El diseño de cimientos es la creación de un plan de construcción para los cimientos de un edificio. Es una función altamente especializada y generalmente realizada por un ingeniero estructural. La cimentación es la base estructural que se levanta sobre el suelo y soporta el resto del edificio. Por lo tanto, el diseño de cimientos debe implicar un estudio extenso del suelo debajo de los cimientos, así como el diseño y los materiales utilizados en los cimientos mismos.
Profundidad de la fundación
Hay muchos tipos de cimientos de edificios. Con la excepción de los cimientos de losa sobre el terreno, que se colocan al nivel del suelo, la mayoría de los cimientos se pueden instalar a una variedad de profundidades. La profundidad requerida de cualquier cimentación puede depender de varios factores:
- Capacidad portante del suelo. Esto determina cuánta carga (peso o fuerza) puede soportar el suelo existente.
- Tipo de suelo. Los diferentes tipos de suelo tienen diferentes propiedades que pueden afectar su idoneidad para soportar una base.
- Profundidad de escarcha. La profundidad a la que se congela el suelo en la época más fría del año, conocida como profundidad de helada o línea de helada, a menudo se usa para determinar la profundidad mínima para muchos tipos de cimientos.
- nivel freático. Un nivel freático alto puede limitar la profundidad de los cimientos, así como el tipo de cimiento que se puede usar. La altura del agua subterránea generalmente se incluye en un estudio de suelo.
- Profundidad mínima. Sin tener en cuenta otros factores, la profundidad mínima de una cimentación normalmente no es inferior a 18 pulgadas para permitir la eliminación de la capa superior del suelo y las variaciones en el nivel del suelo.
Materiales de base
Los cimientos generalmente se construyen con mampostería, como bloques de hormigón o ladrillo, o con hormigón vertido. Los materiales de mampostería ofrecen una alta resistencia a la compresión y son mucho más resistentes a los daños causados por la humedad y la tierra que los materiales de madera y metal. Una base de mampostería generalmente se extiende por encima del suelo para proteger otros materiales de construcción de la humedad y otros efectos dañinos del contacto con el suelo. Los cimientos de mampostería generalmente están reforzados internamente con barras de refuerzo de metal u otros materiales. Los contratistas a menudo usarán cemento hidráulico para sellar alrededor de tuberías o canalizaciones que penetran en los cimientos de mampostería o concreto.
Algunos cimientos de edificios se construyen con postes o pilares de madera tratada. En este caso, los soportes de cimentación se hunden profundamente en la tierra y/o descansan sobre rocas o plataformas de hormigón. Los postes y pilares a menudo se usan cuando se construye sobre o cerca del agua o donde la tierra es propensa a inundaciones.
Uno de los materiales de cimentación más importantes es la base, o subbase, de material inorgánico colocado directamente debajo de la cimentación. En general, el suelo sumergido y la arcilla tienen una capacidad de carga limitada y no pueden soportar las cargas impuestas por un edificio. Por lo tanto, los suelos se excavan y se reemplazan con un material denso uniforme y seco, como grava o piedra triturada que ofrece la máxima resistencia al corte y capacidad de carga. Los materiales base también promueven el drenaje del agua subterránea y no se expanden con altos niveles de humedad, como lo hace el suelo.
Transferencia de carga de cimentación
Los cimientos deben diseñarse de modo que las cargas impuestas por el edificio se transfieran uniformemente a la superficie de contacto para transmitir la suma de la carga muerta, la carga viva y la carga del viento al suelo. La capacidad de carga neta que ingresa al suelo no debe exceder la capacidad de carga del suelo. El diseño de los cimientos también debe tener en cuenta el asentamiento esperado del edificio para garantizar que todo el movimiento sea controlado y uniforme para evitar daños a la estructura. Además, se debe estudiar el diseño general de los cimientos, la superestructura y las características del suelo para identificar estrategias de construcción potencialmente beneficiosas.
