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Cargas de proyecto

Apuntes seleccionados (4), materia: CIMENTACIONES Maestro: Guillermo Arizpe Narro UABC, Mexicali, B.C.

La selección de las cargas en las que debe basarse el proyecto de una cimentación, influye no solamente en la economía, sino también, algunas veces, hasta en el tipo de cimentación. Además, las mismas condiciones del suelo tienen influencia en las cargas que deberían haberse considerado.

Cada unidad de cimentación deber ser capaz de soportar, con un margen de seguridad razonable, la carga máxima a la que vaya a quedar sujeta, aun cuando esta carga pueda actual sólo brevemente o una vez en la vida de la estructura. Si una sobrecarga o una mala interpretación de las condiciones del suelo hubieran de tener como consecuencia, simplemente un aumento excesivo de los asentamientos, pero no una falla catastrófica, pudiera justificarse un factor de seguridad más pequeño, que si dicha falla pudiera producirse.

Frecuentemente se especifican en los reglamentos de construcción las cargas máximas, las presiones correspondientes en el suelo y las cargas en los pilotes; estos requisitos son restricciones legales al proyecto que deben satisfacerse. Sin embargo, como no pueden considerarse todas las eventualidades, el ingeniero de cimentaciones debe asegurarse por sí mismo que son seguras, aunque satisfagan el reglamento. Además, las cargas que se requieren para las investigaciones de seguridad o para satisfacer los requisitos legales pueden no ser adecuadas para asegurar el funcionamiento más satisfactorio de la estructura con respecto al asentamiento.

Por ejemplo, como las arenas se deforman rápidamente bajo el cambio de esfuerzo, los  asentamientos de las zapatas en la arena acusan la carga real máxima a la que están sujetas. Puede ser que la carga viva real nunca se aproxime al valor prescrito en el reglamento de construcción, mientras que las cargas muertas reales y las calculadas, deben ser prácticamente iguales. Por lo tanto, una columna que en el reglamento de construcción tenga una relación grande de la carga viva a la muerta, probablemente se asiente menos que una que la tenga pequeña. Así, para determinar las dimensiones de las zapatas que se apoyan en arena de modo que sufran igual asentamiento, el ingeniero debe usar la estimación más realista posible de las cargas vivas máximas, en vez de unas infladas arbitrariamente.

Por otra parte, el asentamiento de una estructura apoyada en zapatas sobre una arcilla saturada, virtualmente no es afectado por una corta aplicación de una carga relativamente grande a una  o más zapatas, siempre que no se llegue a una falla por capacidad de carga. Debido a lo lento de la respuesta de la arcilla a las cargas aplicadas, el asentamiento debe estimarse sobre la base de la carga muerta, más la mejor estimación posible de la carga viva permanente, en vez de tomar en cuenta la carga viva máxima.

En los capítulos siguientes se sugieren para las diferentes condiciones, las cargas y factores de seguridad adecuados. Sin embargo, en cada proyecto será necesario hacer una cuidadosa  valoración de las condiciones peculiares del terreno y estructura de que se trate. Como regla general, debe aplicarse un factor de seguridad de 3 con las cargas especificadas en los reglamentos de construcción, si el subsuelo no es de tipo anormal y si sus propiedades se han investigado en forma correcta. El factor de seguridad, ordinariamente no debe ser menor de 2, aunque se conozcan  las cargas máximas con un grado de precisión elevado y se conozcan excepcionalmente bien las condiciones del suelo.

El asentamiento permisible depende del tipo de estructura y de su función. La carga transmitida al suelo en la base de una pila de puente puede deberse en su mayor parte, al peso muerto de la pila y el asentamiento correspondiente puede ser de varios centímetros. Si el asentamiento ocurre durante la construcción de la pila, no tiene importancia práctica. Si se produce durante un largo tiempo, puede no tener consecuencias, siempre que la estructura sea de armaduras sencillas o vigas en voladizo; pero las consecuencias pueden ser serias, si la superestructura es una trabe o armadura continua. Pocos edificios de concreto pueden soportar un asentamiento diferencial entre columnas adyacentes de más de 2 cm. sin mostrar algunos signos de daño. Una estructura de acero puede soportar algo más y una mampostería de ladrillo puede soportar tres o cuatro veces esa cantidad sin daño serio. El asentamiento irregular o errático es más peligroso para una estructura de cualquier tipo, que el uniformemente distribuido.

Ya que en el costo de una cimentación influye mucho la magnitud de los asentamientos diferenciales que se consideran tolerables, el ingeniero no debe subestimar el asentamiento que su estructura puede soportar.

Las consideraciones anteriores se refieren  a las cargas que influyen en el comportamiento del suelo o roca en que se apoya la cimentación. Además, el proyecto estructural de los elementos de las cimentaciones de concreto reforzado, como zapatas, cabezales para pilotes, o losas como actualmente se hacen, utilizando diseño plástico, requieren que se asignen factores de carga que consideren la naturaleza de la misma y la probabilidad de su ocurrencia. Este aspecto de la evaluación de las cargas de proyecto se estudia en la Parte D.

LECTURAS RECOMENDADAS.

La exposición clásica con respecto a la influencia de la mecánica de suelos en la ingeniería de cimentaciones, es el discurso que como Presidente del Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos, pronunció K. Terzaghi en la Universidad de Harvard en junio de 1936. Es útil que todos los ingenieros de cimentaciones lo lean varias veces. Se encuentra en el Vol. III de la Memoria del Congreso y se reimprimió en las páginas 62 – 67 del volumen From Theory to Practice in Soil Mechanics-Selections from the Writings of Karl Terzaghi,  New York, Wiley 1960.

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