Vigas de fundación en construcción

Las vigas de fundación son elementos estructurales cruciales en la construcción, formando parte integral de los sistemas de cimentación. Su función principal es distribuir las cargas de la estructura sobre el terreno, asegurando la estabilidad y resistencia del edificio. En este artículo, exploraremos a fondo los tipos, diseños, requisitos y consideraciones para su correcta implementación.

Tipos de Vigas de Fundación

Existen diferentes tipos de vigas de fundación, cada una con un propósito específico:

Vigas de Conexión o de Atado

Estas vigas tienen la función primordial de reducir las presiones en las zapatas individuales. Su objetivo principal es garantizar un movimiento uniforme de las zapatas ante cargas laterales, especialmente en zonas sísmicas. En áreas con alta sismicidad, se recomienda su colocación en ambas direcciones ortogonales para asegurar un desplazamiento uniforme en ambas direcciones de análisis. Estas vigas soportan esfuerzos de tracción y compresión.

El ACI 318-19, en la sección 112, establece la obligatoriedad de su uso en ciertas condiciones:

“Para estructuras asignadas a CDS D, E o F, las zapatas aisladas individuales cimentadas en perfiles de suelo definidos en ASCE/SEI 7 como perfiles Clase E o F deben interconectarse con amarres sísmicos de cimentación”. (ACI 318-19)

Vigas de Cimentación

Las vigas de cimentación son diseñadas para resistir los esfuerzos de flexión transmitidos a la cimentación por las columnas. Debido a su función principal de soportar estos esfuerzos, requieren un mayor canto que las vigas de conexión y una distribución predominante del acero en la parte superior para resistir los momentos flectores. El ACI 318-19, en la sección 112, también proporciona directrices para su diseño:

“Para las estructuras asignadas a los SDC D, E o F, las vigas de grado y las vigas que forman parte de una cimentación de estera sometidas a flexión desde columnas que forman parte del sistema de resistencia a la fuerza sísmica deberán estar de acuerdo con 16”. (ACI 318-19)

La sección 111 del ACI 318-19 añade:

“Las vigas que resisten los esfuerzos de flexión debidos a los momentos de los pilares deben tener detalles de refuerzo similares a los de las vigas de la estructura situada por encima de los cimientos.”. (ACI 318-19)

Distribución de Presiones en el Suelo

La distribución de la reacción del suelo sobre la cimentación no solo depende de la rigidez de la cimentación, sino también del tipo de suelo. En suelos granulares, la presión suele ser mayor en la zona central, mientras que en suelos cohesivos, la presión tiende a ser mayor en los bordes debido a las fuerzas de cohesión entre las partículas.

En los modelos matemáticos, se calculan las presiones transmitidas al suelo. Si estas presiones no son uniformes, el uso de vigas de fundación se vuelve necesario para uniformizarlas y actuar como diafragma, mejorando la distribución de cargas y la estabilidad general de la estructura.

Requisitos y Consideraciones de Diseño

El ACI 318-19 proporciona diversas consideraciones para el diseño de vigas sobre el terreno:

• 111: Las vigas sobre el terreno y las que forman parte de una losa de cimentación, sometidas a flexión de columnas que son parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas, deben cumplir con lo indicado en 1
• 112: Las losas sobre el terreno que resisten fuerzas sísmicas de muros o columnas deben diseñarse como diafragmas estructurales de acuerdo con 11
• 114: Las vigas diseñadas como amarres horizontales entre cabezales de pilotes o zapatas deben tener refuerzo longitudinal continuo.
• 114: La menor dimensión transversal de estas vigas debe ser igual o mayor al espacio libre entre columnas conectadas dividido por 20, pero no mayor a 450 mm. Se deben colocar estribos cerrados con un espaciamiento que no exceda la mitad de la menor dimensión transversal o 300 mm.

Es fundamental diseñar las vigas para que se mantengan en el rango elástico, minimizando así los daños por sismo. El adecuado diseño de las vigas de fundación es esencial para la estabilidad y durabilidad de la estructura. La correcta selección del tipo de viga y el cumplimiento de los requisitos normativos son cruciales para garantizar la seguridad y eficiencia de la construcción.

Consultas Habituales sobre Vigas de Fundación

Tabla Comparativa de Vigas de Fundación

El diseño de las vigas de fundación requiere un profundo conocimiento de la ingeniería estructural y el comportamiento de los suelos. Un diseño inadecuado puede llevar a problemas estructurales graves, por lo que se recomienda siempre la supervisión de profesionales cualificados.