Fundaciones de una vivienda: qué son, qué tipos existen y por qué son importantes
1. ¿Qué son las fundaciones y para qué sirven?
Las fundaciones son básicamente los pies de nuestros edificios y la forma en que funcionan es similar a un mono porfiado. Es decir, la fundación debe ser lo suficientemente ancha y pesada para mantenerse estable sobre el terreno de fundación y lo suficientemente liviana como para no romper el suelo que la apoya, para lo cual deberá abarcar una superficie suficientemente grande.
El terreno tiene una tensión admisible que está estudiada en el respectivo informe de Mecánica de Suelo. Pero, ¿qué son las tensiones?
Las tensiones son la fuerza vertical aplicada en la fundación dividida en el área basal de la zapata, es decir:
σ=N/A < σadm
Si aumenta la carga sobre la fundación, puede darse el caso que la tensión real sobre el sello de fundación sea mayor a la tensión admisible (σadm), por lo que la fundación podría fallar por rotura del suelo.
Pero, cuando se aplican cargas de flexión sobre las zapatas, cargas que intentan dar vuelta la fundación, se producirán tensiones diferentes en toda la base de la zapata, y como el suelo no es capaz de ejercer tensiones negativas sobre la base de la zapata, lo que en realidad ocurre es que parte de la zapata tiene tensión basal cero y la zapata se levanta, por eso se debe verificar que las tensiones no sean negativas. Para verificar esto, se recurrirá al siguiente modelo:
La carga axial y el momento resistido por la zapata se calcula en base a las fórmulas que aparecen en la imagen, entonces, para evitar que una parte de la zapata se levante, la relación entre el momento y axial no debe ser mayor al ancho dividido por 6. En caso de ser mayor, parte de la zapata no estará en contacto con el suelo y en ese caso, la norma sísmica NCh433 exige que el 80% de la zapata se encuentre apoyada en el sello de fundación.
2. ¿Qué tipos de fundaciones se utilizan en las viviendas?
Las fundaciones que tiene una vivienda dependen fundamentalmente del suelo en que se funda la casa, por lo que es muy importante conocer el tipo de suelo, lo que se hace a través de un informe de mecánica de suelo.
Las fundaciones se clasifican principalmente en dos tipos, superficiales y profundas.
Las fundaciones profundas son pilotes, pilas, micropilotes, zapatas profundas, pilotes yoder, pilotes hincados, entre otros. Pero las casas son obras menores y probablemente no sea tan corriente encontrar fundaciones profundas en casas, aunque en suelos malos, como arena suelta (dunas) y suelos pantanosos se usan pilotes.
En cuanto a las fundaciones superficiales o directas:
• El tipo más sencillo de fundación es la zapata aislada, su principal característica es que se trata de un dado de hormigón con una cara apoyada sobre el suelo. Estas se usan principalmente para apoyar pilares.
• Después podemos encontrar las fundaciones corridas, cuya característica principal es que tienen un lado mucho más largo que el otro. Estas se usan principalmente en muros.
• Luego encontramos las losas de fundación, que son placas de hormigón armado de grandes dimensiones, que se usan en cámaras enterradas, en subterráneos de edificios o estructuras apoyadas en suelos de muy mala calidad, de forma que toda la planta actúa como un gran dado de fundación.
En zonas sísmicas, puede ser necesario vincular las fundaciones mediante vigas de amarre u otros elementos estructurales, con el objetivo de asegurar un comportamiento adecuado del conjunto frente a los movimientos del terreno.
3. ¿De qué depende la elección de las fundaciones?
La elección del tipo de fundaciones dependerá del tipo de suelo y de las características del proyecto, lo usual es que se trate de elegir fundaciones superficiales, que son las más económicas y fáciles de ejecutar, sin embargo, no siempre es técnicamente posible ejecutar este tipo de fundaciones.
Las fundaciones superficiales funcionan muy bien en suelos duros, con gravas o arenas densas, como, por ejemplo, la típica grava de Santiago.
En el caso de suelos de mala calidad, o de encontrar rellenos mal compactados o depositaciones naturales, lo más frecuente es que se opte por fundaciones profundas como pilotes, en que se buscará que la fricción del suelo estabilice la fundación, o llegar con la punta del pilote a un suelo de buena calidad para fundar o a la roca.
Un ejemplo muy característico de fundaciones profundas lo podemos encontrar en los palafitos (pilotes de madera) de Castro, construcciones elevadas sobre pilotes de madera en un ambiente costero.
4. ¿Por qué es importante conocer la capacidad de soporte del terreno?
En este punto, conviene aclarar que, para efectos de ingeniería civil, se habla de suelo y roca. El suelo excluye la capa vegetal (compuesta de raíces, hojas, insectos, etc.), sobre la que nunca se debe fundar, y puede estar constituida por grava, arena, arcilla o limo en distintas combinaciones. Bajo las capas de suelo se encuentra la roca, normalmente dividida en roca meteorizada y roca sana, que, tal como dijo Jesús, es el mejor estrato para fundar.
El mecánico de suelo, al visitar el sitio de la obra, hará una calicata y probablemente se lleve unas muestras para hacer ensayos de corte directo o triaxial, y determinar algunos parámetros técnicos del suelo competente para fundar (el sello de fundación) y a partir de esos ensayos entregará la capacidad de soporte del terreno.
Si la capacidad de soporte es adecuada, se podrá fundar por medio de zapatas o fundaciones corridas, mientras que, si el terreno presenta baja capacidad de soporte, puede ser necesario realizar exploraciones geotécnicas adicionales para determinar sus características en profundidad. Con estos antecedentes se evaluará la solución más conveniente, que podría incluir fundaciones de mayor superficie, mejoramiento del terreno o fundaciones profundas.
La capacidad de soporte del terreno es el σadm que vimos anteriormente, y es importante para determinar el tamaño de las fundaciones. Por lo tanto, es un dato muy importante que deberá entregar el mecánico de suelo.
Además de verificar la capacidad de soporte del terreno, es necesario controlar los asentamientos totales y diferenciales, ya que deformaciones excesivas pueden provocar daños en la vivienda incluso cuando el suelo no alcanza una condición de falla.
5. ¿Qué ocurre cuando las fundaciones están mal diseñadas?
El mal diseño de las fundaciones puede generar múltiples problemas a la edificación, ya que implicarán que las hipótesis de diseño no se cumplan, por lo tanto, puede generar patologías y fallas diversas, entre las que podemos encontrar asentamientos diferenciales, grietas, deformaciones y posibles problemas estructurales.
Por ejemplo, en caso de no detectarse dos tipos de suelo diferentes, con distinta capacidad de soporte en distintos sectores de la casa, se corre el riesgo de sufrir asentamientos diferenciales. Un asentamiento diferencial es una situación muy compleja de subsanar, y en viviendas menores, la solución más barata puede ser la demolición.
Las grietas pueden producirse por diversos factores, entre ellos, los asentamientos diferenciales, pero también por sub dimensionamiento de los elementos.
Otro error de diseño pueden ser las deformaciones producto del giro de la fundación, esto puede deberse a cargas excesivas, y producirá rotura, falla y grietas en los elementos involucrados.
6. ¿Se pueden aprovechar las fundaciones existentes para construir un segundo piso?
Esta no es una pregunta sencilla de responder, ya que normalmente las fundaciones existentes son desconocidas. Este punto debe ser evaluado por un ingeniero estructural o calculista, aplicar bastante criterio y de ser posible, apoyarse en los planos estructurales originales, para determinar la capacidad de soporte remanente de las fundaciones actuales (es decir, la diferencia entre la capacidad de soporte del suelo y la tensión que se apoya sobre el sello de fundación), para verificar que soportarán las cargas adicionales.
Si quieres más información al respecto, te invito a leer este artículo de nuestro blog: https://www.pinedoingenieria.cl/post/se-puede-construir-un-segundo-piso-sobre-una-casa-existente
7. ¿Quién diseña las fundaciones?
El diseño de las fundaciones, en cualquier proyecto de ingeniería estructural, corre por cuenta del calculista de la obra, que determinará las dimensiones de las fundaciones, su profundidad, armaduras y demás detalles.
Pero en este punto, el ingeniero estructural recibe un insumo de otro colega, el ingeniero geotécnico, que entregará un informe de mecánica de suelo, para determinar la capacidad de soporte del suelo y el análisis estratigráfico del mismo. Si cuentas con un informe de mecánica de suelo, es fundamental entregárselo a tu ingeniero estructural, para que desarrolle su proyecto en concordancia con el informe.
Si estás proyectando una vivienda nueva, una ampliación, un segundo piso o una modificación de la estructura existente, en Pinedo Ingeniería, podemos revisar los antecedentes de tu proyecto y determinar la mejor solución de fundaciones.
Revisa en Youtube el siguiente video "Fundaciones ¿qué son?"
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