Determinación de la profundidad de las zapatas.

La profundidad de las zapatas se deberá determinar considerando la naturaleza de los materiales de fundación y la posibilidad de socavación. Las zapatas ubicadas en cruces sobre cursos de agua se deberán fundar como mínimo a una profundidad de 600 mm por debajo de la máxima profundidad de socavación anticipada.

Las zapatas que no están expuestas a la acción de las corrientes de agua se deberán fundar sobre una fundación firme debajo del nivel de  congelamiento o sobre una fundación firme que se haya protegido contra las heladas sobreexcavando el material susceptible a las heladas hasta un nivel debajo de la línea de las heladas y reemplazándolo por material no susceptible a las heladas.

Se debería considerar el uso ya sea de un geotextil o bien de una capa de filtro granular graduado para reducir la susceptibilidad a la tubificación en el rip-rap o relleno detrás de los estribos.


1. En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos, particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el material no está compactado adecuadamente. El asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o
compactado alrededor de las pilas de un puente puede provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.


2. Cuando las zapatas se fundan sobre roca se debe prestar particular atención al efecto de las voladuras.

Cuando se realizan voladuras en formaciones rocosas competentes y altamente resistentes típicamente la roca se fractura hasta cierta profundidad debajo de la superficie final de la roca.

Las voladuras pueden reducir la resistencia a la socavación dentro de la zona de roca inmediatamente debajo de la base de la zapata.

En los Estados Unidos existen considerables diferencias en cuanto a la penetración de las heladas entre diferentes regiones e incluso entre diferentes localidades.

Si la protección contra las heladas es marginal o deficiente, se debería considerar el uso de aislantes para
mejorar dicha protección contra las heladas. 



La evaluación de las fuerzas de filtración y los gradientes hidráulicos es fundamental para el diseño de las excavaciones para las fundaciones que se extienden por debajo del nivel freático. Las fuerzas de filtración ascendentes que actúan en el fondo de las excavaciones pueden provocar tubificación en los suelos granulares densos o levantamiento en los suelos granulares sueltos, y esto puede provocar inestabilidad de la base. Estos problemas se pueden controlar mediante un drenaje adecuado, típicamente utilizando pozos o puntas filtrantes (well points). El drenaje de las excavaciones en suelos granulares sueltos puede provocar el asentamiento del terreno circundante. Si hay estructuras adyacentes que pudieran resultar dañadas por tales asentamientos o si el costo del drenaje es demasiado elevado se podrían utilizar
métodos para cortar la filtración, tales como tablestacados o muros interceptores.

Zapatas - Requisitos generales de diseño.

Los requisitos del presente artículo se aplican al diseño de zapatas aisladas y, cuando  corresponda, a las zapatas  combinadas. Se deberá prestar particular atención a las zapatas construidas sobre rellenos.

Las zapatas se deberían diseñar de manera que la  presión debajo de la zapata sea tan uniforme como sea posible. La distribución de la presión del suelo deberá ser  consistente con las propiedades del suelo o la roca y la  estructura y con los principios establecidos de la mecánica de suelos y de rocas.

En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente  y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos,
particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir  blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el
asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o  compactado alrededor de las pilas de un puente puede  provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos
correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.

Definiciones de fundaciones.

Ancho de una fundación − Mínima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Azuche − Pieza metálica que se coloca en el extremo de penetración de un pilote para protegerlo contra los daños durante el hincado y para facilitar su penetración a través de los materiales muy densos.

Caballete de pilotes − Tipo de caballete en el cual los pilotes trabajan como columnas.

Fundación profunda − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo las cargas al suelo o la roca a una cierta profundidad  debajo de la estructura ya sea por resistencia de punta, adherencia o fricción, o ambas.

Fundación superficial  − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo la  carga directamente al suelo o la roca a poca profundidad.

Hundimiento (plunging) − Comportamiento observado en algunos ensayos de carga de pilotes, donde el asentamiento del  pilote continúa aumentando aún sin aumento de la carga.

Longitud de una fundación − Máxima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Pilote − Unidad de fundación profunda relativamente esbelta, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se instala  hincando, perforando, barrenando, inyectando o de alguna otra manera y que deriva su capacidad del suelo que lo rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de su punta.

Pilote combinado de fricción y punta − Pilote que deriva su capacidad de la contribución tanto de la resistencia de punta  desarrollada en la punta del pilote como de la resistencia movilizada a lo largo del fuste. 

Pilote de carga − Pilote cuyo propósito es soportar carga axial por fricción o resistencia de punta.

Pilote de fricción − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del suelo movilizada a lo  largo del fuste del pilote.

Pilote de punta − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del material de fundación sobre  el cual se apoya la punta del pilote.

Pilote inclinado − Pilote hincado con un ángulo de inclinación respecto de la vertical para lograr mayor resistencia a las cargas laterales.

Pilote perforado − Unidad de fundación profunda, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se construye colando  hormigón fresco en un pozo perforado con o sin armadura de acero. Los pilotes perforados derivan su capacidad del suelo  que los rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de  su punta. Los pilotes perforados también se conocen como  pozos de fundación, pozos romanos o pilares perforados.

Relación de sobreconsolidación (OCR) − Se define como la relación entre la presión de preconsolidación y la tensión efectiva vertical actual.

Roca competente − Masa de roca con discontinuidades cuya abertura es menor o igual que 3,2 mm.

RQD (Rock Quality Designation)  − Designación de la calidad de la roca.

Superficies de deslizamiento (slickensides)  − Superficies pulidas y ranuradas que se producen en las rocas y suelos  arcillosos como resultado de desplazamientos por corte a lo largo de un plano.

Tensión efectiva − Tensión neta a través de los puntos de contacto de las partículas de suelo, generalmente considerada  equivalente a la tensión total menos la presión del agua intersticial. 

Tensión total − Presión total ejercida en cualquier dirección tanto por el suelo como por el agua.

Tubificación − Erosión progresiva del suelo provocada por la filtración de agua que produce un tubo abierto en el suelo a  través del cual el agua puede fluir de manera descontrolada y peligrosa.

Zapata aislada  − Apoyo individual para las diferentes partes de  una unidad de la subestructura; la fundación  correspondiente se denomina fundación mediante zapatas.

Zapata combinada − Zapata que soporta más de una columna.

Fundaciones campos de aplicación.

Los requisitos de esta sección se deberán aplicar para el  diseño de zapatas, pilotes hincados y pilotes perforados.

Si se han de seleccionar procedimientos de cálculo de  resistencia diferentes a los especificados en el presente  documento, se deberá considerar la base probabilística de  estas Especificaciones, la cual produce una combinación  interrelacionada de las cargas, los factores de carga, los  factores de resistencia y la  confiabilidad estadística. Se  pueden utilizar otros métodos, especialmente si estos  métodos han sido reconocidos localmente y se consideran  adecuados para las condiciones regionales, siempre que se  considere la naturaleza estadística de los factores indicados  anteriormente a través del uso consistente de la teoría de la  confiabilidad y que sean aprobados por el Propietario.

La especificación de métodos de análisis y cálculo de  resistencia para las fundaciones incluidos en el presente
documento no implica que las verificaciones en obra y/o la  reacción a las condiciones reales correspondientes a la  obra ya no serán necesarias. Las prácticas tradicionales de  diseño y construcción de las fundaciones siempre deben  ser consideradas, aún cuando se diseñe de acuerdo con  estas Especificaciones.

Estimadores y curvas de eficiencia del hormigón.

10.7 Estimadores y curvas de eficacia

Se ha definido el estimador como aquella fórmula matemática que, particularizada para los valores obtenidos en el ensayo de las probetas, proporciona el valor de la resistencia característica estimada, fest.

Como el valor de la resistencia característica está asociado a un nivel de confianza del 95 por 100, es posible definir diversos estimadores de la misma, haciendo uso de los principios de la Estadística. Se trata, en definitiva, de estimar, en una distribución que se supone normal  (gaussiana) aquel valor que deja a su izquierda un área del 5 por 100 del área total bajo la curva.

Dada la finalidad práctica que este libro persigue, no desarrollaremos aquí los aspectos teóricos de este tema. 

Pero sí parece oportuno dar las ideas más importantes.

a) El estimador utilizado para el caso en que se muestrean seis o más amasadas utiliza tan sólo la mitad más baja de resultados. Por ello, este estimador no penaliza la dispersión por resultados elevados, con lo que no se cometen grandes errores en los casos en que la muestra proviene de dos poblaciones diferentes de probetas (distribución no gaussiana). Este caso puede presentarse por cambio en la partida de cemento, siendo la segunda más resistente que la primera.

Por su parte, el estimador KN . X1, único aplicable cuando el número de amasadas muestreadas es menor de seis, deriva de un estudio estadístico teórico. El coeficiente KN, es función del tamaño de la muestra N y del coeficiente de variación δ, lo que justifica la disposición de la tabla 10.2. La expresión KN . X1 figura también, como límite inferior, en la fórmula del estimador que hemos comentado anteriormente, y sólo es operante en casos de muestras particularmente distorsionadas, para las cuales la expresión polinómica daría un resultado aberrante.

b) El estimador fest así definido es centrado con respecto a la resistencia característica real fck,real del hormigón (imposible de conocer en la práctica), lo que significa que el valor obtenido al aplicarlo a un conjunto de resultados, tiene una probabilidad de 0,5 de ser mayor que fck,real  (y por tanto, la misma probabilidad de ser menor). 

c) De lo anterior se deduce que si el hormigón puesto en obra tiene una resistencia estrictamente igual a la especificada (fck,real  =  fck) la probabilidad de que resulte fest < fck es la misma que la de que resulte fest >fck Esta circunstancia, justa pero severa, se compensa con el hecho de colocar la aceptación automática en el nivel 0,9 fck en vez de fck.
En cambio, a poco que se mejore el hormigón (fck,real > fCk) la probabilidad de que sea fest  > fck  crece rápidamente; y viceversa cuando el hormigón empeora (véase fig. 10.2).

d) Las curvas de eficacia de un estimador cuantifican las probabilidades mencionadas, estableciendo una relación entre el cociente fck,real / fck  y la probabilidad de que resulte fest > fck. 

Figura 10.2 Relación entre resistencia real y resistencia estimada.

Dicha relación es distinta para cada tamaño de muestra N y cada coeficiente de variación δ del hormigón.

 
Estas curvas, cuyo aspecto es el indicado en la figura 10.3, pueden encontrarse en la literatura especializada. Su conocimiento es útil cuando están en juego grandes suministros de hormigón ya que permiten cuantificar el riesgo del suministrador Y el nesgo del utilizador, así como el establecimiento de las condiciones óptimas de elaboración del hormigón. 

Figura 10.3 Curvas de eficacia del estimador

e) Las normas de cada país establecen sus propios estimadores, los cuales tendrán sus curvas de eficacia correspondientes La comparación entre estas curvas permite conocer si los criterios de aceptación y rechazo de una determinada norma son más o menos severos que los de otra. Ahora bien, los criterios de aceptación y rechazo no siempre se fundan en la estimación de la resistencia característica, sino que pueden presentarse en otros términos, basados en la curva de eficacia elegida. En tales casos, es más propio hablar de una función de aceptación (que puede incluir una o más condiciones) que de un estimador de la resistencia característica.

 
Así por ejemplo, la Norma norteamericana ACI 318-95 establece que la media aritmética de tres resultados consecutivos cualesquiera debe ser igual o superior a la resistencia especificada, debiendo cumplirse también que ningún resultado individual difiera, por bajo, de la resistencia especificada en más de 3,5 N/mm2.

Decisiones derivadas del control de la resistencia del hormigón.

En doctrina de calidad suele decirse que el efecto del control de recepción es doble. Por un lado el control de calidad actúa de filtro de productos defectuosos (efecto directo) y. por otro enseña al productor que la no calidad tiene un precio (efecto indirecto). Y este efecto indirecto(penalizaciones por no cumplimiento) tiene mayor influencia en la calidad final de la obra que el efecto directo.

Cuando resulta fest > fck se acepta automáticamente el lote de hormigón. Cuando fest <  fck, pero es fest >=  0,9 . fck , el lote debe aceptarse también, ya que el estimador que define la resistencia característica estimada es ms bien severo, pero procede en tal caso imponer una penalización de tipo económico, proporcional al descenso de resistencia. Pata cito, el Pliego de Prescripciones Particulares debe prever tal eventualidad y fijar el coeficiente de proporcionalidad. Así por ejemplo, si se fija un coeficiente 2, en el caso límite en que la resistencia estimada resulte igual al 90% de la especificada, el hormigón del lote en cuestión debe abonarse al 80% de su precio.

Si el descenso de resistencia fuese mayor del 1O por lOO (fest < 0.9 . fck)es claro que no se ha cumplido el contrato de suministro de hormigón, y que la responsabilidad de tal incumplimiento pertenece únicamente al suministrador. Por Otra parte y como cuestión separada de la anterior, procede efectuar un estudio particular del caso para cuantificar la influencia que dicho descenso puede tener en ¡a seguridad de los elementos afectados. Y como dicho estudio se basa en el análisis de las piezas reates y no en los resultados arrojados por las probetas enmoldadas, resulta que, en este punto, aparecen entremezcladas la responsabilidad del suministrador del hormigón y la del constructor que lo puso en obra, no siendo fácil la separación entre ambas. Por tal razón, en muchos casos de conflicto resulta preferible para ambas panes el llegar a un acuerdo amistoso antes que pasar a la vía judicial.

El descenso de seguridad estructural ocasionado por una baja de resistencia del hormigón es diferente según se trate de elementos comprimidos (soportes) o de elementos flectados (vigas y forjados), siendo mucho mayor en el primer caso que en el segundo.

Si del estudio de repercusión en la segundad de los elementos afectados resultase que coeficientes de seguridad teórico disminuye en un porcentaje inaceptable, antes de decretar la demolición deben considerarse las posibilidades de reforzar los elementos afectados, o de disminuir la carga & uso inicialmente prevista (declasación).

Pero por otra parle, cuando se obtenga una resistencia estimada menor que la especificada es necesario considerar no sólo la influencia sobre la seguridad del elemento estructural, sino también el efecto negativo que puede tener sobre otras características como ion la deformabilidad, la fisuración y la durabilidad.

Caso extracción de probetas testigo - Resistencia hormigón.

Para la estimación de la resistencia del hormigón mediante la extracción de probetas testigo es necesario tener en cuenta las dimensiones, esbeltez y conservación de las mismas, en relación con las probetas enmoldadas de 15 x 30 cm2 utilizadas en el control. Por otra parte, un testigo extraído del tercio inferior de un muro o pilar suele dar resultados del orden de un 10 por 100 superiores a los extraídos del tercio superior, debido a la mejor compactación del hormigón en aquella zona.

Dados los márgenes de variación de los diversos coeficientes que relacionan la resistencia en probeta enmold2uti Y en probeta testigo, los resultados de estas últimas no deben utilizarse, como norma general para decidir si se cumplió O no el contrato de suministro del hormigón, ya que este contrato se establece sobre la base de probetas ene moldadas. Las probetas testigo encuentran su verdadera aplicación cuando se trata de estimar la capacidad resistente del elemento en entredicho y, con ella, el eventual descenso del coeficiente de seguridad teórico. En tal caso, para formar un juicio definitivo hay que tener en cuenta que parte de dicho coeficiente de seguridad se destina a cubrir las incertidumbres relativas al transporte, colocación, compactación y curado del hormigón las cuales aparecen ya recogidas por las probetas testigo.