la cimentación se clasifica como profunda.