Parte 19 · Clase 186 de 830

ARQ-186 · Fundaciones superficiales y profundas: selección conceptual

Parte 19 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.12.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-185, ARQ-025. Sin calendario. Los casos y parámetros son ficticios; no son levantamientos, ensayos ni pruebas con personas reales. Revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Cómo comparar conceptualmente fundaciones superficiales y profundas sin elegirlas por costumbre, por apariencia del terreno o mediante una presión aislada?

Resultado y continuidad

ARQ-185 mostró que resistencia, deformación y tiempo son preguntas distintas. Esta clase organiza alternativas de transferencia de acciones al terreno y estudia un modelo de apoyos elásticos. RESORTES-01 es un sistema ideal, no una cimentación calculada para GEO-BASE-01. Entregarás una matriz de alternativas y una comprobación de compatibilidad y equilibrio. ARQ-187 incorporará estados de excavación y obras temporales que también condicionan una decisión.

1. La fundación forma parte de un sistema

La estructura entrega acciones; la fundación las transmite e interactúa con un volumen de terreno. El suelo no es un soporte inmóvil por definición. La presentación del informe de NIST sobre interacción suelo–estructura reúne estructura, fundación y suelo circundante como partes relacionadas [GEO-SSI].

Cambiar una parte puede modificar desplazamientos, distribución de fuerzas y condiciones de las otras. Por eso el diseño no se resuelve seleccionando un objeto de catálogo después de terminar todo el edificio. Las interfaces deben discutirse con información geotécnica y estructural coordinada.

Esta clase no aplica el procedimiento dinámico de ese informe ni supone haberlo leído íntegramente. Utiliza un modelo estático original para enseñar dos ideas básicas: las fuerzas deben equilibrarse y las deformaciones deben ser compatibles con la geometría del elemento que conecta los apoyos. Ambas condiciones importan.

2. Familias superficiales: qué preguntas abren

Una fundación aislada puede organizar la transferencia bajo un apoyo; una corrida puede acompañar una línea de acciones; una losa de fundación puede relacionar varias zonas de carga. Estas descripciones conceptuales no establecen límites universales de profundidad o dimensiones. La terminología y los criterios deben precisarse en cada ámbito.

Las preguntas incluyen geometría, distribución de acciones, estratos que participan, nivel de agua, deformación y relación con límites del predio o elementos vecinos. Un sistema que reparte acciones sobre mayor área no elimina automáticamente asentamientos diferenciales. Tampoco toda losa impone un movimiento perfectamente uniforme: su rigidez y la respuesta del terreno importan.

Para comparar alternativas se necesita una misma base de acciones y escenarios, o declarar qué cambia. No debe favorecerse una opción omitiendo su excavación, control de agua, interfaces o condiciones de ejecución. La comparación conceptual prepara investigación; no certifica aptitud mediante una lista de ventajas generales.

3. Familias profundas: no son una garantía automática

Los elementos profundos pueden transferir acciones mediante interacción a lo largo de su superficie y en su extremo, según sistema y condiciones. La idea de que solo funcionan apoyándose en una roca rígida simplifica indebidamente los mecanismos posibles. Sus deformaciones y la interacción del conjunto necesitan análisis.

También deben estudiarse efectos de grupo, condiciones de instalación, agua, estratos atravesados y relaciones con estructuras vecinas. La elección de un elemento profundo no hace irrelevante la investigación superficial. Los materiales que lo rodean pueden afectar acciones y respuesta, y el sistema de conexión superior debe coordinarse con la estructura.

No se entregan aquí longitudes, diámetros, separaciones ni procedimientos de ejecución. El capítulo formula preguntas que el equipo especialista debe resolver. Una capa profunda denominada arena no se convierte en un estrato competente universal ni en un destino obligatorio de todos los apoyos. GEO-BASE-01 sigue sin tener parámetros de resistencia y rigidez.

4. Comparar bajo un servicio y unos límites comunes

Una matriz útil puede incluir alternativas superficiales, profundas y de reformulación del proyecto. No siempre es necesario mantener una geometría inicial si otra distribución de acciones o implantación permite estudiar un problema diferente. Esa posibilidad debe coordinarse, no decidirse unilateralmente desde una sola especialidad.

Cada alternativa conserva condiciones necesarias, información disponible, incertidumbres, implicaciones de obra y verificación pendiente. Un costo desconocido no se marca como cero. Una técnica disponible en abstracto no se considera automáticamente ejecutable con los accesos y restricciones del sitio.

La investigación del terreno debe alimentar esa comparación y puede modificarse a partir de ella [GEO-SITE]. No se trata de pedir un informe para confirmar la alternativa preferida. Se busca reconocer qué evidencia podría cambiar la decisión y obtenerla de forma pertinente antes de comprometer una solución.

5. Modelo elástico: qué representa un resorte

Un resorte vertical ideal relaciona fuerza y desplazamiento mediante F = k δ, donde k se expresa aquí en kN/m. Es una ley lineal ficticia con un grado de libertad, no una descripción completa de una fundación. No contiene falla, presión de poros, deformación plástica ni evolución temporal.

La rigidez k del resorte no es la misma magnitud que un coeficiente de reacción distribuido expresado en fuerza por volumen. Tampoco equivale directamente a un módulo de suelo en fuerza por área. La conversión entre modelos requiere hipótesis y geometría; no basta cambiar el nombre de una columna.

RESORTES-01 conecta cuatro resortes a una placa perfectamente rígida que se traslada verticalmente sin rotación. Los resortes de igual rigidez se disponen en posiciones opuestas, de modo que la carga centrada y la distribución simétrica son compatibles con esa traslación. No se supone que cualquier conjunto arbitrario cumpla esa condición.

6. Caso trabajado: misma deformación, fuerzas diferentes

Las rigideces son 40, 40, 80 y 80 MN/m. La fuerza vertical total es 800 kN. Como los cuatro apoyos comparten δ en este modelo, el equilibrio exige ΣF_i = δ Σk_i = 800. La suma de rigideces es 240 MN/m, o 240.000 kN/m.

Resulta δ = 800/240.000 = 0,003333 m, es decir, 3,333 mm. Los resortes de 40 MN/m transmiten 133,333 kN cada uno; los de 80, 266,667. La suma vuelve a 800. Repartir 200 a cada uno no cumpliría simultáneamente la ley de los resortes y la traslación rígida adoptada.

La conclusión no es que una fundación real siempre entregue mayor fuerza al terreno más rígido bajo cualquier configuración. Es el resultado de esta compatibilidad concreta. Una placa que rota, una geometría asimétrica o un contacto que se pierde necesita otro modelo. ARQ-189 mostrará cómo equilibrio y geometría modifican el reparto.

Figura 186. RESORTES-01: pares iguales en posiciones opuestas, carga centrada y traslación común. Los parámetros no son rigideces recomendadas de suelo.

7. Una variante simétrica mantiene la hipótesis

RESORTES-02 reduce ambas rigideces de 80 a 60 MN/m, conservando los pares opuestos y la carga centrada. La suma baja a 200 MN/m. El desplazamiento es 800/200.000 = 0,004 m = 4 mm.

Los apoyos de 40 transmiten 160 kN cada uno; los de 60, 240 cada uno. La suma sigue siendo 800. Al reducir rigidez total aumenta la deformación, pero los apoyos que no cambiaron transmiten más fuerza porque comparten el nuevo desplazamiento. El efecto no queda limitado a los elementos modificados.

Si se cambiara un solo apoyo, la simetría podría perderse. No sería correcto reutilizar sin examen la hipótesis de traslación pura. Harían falta equilibrio de momentos y compatibilidad con rotación, o una restricción externa explícita y sus reacciones. La modificación de un dato puede exigir cambiar el modelo, no solo recalcular una suma.

8. Los límites del modelo también orientan preguntas

Una ley lineal permite fuerzas de tracción si δ cambia de signo, pero un contacto real de suelo puede no sostenerlas de esa manera. Si el modelo produce pérdida de compresión, debe revisarse su representación del contacto. No se interpreta una fuerza negativa como adhesión disponible sin evidencia.

La rigidez puede depender de escala, estado de esfuerzo, historia y rango de deformación. No se identifica automáticamente un resorte a partir de una única presión y un único movimiento observados. Tampoco se valida un modelo porque cierre el equilibrio: puede representar mal la interacción real.

Estos límites no inutilizan el ejercicio. Permiten aprender a pedir qué hipótesis tiene un análisis y qué situaciones podrían invalidarlas. Una buena memoria distingue magnitudes asumidas, resultados y condiciones de aplicación. No oculta una idealización detrás de una imagen tridimensional detallada.

9. Interfaces que afectan selección y ejecución

La elección conceptual debe considerar cómo se ejecutaría y comprobaría, sin transformar esta clase en instrucciones de obra. Excavación, acceso de equipos, acopio, redes, agua y construcciones vecinas pueden condicionar alternativas. La etapa temporal puede tener relaciones distintas del sistema final.

También importan encuentros con estructura, instalaciones y niveles de uso. Una modificación de la cota o del sistema de apoyo puede afectar accesos y paquetes constructivos. Las preguntas de accesibilidad de la parte 18 siguen presentes; no se posponen hasta que la fundación esté decidida si los cambios alteran la geometría del edificio.

El equipo necesita una forma de registrar responsabilidades y cambios. El estudio geotécnico no reemplaza todos los cálculos estructurales, y estos no sustituyen investigación del terreno. La coordinación comparte acciones, desplazamientos, geometrías y estados compatibles, conservando el alcance de cada documento.

10. Una matriz de alternativas que no decide sin datos

Para GEO-BASE-01 puede registrarse una alternativa superficial con preguntas sobre distribución de rellenos y deformación, y una profunda con preguntas sobre mecanismos de transferencia, exploración adicional e instalación. Ninguna recibe un resultado favorable solamente por estar descrita.

Una tercera opción puede modificar implantación o programa, indicando qué necesidad conserva y qué cambia. Esa alternativa debe evaluarse con la misma seriedad: no se declara preferible por evitar un elemento ni se descarta por alejarse de un dibujo inicial. El objetivo es sostener una decisión informada, no defender una forma a cualquier costo.

El entregable incluye condiciones necesarias, evidencia y acción siguiente. Si falta un dato que impide comparar seguridad o servicio, el estado es pendiente. Las preferencias de costo o imagen no compensan esa ausencia. La siguiente clase añadirá taludes y excavaciones para que la comparación no se limite al edificio terminado.

Práctica independiente

Un sistema ideal separado tiene tres resortes de 20, 40 y 60 MN/m, obligados por un dispositivo externo a compartir una traslación vertical sin rotación. La carga vertical es 360 kN. Calcula desplazamiento y fuerzas. Explica por qué, sin conocer posiciones, no puedes afirmar que la restricción externa no recibe un momento.

Después compara RESORTES-01 y RESORTES-02: verifica sumas de fuerzas y explica por qué aumentó la fuerza de los resortes de 40 aunque su rigidez no cambió. Redacta tres preguntas que una matriz de selección de fundación de GEO debería mantener abiertas. No asignes dimensiones ni capacidades al terreno.

Autoevaluación y enlace

Puedes comparar mecanismos sin elegir por nombre, resolver equilibrio y compatibilidad y reconocer cuándo una modificación invalida una hipótesis. ARQ-187 estudiará por qué los estados temporales de excavación requieren su propia investigación y coordinación, aunque la fundación final todavía sea solo una propuesta.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Cómo comparar conceptualmente fundaciones superficiales y profundas sin elegirlas por costumbre, por apariencia del terreno o mediante una presión aislada?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 6 de la Parte 19. Se estudia después de ARQ-185 · Capacidad de soporte y asentamientos: conceptos porque usa esa base para responder «¿Cómo comparar conceptualmente fundaciones superficiales y profundas sin elegirlas por costumbre, por apariencia del terreno o mediante una presión aislada?». Se ubica antes de ARQ-187 · Taludes, excavaciones y obras temporales porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-185, ARQ-025
• Capacidad que introduce: ARQ-185 mostró que resistencia, deformación y tiempo son preguntas distintas. Esta clase organiza alternativas de transferencia de acciones al terreno y estudia un modelo de apoyos elásticos. RESORTES-01 es un sistema ideal, no una cimentación calculada para GEO-BASE-01.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-187, ARQ-189, ARQ-813

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-185, ARQ-025"] --> B["ARQ-186 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · GEO-SSI Soil-Structure Interaction for Building Structures, NIST GCR 12-917-21 + GEO-SITE Subsurface…"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-187, ARQ-189, ARQ-813"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de fundaciones superficiales y profundas: selección conceptual.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: ARQ-185 mostró que resistencia, deformación y tiempo son preguntas distintas. Esta clase organiza alternativas de transferencia de acciones al terreno y estudia un modelo de apoyos elásticos. RESORTES-01 es un sistema ideal, no una cimentación calculada para GEO-BASE-01.
3. Justificar una decisión de fundaciones superficiales y profundas: selección conceptual mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Un sistema ideal separado tiene tres resortes de 20, 40 y 60 MN/m, obligados por un dispositivo externo a compartir una traslación vertical sin rotación. La carga vertical es 360 kN. Calcula desplazamiento y fuerzas.

Evidencia mínima: ARQ-185 mostró que resistencia, deformación y tiempo son preguntas distintas. Esta clase organiza alternativas de transferencia de acciones al terreno y estudia un modelo de apoyos elásticos. RESORTES-01 es un sistema ideal, no una cimentación calculada para GEO-BASE-01.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-186/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Cómo comparar conceptualmente fundaciones superficiales y profundas sin elegirlas por costumbre, por apariencia del terreno o mediante una presión aislada?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Un sistema ideal separado tiene tres resortes de 20, 40 y 60 MN/m, obligados por un dispositivo externo a compartir una traslación vertical sin rotación. La carga vertical es 360 kN. Calcula desplazamiento y fuerzas.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-187.
• Puedes comparar mecanismos sin elegir por nombre, resolver equilibrio y compatibilidad y reconocer cuándo una modificación invalida una hipótesis. ARQ-187 estudiará por qué los estados temporales de excavación requieren su propia investigación y coordinación, aunque la fundación final todavía sea solo una propuesta.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-187 · Taludes, excavaciones y obras temporales; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los casos, dibujos, derivaciones docentes y soluciones son originales. Las referencias respaldan los conceptos indicados, no las cifras ficticias. Consulta de fuentes nuevas: 21 de septiembre de 2026. Las referencias heredadas conservan su alcance; no se afirma lectura íntegra cuando el acceso fue parcial.

[GEO-SSI] Soil-Structure Interaction for Building Structures, NIST GCR 12-917-21

Jonathan Stewart y colaboradores / NIST. https://www.nist.gov/publications/soil-structure-interaction-building-structures

Consulta: Ficha y resumen oficial del informe de 2012. Apoyo: La interacción considera conjuntamente estructura, fundación y suelo circundante. Límite: No se leyó íntegramente el informe ni se implementó su metodología dinámica. Los resortes estáticos son modelos educativos originales y no recomendaciones de rigidez de terreno.

[GEO-SITE] Subsurface Investigations—Geotechnical Site Characterization: Reference Manual

Paul W. Mayne, Barry R. Christopher y Jason DeJong / FHWA. https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/41566

Consulta: Ficha y resumen de FHWA-NHI-01-031, publicado en 2002. Apoyo: Amplitud de investigación: planificación, reconocimiento, exploración, muestreo, ensayos y reporte. Límite: No se consultó íntegramente el manual. No se prescriben cantidades, profundidades, técnicas de perforación ni criterios de aceptación de una campaña real.