Fundaciones - Condiciones de apoyo a la superestructura:

Las condiciones de apoyo, ya sea empotramientos o articulaciones, se logran por medio de un adecuado sistema de fundación y del suelo en si.

Estructuras modeladas con apoyos de empotramientos exigen que la fundación sea capaz de absorber cualquier tipo de rotación. Como es sabido, el suelo es un material que no aguanta esfuerzos de tracción, por lo tanto, en el caso de fundaciones superficiales sobre suelos poco compresibles, los momentos se pueden absorber con una transmisión no uniforme de los esfuerzos de contacto con el suelo; en el caso de suelos compresibles, esta hipótesis no es suficiente para asegurar que no se presentará ladeo de la fundación, en este caso se recomienda lograr la estabilidad al vuelco por medio de vigas de amarre de fundación, muertos en concreto o cualquier otro elemento que pueda dar reacción de par. En todos los casos se recomienda construir la fundación a cierta profundidad y colocar un lleno estructural sobre ella de tal manera que se ayude a impedir la rotación.

Tipos de fundaciones

De acuerdo con la profundidad de desplante (profundidad de contacto entre estructura y suelo) se dividen en superficiales y profundas.

Fundaciones superficiales:

Zapatas aisladas, zapatas excéntricas, zapatas combinadas (caso de pocas columnas o caso de todas las columnas de una edificación en el cual se convierte en una losa de fundación), zapatas amarradas y vigas de fundación en el caso de muros.

Fundaciones profundas:

Pilas o caisson y pilotes (hincados o vaciados en el sitio).

Otras son:

Losas de fundación:

Cimentación compensada o losa flotante

Fundaciones masivas:

Se utilizan para maquinaria que produce vibraciones. Se busca que el peso de la fundación sea 1,5 veces el peso de la maquinaria. También se usan en torres de energía.

Fundaciones - Estados límites de resistencia:

Esta asociado a la falla física (rompimiento o fractura) de los componentes de la fundación o de cualquier parte de la estructura por un mal comportamiento del sistema suelo-cimentación. Se puede llegar al estado límite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de los siguientes problemas:

• Falla del suelo por exceder su capacidad portante
• Disminución del equilibrio por inestabilidad del terreno.
• Amplificación y o modificación de las ondas sísmicas que viajan por el suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia con ella.
• Falla de la estructura por el cambio de las propiedades del suelo al presentarse el fenómeno de licuefacción durante un sismo.
• Falla de la estructura de la cimentación como tal.
• Falla de la estructura por falta de amarres que den integridad estructural.

En estos estados se puede detectar que las condiciones de falla en su mayoría se deben al suelo en su interacción con la estructura.

Un buen diseño debe entonces dimensionar las fundaciones para que en su transmisión de cargas al suelo no hagan fallar el suelo y diseñar estas fundaciones para que ellas estructuralmente no fallen.

El ingeniero geotecnista es quien se encarga de la parte del suelo en su interacción con la estructura, en un estudio de suelos nos informa, a los ingenieros estructurales, el tipo de fundación a utilizar, la capacidad de carga admisible del suelo, las recomendaciones constructivas, el coeficiente de aceleración sísmica, el coeficiente de sitio que tiene en cuenta la amplificación de las ondas sísmicas, las recomendaciones para las estructuras de contención y el tratamiento de taludes, el control de aguas y las recomendaciones para los pisos y pavimentos si los hay.

Fundaciones - Que son las fundaciones de una estructura?

La fundación es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable.

La fundación estará’ bien diseñada si cumple adecuadamente con su doble función, estabilidad y resistencia, controlando dos estados límites a saber, las condiciones de servicio y las condiciones de falla por resistencia.

A estas dos condiciones de falla se les llama estados limites, porque ambas determinan si una fundación sirve o no.

Estado limite de servicio o de funcionamiento:

Aunque la estructura, incluyendo la fundación, no presente un daño físico de ella misma se considera que falla cuando ella no tiene un comportamiento adecuado que hace que esta salga de funcionamiento. Se puede llegar al estado límite de servicio cuando se presentan los siguientes problemas en el suelo o la cimentación:

Asentamientos diferenciales y totales: Un asentamiento diferencial entre dos fundaciones continuas de una misma edificación puede producir ladeo de la estructura y podría llevarla a un posible volcamiento.

El estado límite en este caso corresponde a sacar la estructura de funcionamiento por el hecho de presentarse una rotación que produce sensación de inseguridad en los ocupantes sin tener que haber llegado a la perdida total del equilibrio.

En el caso de un edificio cualquier movimiento diferencial de un apoyo con respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas de diseño de la estructura, con la posibilidad de presentar fallas locales en vigas de conexión o en cualquier otro elemento.

Los asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores dependiendo del sistema estructural de la edificación:

En pórticos L/300

En muros L/500 a L/1000

Donde L corresponde a la distancia horizontal entre apoyos.

Nótese que para muros se es mucho más exigente ya que los muros son mas rígidos (admiten menos deformaciones) que los pórticos.

Desplazamientos o levantamientos excesivos causados por suelos expansivos

Daños locales o generales causados por fenómenos de erosión interna, lixiviación o dispersión.

Vibraciones excesivas causadas por estructuras o cargas móviles (motores o maquinas) que afecten el confort de los ocupantes.

Daños locales en partes de la estructura por falta de juntas de expansión y de contracción.

Fallas o deficiencias en juntas (Sexta parte)

Sello contaminado con material extraño (J-SC)

Se presenta por lo general en las juntas transversales, cuando el material de sello de la junta por su blandura y/o escasez ha permitido la intrusión de materiales diferentes e incompresibles.

Causas posibles

a) Blandura del material de sello y presencia de elementos extraños en la vía, y falta de limpieza.

b) Contracción excesiva de los paños que provoca el hundimiento o separación del relleno en la junta y facilita la consiguiente introducción de elementos extraños.

Severidad - Apariencia

Ligera: Algunas partículas, cuyo tamaño no sobrepasa la mitad del ancho de la junta, están embutidas en el sello.

Moderada: Algunas partículas, cuyo tamaño no sobrepasa los 3/4 del ancho de la junta, están embutidas en el sello.

Severa: Muchas partículas, cuyo tamaño pueden sobrepasar los 3/4 del ancho de la junta, están embutidas en el sello.

Extensión - % de juntas afectadas en un tramo

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50 %

Mayor: Mas del 50%

Denominación Típica

J-SC.2.3: Junta con sello contaminado con partículas de tamaño menor de 3/4 del ancho de la junta, en una extensión mayor del 50% de juntas.

Fallas o deficiencias en juntas (Quinta parte)

Extrusión del material de sello (J-ES)

Se presenta en las juntas transversales cuando el material de sello de la junta ha sido extruido y luego extendido por el tráfico.

Causas posibles

a) Incremento severo de temperatura, que provoca movimientos en las losas y ablandamiento del ligante.

b) Colocación del material de sello en cantidades excesivas a lo largo de las juntas.

Severidad - Apariencia

Ligera: Sello sobresalido y aplanado sobre la junta en un sobreancho menor de 10 mm

Moderada: Sello sobresalido y aplanado sobre la junta en un sobreancho de 10 mm a 20 mm.

Severa: Sello sobresalido y aplanado sobre la junta en un sobreancho mayor de 20 mm.

Extensión - % de juntas afectadas en un tramo

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50 %

Mayor: Mas del 50%

Denominación Típica

J-ES.2.1: Junta con sello sobresalido y aplanado por el tráfico de 5 mm. A 15 mm. de sobreancho, en una extensión menor del 25% de juntas.

Fallas o deficiencias en juntas (Cuarta parte)

Falta de cohesión en el material de sello (J-FC)

Se presenta en las juntas transversales o longitudinales cuando el material de sello de la junta se abre en una grieta paralela a la junta.

Causas posibles

Cambio en el comportamiento reológico del material de relleno, que se torna frágil y quebradizo.

Severidad - Apariencia

Ligera: Sello resquebrajado en menos del 25% de la longitud de la junta.

Moderada: Sello resquebrajado del 25% al 50% de la longitud de la junta.

Severa: Sello resquebrajado en mas del 50% de la longitud de la junta.

Extensión - % de juntas afectadas en un tramo

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50%

Mayor: Más de 50%

Denominación Típica

J-FC.1.1: Junta con sello resquebrajado en menos del 25% de su longitud, en una extensión menor del 25% de juntas

Fallas o deficiencias en juntas (Tercera parte)

Pérdida de adherencia concreto/sello (J-PA)

Se presenta en las juntas transversales o longitudinales cuando el material de sello de la junta se ha separado de la(s) cara(s) del canal de la junta.

Causas posibles

a) Falta de viscosidad del material de relleno en el momento de su colocación.

b) Falta de rugosidad en las caras de las juntas de construcción.

c) Falta de limpieza de las caras de las juntas al momento del sellado.

Severidad - Apariencia

Ligera: Separación concreto/sello en menos del 25% de la longitud de la junta.

Moderada: Separación concreto/sello del 25% al 50% de la longitud de la junta.

Severa: Separación concreto/sello en mas del 50% de la longitud de la junta.

Extensión - % de juntas afectadas en un tramo

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50 %

Mayor: Mas del 50%

Denominación Típica

J-PA.3.2: Junta con separación concreto/sello en mas del 50% de su longitud, en una extensión del 25% al 50% de juntas.

Fallas o deficiencias en juntas (Segunda parte)

Pérdida del material de sello (J-PS)

Se presenta en las juntas transversales o longitudinales cuando el material de relleno de la junta ha sido comprimido y expulsado fuera de ella.

Causas posibles

Movimiento relativo excesivo entre losas aledañas y poca consistencia del material de sello

Severidad - Apariencia

Ligera: Sello suelto y expulsado fuera de la junta en una longitud menor de 50 cm.

Moderada: Sello suelto y expulsado fuera de la junta en una longitud de 50 cm. a 200 cm.

Severa: Sello suelto y expulsado fuera de la junta en una longitud mayor de 200 cm.

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50 %

Mayor: Más del 50%

Denominación Típica

J-PS.1.3: Junta con sello suelto y expulsado en una longitud menor de 50 cm., en una extensión mayor del 50% de juntas.

Fallas o deficiencias en juntas (Primera parte)

Desplazamiento (J-D)

Cuando la línea de la junta transversal se ha desplazado de su posición original, respecto de la adyacente al otro lado de la junta longitudinal.

Causas posibles:

a) Contracción o expansión diferencial de las losas, originalmente alineadas, cuando la junta longitudinal que las separa no lleva pasajuntas.

b) Deslizamiento de la losa del paño de un canal por efecto de fuerzas laterales.

Severidad - Apariencia

Ligera: Menos de 12 mm fuera de línea

Moderada: De 12 a 25 mm fuera de línea

Severa: Más de 25 mm fuera de línea

Extensión - % de juntas afectadas en un tramo

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50 %

Mayor: Mas del 50%

Denominación Típica

J-D.2.1: Junta desplazada; de 12 a 25 mm., en una extensión menor del 25% del paño.

Juntas - Definición, función y tipos

Debido a los cambios volumétricos que por su naturaleza experimenta el concreto y a los sistemas constructivos de los pavimentos rígidos, se hace necesaria la construcción de juntas y/o uniones entre paños o losas de un pavimento.

La función de las juntas consiste en mantener las tensiones que se desarrollan en la estructura de un pavimento dentro de los valores admisibles del concreto o disipar tensiones debidas a agrietamientos inducidos debajo de las mismas juntas.

De acuerdo a su ubicación respecto de la dirección principal o eje del pavimento, se denominan como longitudinales y transversales. Según la función que cumplen se les denomina de contracción, articulación, construcción, expansión y aislamiento. Según la forma, se les denomina rectas, machimbradas y acanaladas.

Son muy importantes en la duración de la estructura, siendo una de las pautas para calificar la bondad de un pavimento. En consecuencia la conservación y oportuna reparación de las fallas en las juntas son decisivas para la vida de servicio de un pavimento.

Por su ancho, por la función que cumplen y para lograr un rodamiento suave, deben ser rellenadas con materiales apropiados, utilizando técnicas constructivas especificadas.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Sexta parte)

Superficie pulimentada (S-P)

La superficie del pavimento parece pulida, sin la textura superficial original, haciéndolo resbaladizo.

Causas posibles

a) Mala calidad de los agregados.

b) Acción del tráfico sobre los agregados.

c) Acabado inadecuado.

d) Contaminación de la superficie.

Severidad - Apariencia

Menor: Fácilmente perceptible

Intermedia: El área pulimentada tiene un acabado mate

Grave: Apariencia de espejo

Extensión - % de la longitud de vía del tramo afectado

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50%

Mayor: Más del 50%

Denominación típica

S-P 3.3 Superficie severamente pulimentada, que afecta un área mayor del 50% del tramo considerado.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Quinta parte)

Fisuras ligeras, de aparición temprana (S-F)

Fisuras delgadas, que afectan únicamente la superficie de la losa, de longitud de 20 a 100 cm., en la mayoría de las veces paralelas entre sí y eventualmente con 45° de orientación, con respecto al eje.

Causas posibles

Contracción plástica del concreto, que aparece antes de la fragua final, por secado prematuro.

Severidad - Apariencia

Ligera: Fisuras claramente visibles, bordes sin descascarar

Moderada: Fisura claramente visible con algunas zonas descascaradas

Grave: Agrietamiento y descascaramiento

Extensión - % de la longitud de vía del tramo afectado

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25%a 50%

Mayor: Más del 50%

Denominación típica

S-F-2.1 Fisura de contracción plástica, de tipo moderado, que cubre menos del 25% del tramo.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Cuarta parte)

Escalonamiento de las losas (S-E)

Desplazamiento vertical diferencial de losas adyacentes, en juntas o grietas.

Causas posibles

a) Falta de capacidad de soporte de la subrasante.

b) Deformación de la subrasante por cambios de humedad.

Severidad - Apariencia

Ligera: De 3 mm a 6 mm

Moderado: De 6 mm a 13 mm

Grave: Más de 13 mm

Extensión - Observación en el tramo

Menor: Se constata una o dos fallas en un área determinada.

Intermedia: Se constata dos a cuatro fallas continuas

Mayor: Se constata más de cuatro fallas contiguas

Denominación típica

SE-1.3 Escalonamiento leve que ocurre en más de cuatro juntas contiguas.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Tercera parte)

Bombeo (S-Bo)

Expulsión o bombeo de agua, o agua con finos, a través de juntas permeables o deterioradas, y eventualmente por grietas formadas en el pavimento.

Causas posibles

Presencia de aguas superficiales que penetran bajo la losa, material de apoyo susceptible de erosionarse y tráfico frecuente de vehículos pesados.

Severidad - Apariencia

Ligera: Expulsión del agua, sin finos, a través de las juntas, por acción del tráfico de vehículos pesados.

Moderado: Escasa expulsión de agua con material fino, a través de juntas o fisuras, qué puede ser observada en la superficie del pavimento

Grave: Presencia importante de material bombeado en la superficie del pavimento, a través de juntas o grietas.

Extensión - Observación en el tramo

Menor: Menos del 25% de las juntas y grietas son afectadas.

Intermedia: Menos del 50% de las juntas o grietas son afectadas.

Mayor: Más del 50% de las juntas o grietas resultan afectadas.

Denominación típica

S-Bo-1.3 Expulsión de agua en una junta bajo tráfico.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Segunda parte)

Baches (S-Ba)

Hoyos en la superficie del pavimento; en este caso sin relación con otras fallas.

Causas posibles

a) Deficiente control de calidad de los materiales.

b) Técnica inadecuada en la construcción del pavimento.

c) Mala ejecución de la reparación de roturas del pavimento ocasionadas por servicios públicos.

Severidad-Apariencia

Ligera: Hoyo pequeño, que aparenta como sí se hubiera extraído un puñado de agregados gruesos al desintegrarse el mortero.

Moderado: Hoyo más grande y profundo, que el anterior.

Grave: Hoyos de más de 15 cm. de ancho y 10 cm. de profundidad.

Extensión - % de la longitud de vía del tramo afectado

Menor: Menos del 25%.

Intermedia: Entre el 25 y 50%.

Mayor: Más del 50%

Denominación típica

S-Ba-1.1. Baches de carácter leve, que cubren menos del 25% del tramo.

Fallas en pavimentos rígidos – Fallas de regularidad y superficie (Primera parte)

Fallas de regularidad y superficie

Se consideran como fallas de regularidad aquellas que corresponden a defectos de forma, originados generalmente por diversas causas durante la construcción y a las que afectan la textura, en nuestro caso con extensión apreciable.

Asentamientos (S-A)

Desviación longitudinal de las superficies del pavimento con relación a su perfil original. Se le considera cuando la deformación es mayor de 25 mm y compromete una longitud mayor de un paño.

a) Mala compactación y/o falta de soporte de la subrasante

b) Asentamiento diferencial de la subrasante.

c) Cambio volumétrico de la subrasante por modificación de su estado de humedad.

d) Eventualmente densificación de rellenos.

Severidad - Apariencia

Ligera: Cuando la deformación porcentual de la deflexión a la mitad de la longitud de onda es menor que 1.5%.

Moderada: Cuando la deformación porcentual de la deflexión a la mitad de la longitud de onda es entre 1.5 a 2.5%.

Grave: Cuando la deformación porcentual de la deflexión a la mitad de la longitud de onda es mayor que 2.5%.

Extensión - % de la longitud de vía del tramo afectado

Menor: Menos del 25%

Intermedia: De 25% a 50%

Mayor: Más del 50%

Denominación típica

S-A.-l.1 Asentamiento leve que afecta menos del 20% del tramo considerado.

Rehabilitación de pavimentos existentes – Pavimentos rígidos (Segunda parte)

Procedimientos de ejecución

Para la rehabilitación de pavimentos de concreto hidráulico, se describen en los manuales de especificaciones para la construcción de carreteras, uno de ellos el Manual Centroamericano de Especificaciones para la Construcción de Carreteras y Puentes Regionales, SIECA, año 2,001.

En pavimentos de concreto hidráulico, cuando el estado de deterioro de la superficie, losas, subbase ó de las juntas, presentan grietas, falta de sellador, escalonamiento, etc.

y las condiciones de transitabilidad son molestas para el usuario, entonces se hace necesario efectuar una reparación para volverlo a su estado original.

Como la demolición total de un pavimento de concreto es una operación de un valor muy alto, que equivale a la construcción de una nueva carretera y si la disponibilidad económica no es suficiente, entonces se hace necesario recuperar la estructura.

Para comenzar, se cambiarían las losas colapsadas ó sea las que prácticamente sea imposible su reparación, operación que incluye el cambio ó reposición de dovelas, posteriormente se renovaría el sello de las juntas ó reponer las que ya no existan. Cuando las losas presentan ahuellamiento o escalonamiento, se deben fresar a la profundidad necesaria para eliminarlo.

Cuando por efecto de la falta de sellador en las juntas haya penetrado agua bajo las losas y exista bombeo de finos y las mismas no presenten grietas ó fisuras de mayor importancia, es pertinente efectuar inyecciones de concreto para reponer la sustentación del soporte. En las losas que presenten grietas, sin existir hundimientos, es conveniente aserrarlas y colocarles sellador como una junta normal.

Si las condiciones del volumen de tránsito, son aceptables por el período de diseño de la carretera, una recuperación de esta naturaleza permitiría prolongar la vida útil de la misma, pero si la cantidad de vehículos se ha incrementado es recomendable colocar una capa adicional en la estructura.

Rehabilitación de pavimentos existentes – Pavimentos rígidos (Primera parte)

Pavimentos Rígidos

Recuperación

Es la rehabilitación de un pavimento de concreto hidráulico existente, que ha sufrido diferentes tipos de fallas. Consiste en el fresado de la superficie con discos de diamante, la reparación de las áreas afectadas de la losa, la reparación de juntas, la reparación de grietas, el sellado inferior y estabilización de losas, la colocación de dovelas en las juntas, la remoción del pavimento y nivelación de losas, el fracturado y aplanado de las losas, antes de la colocación de una sobrecapa en el pavimento existente.

Los adhesivos de resina epóxica que se utilicen, deben cumplir con los requisitos de la norma AASHTO M 235.

Los materiales de relleno y selladores para juntas deben ajustarse a las normas

AASHTO y cumplir con lo especificado en la Tabla 1:

Tabla 1: Materiales más comunes para sellado de juntas

De utilizar un ligante de polímero y agregado fino, debe ser en las proporciones recomendadas por el fabricante y debe tener una resistencia a la compresión mínima de

25 MPa (3,625 psi) en 4 horas.

El cemento a utilizar debe tener, un color similar al del concreto existente. Asimismo, los agregados deben tener una graduación, color y dureza similares a la de los agregados existentes en el pavimento.