Las Fallas En Las Fundaciones

Las fallas de fundación pueden provenir por distintas causas:

a) Errores en el proyecto. Mala elección de la solución para un caso determinado.

b) Falta de exigencia en la exploración geológica. Generalmente la omisión no es del Geólogo sino el proyectista, al no comprender la relación entre la importancia de la obra y el alcance y forma de la investigación necesaria.

c) Hechos difícilmente predecibles como: deslizamientos, sismos en zonas de baja o nula sismicidad, sifonajes, etc.

d) En puentes, por socavaciones no bien previstas, en los desagües o magnitud de las crecidas.

e) Fallas por punzonados en los patines de fundación.

f) Errores o accidentes en la construcción de pilotajes.

g) Accidentes que afectaron a personas.

En cuanto a los errores en el proyecto, pueden ser errores constructivos o de cálculo estructural, o errores en las estimaciones de velocidad de desagüe en el caso de proyecto de fundaciones de pilas de un puente.

Todas estas causas de fallas se describen mejor a través de algunos ejemplos.

Consideramos en primer lugar el caso de edificios: Cuando existen terrenos de mala calidad, o con rellenos heterogéneos, a veces analizamos más conveniente proyectar fundaciones sobre plateas de hormigón.

Ello puede ser acertado, si se estudia el terreno en cuanto a la posibilidad de que se produzcan asientos diferenciales, lo cual deberá relacionarse con la posibilidad de que la platea pueda resistirlos, que a su vez depende de la extensión de la platea y de su resistencia a esas deformaciones diferenciales. También debe considerarse si la estructura del edificio sobre ella pudiese colaborar a resistir.

Es así que ha habido casos de edificios terminados que luego han debido ser desalojados por las grandes averías estructurales que al tiempo se produjeron. Se corrigió posteriormente el problema general reforzando la estructura del edificio para que el conjunto de la platea y la estructura del edificio pudiera soportar las solicitaciones parásitas provocadas por las flexiones y torsiones de la platea de fundación.

Otros problemas de fundación que se han producido en edificios, se refieren a defectos en los patines o los pilotes.

En el caso de fundaciones directas pueden ser debidas al mal cálculo de los patines, a tener más carga que las tensiones admisibles del suelo al nivel de fundación, o por mal proyecto de los patines, que se perforaron por punzonado.

Así, en Punta del Este un edificio se hundió enteramente al fallar por punzonado el apoyo de los pilares en los patines.

Es curioso observar como un edificio se puede hundir sin perder su forma, lamentablemente por una falla evitable teóricamente.

A veces hay hundimientos provocados por la lenta consolidación de todo el entorno de un edificio.

En el caso de fundaciones indirectas, con pilotes, en ocasiones se producen fallas, por distintas causas.

Para una rápida descripción de algunas de esas fallas veremos algunas fotografías de pilotes que fueron expuestos a la vista por excavación en estructuras que presentaron averías.

Discontinuidades por cortes de llenados

Algunas veces la falla no es de la propia estructura de la fundación, sino del comportamiento hidrodinámico de su entorno.

Hacemos referencia al caso de puentes, en donde la estructura no sólo debe resistir las cargas permanentes y sobrecargas, sino que además debe soportar otros efectos, y entre ellos uno muy importante es el del comportamiento geológico del cauce con respecto a la corriente del agua y su relación con el diseño de la fundación del puente.

Se conoce que la circulación del agua, si supera una cierta velocidad que es función de la naturaleza de cada capa del fondo, levantará y llevará en suspensión los granos del suelo que constituye ese fondo. Esa cierta velocidad es la velocidad crítica asociada a cada tipo y consistencia de ese suelo.

Por lo tanto, si en creciente se supera la velocidad crítica del material de fondo, éste se socavará, es decir, se levantará ese material hasta una profundidad que técnicamente se puede calcular en función de las capas de los distintos tipos de suelos existentes, a veces hasta llegar a la roca.

Siempre existe una profundidad de equilibrio. Una vez determinada esa profundidad, o cuando se produce en realidad una socavación, ese nivel debe haberse previsto en el proyecto.

Si se hubiera superado esa previsión, podría socavarse una fundación directa descalzándola de su apoyo, o una fundación con pilotes perderá al menos una parte de su resistencia al perder longitud de fricción.

Presentamos una socavación debida a estas razones hidráulicas en un puente de 5 tramos de 33 metros de luz en EE.UU. en una autopista entre Nueva York y Búfalo sobre el arroyo Schoharie, donde dicha socavación provocó la destrucción de la superestructura. Ello provocó la caída de varios vehículos y la pérdida de vida de 10 personas.

La socavación se produce en todo el cauce, pero posteriormente se restituye –en parte o en todo- lo socavado, cuando la creciente disminuye, el flujo de agua se enlentece, y al disminuir su velocidad por debajo de la crítica del material que lleva en suspensión, el material se deposita manteniendo un equilibrio del cauce, en una profundidad que depende del tipo de fondo, y de la ubicación con respecto a la de las pilas del puente.

En correspondencia con las pilas del puente el proceso es distinto al de la generalidad del cauce. Allí se forman turbulencias, remolinos, que aceleran las velocidades locales y se produce una mayor socavación que en el resto del cauce.

En el dibujo aquí mostrado se esquematiza este fenómeno indicando que en el lugar donde choca el agua contra la pila se producen mayores turbulencias aguas arriba que aguas abajo, y por eso, en general, la socavación es más intensa aguas arriba de la pila que aguas abajo.

También eso se mostraba en el dibujo del Puente anterior de EE.UU. en donde la socavación mayor estuvo en puntos aguas arriba de las pilas.

Otra falla de procedimiento constructivo, puede darse en el caso de construirse pilotes sobre un equipo flotante, sobretodo cuando hay que perforar en roca.

Si consideramos una chata sobre la cual está montado un equipo de pilotaje, esa chata deberá fijarse lo más firmemente posible por medio de 4 muertos en sus esquinas.

Otro ejemplo famoso de falla de fundaciones es el de la Torre de Pisa. (Ver foto y cortes con las capas de suelo donde se apoya).

La Torre fue construida gradualmente entre 1174 y 1370.

Con la construcción hasta el tercer anillo de la Torre, ya se comenzó a inclinar como consecuencias de asientos diferenciales del terreno. Se interrumpieron entonces las obras en el tercer piso, lo cual permitió la lenta consolidación de las capas de arcilla bajo el peso de esa primera etapa de construcción.

Cuando se continuó y se terminó la construcción del resto de la torre, se fue inclinando a lo largo del tiempo.

ASENTAMIENTOS EN FUNDACIONES SUPERFICIALES

Los asentamientos provocados por las cargas impuestas por una construcción se dividen generalmente en

tres tipos:

• Asentamiento inmediato

• Asentamiento por consolidación primaria

• Asentamiento por consolidación secundaria

3.1.Asentamiento Inmediato

El asentamiento inmediato es provocado por la deformación elástica del suelo sin ningún cambio de

volumen. En una fundación aislada, se producen desplazamientos horizontales en el suelo.

Para determinar el asentamiento inmediato se utiliza ecuaciones derivadas de la teoría de la elasticidad.

Generalmente se considera que el asentamiento inmediato ocurre durante la construcción.

El ensayo edométrico no es representativo de este tipo de asentamiento, a diferencia del asentamiento por

consolidación indicado en el punto siguiente.

3.2.Asentamiento por Consolidación primaria

El 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.

La teoría clásica de consolidación de Terzaghi considera:

• El sistema suelo-agua es homogéneo

• 100% saturada

• El agua y los granos del suelo son incompresibles

• El flujo de agua es unidimensional

• La Ley de Darcy es válida

El asentamiento por consolidación primaria está representado por el ensayo edométrico, y al igual que la

teoría de consolidación, corresponde a una deformación unidimensional.

3.3.Asentamientos Por Consolidación Secundaria

El asentamiento por consolidación secundaria es el ajuste plástico de la estructura del suelo y ocurre

cuando la consolidación primaria ha terminado, es decir, después que los excesos de presión en el agua se

han disipado y que toda la carga ha sido entregada a la estructura de suelo.

3.4.Asentamientos Según Tipo de Suelo

En el caso de suelos granulares, de alta permeabilidad, el asentamiento instantáneo

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