nec2011 cap9 geotecnia y cimentaciones 2013

NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIN

NEC

CAPTULO 9

GEOTECNIA Y CIMENTACIONES

Enero - 2013

Geotecnia y Cimentaciones

NEC CAPTULO 9-2

NDICE 9.1. INTRODUCCIN ............................................................................................................................ 4

9.1.1 OBJETIVO Y ALCANCE ............................................................................................................. 4 9.1.2 OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS GEOTCNICOS ............................................................... 4

9.1.2.1 CUMPLIMIENTO Y RESPONSABILIDAD .............................................................................. 4 9.2. DEFINICIONES .............................................................................................................................. 4

9.2.1 NOMENCLATURA .................................................................................................................... 4 9.2.2 ESTUDIO GEOTCNICO ........................................................................................................... 5

9.2.2.1 DEFINICIN ..................................................................................................................... 5 9.2.2.2 INVESTIGACIN DEL SUBSUELO ....................................................................................... 5 9.2.2.3 ANLISIS Y RECOMENDACIONES ...................................................................................... 5

9.2.3 TIPOS DE ESTUDIOS ................................................................................................................ 5 9.2.3.1 ESTUDIO GEOTCNICO PRELIMINAR ................................................................................ 5 9.2.3.2 ESTUDIO GEOTCNICO DEFINITIVO .................................................................................. 6 9.2.3.3 ASESORA GEOTCNICA EN LAS ETAPAS DE DISEO Y CONSTRUCCIN ............................ 7 9.2.3.4 ESTUDIO DE ESTABILIDAD DE LADERAS Y TALUDES .......................................................... 9 9.2.3.5 METODOLOGIA GENERAL PARA DISEO DE CIMENTACION............................................ 10

9.2.4 AGUA SUBTERRNEA ............................................................................................................ 10 9.2.5 FACTORES DE SEGURIDAD .................................................................................................... 10

9.2.5.1 DEFINICIN ................................................................................................................... 10 9.2.5.2 ESFUERZOS TOTALES ..................................................................................................... 12

9.2.6 SUELOS NO COHESIVOS O GRANULARES Y SUELOS COHESIVOS ............................................ 14 9.2.6.1 SUELOS NO COHESIVOS O GRANULARES ........................................................................ 14 9.2.6.2 SUELOS COHESIVOS O FINOS ......................................................................................... 15

9.2.7 NORMAS TCNICAS .............................................................................................................. 15 9.3 CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO ......................................................................... 16

9.3.1 UNIDAD DE CONSTRUCCIN ................................................................................................. 16 9.3.1.1 CLASIFICACIN DE LAS UNIDADES DE CONSTRUCCIN POR CATEGORAS ...................... 16

9.3.2 INVESTIGACIN DEL SUBSUELO PARA ESTUDIOS DEFINITIVOS .............................................. 17 9.3.2.1 INFORMACIN PREVIA .................................................................................................. 17 9.3.2.2 EXPLORACIN DE CAMPO .............................................................................................. 17 9.3.2.3 NMERO MNIMO DE SONDEOS .................................................................................... 18 9.3.2.4 CARACTERSTICAS Y DISTRIBUCIN DE LOS SONDEOS .................................................... 18 9.3.2.5 PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS .................................................................................. 19

9.3.3 ENSAYOS DE LABORATORIO .................................................................................................. 20 9.3.3.1 SELECCIN DE MUESTRAS ............................................................................................. 20 9.3.3.2 TIPO Y NMERO DE ENSAYOS ........................................................................................ 20 9.3.3.3 PROPIEDADES O CARACTERSTICAS BSICAS .................................................................. 20 9.3.3.4 CARACTERIZACIN GEOMECNICA DETALLADA ............................................................. 21 9.3.3.5 EJECUCIN DE ENSAYOS DE CAMPO .............................................................................. 21

9.4 CIMENTACIONES ......................................................................................................................... 22 9.4.1 GENERALIDADES ................................................................................................................... 22 9.4.2 CIMENTACIONES SUPERFICIALES O DIRECTAS ....................................................................... 22

9.4.2.1 ZAPATAS AISLADAS, COMBINADAS Y LOSAS ................................................................... 22 9.4.2.2 ASENTAMIENTOS TOLERABLES PARA LAS EDIFICACIONES .............................................. 24

9.4.3 CIMENTACIONES PROFUNDAS .............................................................................................. 25


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9.4.3.1 CIMENTACIN CON PILOTES Y PILAS PREBARRENADAS .................................................. 25 9.4.4 CIMENTACIONES EN ROCA ................................................................................................... 28

9.4.4.1 CAPACIDAD DE CARGA BAJO CRITERO DE RESISTENCIA AL CORTE .................................. 29 9.4.4.2 CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO ................................................................. 30

9.4.5 DISEO ESTRUCTURAL DE LA CIMENTACIN ........................................................................ 30 9.4.6 ESTABILIDAD DE TALUDES Y EXCAVACIONES ........................................................................ 31 9.4.7 ESTRUCTURAS Y SISTEMAS DE CONTENCIN ........................................................................ 32 9.5 REFERENCIAS ........................................................................................................................... 33


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CAPTULO 9 - GEOTECNIA Y CIMENTACIONES

9.1. INTRODUCCIN El presente captulo est basado en la adaptacin del reglamento Colombiano de Construccin (NSR, 2010) y estudios e investigaciones cientficas nacionales e internacionales.

9.1.1 OBJETIVO Y ALCANCE Proporcionar criterios bsicos a utilizarse en los estudios geotcnicos para edificaciones, basados en la investigacin del subsuelo, geomorfologa del sitio y caractersticas estructurales de la edificacin con el fin de proveer recomendaciones geotcnicas de diseo para cimentaciones futuras, rehabilitacin o reforzamiento de edificaciones existentes. Para el diseo de la cimentacin de viviendas de 1 y 2 pisos y con luces de hasta 5 m se aplicarn los requerimientos del captulo 10.

9.1.2 SOBRE LA EJECUCIN DE LOS ESTUDIOS GEOTCNICOS Los estudios geotcnicos para cimentaciones de edificaciones deben ser dirigidos y avalados por Ingenieros Civiles, titulados y registrados en el SENESCYT.

Para el cumplimiento de este requisito todos los informes de los estudios geotcnicos y todos los planos de diseo y construccin que guarden alguna relacin con estos estudios, deben llevar la aprobacin del ingeniero director (responsable) del estudio. Los profesionales que realicen estos estudios geotcnicos deben poseer una experiencia mayor de tres (3) aos en diseo geotcnico de cimentaciones, bajo la direccin de un profesional facultado para tal fin, o acreditar estudios de postgrado en geotecnia.

9.1.2.1 CUMPLIMIENTO Y RESPONSABILIDAD El cumplimiento de estas Normas no exime al ingeniero responsable de la ejecucin del estudio geotcnico de realizar todas las investigaciones y anlisis necesarios para la identificacin de las amenazas geotcnicas, la adecuada caracterizacin del subsuelo, y los anlisis de estabilidad de la edificacin, construcciones vecinas e infraestructura existente.

9.2. DEFINICIONES 9.2.1 NOMENCLATURA c cohesin total.

c cohesin efectiva.

Fa fuerzas actuantes.

Fr fuerzas resistentes.

FS factor de seguridad.

FScorte factor de seguridad por corte.

FScorte mnimos factores de seguridad por corte mnimos.

S u resistencia al corte no drenada.


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ua presin de gas (aire) para materiales secos.

u presin de fluidos o presin de poro.

uw presin de lquido (agua) para materiales saturados.

ngulo de friccin aparente.

ngulo de friccin efectivo.

esfuerzo normal efectivo.

esfuerzo normal total.

R esfuerzo cortante resistente.

A esfuerzo cortante actuante.

T esfuerzo cortante a la falla.

9.2.2 ESTUDIO GEOTCNICO 9.2.2.1 DEFINICIN Actividades que comprenden el reconocimiento de campo, la investigacin del subsuelo, los anlisis y recomendaciones de ingeniera necesarios para el diseo y construccin de las obras en contacto con el suelo, de tal forma que se garantice un comportamiento adecuado de las estructuras (superestructura y subestructura) para edificaciones, puentes, torres, silos y dems obras, que preserve la vida humana, as como tambin evite la afectacin o dao a construcciones vecinas.

9.2.2.2 INVESTIGACIN DEL SUBSUELO Estudio que incluye el conocimiento del origen geolgico, la exploracin del subsuelo, ensayos de campo y laboratorio necesarios para identificar, clasificar y caracterizar fsica, mecnica e hidrulicamente a los suelos y rocas.

9.2.2.3 ANLISIS Y RECOMENDACIONES Consiste en la interpretacin tcnica de la informacin recolectada en la investigacin del subsuelo con el propsito de caracterizar el material, plantear y evaluar posibles mecanismos de falla y de deformacin. De esta forma, suministrar parmetros y recomendaciones necesarias en el diseo y construccin de cimentaciones, estructuras de contencin y evaluacin de las condiciones generales de estabilidad de taludes y laderas ante cargas temporales, permanentes y accidentales (como las acciones ssmicas).

9.2.3 TIPOS DE ESTUDIOS 9.2.3.1 ESTUDIO GEOTCNICO PRELIMINAR Conjunto de actividades necesarias para aproximarse a las caractersticas geotcnicas de un terreno, con el fin de establecer las condiciones que limitan su aprovechamiento, los problemas potenciales que puedan presentarse, los criterios geotcnicos y parmetros generales para la elaboracin de un proyecto.

El estudio debe presentar en forma general el entorno geolgico y geomorfolgico, caractersticas del subsuelo y recomendaciones geotcnicas para la elaboracin del proyecto incluyendo la zonificacin del rea, amenazas de origen geolgico, criterios generales de cimentacin y obras de adecuacin del terreno. La presentacin de este tipo de estudio queda a criterio del ingeniero geotcnico en


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consideracin de la magnitud y/o caractersticas especiales del proyecto. Su realizacin no puede reemplazar, bajo ninguna circunstancia, al estudio geotcnico definitivo.

9.2.3.2 ESTUDIO GEOTCNICO DEFINITIVO Estudio que se ejecuta para un proyecto especfico en el cual se debe precisar todo lo relativo a las propiedades fsicas y geomecnicas del subsuelo, as como las recomendaciones detalladas para el diseo y construccin de todas las obras relacionadas.

En la Figura 9.2.1 se muestra a manera de esquema los componentes de un diseo de cimentacin con zapatas y la relacin con la norma de diseo, los cuales sern descritos en el siguiente numeral.

9.2.3.2.1 Contenido

El estudio geotcnico definitivo debe contener como mnimo los siguientes aspectos:

Del proyecto - Nombre, plano de localizacin y ubicacin exacta del proyecto, objetivo y alcance del estudio, descripcin general del proyecto, sistema estructural y evaluacin de cargas. Se debe considerar la demanda o reacciones hiperestticas de la superestructura en la seleccin y evaluacin de la cimentacin.

Del subsuelo - Resumen del reconocimiento de campo, de la investigacin adelantada en el sitio especfico de la obra, la morfologa del terreno, el origen geolgico, las caractersticas fsico-mecnicas y la descripcin de los niveles freticos o aguas subterrneas con una interpretacin de su significado para el comportamiento del proyecto estudiado. Se debe estudiar el efecto o descartar la presencia de suelos con caractersticas especiales como suelos expansivos, dispersivos, colapsables, y los efectos de la presencia de vegetacin de cuerpos de agua cercanos.

De cada unidad geolgica o de suelo - se har constar la identificacin, el espesor, la distribucin y los parmetros obtenidos en las pruebas y ensayos de campo y en los de laboratorio. Se debe estudiar el efecto o descartar la presencia de suelos con caractersticas especiales como suelos expansivos, dispersivos, colapsables, y los efectos de la presencia de vegetacin de cuerpos de agua cercanos.

De los anlisis geotcnicos - Resumen de los anlisis y justificacin de los criterios geotcnicos adoptados. Tambin, el anlisis de los problemas constructivos de las alternativas de cimentacin y contencin, la evaluacin de la estabilidad de taludes temporales de corte, la necesidad y planteamiento de alternativas de excavaciones soportadas con sistemas temporales de contencin en voladizo, apuntalados o anclados. Se deben incluir los anlisis de estabilidad y deformacin de las alternativas de excavacin y construccin, teniendo en cuenta, adems de las caractersticas de resistencia y deformabilidad de los suelos, la influencia de los factores hidrulicos. Se debe de evaluar la estabilidad de las cimentaciones, taludes y del subsuelo ante cargas o excitaciones ssmicas considerando los requisitos del captulo 2, con especial atencin en la seccin 2.5.4.9 (captulo 2 de peligro ssmico y requisitos de diseo sismo resistente) considerando el alcance segn el tipo de edificacin; normal, esenciales, especiales y para todas edificaciones que se encuentren en el tipo de perfil F.

De las recomendaciones para diseo - Los parmetros geotcnicos para el diseo estructural del proyecto como: tipo de cimentacin, profundidad de desplante, capacidad portante, asentamientos calculados incluyendo los diferenciales, tipos de estructuras de contencin y parmetros para su diseo, perfil del suelo para el diseo sismo resistente y parmetros para anlisis de interaccin suelo-estructura junto con una evaluacin del comportamiento del depsito de suelo o del macizo rocoso bajo la accin de cargas ssmicas as como los lmites esperados de variacin de los parmetros


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medidos. En el caso de estructuras esenciales se debern considerar el plan de contingencia en caso de que se excedan los valores previstos. Se debe incluir tambin la evaluacin de la estabilidad de las excavaciones, laderas y rellenos, diseo geotcnico de filtros y los dems aspectos contemplados en este captulo.

Figura 9.2.1. Esquema de los componentes de un diseo de cimentacin y la relacin con la norma (modificado de Ovesen, 1981,1993 y Becker, 1996)

De las recomendaciones para la proteccin de edificaciones y predios vecinos - Cuando las condiciones del terreno y el ingeniero encargado del estudio geotcnico lo estime necesario, se har


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un captulo que contenga: los asentamientos probables ocasionales originados en descenso del nivel fretico, as como sus efectos sobre las edificaciones vecinas, el diseo de un sistema de soportes que garantice la estabilidad de las edificaciones o predios vecinos, los asentamientos probables inducidos por el peso de la nueva edificacin sobre las construcciones vecinas, el clculo de los asentamientos y deformaciones laterales producidos en obras vecinas a causa de las excavaciones, y cuando las deformaciones o asentamientos producidos por la excavacin o por el descenso del nivel fretico superen los lmites permisibles deben tomarse las medidas preventivas adecuadas, incluyendo el diseo e instalacin de la instrumentacin necesaria.

De las recomendaciones para construccin. Sistema Constructivo - Es un documento complementario o integrado al estudio geotcnico definitivo, de obligatoria elaboracin por parte del ingeniero geotcnico responsable. La entrega de este documento o su inclusin como un numeral del informe, deber ser igualmente verificada por las autoridades que expidan las licencias de construccin. En el sistema constructivo se deben establecer las alternativas tcnicamente factibles para solucionar los problemas geotcnicos de excavacin y construccin. Para proyectos de categora Alta o Especial (vase Tabla 9.3.1) se debe cumplir lo indicado en el numeral 9.2.3.3.

Anexos - En el informe de suelos se deben incluir planos de localizacin regional y local del proyecto, ubicacin de los trabajos de campo, registros de perforacin y resultado de pruebas y ensayos de campo y laboratorio. Presentar el perfil geotcnico estimado del subsuelo (indicando claramente las incertidumbre en la interpretacin) de acuerdo a las perforaciones o inspeccin de campo realizada, y la ubicacin en planta de exploracin in situ ejecutadas con respecto a la implantacin y topografa del proyecto. Se debe incluir la memoria de clculo con el resumen de la metodologa seguida, una muestra de clculo de cada tipo de problema analizado y el resumen de los resultados en forma de grficos y tablas. Adems, planos, esquemas, dibujos, grficas, fotografas, y todos los aspectos que se requieran para ilustrar y justificar adecuadamente el estudio y sus recomendaciones.

9.2.3.3 ASESORA GEOTCNICA EN LAS ETAPAS DE DISEO Y CONSTRUCCIN Para proyectos clasificados como categora Media, Alta o Especial (vase Tabla 9.3.1), se debe realizar la asesora en la etapa de diseo como una etapa posterior al estudio geotcnico por parte de un ingeniero civil especialista en geotecnia. En todos los casos de clasificacin de las unidades, los planos de diseo deben guardar relacin con el estudio geotcnico.

As mismo, los proyectos clasificados como categora Media, Alta o Especial, debern contar con el acompaamiento de un Ingeniero Geotcnico, quien aprobar durante la ejecucin de la obra los niveles y estratos de cimentacin, los procedimientos y el comportamiento durante la ejecucin de las excavaciones, rellenos, obras de estabilizacin de laderas y actividades especiales de adecuacin y/o mejoramiento del terreno. Para esto, deber dejar memoria escrita del desarrollo de dichas actividades y los resultados obtenidos.

Especial atencin se deber dar a preservar la estabilidad y evitar asentamientos de las construcciones aledaas o adyacentes al proyecto, para lo cual se deber implementar las recomendaciones que el diseador geotcnico del proyecto entregue para tal fin. Se deber suscribir un acta de vecindad de forma previa al inicio del proyecto que deje constancia del estado de las edificaciones y terrenos adyacentes al proyecto. En caso de que se detecten efectos adversos en las edificaciones vecinas por efecto del desarrollo del proyecto, se deber implementar una instrumentacin adecuada y adoptar las medidas necesarias para evitar la propagacin de dichos efectos, sin perjuicio de otro tipo de acciones que se deriven de estos hechos.


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9.2.3.4 ESTUDIO DE ESTABILIDAD DE LADERAS Y TALUDES Deber estar incluido en el estudio geotcnico preliminar o en el definitivo. Deber considerar el estudio; las caractersticas geolgicas, hidrulicas y de pendiente del terreno local y regionalmente, por lo cual debern analizarse los efectos de procesos de inestabilidad aledaos o regionales que puedan tener incidencia en el terreno objeto de estudio.


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Figura 9.2.2. Diagrama de flujo conceptual para el diseo de cimentaciones (modificado de NBCC,2005)

9.2.3.5 METODOLOGIA GENERAL PARA DISEO DE CIMENTACION Se presenta un diagrama de flujo para el diseo de cimentaciones, Figura 9.2.2, ejemplificando para una zapata o cimentacin superficial, el cual puede ser aplicado para cualquier tipo de cimentacin. En muchos casos el diagrama de flujo puede ser simplificado dependiendo de los requerimientos del proyecto. El diagrama muestra la interaccin y factores claves que afectan la seleccin y diseo de una cimentacin eficiente para un proyecto especfico. Se debe de seguir el diagrama de flujo conceptual propuesto, evaluando los estados lmite de falla (capacidad de carga) y de servicio (asentamientos) en los diseos de cimentaciones.

9.2.4 AGUA SUBTERRNEA En las cimentaciones el problema ms frecuente encontrado durante el proceso de excavacin y construccin, es la existencia del agua subterrnea libre o confinada. La presencia de agua, en relacin a los esfuerzos, produce una disminucin de las propiedades de resistencia, adems de flujo y erosin interna.

Los estudios geotcnicos debern analizar la existencia de agua libre, flujos potenciales de agua subterrnea y la presencia de paleo cauces.

9.2.5 FACTORES DE SEGURIDAD 9.2.5.1 DEFINICIN Los diseos por esfuerzo de trabajo o tambin conocidos como diseos por esfuerzos admisibles, se basan en asegurar que los esfuerzos inducidos por la estructura o edificacin sean menores a los esfuerzos admisibles del subsuelo durante la aplicacin de la cargas de servicio o trabajo. En los diseos se utiliza un Factor de Seguridad global que considera o agrupa todas las incertidumbres asociadas en el proceso de diseo, sin distinguir si este es aplicado a la resistencia de los geomateriales o los efectos de las cargas.

En los anlisis de estabilidad se define el Factor de Seguridad por corte FScorte, como la relacin entre

esfuerzo cortante ltimo resistente o esfuerzo cortante a la falla f y esfuerzo cortante actuante A

FScorte = f / A (9-1)

La resistencia al corte se define como el mximo esfuerzo cortante que el suelo puede resistir. La resistencia del suelo est controlada por el esfuerzo efectivo, aunque la falla ocurra en condiciones drenadas o no drenadas.

Usualmente en Ingeniera Geotcnica el esfuerzo cortante a la falla f se expresa por medio del modelo de falla de materiales segn Mohr-Coulomb:

f = c+ tan (9-2)

En la cual,

f esfuerzo cortante a la falla.

c cohesin efectiva.

ngulo de friccin efectivo.

esfuerzo normal efectivo.


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- u:

esfuerzo normal total.

u presin de fluidos o presin de poro.

Se advierte que los esfuerzos normales empleados son valores relativos a la presin atmosfrica PA y que cualquier otra definicin de esfuerzo cortante a la falla debe ir en trmino de esfuerzos efectivos.

Tambin se define el esfuerzo cortante actuante A como esfuerzo cortante de trabajo o de diseo D por lo tanto:

A= [ c+ tan] / Fscorte (9-3)

En los anlisis de estabilidad en condicin drenada se considera la resistencia al corte en trminos de esfuerzos efectivos. La condicin drenada se genera cuando el cambio o aplicacin de la carga es muy lenta, o cuando la carga ha sido colocada por mucho tiempo que todo el suelo ha alcanzado la condicin de equilibrio sin causar un exceso de presin de poro inducido por la carga. En la condicin drenada la presin de poro est controlada por las condiciones hidrulicas de borde.

En suelos granulares; gravas, arenas y gravas o arenas limosas no plsticas se debera considerar los anlisis en condicin drenada o resistencia drenada. Para arcillas altamente sobre consolidadas se debe de considerar en los anlisis la resistencia drenada ya que la resistencia al corte no drenada es mayor que la drenada, debido a que la presin de poro decrece y el esfuerzo efectivo se incrementa durante la aplicacin de la carga no drenada.

Para el caso de suelos no saturados, los valores de presin de poros negativa (succin) aportan una cohesin aparente por medio de fuerzas intersticiales que aumentan (isotrpicamente) los esfuerzos de confinamiento del suelo. Esta succin, modifica el valor de esfuerzo efectivo a lo largo de una superficie potencial de falla. Bishop (1959) propuso la siguiente ecuacin para la estimacin de esfuerzos efectivos en suelos no saturados:

= + (9-4)

Donde

ua presin de la fase aire

uw presin de la fase agua (negativa)

x coeficiente relacionado al valor de saturacin.

Fredlund et al. (1978) propuso una modificacin a la formulacin de Mohr-Coulomb que incluye la influencia de la succin en trminos de un esfuerzo efectivo aumentado, y un parmetro adicional de resistencia asociado con la succin:

f = c + (ua uw) tan b + (n ua) tan (9-5)

Donde

b, parmetro asociado con succin


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Evidentemente, la aplicacin de un valor mayor de esfuerzo efectivo en la ecuacin de Mohr-Coulomb para la resistencia de materiales resulta en resistencias mayores, pero este factor es transitorio y por consiguiente es obviado para clculos de estabilidad, anlisis de amenaza y diseos de taludes y excavaciones. Esta succin se reduce y eventualmente desaparece a medida que el suelo se satura por precipitaciones elevadas, rotura de tuberas, etc. De forma similar, la determinacin de valores de succin es muy complicada y generalmente resulta en sobreestimaciones de resistencia y factores de seguridad.

9.2.5.2 ESFUERZOS TOTALES Para el caso de suelos arcillosos ligeramente o normalmente consolidados, saturados y sin fisuracin, se presenta un comportamiento particular del Criterio de falla Mohr-Coulomb expresada en trminos de esfuerzos totales representando la condicin no drenada, en el cual:

c = cohesin total = Cu = Su = resistencia al corte no drenada

= ngulo de friccin aparente = 0.0

Por lo tanto,

f = Cu = Su = resistencia al corte no drenada

A = Su / FScorte En la evaluacin de la resistencia al corte no drenado en suelos saturados, se debe de considerar los efectos de anisotropa y falla progresiva, as como la generacin de fisuras de tensin en los modelos de anlisis de taludes.

Debido a que en anlisis de esfuerzos totales las presiones de poro son ignoradas en la determinacin de resistencia de los materiales, para suelos no saturados el aumento en resistencia no drenada por efectos de la succin no debe ser considerado en los anlisis de estabilidad. Como fue descrito en la seccin anterior, este efecto es transitorio y su uso puede resultar en sobreestimacin de factores de seguridad.

En excavaciones se deber de considerar las dos condiciones de resistencia, drenadas y no drenadas, en los anlisis.

REDUCCIN DE LOS VALORES DE RESISTENCIA DETERMINADOS EN EL LABORATORIO Y CAMPO Los valores de resistencia no drenada de los materiales en un talud pueden ser determinados mediante ensayos de campo, laboratorio y/o correlaciones, como es explicado en la Seccin 9.3.3.3. Sin embargo, el ingeniero geotcnico debe tener en consideracin ciertos factores de reduccin de resistencia (resistencia al esfuerzo cortante no drenado de diseo), con el objetivo de garantizar que los anlisis usen valores compatibles de acuerdo a los siguientes criterios:

Modo de corte (anisotropa): este puede ser por compresin triaxial, extensin triaxial o corte simple

Velocidad de la aplicacin del corte

Tipo de ensayo realizado: puede ser triaxial, corte directo, CPT, veleta de campo, etc.

REPTACIN NO DRENADA (UNDRAINED CREEP) Y SU INFLUENCIA EN ESTABILIDAD En taludes de arcillas susceptibles a fenmenos de reptacin, puede existir una condicin crtica denominada ruptura no drenada. Esta condicin puede ser detrimental para la estabilidad del talud, ya que taludes


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de arcilla aparentemente estables pueden presentar una falla no capturada por anlisis convencionales de estabilidad de taludes.

Este tipo de falla ocurre cuando las cargas aplicadas en un talud arcilloso generan esfuerzos cortantes cercanos a la resistencia no drenada de la arcilla. En la siguiente Figura 9.2.3, tomada de Edgers (1973), se muestra que taludes aparentemente estables pueden reducir su estabilidad en condiciones no drenadas a medida que avanza el tiempo. La figura relaciona las deformaciones unitarias por cortante en el eje vertical y el tiempo en el eje horizontal en escala semi-logartmica. Cada serie o curva en la figura representa un nivel de esfuerzo aplicado, como la relacin entre el

esfuerzo cortante y la resistencia no drenada del material (/Su).

Se puede inferir que a medida que la relacin /Su aumenta (nmeros en porcentaje en parntesis junto a cada serie), el factor de seguridad disminuye, y a partir de un valor de 75%, las deformaciones cortantes aumentan exponencialmente hasta llegar a una ruptura.

La implicacin de este concepto en anlisis de estabilidad es importante. Por ejemplo, un factor de

seguridad de 1.2 representara un /Su de 83% en un suelo arcilloso homogneo, el cual segn la Figura 9.2.3 sera susceptible a deformaciones cortantes importantes y posiblemente ruptura no drenada.

Figura 9.2.3. Variacin de la deformacin unitaria por cortante para arcillas considerando la variacin de la relacin entre el esfuerzo cortante y la resistencia al esfuerzo cortante no drenada, modificado de Edger, L (1973)


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Tabla 9.2.1. Factores de seguridad por corte mnimos

La Carga Viva Nominal, se considera un factor de reduccin por simultaneidad de la carga viva. La Carga Viva Mxima no se considera un factor de reduccin.

(*) La demanda ssmica para los anlisis pseudo estticos ser del 60% de la aceleracin mxima en el terreno, kh = 0.6(amax)/g, donde amax = ZFa (los valores de Z y Fa se encuentran definidos en el captulo 2 de peligro ssmico de la Norma). Sin embargo, se deber evaluar la demanda de deformacin ssmica del talud mediante el mtodo de Bray JD and Travasarou T (2007).

(**) En cualquier caso los Factores de Seguridad por corte aplicados al material trreo (suelo, roca o material intermedio) no deben ser inferiores a los Factores de Seguridad Bsicos Mnimos segn Tabla 9.2.1, en la cual las cargas se refieren a valores nominales de trabajo o servicio sin coeficientes de mayoracin.

VALORES DEL FACTOR DE SEGURIDAD POR CORTE La seleccin de los factores de seguridad debe justificarse plenamente teniendo en cuenta:

(a) La magnitud de la obra.

(b) Las consecuencias de una posible falla en la edificacin o sus cimentaciones.

(c) La calidad de la informacin disponible en materia de suelos.

9.2.6 SUELOS NO COHESIVOS O GRANULARES Y SUELOS COHESIVOS 9.2.6.1 SUELOS NO COHESIVOS O GRANULARES Se consideran como suelos no cohesivos o granulares, segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS) los siguientes:

(a) gravas, todos los materiales clasificados como GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, GP-GC.

(b) Arenas, todos los materiales clasificados como SW, SP, SM, SC, SC-SM, SW-SM, SW-SC, SP-SM, SP-SC, en los cuales 30% o menos del peso pase por tamiz No. 200 (suelos finos menores o iguales al 30%) y que tengan lmite lquido wL 30% e ndice plstico IP 15%. Se consideran estos umbrales ya que

en estudios realizados por Lade, Liggio y Yamamuro (1998) y Cubrinoski y Ishihara (2002), entre otros,

se ha observado que si en la microestructura del suelo se tiene ms del 30% de finos, el

comportamiento pasa a estar dominado por la fraccin fina o finos que por la fraccin granular o

arenas.


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9.2.6.2 SUELOS COHESIVOS O FINOS Se consideran como suelos cohesivos o finos, Arcillas y Limos, todos aquellos que no cumplan con las condiciones de suelos no cohesivos o granulares.

9.2.7 NORMAS TCNICAS Las siguientes normas tcnicas NTE INEN y de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales, ASTM, forman parte integrante del Reglamento.

NTE INEN 692 Suelos. Ensayo para determinar el lmite plstico y el ndice de plasticidad. (ASTM D 4318)

NTE INEN 691 Suelos. Ensayo para determinar el lmite lquido. (ASTM D 4318)

NTE INEN 690 Suelos. Ensayo para determinar el contenido de agua. (ASTM D 2216)

NTE INEN 687 Suelos. Obtencin de muestras para probetas de ensayo. Mtodo para tubos de pared delgada. (ASTMD1587)

Normas ASTM: ASTM D 2166-06 Suelos. Ensayo para determinar la resistencia a la compresin no confinada.

ASTM D 6066 96 (2004) Prctica estndar para determinar la resistencia de arenas a la penetracin normalizada, para evaluacin del potencial de licuacin.

ASTM D1143/D1143M-07 Ensayo para pilotes bajo carga axial esttica de compresin.

ASTM D 3689-07 Ensayo para pilotes individuales bajo carga axial esttica de traccin.

ASTM D 3966-07 Ensayo para pilotes bajo carga lateral.

ASTM D4945-08 Ensayo para pilotes bajo altas deformaciones en cargas dinmicas.

ASTM D 5882-07 Ensayo a bajas deformaciones para la integridad de pilotes

ASTM D 427 Ensayo para determinar los factores de contraccin

ASTM D 2487 Clasificacin de suelos para propsitos de ingeniera

ASTM D 422 Ensayo para determinar la granulometra por tamizado.

ASTM D 2167 Ensayo para determinar la masa unitaria en el terreno. Mtodo del baln de caucho.

ASTM D 1556 Determinacin de la masa unitaria en el terreno por el mtodo del cono de arena.

ASTM D2974 Determinacin de la humedad, ceniza y materia orgnica.

ASTM D 3080 Determinacin de la resistencia al corte. Mtodo de corte directo (CD).

ASTM D2664 Determinacin de la resistencia en rocas. Mtodo de la compresin triaxial.

ASTM D 2435 Determinacin de las propiedades de consolidacin unidimensional.

ASTM D854 Determinacin de la densidad relativa de los slidos.

ASTM D 2850 Suelos cohesivos. Determinacin de la resistencia. Mtodo de compresin triaxial.

ASTM D1833 Ensayo de la relacin de soporte. Suelos compactados.

ASTM D 1143 Ensayo normalizado para determinar la carga axial a la compresin esttica en cimentaciones profundas.


NEC CAPTULO 9-16

ASTM D3080-04 Ensayo de Corte Directo de Suelos en condiciones Consolidada drenada.

ASTM D2166 Ensayo de Compresin no-confinada de suelos cohesivos.

ASTM D2850 Ensayo de Compresin Triaxial no consolidado no drenado en suelos cohesivos.

ASTM D4767 Ensayo de Compresin Triaxial consolidado no drenado en suelos cohesivos.

ASTM D3999 Ensayo para la determinacin del mdulo y propiedades de amortiguamiento de suelo usando el aparato triaxial cclico.

ASTM D4015 Ensayo para la determinacin del mdulo y propiedades de amortiguamiento de suelo usando el mtodo de la columna resonante.

ASTM D5777 Gua normalizada para el uso del mtodo de ssmica de refraccin para investigacin del subsuelo.

9.3 CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO La apropiada caracterizacin del subsuelo es uno de los principales factores que permite un diseo seguro y econmico de la cimentacin de las estructuras. Para conseguir esta caracterizacin se deber tener conocimiento del tipo de proyecto y la variabilidad de los estratos en el sitio de implantacin de la estructura.

En este captulo se definir unidades de construccin y su importancia en funcin de la altura y cargas a transmitir de tal forma que sugiera el nmero mnimo de sondeos, distribucin y profundidad de los sondeos y perforaciones que proporcione informacin de la extensin, espesor, y profundidad de los estratos potencialmente portantes.

El ingeniero geotcnico deber presentar en forma clara un modelo geotcnico del subsuelo de diseo donde se consideren las incertidumbres epistmicas y aleatorias, siguiendo como ejemplo la metodologa propuesta por Duncan, M (2 000).

En el estudio geotcnico deber indicar en forma clara la identificacin del tipo de perfil del sitio (A, B, C, D, E o F) segn las clasificaciones indicadas en los procedimientos del peligro ssmico del Norma.

El ingeniero civil especialista en geotecnia, podr aumentar el nmero o la profundidad de los sondeos, dependiendo de las condiciones locales y los resultados iniciales de la exploracin.

9.3.1 UNIDAD DE CONSTRUCCIN Se define como unidad de construccin:

a.- Una edificacin o fraccin de un proyecto con alturas, cargas o niveles de excavacin diferentes.

b.- Grupo de construcciones adosadas, mximo de longitud en planta 40 m.

Para los casos donde el proyecto exceda las longitudes anotadas, se deber fragmentar en varias unidades de construccin, por longitudes o fraccin de las longitudes.

9.3.1.1 CLASIFICACIN DE LAS UNIDADES DE CONSTRUCCIN POR CATEGORAS Las unidades de construccin se clasifican en Baja, Media, Alta y Especial, segn el nmero total de niveles y las cargas mximas de servicio. Para las cargas mximas se aplicar la combinacin de carga muerta ms carga viva debida al uso y ocupacin de la edificacin y para la definicin del nmero de


NEC CAPTULO 9-17

niveles se incluirn todos los pisos del proyecto (subsuelos, terrazas). Para la clasificacin de edificaciones se asignar la categora ms desfavorable que resulte de la Tabla 9.3.1:

Tabla 9.3.1. Clasificacin de las unidades de construccin por categoras

9.3.2 INVESTIGACIN DEL SUBSUELO PARA ESTUDIOS DEFINITIVOS 9.3.2.1 INFORMACIN PREVIA El ingeniero responsable deber investigar sobre las caractersticas del sitio, a saber; geologa, clima, vegetacin, edificaciones e infraestructuras vecinas, estudios anteriores y otros aspectos adicionales que el ingeniero geotcnico considere necesarios. Esta investigacin incluye de manera obligatoria la visita o reconocimiento del sitio del proyecto.

El contratante del estudio deber proporcionar el levantamiento topogrfico, planos arquitectnicos en el que se incluya la implantacin del proyecto, tipo de edificacin, sistema estructural, subsuelos, y procedimientos de construccin en etapas si la hubiera.

9.3.2.2 EXPLORACIN DE CAMPO Se podr utilizar cualquier mtodo de exploracin directa, sondeo, muestreo reconocidos en la prctica, en correspondencia al tipo de material encontrado; tales como: calicatas, trincheras, perforacin, veleta, cono esttico CPT o dinmico DCP, Dilatmetro, Ensayo de Penetracin Estndar, SPT. Se deber utilizar las correcciones por energa u otros aceptados por la tcnica actual. Se recomienda el uso del martillo tipo Seguro SAFETY, para obtener el valor de N60 (N60 = Nmero de golpes para penetrar en el suelo 30 cm para el 60 % de la energa terica).

Se podr combinar la exploracin directa, los mtodos de exploracin mencionados en el prrafo anterior, con mtodos de exploracin indirecta, tales como; Sondeos Elctricos Verticales, Ssmica de Refraccin, Anlisis Espectral de Ondas Superficiales, ReMi, u otros mtodos geofsicos que podran complementar, pero NO reemplazar, a la exploracin mediante sondeos.

En el caso de los macizos rocosos se debe clasificar por cualquiera de los siguientes mtodos: Bieniawski (Rock Mass Rating), 1976 y 1989, Barton (parmetro Q), 1974, GSI, criterio de Hoek y Brown, 1980, y realizar el levantamiento de las discontinuidades en los afloramientos, apliques o muestras.

SEGN LOS NIVELES DE

CONSTRUCCIN SEGN LAS CARGAS MXIMAS DE SERVICIO EN COLUMNAS

(KN) BAJA Hasta 3 niveles Menores de 800

MEDIA Entre 4 y 10 niveles Entre 801 y 4 000

ALTA Entre 11 y 20 niveles Entre 4 001 y 8 000

ESPECIAL Mayor de 20 niveles Mayores de 8 000


NEC CAPTULO 9-18

El cumplimiento de estas normas mnimas no exime al ingeniero especialista geotcnico de realizar los sondeos exploratorios necesarios adicionales a los sealados anteriormente, para obtener un conocimiento adecuado del subsuelo, de acuerdo con su criterio profesional. En caso de no realizar estos sondeos, deber consignar esta recomendacin en su informe geotcnico.

9.3.2.3 NMERO MNIMO DE SONDEOS El nmero mnimo de sondeos de exploracin que debern efectuarse en el terreno donde se desarrollar el proyecto se definen en la Tabla 9.3.2 y la profundidad de las mismas en la seccin 9.3.2.5.

Tabla 9.3.2. Nmero mnimo de sondeos y profundidad por cada unidad de construccin

CATEGORA DE LA UNIDAD DE CONSTRUCCIN

Categora Baja Categora Media Categora Alta Categora Especial

Profundidad Mnima de sondeos: 6 m.




Nmero mnimo de sondeos: 3




* El nmero mnimo de perforaciones sern tres * Los sondeos realizados en la frontera entre unidades adyacentes de construccin de un mismo proyecto, se pueden considerar vlidos para las dos unidades siempre y cuando domine la mayor profundidad aplicable.

NOTA: En los casos que se tengan rellenos sobre el nivel actual del terreno natural en zonas bajas, donde se esperan encontrar en el subsuelo depsitos de suelos blandos, se deber realizar sondeos profundos para definir las fronteras drenantes y estratos de suelo compresibles que participen en los asentamientos producto del incremento de esfuerzos geoestticos generados por los nuevos rellenos.

Para edificaciones esenciales o peligrosas y ocupacin especiales (descritas en la tabla 2.9 del Captulo 2 de la Norma) se deber considerar la campaa de exploracin directa (sondeos geotcnicos) e indirecta (geofsicos), necesarias para generar un estudio geotcnico que garantice la estabilidad de la cimentacin de las edificaciones a corto y largo plazo, es decir, durante la vida til de la estructuras, y no solamente lo indicado en la Tabla 9.3.2.

9.3.2.4 CARACTERSTICAS Y DISTRIBUCIN DE LOS SONDEOS Las caractersticas y distribucin de los sondeos deben cumplir las siguientes disposiciones:

(a) Los sondeos con recuperacin de muestras deben constituir como mnimo el 50% de los sondeos practicados en el estudio definitivo.

(b) En los sondeos con muestreo se deben tomar muestras cada metro a lo largo de toda la perforacin.

(c) Al menos el 50% de los sondeos deben quedar ubicados dentro de la proyeccin sobre el terreno de las construcciones.

(d) Los sondeos practicados dentro del desarrollo del Estudio Preliminar pueden incluirse como parte del estudio definitivo - de acuerdo con esta normativa - siempre y cuando hayan sido ejecutados con la misma calidad y siguiendo las especificaciones dadas en el presente captulo del Reglamento.

(e) El nmero de sondeos finalmente ejecutados para cada proyecto, debe cubrir completamente el rea que ocuparn la unidad o unidades de construccin contempladas en


NEC CAPTULO 9-19

cada caso, as como las reas que no quedando ocupadas directamente por las estructuras o edificaciones, sern afectadas por taludes de cortes u otros tipos de intervencin que deban ser considerados para evaluar el comportamiento geotcnico de la estructura y su entorno.

(f) En registros de perforaciones en ros o en el mar, es necesario tener en cuenta el efecto de las mareas y los cambios de niveles de las aguas, por lo que se debe reportar la elevacin (y no la profundidad solamente) del estrato, debidamente referenciada a un nivel preestablecido.

9.3.2.5 PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS Por lo menos el 50% de todos los sondeos debe alcanzar la profundidad dada en la Tabla 9.3.2, afectada a su vez por los siguientes criterios, los cuales deben ser justificados por el ingeniero geotcnico. La profundidad indicativa se considerar a partir del nivel inferior de excavacin para subsuelos o cortes de explanacin. Cuando se construyan rellenos, dicha profundidad se considerar a partir del nivel original del terreno:

(a) Profundidad en la que el incremento de esfuerzo vertical causado por la edificacin, o conjunto de edificaciones, sobre el terreno sea el 10% del esfuerzo vertical en la interfaz suelo-cimentacin.

(b) 1.5 veces el ancho de la losa corrida de cimentacin.

(c) 2.5 veces el ancho de la zapata de mayor dimensin.

(d) Longitud total del pilote ms largo, mas 4 veces el dimetro del pilote o 2 veces el ancho del grupo de pilotes.

(e) 2.5 veces el ancho del cabezal de mayor dimensin para grupos de pilotes.

(f) En el caso de excavaciones, la profundidad de los sondeos debe ser como mnimo 1.5 veces la profundidad de excavacin a menos que el criterio del ingeniero geotcnico seale una profundidad mayor segn requerimiento del tipo de suelo.

(d) En los casos donde se encuentre roca firme, o aglomerados rocosos o capas de suelos firmes asimilables a rocas, a profundidades inferiores a las establecidas, el 50% de los sondeos debern alcanzar las siguientes penetraciones en material firme, de acuerdo con la categora de la unidad de construccin:

- Categora Baja: los sondeos pueden suspenderse al llegar a estos materiales;

- Categora Media, penetrar un mnimo de 2 metros en dichos materiales, o dos veces el dimetro de los pilotes en stos apoyados;

- Categora Alta y Especial, penetrar un mnimo de 4 metros o 2.5 veces el dimetro de pilotes respectivos, siempre y cuando se verifique la continuidad de la capa o la consistencia adecuada de los materiales y su consistencia con el marco geolgico local.

(g) La profundidad de referencia de los sondeos se considerar a partir del nivel inferior de excavacin para subsuelos o cortes de explanacin. Cuando se construyan rellenos, dicha profundidad se considerar a partir del nivel original del terreno.

(h) Es posible que alguna de las consideraciones precedentes conduzca a sondeos de una profundidad mayor que la dada en la Tabla 9.3.2. En tal caso, el 20% de las perforaciones debe cumplir con la mayor de las profundidades as establecidas.


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(i) En todo caso primar el concepto del ingeniero geotcnico, quien definir la exploracin necesaria siguiendo los lineamientos ya sealados, y en todos los casos, el 50% de las perforaciones, debern alcanzar una profundidad por debajo del nivel de apoyo de la cimentacin. En algunos casos, a juicio del Ingeniero Geotcnico responsable del estudio, se podrn reemplazar algunos sondeos por calicatas trincheras

NOTA: La seleccin del tipo, cantidad y caractersticas de la campaa de exploracin geotcnica de un proyecto, deber ser realizado solo por el ingeniero geotcnico responsable del proyecto.

9.3.3 ENSAYOS DE LABORATORIO 9.3.3.1 SELECCIN DE MUESTRAS Las muestras obtenidas de la exploracin de campo debern ser objeto de los manejos y cuidados que garanticen su representatividad y conservacin. Las muestras para la ejecucin de ensayos de laboratorio debern ser seleccionadas por el ingeniero geotcnico y debern corresponder a los diferentes materiales afectados por el proyecto.

9.3.3.2 TIPO Y NMERO DE ENSAYOS El tipo y nmero de ensayos depende de las caractersticas propias de los suelos o materiales rocosos por investigar, del alcance del proyecto y del criterio del ingeniero geotcnico. El ingeniero geotcnico ordenar los ensayos de laboratorio que permitan conocer con claridad la clasificacin, peso unitario y permeabilidad de las muestras escogidas. Igualmente los ensayos de laboratorio que se ordenen, deben permitir establecer con claridad las propiedades geomecnicas de compresibilidad y expansin de las muestras escogidas, as como las de esfuerzo-deformacin y resistencia al corte ante cargas monotnicas. Los anlisis de respuesta dinmica de sitio, segn se lo describe en el Captulo 2 de la Norma, se podran ejecutar mediante la estimacin de las velocidades de las ondas de corte en el subsuelo, por medio de mtodos geofsicos, o estimaciones con el uso de correlaciones empricas aplicables a suelos similares. Deber tomarse en cuenta que las curvas descritas en la literatura tcnica para caracterizar la degradacin de la rigidez y aumento del amortiguamiento histertico con la deformacin angular, podran emplearse siempre y cuando sean compatibles con los suelos a estudiar. Sin embargo, se recomienda realizar el anlisis con resultados de ensayos de laboratorio que establezcan con claridad las propiedades esfuerzo deformacin ante cargas cclicas de los materiales de las muestras escogidas.

9.3.3.3 PROPIEDADES O CARACTERSTICAS BSICAS Las propiedades bsicas para la caracterizacin de suelos y rocas son como mnimo las siguientes:

9.3.3.3.1 Caractersticas bsicas de los suelos

Las caractersticas bsicas mnimas de los suelos a determinar con los ensayos de laboratorio son: peso unitario, humedad natural, lmites de Atterberg y clasificacin completa para cada uno de los estratos o unidades estratigrficas y sus distintos niveles de meteorizacin segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, SUCS. De manera similar, se debe determinar como mnimo las caractersticas de resistencia al esfuerzo cortante en cada uno de los materiales tpicos encontrados en el sitio, como por ejemplo; ensayos compresin simple o triaxial UU (no consolidado no drenado), veleta de laboratorio, resistencia ndice (torvane, penetrmetro de bolsillo) corte directo en muestras inalteradas de suelos cohesivos o finos, y estimaciones de la resistencia por medio de correlaciones con los ensayos de penetracin estndar SPT (en arenas y suelos finos de consistencia rgida a muy dura) o de cono esttico CPT en suelos arenosos y cohesivos o finos.Para la


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caracterizacin de la compresibilidad de los suelos cohesivos se realizarn ensayos de consolidacin unidimensional en laboratorio en muestras inalteradas, considerando en las curvas de compresibilidad los valores para el cien por ciento de la consolidacin primaria para cada incremento de carga analizado.

En el caso de observar o detectar la presencia de arcillas expansivas (en estado no saturado), se deber realizar ensayos de laboratorio de expansin libre y controlada siguiendo las recomendaciones indicadas en la norma ASTM.

9.3.3.3.2 Caractersticas bsicas de las rocas

Las propiedades bsicas mnimas de las rocas a determinar con los ensayos de laboratorio son: peso unitario, compresin simple (o carga puntual) y eventualmente la alterabilidad de este material mediante ensayos de durabilidad o similares.

9.3.3.4 CARACTERIZACIN GEOMECNICA DETALLADA Las propiedades mecnicas e hidrulicas del subsuelo tales como: resistencia al esfuerzo cortante, propiedades esfuerzo-deformacin, compresibilidad, expansin, permeabilidad y otras que resulten pertinentes de acuerdo con la naturaleza geolgica del rea, se determinarn en cada caso mediante procedimientos aceptados de campo o laboratorio, debiendo el informe respectivo justificar su nmero y representatividad de manera precisa y coherente con el modelo geolgico y geotcnico del sitio. Cuando por el anlisis de las condiciones ambientales y fsicas del sitio as se establezca, los procedimientos de ensayo deben precisarse y seleccionarse de tal modo que permitan determinar la influencia de la saturacin, condiciones de drenaje y confinamiento, cargas cclicas y en general factores que se consideren significativos sobre el comportamiento mecnico de los materiales investigados.

Las propiedades dinmicas del suelo, y en particular el mdulo de rigidez al cortante, G, y el porcentaje de amortiguamiento con respecto al crtico, , a diferentes niveles de deformacin, se determinarn en el laboratorio mediante ensayos de columna resonante, ensayo triaxial cclico, corte simple cclico u otro similar tcnicamente sustentado. Los resultados de estos ensayos se interpretarn siguiendo mtodos y criterios reconocidos, de acuerdo con el principio de operacin de cada uno de los aparatos. En todos los casos, se deber tener presente que los valores de G y obtenidos estn asociados a los niveles de deformacin impuestos en cada aparato y pueden diferir de los prevalecientes en el campo. Si es que no se cuenta con los equipos mencionados, se podra utilizar modelos de estimacin (correlacin) de las curvas de degradacin de rigidez y amortiguamiento con el nivel de deformacin por cortante unitaria que cumplan con las caractersticas geotcnicas de los suelos analizados, considerando la incertidumbre en la aplicacin de los modelos de estimacin.

9.3.3.5 EJECUCIN DE ENSAYOS DE CAMPO El ingeniero responsable del estudio podr llevar a cabo pruebas de campo para la determinacin de propiedades geomecnicas, en cuyo caso deber realizarlos con equipos y metodologas de reconocida aceptacin tcnica, patronados y calibrados siempre y cuando, sus resultados e interpretaciones se respalden mediante correlaciones confiables y aceptadas con los ensayos convencionales, sustentadas en experiencias publicadas y se establezcan sus intervalos ms probables de confiabilidad.


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9.4 CIMENTACIONES 9.4.1 GENERALIDADES La cimentacin o subestructura, en consideracin de la principal funcin de transferir adecuadamente las cargas de las edificaciones al subsuelo, debe ubicarse y desplantarse sobre materiales que dispongan de caractersticas geomecnicas suficientes para garantizar tanto la resistencia al corte as como un idneo desempeo de los asentamientos que se generen.

Las cimentaciones sern clasificadas como superficiales o profundas, diferencindose entre s por la

relacin entre la profundidad de desplante, Df, y el ancho de la cimentacin, B; Df/B 4 cimentacin superficial o directa, Df/B>4 cimentacin profunda.

El tipo de cimentacin ser elegido en base a un anlisis que contemple la naturaleza de la edificacin y las cargas a transmitir, de las condiciones del suelo o roca basados en parmetros obtenidos de ensayos de campo y laboratorio, de las teoras a emplearse en la determinacin de la capacidad admisible y de los costos que representen cada una de las alternativas estudiadas, se seguir el diagrama de flujo de la Figura 9.2.2.

9.4.2 CIMENTACIONES SUPERFICIALES O DIRECTAS 9.4.2.1 ZAPATAS AISLADAS, COMBINADAS Y LOSAS CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (q adm).- En el informe geotcnico deber constar la capacidad de carga admisible a la profundidad recomendada para el desplante de la cimentacin, siendo este parmetro el menor valor entre la capacidad ltima neta calculada reducida por medio del factor de seguridad respectivo y aquel esfuerzo que produzca un asentamiento no mayor al mximo tolerable por la estructura.

La capacidad de carga ltima qu representa al esfuerzo total que puede ser aplicado a nivel de la cimentacin para alcanzar la condicin de falla del sistema suelo-cimentacin. Si se realiza una excavacin a nivel de la cimentacin, el esfuerzo en exceso al esfuerzo geoesttico original al nivel de la cimentacin es el que contribuye a la falla. De lo expuesto, la capacidad ltima neta se entiende como la diferencia entre la capacidad ltima y el esfuerzo geo-esttico, donde:

qnet = qu- qob (9-6)

Donde,

qnet = capacidad de carga neta

qu = capacidad de carga ltima

qob = esfuerzo geoesttico total removido a nivel del desplante de la cimentacin

La capacidad de carga admisible ser igual a:

qadm = qnetFS

+ qob (9-7)

Los valores de FS, Factor de Seguridad, debern corresponder a los indicados en la Tabla 9.4.1.

9.4.2.1.1 Capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte


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La capacidad de carga ltima o resistencia al cortante del suelo en el punto de falla deber ser sustentada con el empleo de cualquiera de los mtodos basados en teora plstica o anlisis de equilibrio lmite. Debern ser considerados en el anlisis todos los mecanismos posibles de falla a saber; plano de falla general, plano de falla local y falla por punzonamiento.

a.- FACTOR DE SEGURIDAD

En cualquiera de las metodologas utilizadas bajo el criterio de resistencia al corte podrn ser utilizados como mnimo los siguientes Factores de seguridad:

Tabla 9.4.1. Factores de Seguridad Mnimos, F.S.M.

CONDICIN F.S.M.

ADMISIBLE

Carga Muerta + Carga Viva Normal 3.0

Carga Muerta + Carga Viva Mxima 2.5

Carga Muerta + Carga Viva Normal + Sismo de Diseo pseudo esttico

1.5

9.4.2.1.2 Capacidad de carga bajo criterio de asentamiento

El asentamiento total a ser calculado, ser el resultado de la suma de los asentamientos inmediatos, asentamientos por consolidacin (primaria y secundaria), y asentamientos inducidos por sismos.

Asentamientos inmediatos.- para el clculo de este tipo de asentamiento se podr utilizar teora elstica. Los parmetros geomecnicos necesarios en este tipo de teora debern ser obtenidos en ensayos de laboratorio sobre muestras del tipo inalterada y/o ensayos de campo (dilatmetro de Marchetti). Como alternativa, tambin podr utilizarse parmetros de deformacin a partir de correlaciones de los ensayos de penetracin estndar (SPT), y de penetracin esttica con cono (CPT). Para arcillas se puede estimar el Mdulo de deformacin no drenado en funcin de correlaciones con la resistencia al esfuerzo cortante no drenado, obtenido con ensayos de veleta de campo o laboratorio y ensayos de compresin simple o triaxiales UU (no consolidado no drenado) en muestras inalteradas obtenidas con muestreadores de tubo shelby, piston, entre otros. Sin embargo, este procedimiento estar sujeto al conocimiento de las experiencias que se tengan del sitio y del criterio del geotcnico.

Asentamiento por consolidacin.- Para el clculo de este tipo de asentamiento se utilizar la teora de consolidacin. Segn esta teora al aplicar una carga sobre un suelo saturado cohesivo, la deformacin que experimenta, se produce por el cambio de volumen en el material debido a la expulsin del agua que se encuentra en la zona de vacos del suelo (deformacin primaria).

Se deber calcular as mismo el asentamiento por consolidacin secundaria, el cual se presenta en suelos cohesivos saturados como resultado del acomodo plstico de la estructura del suelo.

Los parmetros geomecnicos necesarios en la aplicacin de la teora de consolidacin debern ser obtenidos en ensayos de laboratorio (ensayos odomtricos por carga incremental o deformacin unitaria constante, triaxial CIU) sobre muestras del tipo inalterada.


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Para estimar la historia de esfuerzos en el subsuelo se podra aplicar la metodologa de SHANSEP propuesta por C.C. Ladd (Prctica Recomendada para la Caracterizacin de Sitios en Terreno Blando: Conferencia Arthur Casagrande, 2003).

Asentamiento por sismo.- Los asentamientos por causa de carga ssmica podrn ser estimados mediante procedimientos semi-empricos o empricos, por medio de modelos numricos aplicando la tcnica de elementos finitos o diferencias finitas, aplicando modelos constitutivos de suelos que consideren el desarrollo de la presin de poro y degradacin cclica de la rigidez.

9.4.2.2 ASENTAMIENTOS TOLERABLES PARA LAS EDIFICACIONES En trminos del asentamiento promedio total que experimente la cimentacin de una estructura en un lapso de 25 aos se define, considerando las cargas muertas de servicio y 50% de cargas vivas mximas;

(*) Para construcciones aisladas 20 cm, siempre y cuando no se afecten la funcionalidad de conducciones de servicios y accesos a la construccin.

(*) Para construcciones entre medianeros 10 cm, siempre y cuando no se afecten las construcciones e instalaciones vecinas.

En trminos del asentamiento diferencial, entendindose este asentamiento como la diferencia vertical entre dos puntos distintos de la cimentacin de una estructura se establece:

Tabla 9.4.2. Valores mximos de asentamientos diferenciales calculados, expresados

en funcin de la distancia entre apoyos o columnas, L

TIPO DE CONSTRUCCIN max

(a) Edificaciones con muros y acabados susceptibles de daarse con asentamientos menores

L /1000

(b) Edificaciones con muros de carga en concreto o en mampostera

L /500

(c) Edificaciones con prticos en concreto, sin acabados susceptibles de daarse con asentamientos menores

L /300

(d) Edificaciones en estructura metlica, sin acabados susceptibles de daarse con asentamientos menores

L /160


NEC CAPTULO 9-25

En el caso de cimentaciones que estaran expuestas a suelos expansivos, se deber de evaluar la magnitud (presin de expansin o levantamiento libre) de la expansin del terreno considerando la interaccin con la estructura de cimentacin y considerar los posibles daos para disear una cimentacin que cumpla con los niveles de deformaciones indicadas en la Tabla 4.9.2, siendo estos levantamientos y no asentamientos. Se podr proponer y disear mtodos de mejoramiento del subsuelo para mitigar la accin de los suelos expansivos.

9.4.3 CIMENTACIONES PROFUNDAS 9.4.3.1 CIMENTACIN CON PILOTES Y PILAS PREBARRENADAS La estimacin de la capacidad de carga de un pilote debe ser evaluada tanto por la resistencia desarrollada a la punta como por la friccin lateral.

9.4.3.1.1 Capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte

Se deber verificar que la cimentacin diseada resulte suficiente para asegurar la estabilidad de la edificacin en alguna de las siguientes condiciones:

(*) Falla del sistema suelo-zapatas, o suelo-losa de cimentacin, despreciando la capacidad de los pilotes, similar a lo sealado en 9.4.2.1.

(*) Falla del sistema suelo-pilotes, despreciando la capacidad del sistema suelo-zapatas o suelo-losa, siguiendo bsicamente lo sealado en 9.4.2.1, considerando que la carga de falla del sistema es la menor de los siguientes valores: 1) suma de las capacidades de carga de los pilotes individuales; 2) capacidad de carga de un bloque de terreno cuya geometra sea igual a la envolvente del conjunto de pilotes; 3) suma de las capacidades de carga de los diversos grupos de pilotes en que pueda subdividirse la cimentacin, teniendo en cuenta la posible reduccin por la eficiencia de grupos de pilotes.

La capacidad de carga bajo cargas excntricas se evaluar calculando la distribucin de cargas en cada pilote mediante la teora de la elasticidad, o a partir de un anlisis de interaccin suelo-estructura. No se tendr en cuenta la capacidad de carga de los pilotes sometidos a traccin, a menos que se hayan diseado y construido con ese fin.

Adems de la capacidad a cargas de gravedad se comprobar la capacidad del suelo para soportar los esfuerzos inducidos por los pilotes o pilas sometidos a fuerzas horizontales, as como la capacidad de estos elementos para transmitir dichas solicitaciones horizontales. Para solicitaciones ssmicas se deber tener en cuenta que sobre los pilotes acta, adems de la carga ssmica horizontal del edificio, la carga ssmica sobre el suelo que est en contacto con el pilote. Se podrn presentar casos en que los pilotes o pilas proyectados trabajen por punta y friccin, en estos casos se deben hacer los respectivos anlisis para compatibilizar las deformaciones de los dos estados lmites con factores de seguridad diferenciales.

Las metodologas o ecuaciones para estimar la capacidad de carga para pilotes debern ser usadas en funcin del tipo de construccin de los mismos. Para pilotes de desplazamiento (prefabricados o fundidos en sitio) se deben de utilizar metodologas y factores de capacidad de carga que cumplan las condiciones de pilotes de desplazamientos, se recomienda las siguientes metodologas; FHWA (Federal Highway Works Administration of the United States, 1993), Mtodo Lambda Revisado (Vijayvergiya y Focht, 1972), Mtodo API (American Petroleum Institute, 1986, 1987,1993), USACE (Us Army Corps of Engineers, 1991), entre otros. Para los pilotes o pilas preexcavados o barrenados se deben utilizar metodologas y factores de capacidad de carga que cumplan las condiciones de


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construccin de pilotes preexcavados, se recomienda la metodologa de ONeill & Reese (1999), entre otros.

La capacidad de carga ltima de un pilote de desplazamiento o preexcavado est definida por la siguiente expresin:

Qult = Qs + Qt = fsi Asi + qt At (9-8) Donde,

Qs, es la capacidad o resistencia ltima por fuste

Qt , es la capacidad o resistencia ltima de punta

At, es el rea de la punta del pilote (seccin transversal)

As, es el rea del fuste del pilote (perimetral)

fs o rs, es la resistencia unitaria de fuste

qt o rt, es la resistencia unitaria de punta

La capacidad de carga admisible o de servicio de un pilote individual ser obtenida mediante la divisin entre la capacidad de carga ltima y el Factor de Seguridad.

Las expresiones para la estimacin de la capacidad de carga, estado lmite de falla, y asentamientos, estado lmite de servicio, presentadas en este documento no representan una condicin limitante para el ingeniero geotcnico. El ingeniero geotcnico deber aplicar las metodologas actuales (segn la literatura de revistas arbitradas y libros especializados) para evaluar y analizar de los estados lmite de las cimentaciones superficiales, profundas, sistemas de contencin o retencin, cajones, excavaciones, taludes entre otras estructuras.

9.4.3.1.1.1 Factor de seguridad.- Similares a los indicados en la Tabla 9.4.1.

9.4.3.1.2 Capacidad de carga bajo criterio de asentamiento y anlisis lateral

Los asentamientos de cimentaciones con pilotes de friccin bajo cargas de gravedad se estimarn considerando la penetracin de los mismos y las deformaciones del suelo que los soporta, as como la friccin negativa. En el clculo de los movimientos anteriores se tendr en cuenta las excentricidades de carga.

Para pilotes por punta o pilas los asentamientos se calcularn teniendo en cuenta la deformacin propia bajo la accin de las cargas, incluyendo si es el caso la friccin negativa, y la de los materiales bajo el nivel de apoyo de las puntas.

Deber comprobarse que no resulten excesivos el desplazamiento lateral ni el giro transitorio de la cimentacin bajo la fuerza cortante y el momento de volcamiento ssmico.

El fenmeno de la interaccin dinmica suelo-estructura se compone por la interaccin inercial y la interaccin cinemtica. Los efectos inerciales afectan directamente al comportamiento de la estructura; aumentan el periodo fundamental de vibracin, modifican el amortiguamiento y, hasta donde se tiene conocimiento, reducen la ductilidad. Estos fenmenos ocurren por el aumento de flexibilidad que sufre la estructura al encontrarse sin empotramiento fijo en su base. La interaccin cinemtica se refiere al comportamiento de la cimentacin, la que por su geometra y rigidez filtra las altas frecuencias de la excitacin. La cimentacin, al incorporarse al sistema, experimenta efectos de torsin y cabeceo, lo que origina, generalmente, reduccin en su movimiento.


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Las deformaciones permanentes o transitorias bajo la condicin de carga que incluya el efecto del sismo se podrn estimar mediante modelos pseudo estticos, aplicando modelos vigas continuas con resortes no lineales horizontales que caractericen el comportamiento esfuerzo-deformacin del suelo mediante curva p-y, siguiendo las recomendaciones de Reese, L.C. y Van Impe, W.F. (2001), considerando la interaccin inercial del sistema pilote-suelo- cabezal y que incluya el comportamiento no lineal (curva estructural del pilote momento-curvatura) del grupo de pilotes. En suelos blandos tipo E y F, se deben de realizar adems de la interaccin inercial, los anlisis de interaccin cinemtica que considere las deformaciones en campo libre del subsuelo que generarn demandas de esfuerzos en el pilotes, adicionales a la interaccin inercial. Se recomienda evaluar la estabilidad ssmica del subsuelo, considerando los anlisis de licuacin y degradacin cclica, segn se indica en la seccin 2.5.4.9.2 (del captulo 2 de la Norma, peligro ssmico).

Los anlisis de interaccin cinemtica, se los podra realizar mediante modelos en dos dimensiones con la tcnica de elementos finitos o diferencias finitas, considerando los movimientos ssmicos seleccionados, segn el procedimiento estipulado en la norma o con el procedimiento de SDM (Seismic Deformation Method) mtodo de deformacin ssmica propuesto por la norma de diseo ssmico japons para facilidades ferroviarias (1996) en el cual se evala los momentos y fuerzas cortantes y deformaciones inducidos cinemticamente en los pilotes. En el mtodo de deformacin ssmica las acciones inducidas por la interaccin inercial se pueden idealizar mediante un modelo pseudo esttico de fuerzas inerciales de la estructura en el cabezal de los pilotes. Para las acciones inducidas por la interaccin cinemtica se puede idealizar mediante un perfil de deformacin esttico equivalente del suelo relativo a la punta o fondo de pilote. Este perfil de deformaciones puede especificarse basado en la distribucin mxima de desplazamiento del suelo en campo libre.

Para estimar el perfil de desplazamiento esttico del suelo en campo libre se podr realizar anlisis de respuesta dinmica en campo libre, mediante modelos lineales equivalentes, siguiendo los procedimientos descritos para determinar la respuesta ssmica en suelos tipo F, segn la Norma. De los anlisis de respuesta dinmica se estima la deformacin unitaria por cortante pico promedio con la profundidad, obtenidos de la respuesta del subsuelo ante 7 registros ssmicos seleccionados (escalados), como mnimo, que representen al espectro de peligro uniforme en roca (se pueden seleccionar los registros en funcin de las caractersticas sismolgicas de las fuentes ssmicas). Se integra el perfil de deformacin unitaria por corte en el espesor de suelo para desarrollar un perfil de desplazamiento acumulativo horizontal del suelo en campo libre. El pilote deber ser modelado, al menos, mediante una viga (considerando el comportamiento no lineal del pilote, curvas momento-curvatura) con una cimentacin no elstica (considerando el comportamiento no lineal del suelo circundante al pilote mediante la aplicacin de anlisis p-y) aplicando como condicin de frontera el perfil de desplazamiento en campo libre.

Debido a que se utilizara un modelo pseudo esttico, siendo este un problema dinmico, se debe de reconocer la importancia entre la combinacin de las fuerzas inerciales y la deformacin del suelo. Esto es debido a que la aceleracin pico en la respuesta de la estructura y la distribucin pico de la deformacin del suelo en campo libre no siempre ocurren en el mismo tiempo y en la misma direccin. Las caractersticas de la interaccin suelo-pilote-superestructura esta generalmente controlada por la relacin entre el periodo de la estructura Te y el periodo del subsuelo Ts. Este efecto fue evaluado por Nikolau et al. (1997) y Nikolau et al. (2001) calculando los momentos en estado estable (en el dominio de la frecuencia) y los momentos en el dominio del tiempo.

9.4.3.1.3 Capacidad portante por pruebas de carga y factores de seguridad

Se deber verificar la capacidad portante ltima calculada de cimentaciones profundas por medio de pruebas de carga debidamente ejecutadas (referencia ASTM D 1143). As mismo podr ser empleada


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esta prueba, para definir la capacidad portante ltima. El nmero de ensayos mnimos a realizarse se indican en la Tabla 9.4.3.

Tabla 9.4.3. Nmero Mnimo de Ensayos de Carga en Pilotes o Pilas para poder reducir los FSIM

CATEGORA N DE PRUEBAS Baja 1

Media 2

Alta 3

Especial 5

Se recomienda realizar previo a la hinca de los pilotes, anlisis de hincabilidad de pilotes. Se recomienda seguir los procedimientos del PDCA (Pile Driving Contractors Association), 2001 considerando los factores de seguridad en funcin del porcentaje de pruebas de carga en pilotes del proyecto para pilotes de desplazamiento y para pilotes barrenados las recomendaciones propuestas por ONeill, M. W., and Reese, L. C. (1999). Cuando se realicen pruebas dinmicas en campo, High Strain Dynamic pile testing se las debe de realizar segn la norma ASTM D4945-00, pruebas de baja deformacin (Ensayo Snico, PIT) segn la norma ASTM D5882.

9.4.4 CIMENTACIONES EN ROCA Las cimentacin en macizos rocosos debern seguir similares criterios de anlisis que se ha sealado anteriormente, considerando comportamientos en tres diferentes estados; como sustancia o muestra de roca, situacin del sector de falla, diaclasa, o fisura y como macizo rocoso (sistema completo).

Tabla 9.4.4. Modos de falla para capacidad de carga en rocas estratificadas y con discontinuidades


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M odo de falla por capacidad de cargaIlustracin Descripcin M odo Capacidad de cargaltim a q ult

C apa de arcilla entredos capas rgidas

Expulsa la capa dearcilla

Usando la solucin deJugenson (1934):

Donde su= la resistenciaal corte no drenado de laarcilla, B= el ancho de la

cim entacin y a= elespesor de la capa de

arcilla

Capa gruesa rgidasobre capa dbil

com presible

Falla por flexin M nim a q esaproxim adam ente igual a

dos veces la fuerza detensin de la capasuperior de roca

Capa delagada rgasobre capa dbil

com presible

Falla porpunzonam iento

M nim a q esaproxim adam ente igual alesfuerzo de tensin de la

capa superior de roca

Discontinuidadesabiertas con s


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La capacidad de carga admisible ser igual a la capacidad de carga ltima dividida para un factor de seguridad, indicado en la Tabla 9.4.1. Para evaluar la cohesin y el ngulo de friccin del macizo rocoso y aplicar las teoras indicadas en la Tabla 9.4.4 se podra utilizar el criterio de falla Hoek y Brown (1980a,b) para el diseo de excavaciones en roca sana o el criterio modificado por Hoek et al. (1992), con el objeto de incluir el grado de fracturamiento de la roca.

Cuando la calidad de la roca sea pobre, o sea imprctica la recomendacin de una cimentacin superficial, se podra indicar la utilizacin de pilas fundidas in situ. La capacidad de carga ltima de una pila es la suma de la capacidad de carga por fuste y por punta. Esta ltima es considerada siempre y cuando exista una buena limpieza en el fondo de la pila. Para el clculo de la capacidad de carga por fuste se recomiendan las teoras enunciadas por Rosenberg y Jouneaux (1976), Williams y Pells(1981); Horvath et al.(1983); Rowe y Armitage (1984); Kulhawy y Phoon(1993) o las correlaciones que existen con la resistencia a la compresin indicadas por Rowe (2000). Para la capacidad de carga por punta se recomiendan los mtodos enunciados en el Manual de ingeniera de cimentaciones de la Sociedad Canadiense, CFEM (2006) y en Rowe (2000).

Para el clculo de la capacidad de carga ltima en rocas, se puede utilizar el procedimiento recomendado por Gabr et al. (2002) de acuerdo a los estudios de la Agencia de Transporte de Carolina del Norte incluidos en el NCHRP Synthesis 360 (National Cooperative Highway Research Program, 2006). La resistencia lateral mxima de la pila, segn la recomendacin de Zhang et al. (2000).

Tabla 9.4.5. Factores de correccin para Nc y N (modificado de Sowers, 1979)

Tipo de cimentacin Factor de correcin, Nc

Factor de correccin

N

Circular 1.20 0.70

Cuadrado 1.25 0.85

Rectangular

L/B=2

L/B=5

1.12

1.05

0.90

0.95

9.4.4.2 CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO a.- Si el macizo rocoso se considera continuo, debe evaluarse como un medio elstico.

b.- Si el macizo rocoso se considera discontinuo, se debe hacer el anlisis del mecanismo de falla con las caractersticas esfuerzo-deformacin de las discontinuidades y mecanismos cinemticamente posibles.

9.4.5 DISEO ESTRUCTURAL DE LA CIMENTACIN Para el diseo estructural de toda cimentacin deben calcularse las excentricidades que se genere entre el punto de aplicacin de las cargas resultantes y el centroide geomtrico de la cimentacin.


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Dichas excentricidades tienen que tenerse en cuenta en el clculo de la capacidad ante falla, capacidad admisible y asentamientos totales, diferenciales y giros. Se debe de minimizar las excentricidades en el diseo geomtrico de la cimentacin.

Las losas de cimentacin deben disearse de tal manera que las resultantes de las cargas estticas aplicadas se encuentren dentro de la zona de estabilidad al volteo de la cimentacin. Para obtener la precisin necesaria en el clculo de los centros de gravedad y de empujes de la losa, debe considerarse todo el conjunto de cargas reales que actan sobre la losa, incluyendo en ellos las de los muros interiores y exteriores, acabados, excavaciones adyacentes a la losa, sobrecarga neta causada por los edificios vecinos y la posibilidad de variacin de los niveles de aguas subterrneas. Se debe de considerar las reacciones hiperestticas del anlisis estructural de la superestructura.

Se debe de considerar el efecto de la interaccin suelo-cimentacin para determinar los niveles de esfuerzos y deformaciones. Se pueden usar las soluciones analticas existentes o mtodos numricos. Se acepta cualquier distribucin de presiones de contacto que satisfagan las siguientes condiciones:

(a) Que exista equilibrio local y general entre las presiones de contacto y las fuerzas internas en la subestructura, y las fuerzas y momentos transmitidos a sta por la superestructura,

(b) Que los asentamientos diferenciales inmediatos ms los de consolidacin calculados con las presiones de contacto sean de magnitud admisible

(c) Que las deformaciones diferenciales instantneas ms las de largo plazo, del sistema subestructura-superestructura, sean de magnitud admisible

La distribucin de presiones de contacto podr determinarse para las diferentes combinaciones de carga a corto y largo plazos, con base en simplificaciones e hiptesis conservadoras, o mediante anlisis de interaccin suelo estructura.

Los pilotes y sus conexiones se disearn para poder soportar los esfuerzos resultantes de las cargas verticales y horizontales consideradas en el diseo de la cimentacin, y las que se presenten durante el transporte, izado e hinca.

Los pilotes debern ser capaces de soportar estructuralmente la carga que corresponde a su estado lmite de falla.

Los pilotes de concreto, de acero y de madera, debern cumplir con los requisitos propios del material relativos al diseo y construccin de estructuras en estos tipos de materiales. Los pilotes metlicos debern protegerse contra corrosin al menos en el tramo comprendido entre la cabeza y la profundidad a la que se estime el mximo descenso del nivel fretico.

Siempre se deben analizar las interacciones que se presentan con las excavaciones vecinas, limitando la capacidad portante total o utilizando pilotes de mejoramiento del suelo.

9.4.6 ESTABILIDAD DE TALUDES Y EXCAVACIONES Para los anlisis de estabilidad de laderas naturales intervenidas y taludes de excavacin, se deben tener en cuenta la geometra del terreno antes y despus de cualquier intervencin constructiva, la distribucin y caractersticas geomecnicas de los materiales del subsuelo que conforman el talud, las condiciones hidrogeolgicas e hidrulicas, las sobrecargas de las obras vecinas, los sistemas y procesos constructivos y los movimientos ssmicos.

Para los estudios de estabilidad de taludes o laderas se recomienda seguir los procedimientos establecidos en la guas para analizar y mitigar los peligros en laderas en California, Blake et al. (2002) (Recommended Procedures for Implementation of DMG SpecialPublication 117, Guidelines for


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Analyzing and Mitigating Landslide Hazard in California) y en el manual de estabilidad de taludes del Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de los Estados Unidos, 2003 (USACE, 2003. Slope Stability, EM 1110-2-1902, Engineering Manual)

Para los anlisis de desplazamientos ssmicos en taludes, laderas o presas, se recomienda seguir la metodologa de Bray JD and Travasarou T (2007).

En el diseo de las excavaciones se considerarn los siguientes estados lmite:

(a) De falla colapso de los taludes o de las paredes de la excavacin o del sistema de entibado de las mismas, falla de los cimientos de las construcciones adyacentes y falla de fondo de la excavacin por corte o por supresin en estratos subyacentes, y colapso del techo de cavernas o galeras;

(b) De servicio movimientos verticales y horizontales inmediatos y diferidos por descarga en el rea de excavacin y en los alrededores. Los valores esperados de tales movimientos debern calculados para no causar daos a las construcciones e instalaciones adyacentes ni a los servicios pblicos. Adems, la recuperacin por recarga no deber ocasionar movimientos totales o diferenciales intolerables para las estructuras que se construyan en el sitio.

Para realizar la excavacin, se podrn usar pozos de bombeo con objeto de reducir las filtraciones y mejorar la estabilidad. Sin embargo, la duracin del bombeo deber ser tan corta como sea posible y se tomarn las precauciones necesarias para que sus efectos queden prcticamente circunscritos al rea de trabajo. En este caso, para la evaluacin de los estados lmite de servicio a considerar en el diseo de la excavacin, se tomarn en cuenta los movimientos del terreno debidos al bombeo.

Los anlisis de estabilidad se realizarn mediante la consideracin de que las sobrecargas puedan actuar en la va pblica y otras zonas prximas a la excavacin.

9.4.7 ESTRUCTURAS Y SISTEMAS DE CONTENCIN Las estructuras de contencin proporcionan soporte lateral, temporal o permanente, a taludes verticales o cuasi verticales de suelo, enrocado o macizos rocosos muy fracturados o con discontinuidades desfavorables. Las estructuras de contencin pueden ser autnomas, que soporten directamente las solicitudes de los materiales por contener, que involucren a dichos materiales con ayuda de refuerzos, para que stos participen con sus propiedades a soportar dichas solicitudes en forma segura.

Las estructuras de contencin pueden ser muros de gravedad (en mampostera, concreto ciclpeo, tierra reforzada, gaviones, o cribas), muros en voladizo (con o sin contrafuertes), tablestacas, pantallas atirantadas, muros anclados, estructuras y excavaciones entibadas y otros que se disearen y que su clculo y estabilidad estn garantizadas.

En el diseo de estructuras de contencin se deben tener en cuenta las condiciones externas a que puede estar sometida, tales como las sobrecargas por otras estructuras, los procesos de construccin, las presiones hidrostticas, las cargas de anclaje, las cargas de trfico, las caractersticas del relleno, el sistema de drenaje, procesos de socavacin o de oleaje (en vecindad de cuerpos de agua), efectos ssmicos y efectos de temperatura. Tambin debe tenerse en cuenta el tiempo de servicio esperado de la estructura.

Las fuerzas actuantes sobre un muro de contencin se considerarn por unidad de longitud. Las acciones que se deben tomar en cuenta, segn el tipo de muro sern: el peso propio del muro, el empuje de tierras, la friccin entre muro y suelo que contiene, el empuje hidrosttico o las fuerzas de filtracin en su caso, las sobrecargas en la superficie del relleno y las fuerzas ssmicas.


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Estas estructuras debern disearse de tal forma que no se rebasen los siguientes estados lmite de falla: volteo, desplazamiento del muro, falla de la cimentacin del mismo o del talud que lo soporta, o bien rotura estructural. Adems, se revisarn los estados lmite de servicio, como asentamiento, giro o deformacin excesiva del muro. Los empujes se estimarn tomando en cuenta la flexibilidad del muro, el tipo de material por contener y el mtodo de colocacin del mismo.

Los valores del factor de seguridad indirecto para las diversas verificaciones de comportamiento establecidas en esta seccin, deben ser, como mnimo, los indicados en la Tabla 9.4.4.

El efecto de las cargas dinmicas y ssmicas en estas estructuras puede analizarse mediante el mtodo de Mononobe-Okabe u otro similar y /o de mayor detalle.

Se recomienda para los anlisis de estabilidad, de los estados lmite de falla y servicio, la metodologa establecida en el Canadian Foundation Engineering Manual, CFEM (2006).

Tabla 9.4.4. Factores de seguridad indirectos mnimos

CONDICIN CONSTRUCCIN ESTTICO SISMO PSEUDO

ESTTICO

Deslizamiento 1.60 1.60 Diseo 1.05

Volcamiento: el que resulte ms crtico de

Momento Resistente/Momento Actuante 3.00 3.00 Diseo 2.00

Excentricidad en el sentido del momento (e/B) 1/6 1/6 Diseo 1/4

Capacidad Portante Ver Tabla 9.4.1

Estabilidad general del sistema:

Permanente o de Larga duracin ( > 6 meses) 1.20 1.50 Diseo 1.05

Temporal o de Corta duracin ( < 6 meses) 1.20 1.30 50% de Diseo 1.00

En el presente captulo no se han considerado varios sistemas de ingeniera geotcnica que se utilizan en la actualidad para el mejoramiento masivo del subsuelo, como por ejemplo: inclusiones rgidas, inyeccin de cemento, fracturacin del suelo, drenes verticales, columnas de cal o cemento, mezcla de suelo en sitio, tcnicas de vibro compactacin, compactacin dinmica , entre otros. Los mtodos de mejoramiento masivo del subsuelo puede ser planteados y analizados cumpliendo con los lineamientos establecidos, asentamientos admisibles y capacidad de carga admisibles.

9.5 REFERENCIAS American Petroleum Institute (1986). API Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms, Report RP-2A.


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American Petroleum Institute (1987). API Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms, Report RP-2A.

American Petroleum Institute (1993). API Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms, Report RP-2A.

American Society of Civil Engineers (1993). Design of Pile Foundations Handbook. Federal Highway Administration (1993). Soils and Foundations, Workshop Manual, second edition, Publication No. FHWA HI-88-009, Washington, D.C.

Barton, N.R., Lien, R., and Lunde, J. (1974). Engineering classification of rockmasses for the design of tunnel support. Rock Mechanics, May, 189-236.

Becker, D.E. (1996) Limit States design for foundation Part 1. An Overview of the Foundation design process, Canadian Geotechnical Journal, 33 (6), pp. 956-983.

Bieniawski, Z. T (1976) Rock Mass Classifications in Rock Engineering. Proceedings Symposium on Exploration for Rock Engineering, Cape Town, Balkema, pp. 76-106.

Bieniawski, Z. T (1989)Engineering rock mass classifications. New York : Wiley.

Bishop, W (1959) The principle of Effective Stress, lecture delivered in Olso, Norway, in 1955; published in Teknisk Ukeblad, Vol 106, no.39, pp 859- 863.

Blake, T.F, Hollingsworth, R.A and Stewart J.P (2002) Recommended Procedures for Implementation of DMG Special Publication 117 Guidelines for Analyzing and Mitigating Landslide Hazards in California, ASCE Los Angeles Section Geotechnical Group, published by the Sourthern California Earthquake Center.

Bray JD and Travasarou T (2007) Simplified procedure for estimating earthquake-induced de

nec2011 cap9 geotecnia y cimentaciones 2013

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