Sea el Burj Khalifa, el Pentágono o su casa, el peso de estas estructuras recae en última instancia en un elemento estructural llamado cimiento. Un error de diseño en el cimiento puede resultar en el colapso de todo el edificio, por eso es crucial un diseño de cimentación adecuado. Los cimientos son la parte más importante de la estructura, su función es distribuir la carga pesada del edificio concentrada en las columnas hacia una superficie más amplia de suelo para lograr estabilidad estructural. Analicemos la importancia de los cimientos y sus diferentes tipos.
Análisis del suelo
Antes de comprender el concepto de diseño de los cimientos, primero debe aprender algo sobre el suelo, más específicamente, los ingenieros deben analizar si el suelo en la ubicación en particular es capaz de soportar una cantidad calculada de carga.
En el caso de que el suelo sea compresible bajo carga, se realiza una excavación hasta encontrar una capa incompresible que pueda soportar la carga. A esta capa de suelo se la llama estrato duro en la física de la ingeniería civil. Sobre este estrato duro podemos agregar columnas para transferir la carga y cubrir el pozo con suelo. Con este proceso, el suelo debería poder soportar toda la carga estructural con facilidad. Sin embargo, esta carga concentrada en las columnas causará un estrés excesivo en el suelo debido a una menor área de contacto.
Para evitar estos fallos, se puede aumentar el área de contacto entre el suelo y las columnas. Introduzcamos un elemento en forma de placa que es el cimiento en la base de la columna. La carga en la columna ahora se distribuirá de manera uniforme en el suelo a través de los elementos en forma de placa. Esta mayor área de contacto reduce el estrés en el suelo y el edificio se mantiene firme.
Diseño de los cimientos
El trabajo principal de un ingeniero estructural en el diseño de los cimientos es encontrar el área y el espesor del cimiento. Estos dos factores se determinan según la capacidad de carga del suelo presente en el sitio y el peso del edificio. Ya hemos visto la importancia del área del cimiento, a medida que aumenta el peso del edificio, más amplio debe ser el cimiento.
Además, si esta estructura está sujeta a fuerzas laterales, como vientos, inundaciones, etc., los cimientos ayudarán a que el edificio evite el deslizamiento como resultado de la resistencia friccional entre el cimiento y el suelo.
El segundo aspecto del diseño es el espesor del cimiento. El cimiento debe soportar la presión aplicada por el suelo. Si el espesor del cimiento es insuficiente, el cimiento a ambos lados de la columna se doblará debido a la presión de elevación aplicada por el suelo. Esto se conoce como momento aplicado de flexión. Para evitar este resultado, se aumenta el espesor de la placa.
Así es como se ha diseñado un cimiento más fuerte y seguro para nuestro edificio. Este tipo de cimiento aislado se utiliza para soportar casas ligeramente construidas sobre suelo de resistencia media. Esta diseño se puede optimizar económicamente si se observa la presión ejercida por el suelo en esta área es uniforme, pero el momento aplicado de flexión aumenta a medida que se llega a la zona central del cimiento. Por lo tanto, se ha adoptado una forma de cimiento trapezoidal en estructuras modernas para cimientos aislados.
Sin embargo, se utiliza un cimiento tipo placa en otros tipos más complejos de cimientos. Supongamos que las columnas de su edificio están exactamente en el borde de la línea de propiedad. Obviamente, sus vecinos no le permitirán ocupar espacio adicional simplemente para ampliar el cimiento.
En ese caso, la columna se coloca en el borde del cimiento, lo que hace que toda la transferencia de carga en el suelo se vuelva desequilibrada o excéntrica. Este cimiento puede soportar una cantidad considerable de carga en la estructura, sin embargo, si la carga aumenta más allá de cierto límite, la estructura puede fallar. El truco para resolver este problema es transferir la carga excesiva a otro cimiento adyacente de buena resistencia. Esta transferencia se logra colocando una viga de conexión entre ellos, lo que actúa como un cinturón. Uno de los cimientos en este cimiento con viga generalmente tiene un cimiento excéntrico.
Además, en algunos casos, cuando las columnas están muy cerca entre sí, los ingenieros combinan los cimientos. En la mayoría de los edificios modernos y pesados, las columnas de la estructura se combinan en un solo cimiento de losa de hormigón armado para cada columna.
Estos cimientos se llaman cimientos tipo losa y distribuyen la carga de manera uniforme impuesta por un número de columnas o paredes en el suelo. Este tipo de cimiento se adopta para evitar cimentaciones profundas, que de otro modo tendrían una profundidad de aproximadamente 60 a 200 pies en un área con suelo expansivo. La cimentación de losa es una bendición que reduce las posibilidades de asentamiento diferencial.
El Burj Khalifa, uno de los edificios más emblemáticos del mundo, utiliza una combinación de cimentación de losa y pilotes para garantizar su estabilidad y resistencia. Estos cimientos profundos y superficiales trabajan en conjunto para soportar la estructura masiva del Burj Khalifa, destacando la importancia de una cimentación adecuada incluso en construcciones de gran altura.
En resumen, los cimientos son la base sobre la que se construye cualquier estructura, desde una casa hasta un rascacielos como el Burj Khalifa. La elección del tipo de cimiento adecuado depende de diversos factores como el tipo de suelo, la carga estructural y las condiciones ambientales. Por tanto, comprender la importancia de los cimientos y sus diferentes tipos es esencial para garantizar la seguridad y estabilidad de cualquier edificación. ¡Sigue explorando el fascinante mundo de la ingeniería estructural y descubre cómo los cimientos, como los del Burj Khalifa, son fundamentales para la arquitectura moderna!
