GEOTCNIA YCIMENTACIONES

NORMA ECUATORIANADE LA CONSTRUCCIN

NEC

CDIGONEC - SE - GC

Econ. Diego Aulestia Valencia

Textos:

Produccin Editorial: Direccin de Comunicacin Social, MIDUVI

Diciembre 2014

ISBN:00000000000

Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI)

Cmara de la Industria de la Construccin (CAMICON)

Ministro de Desarrollo Urbano y Vivienda

Arq. Jose Antonio Martn ErquiciaCoordinador de proyecto

Arq. Jose Antonio Toral ValdiviesoDirector de Hbitat y Asentamientos Humanos

Arq. Rubn Daro Paredes CortezSubsecretario de Vivienda

Econ. Luis Felipe Guevara UrquizoSubsecretario de Hbitat y Asentamientos Humanos

PrlogoAl Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, ente rector de las polticas de hbitat y vivienda a nivel nacional, le corresponde formular la normativa que propicie el desarrollo ordenado y seguro de los Asentamientos Humanos, la densificacin de las ciudades y el acceso a la vivienda digna.

Bajo ese marco, y considerando adems que nuestro pas est localizado en una zona calificada de alto riesgo ssmico, el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda llev a cabo un proceso de actualizacin de la Normativa Tcnica referente a la Seguridad Estructural de las Edificaciones (Cdigo Ecuatoriano de la Construccin de 2001). Esta labor fue realizada en conjunto con la Cmara de la Industria de la Construccin, entidad que coordin el desarrollo de varios documentos normativos a travs de comits de expertos de entidades pblicas, del sector privado y representantes de instituciones acadmicas. Se realizaron talleres de trabajo con los profesionales del sector y se aplicaron las mejores prcticas internacionales en el mbito de la edificacin.

El objetivo fue determinar nuevas normas de construccin de acuerdo a los avances tecnolgicos a fin de mejorar los mecanismos de control en los procesos constructivos, definir principios mnimos de diseo y montaje en obra, velar por el cumplimiento de los principios bsicos de habitabilidad, y fijar responsabilidades, obligaciones y derechos de los actores involucrados en los procesos de edificacin.

La Norma Ecuatoriana de la Construccin pretende dar respuesta a la demanda de la sociedad en cuanto a la mejora de la calidad y la seguridad de las edificaciones, persiguiendo a su vez, proteger al ciudadano y fomentar un desarrollo urbano sostenible

Econ. Diego Aulestia ValenciaMinistro de Desarrollo Urbano y Vivienda

TABLA DE DATOS

LISTADO DE PERSONAS Y ENTIDADES PARTICIPANTES

Expedicin mediante Acuerdo Ministerial Nro. 0028 19 de agosto de 2014

MIDUVI, Registro Oficial, Ao II, Nro. 319

Actualizacin mediante Acuerdo Ministerial Nro. 0047

MIDUVI, Registro Oficial, Ao II, Nro. 413

26 de agosto de 2014

15 de diciembre de 2014

10 de enero de 2015

INSTITUCIN NOMBRE

FECHANOMBRE DEL DOCUMENTO HABILITANTE

Ministerio de Desarrollo Urbano y ViviendaMinisterio de Desarrollo Urbano y ViviendaMinisterio de Desarrollo Urbano y ViviendaMinisterio de Desarrollo Urbano y ViviendaCmara de la Industria de la ConstruccinCmara de la Industria de la ConstruccinColegio de Ingenieros Mecnicos de PichinchaEscuela Politcnica NacionalEscuela Politcnica NacionalEscuela Politcnica NacionalEscuela Politcnica NacionalUniversidad San Francisco de QuitoUniversidad San Francisco de QuitoPontificia Universidad Catlica del EcuadorPontificia Universidad Catlica del EcuadorUniversidad Central del EcuadorAmerican Concrete InstituteFRACTALES Cia. Ltda.GEOESTUDIOS S.A. Cambridge Consultores de Desarrollo S.A.Cambridge Consultores de Desarrollo S.A.Cambridge Consultores de Desarrollo S.A.Cambridge Consultores de Desarrollo S.A.Cambridge Consultores de Desarrollo S.A.Consultor ParticularConsultor ParticularConsultor ParticularConsultor ParticularConsultor ParticularConsultor Particular

Ing. Jos Vicente Chiluisa OchoaArq. Francesca Blanc Ab. Jonathan Santiago Gmez PumagualleArq. Jose David Saura GonzalezIng. Hermel Flores Maldonado Ing. Ginno Manciati JaramilloIng. Carlos Balden ValenciaIng. Sigifredo Dcimo Daz MendozaIng. Patricio Honorato Placencia AndradeArq. Flix Policarpo Vaca MoncayoIng. Hugo Alfonso Ypes Arostegu Ing. Telmo Andrs Snchez GraunauerDr. Fabricio Oswaldo Ypez MoyaIng. Oswaldo Marcelo Guerra AvendaoIng. Guillermo Ricardo Realpe RivadeneiraMsc. Ing. Hernn Estupian MaldonadoIng. Juan Carlos Garcs P.Dr. Vinicio Andrs Surez ChacnDr. Xavier Fernando Vera GraunauerIng. Jos Andrs Vallejo BermeoIng. Michael Joseph Maks DavisIng. Mathieu LamourDr. Mauro Pompeyo Nio LzaroDr. Miguel Angel Jaimes TllezDr. Pedro Pablo Rojas CruzIng. Jaime Enrique Garca AlvearIng. Fabin Enrique Espinosa SarzosaIng. Jorge Luis Palacios RiofroIng. Jorge Enrique Orbe VelalczarMsc. Ing. Alex Francisco Albuja Espinosa

GEOTCNIA YCIMENTACIONES

CDIGONEC - SE - GC

2CONTENIDO 1. Generalidades ............................................................................................................................................ 6 1.1. Definiciones............................................................................................................................................. 6 1.2. Smbolos y unidades ............................................................................................................................... 8 1.3. Marco normativo .................................................................................................................................. 10 2. Objetivos y alcances del captulo y justificaciones ................................................................................... 13 2.1. Alcances ................................................................................................................................................ 13 2.2. Objetivos ............................................................................................................................................... 13 2.3. Justificacin estructural ........................................................................................................................ 13 2.4. Etapas generales del estudio y diseo geotcnico ............................................................................... 14 2.5. Clasificacin de las unidades de construccin por categoras .............................................................. 17 3. Estudio geotcnico definitivo ................................................................................................................... 18 3.1. Caracterizacin geotcnica del subsuelo .............................................................................................. 18 3.2. Informacin previa ................................................................................................................................ 18 3.3. Estudio geotcnico definitivo ................................................................................................................ 18 3.4. Mtodos permitidos para la exploracin de campo ............................................................................. 21 3.5. Exploracin por sondeos ....................................................................................................................... 22 3.6. Agua subterrnea .................................................................................................................................. 25 3.7. Estudio de estabilidad de laderas y taludes .......................................................................................... 25 3.8. Ensayos de laboratorio ......................................................................................................................... 25 4. Diseo de excavaciones y de cimentaciones ............................................................................................ 29 4.1. Suelos no cohesivos o granulares y suelos cohesivos ........................................................................... 29 4.2. Factores de seguridad ........................................................................................................................... 29 4.3. Condiciones drenadas y esfuerzos efectivos ........................................................................................ 32 4.4. Condiciones no drenadas y esfuerzos totales ...................................................................................... 32 4.5. Reduccin de los valores de resistencia determinados en el laboratorio y campo .............................. 33 5. Excavaciones ............................................................................................................................................ 35 5.1. Estabilidad de taludes y excavaciones .................................................................................................. 35 5.2. Estructuras y sistemas de contencin ................................................................................................... 36 6. Cimentaciones .......................................................................................................................................... 39 6.1. Generalidades y metodologa general para diseo de cimentacin ..................................................... 39 6.2. Estados lmite de falla: capacidad de carga y factor de seguridad Indirecto (FSI) ................................ 42

36.3. Estado lmite de servicio: asentamientos ............................................................................................. 42 6.4. Diseo estructural de la cimentacin ................................................................................................... 44 6.5. Capacidad portante por pruebas de carga y factores de seguridad ..................................................... 46 7. Zapatas aisladas, combinadas y losas ....................................................................................................... 47 7.1. Definicin .............................................................................................................................................. 47 7.2. Estado lmite de falla: capacidad de carga ............................................................................................ 47 7.3. Estado lmite de servicio: asentamientos ............................................................................................. 48 8. Cimentaciones profundas......................................................................................................................... 49 8.1. Definicin .............................................................................................................................................. 49 8.2. Estado lmite de falla: capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte ................................... 49 8.3. Estado lmite de servicio: capacidad de carga bajo criterio de asentamiento y anlisis lateral ........... 51 9. Cimentaciones en roca ............................................................................................................................. 53 9.1. Estado lmite de falla: modos de falla ................................................................................................... 53 9.2. Estado lmite de falla: capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte ................................... 55 9.3. Estado lmite de servicio: capacidad de carga por asentamiento ......................................................... 56 10. Asesora geotcnica en las etapas de diseo y construccin ................................................................. 57 11. Apndices ............................................................................................................................................... 58 11.1. Reptacin no drenada (undrained creep) y su influencia en estabilidad ........................................... 58 11.2. Referencias ......................................................................................................................................... 59

4ndice de tablasTabla 1: Clasificacin de las unidades de construccin por categoras ........................................... 17

Tabla 2: Nmero mnimo de sondeos y profundidad por cada unidad de construccin................... 23

Tabla 3: Profundidad mnima de los sondeos de acuerdo al tipo de cimentacin............................ 24

Tabla 4: Factores de seguridad por corte mnimos........................................................................... 31

Tabla 5: Factores de seguridad indirectos mnimos ......................................................................... 38

Tabla 6: Factores de Seguridad Indirectos Mnimos, F.S.I.M........................................................... 42

Tabla 7: Valores mximos de asentamientos diferenciales calculados, expresados en funcin de la distancia entre apoyos o columnas, L............................................................................................... 44

Tabla 8: Nmero Mnimo de Ensayos de Carga en Pilotes o Pilas para poder reducir los FSIM .... 46

Tabla 9: Modos de falla para capacidad de carga en rocas estratificadas y con discontinuidades . 54

5ndice de figurasFigura 1: Esquema de los componentes de un diseo de excavaciones o cimentaciones y la relacin con la norma ........................................................................................................................ 16

Figura 2: Diagrama de flujo conceptual para el diseo de cimentaciones (modificado de NBCC, 2005) 41

Figura 4: 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) .......................................................................................................... 58

61. Generalidades

1.1. Definiciones

CIMENTACIONES

Elemento de construccin cuya funcin principal es la transferencia adecuada de las cargas de las edificaciones al subsuelo, clasificadas como superficiales o profundas.

ESTADO LIMITE DE FALLA

Estado limite relacionado con la capacidad de carga de excavaciones, taludes y cimentaciones.

ESTADO LIMITE DE SERVICIO/ASENTAMIENTOS POR DEFORMACIONES

Estado limite relacionado principalmente con las deformaciones permisibles en excavaciones, taludes y cimentaciones.

ESTUDIO GEOTCNICO

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.

ESTUDIO GEOTCNICO PRELIMINAR

Las 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.

ESTUDIO GEOTCNICO DEFINITIVO

Consiste en un estudio geotcnico definitivo, con las actividades necesarias para saber con certezaa las caractersticas geotcnicas de un terreno, a travs de una exploracin de campo, ensayos y sondeos. A base de esto se puede establecer las recomendaciones y los parmetros necesarios para el diseo de obras ingenieriles de suelo, que sean cimentaciones, excavaciones o sistemas de contencin.

ESTRUCTURAS DE CONTENCION

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

EXPLORACIN POR SONDEOS

Un ensayo de campo empleado en el estudio geotcnico definitivo, donde se determina

7propiedades de resistencia del suelo.

FACTOR DE SEGURIDAD

Un factor que considera o agrupa todas las incertidumbres asociadas en el proceso de diseo.

SUELOS COHESIVOS

Vase la seccin 4.1.

SUELOS NO COHESIVOS O GRANULARES

Se consideran como suelos no cohesivos o granulares, segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS, ASTM D2487-2000)

UNIDAD DE CONSTRUCCIN

Se define como unidad de construccin:

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

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.

81.2. Smbolos y unidades

1.2.1. Simbologa

Smbolo Descripcin

As El rea del fuste del pilote (perimetral)

At El rea de la punta del pilote (seccin transversal)

c Cohesin total

c' Cohesin efectiva

Fa Fuerzas actuantes

Fr Fuerzas resistentes

FS Factor de seguridad

fs o rs, La resistencia unitaria de fuste

FScorte Factor de seguridad por corte

FScorte mnimos Factores de seguridad por corte mnimos

FSIM Factores de Seguridad Indirectos Mnimos

IP ndice plstico

N60 Nmero de golpes para penetrar en el suelo 30 cm para el 60 % de la energa terica

PA Presin atmosfrica

qadm Capacidad de carga admisible

qnet Capacidad de carga neta

qob Esfuerzo geoesttico total removido a nivel del desplante de la cimentacin

Qs, La capacidad o resistencia ltima por fuste

Qt , La capacidad o resistencia ltima de punta

9Smbolo Descripcin

qt o rt, La resistencia unitaria de punta

qu Capacidad de carga ltima

qunet Capacidad ltima neta

Su Resistencia al corte no drenada

u Presin de poro

ua Presin de gas (aire) para materiales secos

uw Presin de lquido (agua) para materiales saturados

Esfuerzo normal total

Esfuerzo normal efectivo

A Esfuerzo cortante actuante

f Esfuerzo cortante a la falla.

R Esfuerzo cortante resistente

wL Lmite lquido

ngulo de friccin aparente

' ngulo de friccin efectivo

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1.3. Marco normativo

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

Para el diseo de la cimentacin de viviendas de 1 y 2 pisos y con luces de hasta 5 m se aplicarn los requerimientos de la NEC-SE-VIVIENDA.

Con relacin al diseo ssmico, se deber hacer referencia a las secciones 3.2 y 10.5 de la NEC-SE-DS.

Luego, las siguientes normas tcnicas NTE INEN y de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales, ASTM, forman parte integrante del Reglamento.

1.3.1. Normas ecuatorianas de la construccin

NEC-SE-CG: Cargas (no ssmicas)

NEC-SE-DS: Cargas Ssmicas y Diseo Sismo Resistente

NEC-SE-RE: Rehabilitacin Ssmica de Estructuras

NEC-SE-GM: Geotecnia y Diseo de Cimentaciones

NEC-SE-HM: Estructuras de Hormign Armado

NEC-SE-AC: Estructuras de Acero

NEC-SE-MP: Estructuras de Mampostera Estructural

NEC-SE-MD: Estructuras de Madera

NEC-SE-VIVIENDA: Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5m

1.3.2. Normas NTE INEN

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)

1.3.3. 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

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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 e hidrmetro

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.

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.

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ASTM D 7012 Ensayo CD, consolidado drenado.

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.

1.3.4. Otras referencias

FHWA (Federal Highway Works Administration of the United States, 1993)

USACE (Us Army Corps of Engineers, 1991)

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2. Objetivos y alcances del captulo y justificaciones

2.1. Alcances

Esta norma presenta las 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.

2.2. Objetivos

El objetivo general del presente captulo es de establecer los requisitos para proporcionar criteriosbsicos 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.

Se definen las metodologas, parmetros necesarios para el diseo de cimentaciones superficiales y profundas as como para el diseo de excavaciones.

El diseador encontrar una seccin dedicada a los parmetros para el peligro ssmico y los requisitos de sismo resistente, que deber ser conforme a las secciones 3.2 y 10.6 de la NEC-SE-DS.

2.3. Justificacin tcnica

Se comprobarn los diseos de excavaciones y cimentaciones de acuerdo con los siguientes estados lmite:

Capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte.

Capacidad de carga bajo criterio de asentamiento.

2.3.1. Estado lmite de falla: Capacidad de carga bajo criterio de resistencia al corte

En excavaciones: 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 (vase en la seccin 5.1).

En cimentaciones: se llega al punto de falla de la capacidad de carga ltima o resistencia al cortante del suelo (vase en las secciones 6.2 y 7.1).

2.3.2. Estado lmite de servicio: Capacidad de carga bajo criterio de asentamiento

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En excavaciones: movimientos verticales y horizontales inmediatos y diferidos por descarga en el rea de excavacin y en los alrededores (vase en la seccin 5.1).

En cimentaciones: la seguridad para el estado lmite de servicio resulta del clculo de asentamientos inmediatos, por consolidacin, los asentamientos secundarios y los asentamientos por sismo (vase en la seccin 6.3).

2.4. 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.

2.5. Etapas generales del estudio y diseo geotcnico

En la Figura 1, se muestra esquemticamente los componentes de los estudios geotcnicos, el diseo de excavaciones o cimentaciones y la relacin con la norma.

2.5.1. Definiciones y conceptos generales

Estudio geotcnico:

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.

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.

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 (vase la NEC-SE-CG).

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2.5.2. Tipos de estudios: preliminar y definitivo

De manera general, el proceso de estudio y diseo geotcnico consiste en:

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 consideracin de la magnitud y/o caractersticas especiales del proyecto.

NOTA: El estudio geotcnico preliminar basado en la informacin previa y un reconocimiento delsitio del proyecto no puede substituirse, bajo ninguna circunstancia, al estudio geotcnico definitivo..

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 (vase 3).

Dentro del estudio geotcnico definitivo se incluye:

Ensayos de campo (vase 3.4 y 3.5).

Ensayos de laboratorio (vase 3.8)

Asesora geotcnica en las etapas de diseo de cimentaciones, estructuras y sistemas de contencin, y excavaciones

Vase10.

Estudio de estabilidad de laderas y taludes

Deber estar incluido en el estudio geotcnico preliminar o en el definitivo. Vase 3.7.

Diseo de cimentaciones

Vase 4, 6, 7, 8 y 9.

16

Figura 1: Esquema de los componentes de un diseo de excavaciones o cimentaciones y la relacin con la norma

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2.6. Clasificacin de las unidades de construccin por categoras

Se define como unidad de construccin:

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

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.

Las unidades de construccin se clasifican en Baja, Media, Alta y Especial, segn el nmero total de niveles y las cargas mximas de servicio, con las siguientes consideraciones:

Para las cargas mximas se aplicar la combinacin de carga muerta ms carga viva debida al uso y ocupacin de la edificacin (vase la NEC-SE-CG).

Para la definicin del nmero de 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 1.

Clasificacin 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

Tabla 1: Clasificacin de las unidades de construccin por categoras

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3. Estudio geotcnico definitivo

3.1. 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 definirn unidades de construccin y su importancia en funcin de la altura y cargas a transmitir de tal forma que se determine 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 civil especialista en geotecnia deber presentar en forma clara un modelo geotcnico del subsuelo de diseo donde se consideren las incertidumbres epistmicas y aleatorias.

Con este fin, el ingeniero civil podr aumentar el nmero o la profundidad de los sondeos, dependiendo de las condiciones locales y los resultados inciales de la exploracin. 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 (vase la NEC-SE+-DS).

3.2. Informacin previa

El ingeniero responsable deber investigar sobre las caractersticas del sitio, a saber:

Geologa.

Clima.

Vegetacin.

Edificaciones e infraestructuras vecinas.

Estudios anteriores.

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.

3.3. 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.

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3.3.1. Procedimiento de investigacin y reporte de estudio geotcnico definitivo

A continuacin se presentan los pasos mnimos requeridos para el procedimiento del estudio de campo definitivo, los cuales tienen tambin que ser reflejados en el reporte final del estudio definitivo de campo.

Contenido 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.

Aspectos relativos al 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.

Aspectos relativos a 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.

Como anteriormente, se debe tambin 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.

Aspectos relativos a 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 de la NEC-SE-DS, con especial atencin considerando el alcance segn el tipo de edificacin (normal, esenciales, especiales: vase en la seccin 4.1 de la NEC-SE-DS) y para todas edificaciones que se encuentren en el tipo de perfil F:vase en la seccin 10.6.4 de la NEC-SE-DS).

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Los mtodos de exploracin de campo son explicados abajo en la seccin 3.4, donde se trata principalmente del nmero de sondeos pero donde otros mtodos son tambin permitidos.

Aspectos relativos a 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 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.

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 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.

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 la Tabla 1) se debe cumplir lo indicado en la seccin 10.

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.

Se 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

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ubicacin en planta de exploracin in situ ejecutadas con respecto a la implantacin y topografa del proyecto.

Se debe incluir a 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, se aadirn planos, esquemas, dibujos, grficas, fotografas, y todos los aspectos que se requieran para ilustrar y justificar adecuadamente el estudio y sus recomendaciones.

3.4. Mtodos permitidos para la exploracin de campo

Esta seccin presenta los requisitos para realizar la exploracin de campo del estudio geotcnico definitivo. Se trata principalmente del nmero de sondeos, aunque otros mtodos tambin son permitidos.

3.4.1. Exploracin directa

Se podr utilizar cualquier mtodo de exploracin directa, sondeo, muestreo reconocidos en la prctica, en correspondencia al tipo de material encontrado; tales como:

Calicatas o trincheras,

Veletas,

Cono esttico CPT, o dinmico DCP,

Dilatmetro,

Ensayo de Penetracin Estndar, SPT.

NOTA: 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).

3.4.2. Exploracin indirecta

Se podr combinar la exploracin directa con mtodos de exploracin indirecta, tales como:

Sondeos Elctricos Verticales,

Ssmica de Refraccin (vase ASTM D577),

Anlisis Espectral de Ondas Superficiales,

ReMi,

NOTA: otros mtodos geofsicos podran complementar, pero no substituirse a la exploracin mediante sondeos.

3.4.3. Macizos rocosos

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En este caso, los macizos rocosos se deben clasificar por cualquiera de los siguientes mtodos:

Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 y 1989).

Parmetro Q (Barton, 1974).

GSI (Hoek y Brown, 1980 y 1980a).

Adems se realizar un levantamiento de las discontinuidades en los afloramientos, apliques o muestras.

Nota: 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.

3.4.4. Ensayos de campo

En complemento de los ensayos que son realizados en el laboratorio (vase la seccin 3.8), el ingeniero responsable del estudio podr llevar a cabo pruebas de campo para la determinacin depropiedades 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 enexperiencias publicadas y se establezcan sus intervalos ms probables de confiabilidad.

3.5. Exploracin por sondeos

Esta norma exige al ingeniero especialista geotcnico realizar los sondeos exploratorios necesarios para obtener un obtener un conocimiento adecuado del subsuelo, para que tenga la informacin requerida de los parmetros del suelo para facilitar el diseo de cimentaciones, excavaciones, etc.

A continuacin se detallan las caractersticas y distribucin de los sondeos, adems del nmero mnimo y profundidad de sondeos.

3.5.1. Caractersticas y distribucin de los sondeos

Las caractersticas y distribucin de los sondeos deben cumplir con las siguientes 6 disposiciones:

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

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

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

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

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ejecutados con la misma calidad y siguiendo las especificaciones dadas en el presente captulo del Reglamento.

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

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.

3.5.2. El 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 2, y la profundidad de las mismas en la seccin3.5.3.

CATEGORA DE LA UNIDAD DE CONSTRUCCIN (Vase en la seccin 2.5)

Baja Media Alta Especial

Profundidad Mnima de sondeos: 6 m.

Profundidad Mnima de sondeos: 15 m.

Profundidad Mnima de sondeos: 25 m.

Profundidad Mnima de sondeos: 30 m.

Nmero mnimo de sondeos: 3

Nmero mnimo de sondeos: 4

Nmero mnimo de sondeos: 4

Nmero mnimo desondeos: 5

Tabla 2: Nmero mnimo de sondeos y profundidad por cada unidad de construccin

NOTA:

Nmero mnimo de perforaciones: 3.

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.

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 6 de laNEC-SE-DS) 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 2.

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3.5.3. Profundidad de los sondeos

Por lo menos el 50% de todos los sondeos debe alcanzar a la mayor profundidad entre las dadasen la Tabla 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.

Tipo de obra civil subterrnea Profundidad de los sondeos

Losa corrida 1.5 veces el ancho

Zapata 2.5 veces el ancho de la zapata de mayor dimensin

Pilotes Longitud total del pilote ms largo, ms 4 veces el dimetro del pilote

Grupos de pilotes Longitud total del pilote ms largo, ms 2veces el ancho del grupo de pilotes

2.5 veces el ancho del cabezal de mayor dimensin

Excavaciones 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.

Caso particular: roca firme 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.

Tabla 3: Profundidad mnima de los sondeos de acuerdo al tipo de cimentacin

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Adems de los requisitos de la Tabla 2 y Tabla 3, la profundidad tiene que cumplir los siguientes requisitos:

Llegar a la 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.

Es posible que alguna de las consideraciones precedentes conduzca a sondeos de una profundidad mayor que la dada en la Tabla 2. En tal caso, el 20% de las perforaciones debe cumplir con la mayor de las profundidades as establecidas.

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.

3.6. 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.

3.7. Estudio de estabilidad de laderas y taludes

Deber estar incluido en el estudio geotcnico preliminar y 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.

3.8. Ensayos de laboratorio

Uno de los objetivos del estudio de campo es obtener muestras representativas de los suelos, para luego poder llevar a cabo ensayos de laboratorio. De esta manera se pueden obtener los parmetros requeridos del suelo para el diseo de excavaciones y cimentaciones.

3.8.1. 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

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diferentes materiales afectados por el proyecto.

3.8.2. 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 los describen en la NEC-SE-DS, 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.

3.8.3. Propiedades o caractersticas bsicas

Las propiedades bsicas para la caracterizacin de suelos y rocas son como mnimo las expuestas a seguir.

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,

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.

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Resistencia ndice (torvane, penetrmetro de bolsillo) corte directo en muestras inalteradasde suelos cohesivos o finos.

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 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 cadaincremento 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 las normas ASTM.

Caractersticas bsicas de las rocas

Las propiedades bsicas mnimas de las rocas a determinar con los ensayos de laboratorio son:

Peso unitario, densidad, porosidad.

Compresin simple (o carga puntual).

Alterabilidad de este material mediante ensayos de durabilidad o similares.

3.8.4. Caracterizacin geomecnica detallada en el estudio geotcnico definitivo

Las propiedades mecnicas e hidrulicas del subsuelo 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. Cmo mnimo se debe de determinar:

Resistencia al esfuerzo cortante,

Propiedades esfuerzo-deformacin,

Propiedades de compresibilidad,

Propiedades de expansin,

Propiedades de permeabilidad,

Otras propiedades que resulten pertinentes de acuerdo con la naturaleza geolgica del rea.

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.

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3.8.5. Propiedades de respuesta ssmica del suelo

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 dedeformacin por cortante unitaria que cumplan con las caractersticas geotcnicas de los suelos analizados, considerando la incertidumbre en la aplicacin de los modelos de estimacin.

NOTA: En todo caso se debera de averiguar las propiedades de respuesta ssmica de suelo de acuerdo con la Seccin 10.6 de la NEC-SE-DS.

3.8.6. Informe de ensayos de laboratorio

Los resultados de los ensayos de laboratorio tienen que ser entregados al ingeniero geotcnico y/o entidad responsable del diseo de las excavaciones y cimentaciones, donde se cubre:

Tipo y nmero de ensayos

Propiedades o caractersticas bsicas

Caracterizacin geomecnica detallada

Tal y como detallado arriba en la seccin 3.8.

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4. Diseo de excavaciones y de cimentaciones

4.1. Suelos no cohesivos o granulares y suelos cohesivos

4.1.1. Suelos no cohesivos o granulares

Se consideran como suelos no cohesivos o granulares, segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS) y la norma ASTM D2487-2000, los siguientes:

Gravas: todos los materiales clasificados como GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, GP-GC.

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%.

4.1.2. 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.

4.2. Factores de seguridad

Los factores de seguridad se emplearan para determinar los estados lmites de falla y de servicio en las secciones 5 y 6.

La seleccin de los factores de seguridad debe justificarse plenamente teniendo en cuenta:

La magnitud de la obra.

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

La calidad de la informacin disponible en materia de suelos.

4.2.1. Definicin

El diseo se basar 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 el diseo geotcnico 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.

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4.2.2. Factores de seguridad por corte mnimos

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 y esfuerzo cortante actuante.

= Dnde:

f Esfuerzo cortante a la falla.

A Esfuerzo cortante actuante

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.

El esfuerzo cortante a la falla f se expresa por medio del modelo de falla de materiales segn la ley de Mohr-Coulomb.

= + Dnde:

f Esfuerzo cortante a la falla.

c Cohesin efectiva.

ngulo de friccin efectivo.

Esfuerzo normal efectivo.

El esfuerzo normal efectivo es:

Dnde:

Esfuerzo normal total.

u Presin de fluidos o presin de poro.

Por lo tanto tambin se define el esfuerzo cortante actuante A como esfuerzo cortante de trabajo o de diseo D: = + / Dnde:

Factor de seguridad por corte

Esfuerzo cortante actuante

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Esfuerzo normal efectivo Cohesin efectivaNOTA: 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.

Tabla 4: 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

Dnde:

amax = ZFa

Fa Fuerzas actuantes

(los valores de Z y Fa se encuentran definidos en las secciones 3.1.1 y 3.2.2 de la NEC-SE-DS. 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 segnTabla 4, en la cual las cargas se refieren a valores nominales de trabajo o servicio sin coeficientes de mayoracin.

4.2.3. Factores de Seguridad Indirectos

El Factor de Seguridad por Corte se puede considerar como el factor de seguridad bsico, o el factor de seguridad geotcnica real, pero de l se derivan Factores de Seguridad Indirectos que tienen valores diferentes y los cuales se especifican en las secciones 5.2 y 6.2.

NOTA: en todo caso se debe demostrar que el empleo de los Factores de Seguridad indirectos

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implica Factores de Seguridad por Corte iguales o superiores a los valores mnimos mostrados en la Tabla 4.

4.3. Condiciones drenadas y esfuerzos efectivos

Las condiciones drenadas son cuando las presiones de fluido de poro son insignificantes. Las condiciones drenadas se encuentran:

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 suelos granulares; gravas, arenas y gravas o arenas limosas no plsticas.

Para arcillas altamente sobre consolidadas (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)

4.4. Condiciones no drenadas y 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:

= = = = = = .Por lo tanto,

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

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. 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.

En los anlisis de excavaciones deber considerarse las dos condiciones de resistencia, drenadas y no drenadas.

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4.5. Reduccin de los valores de resistencia determinados en el laboratorio y campo

4.5.1. Principios

Los valores de resistencia no drenada de los materiales en un talud pueden ser determinados mediante ensayos de campo, laboratorio y/o correlaciones, como se explicita en la seccin 3.8.3.

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.

En el caso que se mantengan incertidumbres de acuerdo con los valores de resistencia, el ingeniero geotcnico podr pedir al laboratorio la repeticin de ciertos ensayos, justificando la perseverancia de dudas y cules son las mejoras esperadas.

4.5.2. 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 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. Esto se muestra en el estudio de Edgers (1973) y la Figura 3 que se encuentran en los apndices.

Se tomar en cuenta la siguiente formulacin:

= Dnde:

FScorte Factor de seguridad por corte

A Esfuerzo cortante

Su Resistencia al corte no drenada

A partir de > 75%, las deformaciones cortantes aumentan exponencialmente hasta llegar a una ruptura.

Por lo tanto para taludes de arcillosos ligeramente o normalmente consolidados, saturados y sin

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fisuracin, se requiere un factor de seguridad donde:

= > % > .Dnde:

FScorte Factor de seguridad por corte

A Esfuerzo cortante

Su Resistencia al corte no drenada

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5. Excavaciones

NOTA: En la presente seccin no se consideran 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 pueden ser planteados y analizados cumpliendo con los lineamientos establecidos, asentamientos admisibles y capacidad de carga admisibles.

5.1. Estabilidad de taludes y excavaciones

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

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;

De servicio: movimientos verticales y horizontales inmediatos y diferidos por descarga en el rea de excavacin y en los alrededores.

NOTA: para los estados lmites de servicio los valores esperados de tales movimientos debern sercalculados 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.

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.

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.

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

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en California, Blake et al. (2002) (Recommended Procedures for Implementation of DMG Special Publication 117, Guidelines for Analyzing and Mitigating Landslide Hazard in California)

El manual de estabilidad de taludes del Cuerpo de Ingenieros del Ejrcito 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 seguirla metodologa de Bray JD and Travasarou T (2007).

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.

5.2. 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.

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 yfuerzas actuantes a que puede estar sometida, tenindose en cuenta el tiempo de servicio esperado de la estructura. Las fuerzas actuantes sobre un muro de contencin se considerarn por unidad de longitud.

Entre varias condiciones externas y fuerzas actuantes, se destaca lo siguiente:

Peso propio del muro.

Empuje de tierras.

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Friccin entre muro y suelo que contiene.

Sobrecargas por otras estructuras.

Procesos de construccin.

Presiones hidrostticas las fuerzas de filtracin en su caso.

Cargas de anclaje.

Cargas de trfico.

Caractersticas del relleno.

Sistema de drenaje.

Procesos de socavacin o de oleaje (en vecindad de cuerpos de agua).

Efectos ssmicos.

Efectos de temperatura.

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.

Rotura estructural.

Adems, se revisarn los estados lmite de servicio, como:

Asentamiento.

Giro.

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 5.

NOTA: Vase la seccin 8.2 sobre las Factores de Seguridad Indirectas.

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).

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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 6

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

Tabla 5: Factores de seguridad indirectos mnimos

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6. Cimentaciones

6.1. Generalidades y metodologa general para diseo de cimentacin

6.1.1. Funcin

La funcin principal de la cimentacin o subestructura es la transferencia adecuada al subsuelo de:

Las cargas vivas y muertas de las edificaciones.

Las cargas ssmicas sostenidas por el edificio.

Las cargas ssmicas impartidas del propio suelo.

La cimentacin o subestructura debe ubicarse y desplantarse sobre materiales que dispongan de caractersticas geomecnicas suficientes para garantizar:

La resistencia al corte

Un idneo desempeo de la estructura para los asentamientos generados en el subsuelo.

Que la resistencia se mantenga por debajo de los estados lmite de falla (capacidad de carga) y de servicio (asentamientos) en los diseos de cimentaciones.

6.1.2. Clasificacin

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

=

> = Dnde:

Df Profundidad de desplante

B Ancho de la cimentacin

El tipo de cimentacin ser elegido en base a:

Un anlisis que contemple la naturaleza de la edificacin y las cargas a transmitir.

Las condiciones del suelo o roca basados en parmetros obtenidos de ensayos de campo y laboratorio.

Las teoras a emplearse en la determinacin de la capacidad admisible.

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Los costos que representen cada una de las alternativas estudiadas,

El procedimiento general a seguir se presenta en el diagrama de flujo de la Figura 2,ejemplificando para una zapata o cimentacin superficial y que puede ser aplicado para cualquier tipo de cimentacin. El diagrama muestra la interaccin y factores claves que afectan la seleccin y diseo de una cimentacin eficiente para un proyecto especfico. Se debe 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.

NOTA: En muchos casos el diagrama de flujo puede ser simplificado dependiendo de los requerimientos del proyecto.

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Figura 2: Diagrama de flujo conceptual para el diseo de cimentaciones (modificado de NBCC, 2005)

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6.2. Estados lmite de falla: capacidad de carga y factor de seguridad Indirecto (FSI)

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

En cualquiera de las metodologas utilizadas bajo el criterio de resistencia al corte podrn ser utilizados como mnimo los siguientes Factores de Seguridad Indirecta Mnimos (FSIM) para la capacidad portante de cimientos superficiales y de punta de cimentaciones profundas:

CONDICIN F.S.I.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

Tabla 6: Factores de Seguridad Indirectos Mnimos, F.S.I.M

NOTA: Vase la seccin 4.2.3 los factores de seguridad indirectos. En todo caso se debe demostrar que el empleo de los Factores de Seguridad indirectos implica Factores de Seguridad por Corte iguales o superiores a los valores mnimos mostrados en la Tabla 4. Cimentaciones superficiales o directas

6.3. Estado lmite de servicio: asentamientos

El asentamiento total a ser calculado, ser el resultado de la suma de los:

Asentamientos inmediatos.

Asentamientos por consolidacin (primaria y secundaria).

Asentamientos inducidos por sismos.

6.3.1. 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).

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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. NOTA: este procedimiento estar sujeto al conocimiento de las experiencias que se tengan del sitio y del criterio del geotcnico.

6.3.2. 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 (ensayo odomtricos por carga incremental o deformacin unitaria constante, triaxial CIU) sobre muestras del tipo inalterada.

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).

6.3.3. 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.

6.3.4. Asentamientos tolerables para las edificaciones

En trminos del asentamiento promedio total que experimente la cimentacin de una estructuradurante un lapso de 25 aos:

Se considera las cargas muertas de servicio y 50% de cargas vivas mximas.

Para construcciones aisladas 20 cm.

Para construcciones entre medianeros 10 cm.

NOTA: siempre y cuando no se afecten la funcionalidad de conducciones de servicios y accesos a la construccin.

Se considera el asentamiento diferencial, entendindose este asentamiento como la diferencia vertical entre dos puntos distintos de la cimentacin de una estructura. La Tabla 7 muestra los mximos de asentamientos diferenciales calculados, expresados en funcin de la distancia entre apoyos o columnas, L.

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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

Tabla 7: Valores mximos de asentamientos diferenciales calculados, expresados en funcin de la distancia entre apoyos o columnas, L

NOTA: 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 7,siendo estos levantamientos y no asentamientos. Se podr proponer y disear mtodos de mejoramiento del subsuelo para mitigar la accin de los suelos expansivos.

6.4. 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.

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 empuje 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 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:

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.

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

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.

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.

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 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 los 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 10.6.4 de la NEC-SE-DS.

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

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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 medianteun 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.

6.5. 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 de acuerdo con ASTM D 1143, donde el nmero de ensayos mnimos a realizarse se indican en la Tabla 8.

CATEGORA N DE PRUEBAS

Baja 1

Media 2

Alta 3

Especial 5

Tabla 8: Nmero Mnimo de Ensayos de Carga en Pilotes o Pilas para poder reducir los FSIM

Se recomienda realizar previo a la hinca de los pilotes, anlisis de hincabilidad de pilotes, seguimiento los procedimientos del PDCA (Pile Driving Contractors Association), 2001.

Tambin se recomienda considerar 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).

Por ltimo, cuando se realicen pruebas dinmicas en campo, High Strain Dynamic pile testing se las debe realizar segn la norma ASTM D4945-00. En el caso de pruebas de baja deformacin (Ensayo Snico, PIT) se debe realizar segn la norma ASTM D5882.

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7. Zapatas aisladas, combinadas y losas

7.1. Definicin

Como mencionado en la seccin 6.1, las cimentaciones superficiales se definen mediante la siguiente relacin:

Dnde:

Df Profundidad de desplante

B Ancho de la cimentacin

7.2. Estado lmite de falla: capacidad de carga

7.2.1. Capacidad de carga admisible qadm

En el informe geotcnico deber constar la capacidad de carga admisible qadm a la profundidad r