De acuerdo al Código de Cimentaciones de Costa Rica, se define a la cimentación como la parte soportante de una estructura. Esto incluye no solamente el elemento estructural que transmite la carga de la superestructura al suelo, sino también el suelo o la roca soportante.

Antes de definir el tipo de cimentación a colocar, se realiza un estudio de “variación del esfuerzo vertical bajo un área rectangular”, aplicando para ello la solución de Boussinesq; asumiendo un área cargada que se localiza en la superficie del terreno de longitud L y ancho B, se distribuye uniformemente por un área unitaria la carga q.

Boussinesq determina el esfuerzo en un punto debajo del punto A´ a la profundidad z. El área cargada se divide en cuatro rectángulos. El punto A´ es la esquina común a los cuatro rectángulos. El incremento en el esfuerzo a la profundidad z debajo del punto A´ debido a cada área rectangular es un resultado parcial, por lo que para obtener el incremento en el esfuerzo total causado por toda el área cargada se obtiene a partir de:

En caso de los cimientos superficiales a fin de determinar el ancho B de la zapata aislada o losa de cimentación flexible y/o rígida, se recurre al concepto de “capacidad soportante y admisibilidad”.

La capacidad de soporte del suelo se puede definir a través de ecuaciones tales como la de PRANDT, BELL, TERZAGUI O MEYERHOF.

Así mismo, de acuerdo a la filosofía de diseño, se pueden tener dos métodos de diseño:

• A.METODO POR ESFUERZOS EFECTIVOS, se emplea la ecuación desarrollada por Meyerhof:

Para la muestra saturada B = 1.0

Se aplica la fórmula de Skempton para determinar ▽µ (presión de poros)

• B. METODO POR ESFUERZOS TOTALES, se emplea la ecuación desarrollada por Terzagui o Meyerhof:

Terzagui planteó:

Meyerhof planteó:

donde:

Al igual que las correcciones realizadas por la geometría del cimiento a los factores de capacidad de carga (N_g’ y N_c’), estos también deben ser corregidos cuando se presenten la incidencia de cargas inclinadas o los cimientos presentan la base inclinada (N_g*, N_c* y N_q*).

Así mismo, se debe dar algunas atingencias si el diseño se realiza sobre suelos puramente friccionantes, dado que el mismo debe considerar asentamientos menores a 2.54 cm, según lo indicado por el Código de Cimentaciones de Costa Rica. Lo mismo se debe realizar en suelos cohesivos verificando que los asentamientos diferenciales y las distorsiones angulares entre placas vecinas estén dentro de los límites estipulados e indicados en el Capítulo 7 de dicho Código.

Establecido el modelo geotécnico y los cálculos de la superficie de falla, se deben realizar los análisis de asentamientos a corto y largo plazo, siendo el primero de tipo elástico o inmediato, en tanto que el segundo se relaciona con los conceptos de consolidación y preconsolidación primaria, desarrollados por Terzagui (1925).

La ecuación q_fn es conocida también como capacidad de falla neta, capacidad soportante última o capacidad de hundimiento.

De otro lado, en caso de los cimientos profundos, específicamente los pilotes, que son elementos muy esbeltos que transmiten las cargas por punta y/o fricción a los estratos subyacentes, se diseñan bajo ambos criterios de transmisión de las cargas.

Estos elementos se utilizan cuando los suelos son muy blandos y no pueden usarse cimentaciones superficiales o cuando las cargas estructurales son muy elevadas.

Aspectos relevantes:

1. La resistencia de fricción se desarrolla antes que la resistencia de punta.
2. La resistencia de fricción se genera en pequeñas deformaciones (comportamiento fundamentalmente elástico).
3. La resistencia por punta se comienza a dar una vez que se haya generado la totalidad de la fricción.
4. La resistencia de punta total se desarrolla de deformaciones importantes (comportamiento inelástico).

Al igual que en el caso anterior, los pilotes se diseñan bajo dos filosofías:

POR ESFUERZOS TOTALES, se emplea la ecuación de Terzagui – Meyerhof:

Los factores de capacidad de carga a emplear corresponde a los investigados por Meyerhof, en tanto que existen casos particulares que el diseño debe considerar, por lo que la ecuación general de capacidad soportante puede quedar reducida para el cálculo de la carga total del pilote (Q_T). Así se tiene:

• Pilotes apoyados por punta en suelos friccionantes puros (C = 0, B = 0)
• Pilotes apoyados por punta en arcillas duras (B = 0)
• Pilotes apoyados por punta en suelos con cohesión y fricción (B = 0)

POR ESFUERZOS EFECTIVOS, se combina la ecuación de Terzagui – Meyerhof con la de empuje lateral de Skempton. De esto se desarrolla la ecuación para el cálculo de la carga total del pilote por fricción:

Q = P K (A)

A = Área del diagrama de esfuerzos efectivos

Se diseña por fricción en pilotes embebidos en arenas y gravas (friccionantes puros), en suelos con C y f, y en pilotes en arcillas (cohesivos puros).

En estos últimos, la ecuación de carga queda reducida a:

Q = 0.30 P (A)

Para conseguir diseños óptimos, si el diseño se desarrolla sobre suelos mixtos, se debe realizar el diseño por fricción mediante ESFUERZOS TOTALES y ESFUERZOS EFECTIVOS, así como añadir a la carga de diseño la CARGA POR FRICCIÓN NEGATIVA, ello cuando el terreno alrededor es propenso a consolidarse debido a una sobrecarga.

Finalmente si verifica si el pilote se halla sometido a cargas o empujes laterales, realizando para ello el análisis respectivo de (Teoría de Elasticidad, Modelo de Winker, Ecuaciones de Matlock y Reese y Teoría de Empuje de Rankie):

• Desplazamiento lateral
• Presión lateral
• Presión pasiva resistente
• FS contra falla del suelo por carga lateral