robertsanchez
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Ago 1, 2009, 7:09 PM
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NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS
PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE
CIMENTACIONES
ÍNDICE
Normas Técnicas Complementarias para
Diseño y Construcción de Cimentaciones ..............
NOTACIÓN...................................................................
1. CONSIDERACIONES GENERALES...................
1.1 Alcance ................................................................
1.2 Unidades..............................................................
2. INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO ....................
2.1 Investigación de las colindancias.....................
2.2 Reconocimiento del sitio ...................................
2.3 Exploraciones......................................................
2.4 Determinación de las propiedades en el
laboratorio ...........................................................
2.5 Investigación del hundimiento regional ...........
3. VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD DE
LAS CIMENTACIONES........................................
3.1 Acciones de diseño ............................................
3.2 Factores de carga y de resistencia ...................
3.3 Cimentaciones someras (zapatas y
losas)....................................................................
3.3.1 Estados límite de falla ........................................
3.3.2 Estados límite de servicio...................................
3.4 Cimentaciones compensadas ...........................
3.4.1 Estados límite de falla ........................................
3.4.2 Estados límite de servicio...................................
3.4.3 Presiones sobre muros exteriores de la
subestructura......................................................
3.5 Cimentaciones con pilotes de fricción .............
3.5.1 Estados límite de falla ........................................
3.5.2 Estados límite de servicio...................................
3.6 Cimentaciones con pilotes de punta o
pilas ......................................................................
3.6.1 Estados límite de falla ........................................
3.6.1.1 Capacidad por punta.....................................
3.6.1.2 Capacidad por fricción lateral sobre el
fuste de pilotes de punta o pilas....................
3.6.2 Estados límite de servicio...................................
3.7 Pruebas de carga en pilotes ..............................
3.8 Cimentaciones especiales .................................
4. DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA
CIMENTACIÓN.....................................................
5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE
EXCAVACIONES..................................................
5.1 Estados límite de falla ........................................
5.1.1 Taludes ...............................................................
5.1.2 Falla por subpresión en estratos
permeables .........................................................
5.1.3 Estabilidad de excavaciones ademadas ............
5.1.4 Estabilidad de estructuras vecinas .....................
5.2 Estados límite de servicio..................................
5.2.1 Expansiones instantáneas y diferidas por
descarga .............................................................
5.2.2 Asentamiento del terreno natural
adyacente a las excavaciones............................
6. MUROS DE CONTENCIÓN..................................
6.l Estados límite de falla ........................................
6.1.1 Restricciones del movimiento del muro..............
6.1.2 Tipo de relleno ....................................................
6.1.3 Compactación del relleno ...................................
6.1.4 Base del muro.....................................................
6.2 Estados límite de servicio..................................
7. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO..................
7.1 Procedimiento constructivo de
cimentaciones .....................................................
7.1.1 Cimentaciones someras .....................................
7.1.2 Cimentaciones con pilotes o pilas ......................
7.1.2.1 Pilas o pilotes colados en el lugar .................
7.1.2.2 Pilotes hincados a percusión.........................
7.1.2.3 Pruebas de carga en pilotes o pilas ..............
7.2 Excavaciones.......................................................
7.2.1 Consideraciones generales ................................
7.2.2. Control del flujo de agua.....................................
7.2.3 Tablaestacas y muros colados en el lugar .........
7.2.4 Secuencia de excavación...................................
7.2.5 Protección de taludes permanentes...................
8. OBSERVACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO DE LA
CIMENTACIÓN.....................................................
9. CIMENTACIONES ABANDONADAS ..................
10. CIMENTACIONES SOBRE RELLENOS
CONTROLADOS..................................................
11. RECIMENTACIONES...........................................
12. MEMORIA DE DISEÑO ........................................
Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones
NOTACIÓN
A área del cimiento
A’ área efectiva del cimiento
AL área lateral de un pilote
Ap área transversal de la base de la pila o del pilote
B ancho de la cimentación o diámetro equivalente
de la base de los pilotes de punta o pilas
B’ ancho efectivo de la cimentación
Cf capacidad de carga por adherencia lateral de un
pilote de fricción
Cp capacidad de carga de un pilote de punta o pila
cu cohesión aparente determinada en ensaye
triaxial no–consolidado no–drenado, (UU)
D diámetro del pilote
Df profundidad de desplante
Dr compacidad relativa
E módulo de elasticidad del pilote
e distancia a partir del eje longitudinal del cimiento
en la que actúa una resultante excéntrica
eo relación de vacíos inicial
FC factor de carga
FR factor de resistencia, especificado en la sección
3.2
Fre factor que toma en cuenta el efecto de escala
para corregir la capacidad por punta de pilotes o
pilas de más de 50 cm de diámetro
G módulo de rigidez al cortante del suelo
f adherencia lateral media pilote–suelo
H espesor de un estrato de suelo
hc altura de la construcción
hi espesor de una capa impermeable
hw altura piezométrica en el lecho inferior de una
capa impermeable
I momento de inercia del pilote
K coeficiente de reacción horizontal del suelo
L longitud del pilote
L’ longitud efectiva de la cimentación
Le longitud del pilote o pila empotrada en el estrato
resistente
N número entero determinado por tanteo que
genere el menor valor de Pc
Nc coeficiente de capacidad de carga, dado por
Nc = 5.14(1 + 0.25Df /B + 0.25B/L)
Nc* coeficiente de capacidad de carga, cuyo valor
depende de φu
Nmáx, Nmín coeficientes para el cálculo de Nq*
Nq coeficiente de capacidad de carga, dado por
Nq=eπ tan φ tan² (45°+φ/2)
Nq* coeficiente de capacidad de carga, cuyo valor
depende de φ y de la relación Le / B
Nγ coeficiente de capacidad de carga, dado por
Nγ = 2 ( Nq+1) tan φ
n exponente igual a 1 para suelo suelto, 2 para
suelo medianamente denso y 3 para suelo
denso
P perímetro de la construcción
Pc fuerza crítica para revisión por pandeo de pilotes
de pequeño diámetro
pv presión vertical total a la profundidad de
desplante por peso propio del suelo
pv presión vertical efectiva a la profundidad de
desplante
R capacidad de carga de pilotes de fricción o de
grupos de pilotes de este tipo
Vs velocidad de propagación de onda de corte
w peso unitario medio de la estructura
Z profundidad del nivel freático bajo el nivel de
desplante de la cimentación
z profundidad a la que se realiza el cálculo de Δe
α coeficiente para el cálculo de φ
γ peso volumétrico del suelo
γ’ peso volumétrico sumergido del suelo
γm peso volumétrico total del suelo
γw peso volumétrico del agua
Δe variación de 1a relación de vacíos bajo el
incremento de esfuerzo vertical efectivo Δp
inducido a la profundidad z por la carga
superficial
ΔH asentamiento de un estrato de espesor H
Δp incrementos de presión vertical inducidos por la
carga superficial
Δz espesores de sub–estratos elementales dentro
de los cuales los esfuerzos verticales pueden
considerarse uniformes
δ inclinación de la resultante de las acciones
respecto a la vertical
ξ porcentaje de amortiguamiento con respecto al
crítico
ΣQFC suma de las acciones verticales a tomar en
cuenta en la combinación considerada en el
nivel de desplante, afectadas por sus
respectivos factores de carga
ΣqFC suma de las sobrecargas superficiales
afectadas por sus respectivos factores de carga
φ ángulo de fricción interna del material
φu ángulo de fricción aparente
φ* ángulo con la horizontal de la envolvente de los
círculos de Mohr a la falla en la prueba de
resistencia que se considere más representativa
del comportamiento del suelo en las condiciones
de trabajo
1. CONSIDERACIONES GENERALES
1.1 Alcance
Las presentes Normas no son un manual de diseño y
por tanto no son exhaustivas. Sólo tienen por objeto
fijar criterios y métodos de diseño y construcción de
cimentaciones que permitan cumplir los requisitos
mínimos definidos en el Capítulo VIII del Título Sexto
del Reglamento. Los aspectos no cubiertos por ellas
quedan a criterio del Director Responsable de Obra
y, en su caso, del Corresponsable en Seguridad
Estructural y serán de su responsabilidad. El uso de
criterios o métodos diferentes de los que aquí se
presentan también puede ser aceptable, pero
requerirá la aprobación expresa de la Administración.
1.2 Unidades
En los estudios para el diseño de cimentaciones, se
usará un sistema de unidades coherente, de
preferencia el Sistema Internacional (SI). Sin
embargo, en este último caso, respetando la práctica
común en mecánica de suelos en México, será
aceptable usar como unidad de fuerza la tonelada
métrica, que se considerará equivalente a 10 kN.
2. INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO
2.1 Investigación de las colindancias
Deberán investigarse el tipo y las condiciones de
cimentación de las construcciones colindantes en
materia de estabilidad, hundimientos, emersiones,
agrietamientos del suelo y desplomes, y tomarse en
cuenta en el diseño y construcción de la cimentación
en proyecto.
Asimismo, se investigarán la localización y las
características de las obras subterráneas cercanas,
existentes o proyectadas, pertenecientes a la red de
transporte colectivo, de drenaje y de otros servicios
públicos, con objeto de verificar que la construcción
no cause daños a tales instalaciones ni sea afectada
por ellas.
2.2 Reconocimiento del sitio
Como lo define el artículo 170 del Capítulo VIII del
Título Sexto del Reglamento, para fines de las
presentes Normas, el Distrito Federal se divide en
tres zonas con las siguientes características
generales:
a) Zona I. Lomas, formadas por rocas o suelos
generalmente firmes que fueron depositados
fuera del ambiente lacustre, pero en los que
pueden existir, superficialmente o intercalados,
depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos
relativamente blandos. En esta zona, es
frecuente la presencia de oquedades en rocas,
de cavernas y túneles excavados en suelos para
explotar minas de arena y de rellenos no
controlados;
b) Zona II. Transición, en la que los depósitos
profundos se encuentran a 20 m de profundidad,
o menos, y que está constituida
predominantemente por estratos arenosos y limo
arenosos intercalados con capas de arcilla
lacustre; el espesor de éstas es variable entre
decenas de centímetros y pocos metros; y
c) Zona III. Lacustre, integrada por potentes
depósitos de arcilla altamente compresibles,
separados por capas arenosas con contenido
diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas
son generalmente medianamente compactas a
muy compactas y de espesor variable de
centímetros a varios metros. Los depósitos
lacustres suelen estar cubiertos superficialmente
por suelos aluviales, materiales desecados y
rellenos artificiales; el espesor de este conjunto
puede ser superior a 50 m.
En la fig. 2.1 se muestran las porciones del Distrito
Federal cuyo subsuelo se conoce aproximadamente
en cuanto a la zonificación anterior.
N
P E R I F É R I C O
I N S U R G E N T E S
C I R C U I T O
I N T E R I O R
V I A D U C T O
A E R O P U E R T O
P E R I F É R I C O
T L A L P A N
PROL. DIV. DEL NORTE
XOCHIMILCO - TULYEHUALCO
A V. T L A H U A C
DISTRITO FEDERAL
Z A R A G O Z A
R E Y E S - T E X C O C O
A U T O P . MÉX . - T E X .
P E R I F É R I C O
ESTADO DE MÉXICO
TLAHUAC - TULYEHUALCO
" C A R A C O L "
T E X C O C O
19.60
19.55
19.50
19.45
19.40
19.35
19.30
19.25
-99.25 -99.20 -99.15 -99.10 -99.05 -99.00 -98.95 -98.90 -98.85
19.20
L O N G I T U D
L A T I T U D
Zona I
Zona II
Zona III
19.15
-99.30
0 1 2.5 5 10 15 20 Km
Escala gráfica
TLAHUAC - CHALCO
C. X I C O
R E F O R M A
Figura 2.1 Zonificación geotécnica de la ciudad de México
Esta figura solamente podrá usarse para definir la
zona a la que pertenece un predio dado en el caso
de las construcciones ligeras o medianas de poca
extensión y con excavaciones someras definidas en
el inciso a) de la tabla 2.1. En este caso, los predios
ubicados cerca de las fronteras entre dos de las
zonas se supondrán ubicados en la más
desfavorable. En cualquier otro caso, la zona se
definirá a partir de exploraciones directas del
subsuelo.
La investigación del subsuelo del sitio mediante
exploración de campo y pruebas de laboratorio se
apoyará en el conocimiento geológico general y local
que se tenga de la zona de interés y deberá ser
suficiente para definir de manera confiable los
parámetros de diseño de la cimentación y la
variación de los mismos en el predio. Además,
deberá permitir obtener información suficiente sobre
los aspectos siguientes:
1) En la zona I se averiguará si existen en
ubicaciones de interés materiales sueltos
superficiales, grietas, oquedades naturales o
galerías de minas y, en caso afirmativo, se
obtendrá la información requerida para su
apropiado tratamiento.
En la porción de la zona I no cubierta por
derrames basálticos, los estudios se iniciarán con
un reconocimiento detallado del lugar donde se
localice el predio, así como de las barrancas,
cañadas o cortes cercanos al mismo, para
investigar la existencia de bocas de antiguas
minas o de capas de arena, grava y materiales
pumíticos que hubieran podido ser objeto de
explotación subterránea en el pasado. El
reconocimiento deberá complementarse con los
datos que proporcionen habitantes del lugar y la
observación del comportamiento del terreno y de
las construcciones existentes así como el análisis
de fotografías aéreas antiguas. Se determinará si
el predio fue usado en el pasado como depósito
de desechos o fue nivelado con rellenos
colocados sin compactación. Se prestará
asimismo atención a la posibilidad de que el
suelo natural esté constituido por depósitos de
arena en estado suelto o por materiales finos
cuya estructura sea inestable en presencia de
agua o bajo carga. En los suelos firmes se
buscarán evidencias de grietas limpias o rellenas
con material de baja resistencia, que pudieran
dar lugar a inestabilidad del suelo de
cimentación, principalmente, en laderas
abruptas. Se prestará también atención a la
posibilidad de erosión diferencial en taludes o
cortes, debida a variaciones del grado de
cementación de los materiales que los
constituyen. En las zonas de derrames
basálticos, además de localizar los materiales
volcánicos sueltos y las grietas superficiales que
suelen estar asociados a estas formaciones, se
buscarán evidencias de oquedades subterráneas
dentro de la lava que pudieran afectar la
estabilidad de las cimentaciones. Se tomará en
cuenta que, en ciertas áreas del Distrito Federal,
los derrames basálticos yacen sobre materiales
arcillosos compresibles.
2) En las zonas II y III, se averiguará la historia de
carga del predio y la existencia de cimentaciones
antiguas, restos arqueológicos, rellenos
superficiales antiguos o recientes, variaciones
fuertes de estratigrafía, suelos inestables o
colapsables, o cualquier otro factor que pueda
originar asentamientos diferenciales de
importancia, de modo que todo ello pueda
tomarse en cuenta en el diseño. Asimismo, en
estas zonas se deberá investigar la existencia de
grietas en el terreno, principalmente en las áreas
de transición abrupta entre las zonas I y III que
se pueden apreciar en el mapa de la fig. 2.1.
En la zona II, la exploración del subsuelo se
planeará tomando en cuenta que suele haber
irregularidades en el contacto entre las diversas
formaciones así como mantos de agua colgada y
variaciones importantes en el espesor de los
suelos compresibles.
2.3 Exploraciones
Las investigaciones mínimas del subsuelo a realizar
serán las que se indican en la tabla 2.1. No obstante,
la observancia del número y tipo de investigaciones
indicados en esta tabla no liberará al Director
Responsable de la Obra de la obligación de realizar
todos los estudios adicionales necesarios para definir
adecuadamente las condiciones del subsuelo. Las
investigaciones requeridas en el caso de problemas
especiales, y especialmente en terrenos afectados
por irregularidades, serán generalmente muy
superiores a las indicadas en la tabla 2.1.
Para la aplicación de la tabla 2.1, se tomará en
cuenta lo siguiente:
a) Se entenderá por peso unitario medio de una
estructura, w, la suma de la carga muerta y de la
carga viva con intensidad media al nivel de
apoyo de la subestructura dividida entre el área
de la proyección en planta de dicha
subestructura. En edificios formados por cuerpos
con estructuras desligadas, y en particular en
unidades habitacionales, cada cuerpo deberá
considerarse separadamente.
b) El número mínimo de exploraciones a realizar
(pozos a cielo abierto o sondeos según lo
especifica la tabla 2.1) será de una por cada 80
m o fracción del perímetro o envolvente de
mínima extensión de la superficie cubierta por la
construcción en las zonas I y II, y de una por
cada 120 m o fracción de dicho perímetro en la
zona III. La profundidad de las exploraciones
dependerá del tipo de cimentación y de las
condiciones del subsuelo pero no será inferior a
dos metros bajo el nivel de desplante. Los
sondeos que se realicen con el propósito de
explorar el espesor de los materiales
compresibles en las zonas II y III deberán,
además, penetrar en el estrato incompresible al
menos 3 m y, en su caso, en las capas
compresibles subyacentes si se pretende apoyar
pilotes o pilas en dicho estrato. En edificios
formados por cuerpos con estructuras
desligadas, y en particular en unidades
habitacionales, deberán realizarse exploraciones
suficientemente profundas para poder estimar los
asentamientos inducidos por la carga combinada
del conjunto de las estructuras individuales.
c) Los procedimientos para localizar rellenos
artificiales, galerías de minas y otras oquedades
deberán ser directos, es decir basados en
observaciones y mediciones en las cavidades o
en sondeos. Los métodos indirectos, incluyendo
los geofísicos, solamente se emplearán como
apoyo de las investigaciones directas.
d) Los sondeos a realizar podrán ser de los tipos
indicados a continuación:
1) Sondeos con recuperación continua de
muestras alteradas mediante la herramienta de
penetración estándar. Servirán para evaluar la
consistencia o compacidad de los materiales
superficiales de la zona I y de los estratos
resistentes de las zonas II y III. También se
emplearán en las arcillas blandas de las zonas
II y III con objeto de obtener un perfil continuo
del contenido de agua y otras propiedades
índice. No será aceptable realizar pruebas
mecánicas usando especímenes obtenidos en
dichos sondeos.
2) Sondeos mixtos con recuperación alternada de
muestras inalteradas y alteradas en las zonas
II y III. Sólo las primeras serán aceptables para
determinar propiedades mecánicas. Las
profundidades de muestreo inalterado se
definirán a partir de perfiles de contenido de
agua, determinados previamente mediante
sondeos con recuperación de muestras
alteradas.
3) Sondeos consistentes en realizar, en forma
continua o selectiva, una determinada prueba
de campo, con o sin recuperación de
muestras. La prueba podrá consistir en medir:
– El número de golpes requeridos para
lograr, mediante impactos, cierta
penetración de un muestreador estándar
(prueba SPT) o de un dispositivo mecánico
cónico (prueba dinámica de cono).
– La resistencia a la penetración de un cono
mecánico o eléctrico u otro dispositivo
similar (prueba estática de cono o prueba
penetrométrica). Al ejecutar este tipo de
prueba de campo, deberán respetarse los
procedimientos aceptados, en particular en
cuanto a la velocidad de penetración, la
cual estará comprendida entre 1 y 2 cm/s.
– La respuesta esfuerzo–deformación del
suelo y la presión límite registradas al
provocar en el sondeo la expansión de una
cavidad cilíndrica (prueba presiométrica).
Este tipo de prueba se considerará
principalmente aplicable para determinar
las características de los suelos firmes de
la zona I o de los estratos duros de las
zonas II y III.
– La resistencia al cortante del suelo (prueba
de veleta o similar). Este tipo de prueba se
considerará principalmente aplicable a los
suelos blandos de las zonas II y III.
– La velocidad de propagación de ondas en
el suelo. Se podrá recurrir a ensayes de
campo para estimar el valor máximo del
módulo de rigidez al cortante, G, a partir de
la velocidad de propagación de las ondas
de corte, Vs, que podrá obtenerse de
ensayes geofísicos de campo como los de
pozo abajo, pozo arriba, el ensaye de cono
sísmico, el de sonda suspendida o el
ensaye de pozos cruzados. En este tipo de
pruebas es recomendable emplear un
inclinómetro para conocer y controlar la
posición de los geófonos para el registro de
vibraciones y la de la fuente emisora de
vibraciones.
Estos sondeos podrán usarse para fines de
verificación estratigráfica, con objeto de
extender los resultados del estudio a un área
mayor. Sus resultados también podrán
emplearse para fines de estimación de las
propiedades mecánicas de los suelos siempre
que se cuente con una calibración precisa y
reciente del dispositivo usado y se disponga de
correlaciones confiables con resultados de
pruebas de laboratorio establecidas o
verificadas localmente.
4) Sondeos con equipo rotatorio y muestreadores
de barril. Se usarán en los materiales firmes y
rocas de la zona I a fin de recuperar núcleos
para clasificación y para ensayes mecánicos,
siempre que el diámetro de los mismos sea
suficiente. Asimismo, se podrán utilizar para
obtener muestras en las capas duras de las
zonas II y III.
5) Sondeos de percusión o de avance con equipo
tricónico o sondeos con variables de
perforación controladas, es decir sondeos con
registros continuos de la presión en las
tuberías o mangueras de la máquina de
perforar, de la velocidad de avance, de la
torsión aplicada, etc. Serán aceptables para
identificar tipos de material o descubrir
oquedades.
Tabla 2.1 Requisitos mínimos para la investigación del subsuelo
a) Construcciones ligeras o medianas de poca extensión y con excavaciones someras
Son de esta categoría las edificaciones que cumplen con los siguientes tres requisitos:
Peso unitario medio de la estructura w ≤ 40 kPa (4 t/m²)
Perímetro de la construcción:
P ≤ 80 m en las zonas I y II; o
P ≤ 120 m en la zona III
Profundidad de desplante Df ≤ 2.5 m
ZONA I
1) Detección por procedimientos directos, eventualmente apoyados en métodos indirectos, de rellenos
sueltos, galerías de minas, grietas y otras irregularidades.
2) Pozos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la
profundidad de desplante.
3) En caso de considerarse en el diseño del cimiento un incremento neto de presión mayor de 80 kPa (8
t/m²), el valor recomendado deberá justificarse a partir de los resultados de las pruebas de laboratorio o
de campo realizadas.
ZONA II
1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos
sueltos y grietas.
2) Pozos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la
profundidad de desplante.
3) En caso de considerarse en el diseño del cimiento un incremento neto de presión mayor de 50 kPa (5
t/m²), bajo zapatas o de 20 kPa (2 t/m²), bajo losa general, el valor recomendado deberá justificarse a
partir de los resultados de las pruebas de laboratorio o de campo realizadas.
ZONA III
1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos
sueltos y grietas.
2) Pozos a cielo abierto complementados con exploraciones más profundas, por ejemplo con posteadora,
para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la profundidad de desplante.
3) En caso de considerarse en el diseño de cimiento un incremento neto de presión mayor de 40 kPa (4
t/m²), bajo zapatas o de 15 kPa (1.5 t/m²) bajo losa general, el valor recomendado deberá justificarse a
partir de los resultados de las pruebas de laboratorio o de campo realizadas.
b) Construcciones pesadas, extensas o con excavaciones profundas
Son de esta categoría las edificaciones que tienen al menos una de las siguientes características:
Peso unitario medio de la estructura w > 40 kPa (4 t/m²)
Perímetro de la construcción:
P > 80 m en las Zonas I y II; o
P > 120 m en la Zona III
Profundidad de desplante Df > 2.5 m
ZONA I
1) Detección, por procedimientos directos, eventualmente apoyados en métodos indirectos, de rellenos
sueltos, galerías de minas, grietas y otras oquedades.
2) Sondeos o pozos profundos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los
materiales y definir la profundidad de desplante. La profundidad de la exploración con respecto al nivel de
desplante será al menos igual al ancho en planta del elemento de cimentación, pero deberá abarcar
todos los estratos sueltos o compresibles que puedan afectar el comportamiento de la cimentación del
edificio.
ZONA II
1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos
sueltos y grietas.
2) Sondeos para determinar la estratigrafía y propiedades índice y mecánicas de los materiales del subsuelo
y definir la profundidad de desplante mediante muestreo y/o pruebas de campo. En por lo menos uno de
los sondeos, se obtendrá un perfil estratigráfico continuo con la clasificación de los materiales
encontrados y su contenido de agua. Además, se obtendrán muestras inalteradas de los estratos que
puedan afectar el comportamiento de la cimentación. Los sondeos deberán realizarse en número
suficiente para verificar si el subsuelo del predio es uniforme o definir sus variaciones dentro del área
estudiada.
3) En caso de cimentaciones profundas, investigación de la tendencia de los movimientos del subsuelo
debidos a consolidación regional y determinación de las condiciones de presión del agua en el subsuelo,
incluyendo detección de mantos acuíferos colgados.
ZONA III
1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del medio para detección de rellenos
sueltos y grietas.
2) Sondeos para determinar la estratigrafía y propiedades índice y mecánicas de los materiales y definir la
profundidad de desplante mediante muestreo y/o pruebas de campo. En por lo menos uno de los
sondeos se obtendrá un perfil estratigráfico continuo con la clasificación de los materiales encontrados y
su contenido de agua. Además, se obtendrán muestras inalteradas de los estratos que puedan afectar el
comportamiento de la cimentación. Los sondeos deberán realizarse en número suficiente para verificar si
el subsuelo del predio es uniforme o definir sus variaciones dentro del área estudiada.
3) En caso de cimentaciones profundas, investigación de la tendencia de los movimientos del subsuelo
debidos a consolidación regional y determinación de las condiciones de presión del agua en el subsuelo,
incluyendo detección de mantos acuíferos colgados.
2.4 Determinación de las propiedades en
el laboratorio
Las propiedades índice relevantes de las muestras
alteradas e inalteradas se determinarán siguiendo
procedimientos aceptados para este tipo de pruebas.
El número de ensayes realizados deberá ser
suficiente para poder clasificar con precisión el suelo
de cada estrato. En materiales arcillosos, se harán
por lo menos dos clasificaciones y determinaciones
de contenido de agua por cada metro de exploración
y en cada estrato individual identificable.
Las propiedades mecánicas (resistencia y
deformabilidad a esfuerzo cortante y compresibilidad)
e hidráulicas (permeabilidad) de los suelos se
determinarán, en su caso, mediante procedimientos
de laboratorio aceptados. Las muestras de
materiales cohesivos ensayadas serán siempre de
tipo inalterado. Para determinar la compresibilidad,
se recurrirá a pruebas de consolidación
unidimensional y para la resistencia al esfuerzo
cortante, a las pruebas que mejor representen las
condiciones de drenaje, trayectorias de esfuerzos, y
variación de carga que se desean evaluar. Cuando
se requiera, las pruebas se conducirán de modo que
permitan determinar la influencia de la saturación, de
las cargas cíclicas y de otros factores significativos
sobre las propiedades de los materiales ensayados.
Se realizarán por lo menos dos series de tres
pruebas de resistencia y dos de consolidación en
cada estrato identificado de interés para el análisis
de la estabilidad o de los movimientos de la
construcción.
Para determinar en el laboratorio las propiedades
dinámicas del suelo, y en particular el módulo de
rigidez al cortante, G, y el porcentaje de
amortiguamiento con respecto al crítico, ξ, a
diferentes niveles de deformación, podrán emplearse
los ensayes de columna resonante o él de péndulo
de torsión, el ensaye triaxial cíclico o cíclico
torsionante, o él de corte simple cíclico. Los
resultados de estos ensayes se interpretarán
siguiendo métodos y criterios reconocidos, de
acuerdo con el principio de operación de cada uno de
los aparatos. En todos los casos, se deberá tener
presente que los valores de G y ξ obtenidos están
asociados a los niveles de deformación impuestos en
cada aparato y pueden diferir de los prevalecientes
en el campo.
A fin de especificar y controlar la compactación de
los materiales cohesivos empleados en rellenos, se
recurrirá a la prueba Proctor estándar. En el caso de
materiales compactados con equipo muy pesado, se
recurrirá a la prueba Proctor modificada o a otra
prueba equivalente. La especificación y el control de
compactación de materiales no cohesivos se basarán
en el concepto de compacidad relativa.
2.5 Investigación del hundimiento regional
En las zonas II y III, se tomará en cuenta la
información disponible respecto a la evolución del
proceso de hundimiento regional que afecta la parte
lacustre del Distrito Federal y se preverán sus
efectos a corto y largo plazo sobre el comportamiento
de la cimentación en proyecto.
En edificaciones de los grupos A y B1 (véase artículo
139 del Capítulo I del Titulo Sexto del Reglamento),
la investigación respecto al fenómeno de
hundimiento regional deberá hacerse por
observación directa de piezómetros y bancos de nivel
colocados con suficiente anticipación al inicio de la
obra, a diferentes profundidades y hasta los estratos
profundos, alejados de cargas, estructuras y
excavaciones que alteren el proceso de
consolidación natural del subsuelo. En el caso de los
bancos de nivel profundos, se deberá garantizar que
los efectos de la fricción negativa actuando sobre
ellos no afectarán las observaciones.
3. VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LAS
CIMENTACIONES
En el diseño de toda cimentación, se considerarán
los siguientes estados límite, además de los
correspondientes a los miembros de la estructura:
a) De falla:
1) Flotación;
2) Flujo plástico local o general del suelo bajo
la cimentación; y
3) Falla estructural de pilotes, pilas u otros
elementos de la cimentación.
La revisión de la seguridad de una cimentación ante
estados límite de falla consistirá en comparar para
cada elemento de la cimentación, y para ésta en su
conjunto, la capacidad de carga del suelo con las
acciones de diseño, afectando la capacidad de carga
neta con un factor de resistencia y las acciones de
diseño con sus respectivos factores de carga.
La capacidad de carga de los suelos de cimentación
se calculará por métodos analíticos o empíricos
suficientemente apoyados en evidencias
experimentales locales o se determinará con pruebas
de carga. La capacidad de carga de la base de
cualquier cimentación se calculará a partir de la
resistencia media del suelo a lo largo de la superficie
potencial de falla correspondiente al mecanismo más
crítico. En el cálculo se tomará en cuenta la
interacción entre las diferentes partes de la
cimentación y entre ésta y las cimentaciones vecinas.
Cuando en el subsuelo del sitio o en su vecindad
existan rellenos sueltos, galerías, grietas u otras
oquedades, éstos deberán tratarse apropiadamente
o bien considerarse en el análisis de estabilidad de la
cimentación.
b) De servicio:
1) Movimiento vertical medio, asentamiento o
emersión de la cimentación, con respecto
al nivel del terreno circundante;
2) Inclinación media de la construcción, y
3) Deformación diferencial de la propia
estructura y sus vecinas.
En cada uno de los movimientos, se considerarán el
componente inmediato bajo carga estática, el
accidental, principalmente por sismo, y el diferido,
por consolidación, y la combinación de los tres. El
valor esperado de cada uno de tales movimientos
deberá garantizar que no se causarán daños
intolerables a la propia cimentación, a la
superestructura y sus instalaciones, a los elementos
no estructurales y acabados, a las construcciones
vecinas ni a los servicios públicos.
Se prestará gran atención a la compatibilidad a corto
y largo plazo del tipo de cimentación seleccionado
con el de las estructuras vecinas.
La revisión de la cimentación ante estados límite de
servicio se hará tomando en cuenta los límites
indicados en la tabla 3.1.
3.1 Acciones de diseño
De acuerdo con lo señalado en la sección 2.3 de las
Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y
Acciones para el Diseño Estructural de las
Edificaciones, las combinaciones de acciones a
considerar en el diseño de cimentaciones serán las
siguientes:
a) Primer tipo de combinación
Acciones permanentes más acciones variables,
incluyendo la carga viva. Con este tipo de
combinación se revisarán tanto los estados límite de
servicio como los de falla. Las acciones variables se
considerarán con su intensidad media para fines de
cálculos de asentamientos u otros movimientos a
largo plazo. Para la revisión de estados límite de
falla, se considerará la acción variable más
desfavorable con su intensidad máxima y las
acciones restantes con intensidad instantánea. Entre
las acciones permanentes se incluirán el peso propio
de los elementos estructurales de la cimentación, los
efectos del hundimiento regional sobre la
cimentación, incluyendo la fricción negativa, el peso
de los rellenos y lastres que graviten sobre los
elementos de la subestructura, incluyendo el agua en
su caso, los empujes laterales sobre dichos
elementos y toda otra acción que se genere sobre la
propia cimentación o en su vecindad.
Tabla 3.1 Límites máximos para movimientos y deformaciones originados en la cimentación1
a) Movimientos verticales (hundimiento o emersión)
Concepto Límite
En la zona I:
Valor medio en el área ocupada por la construcción:
Asentamiento: Construcciones aisladas
Construcciones colindantes
5 cm (2)
2.5 cm
En las zonas II y III:
Valor medio en el área ocupada por la construcción:
Asentamiento: Construcciones aisladas
Construcciones colindantes
Emersión: Construcciones aisladas
Construcciones colindantes
Velocidad del componente diferido
30 cm (2)
15 cm
30 cm (2)
15 cm
1 cm/semana
b) Inclinación media de la construcción
Tipo de daño Límite Observaciones
Inclinación visible 100 / (100 + 3hc) por ciento hc = altura de la construcción en m
Mal funcionamiento de grúas
viajeras 0.3 por ciento En dirección longitudinal
c) Deformaciones diferenciales en la propia estructura y sus
vecinas
Tipo de estructuras Variable que se limita Límite
Marcos de acero Relación entre el asentamiento
diferencial entre apoyos y el claro 0.006
Marcos de concreto Relación entre el asentamiento
diferencial entre apoyos y el claro 0.004
Muros de carga de tabique de
barro o bloque de concreto
Relación entre el asentamiento
diferencial entre extremos y el claro 0.002
Muros con acabados muy Relación entre el asentamiento 0.001
sensibles, como yeso, piedra
ornamental, etc.
diferencial entre extremos y el claro Se tolerarán valores mayores en la
medida en que la deformación ocurra
antes de colocar los acabados o
éstos se encuentren desligados de
los muros.
Paneles móviles o muros con
acabados poco sensibles, como
mampostería con juntas secas
Relación entre el asentamiento
diferencial entre extremos y el claro 0.004
Tuberías de concreto con juntas Cambios de pendiente en las juntas 0.015
1 Comprende la suma de movimientos debidos a todas las combinaciones de carga que se especifican en
el Reglamento y las Normas Técnicas Complementarias. Los valores de la tabla son sólo límites
máximos y en cada caso habrá que revisar que no se cause ninguno de los daños mencionados al
principio de este Capítulo.
2 En construcciones aisladas será aceptable un valor mayor si se toma en cuenta explícitamente en el
diseño estructural de los pilotes y de sus conexiones con la subestructura.
b) Segundo tipo de combinación
Acciones permanentes más acciones variables con
intensidad instantánea y acciones accidentales
(viento o sismo). Con este tipo de combinación se
revisarán los estados límite de falla y los estados
límite de servicio asociados a deformaciones
transitorias y permanentes del suelo bajo carga
accidental.
La magnitud de las acciones sobre la cimentación
provenientes de la estructura se obtendrá como
resultado directo del análisis de ésta. Para fines de
diseño de la cimentación, la fijación de la magnitud
de todas las acciones pertinentes y de su distribución
será responsabilidad conjunta de los diseñadores de
la superestructura y de la cimentación. Se estimarán
con especial cuidado las concentraciones de carga
que pueden generar en ciertas partes específicas de
la cimentación los elementos más pesados de la
estructura (salientes, muros de fachada, cisternas,
etc.) y que son susceptibles de inducir fallas locales o
generales del suelo.
Congruentemente con lo especificado en las Normas
Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo
respecto a efectos bidireccionales, para la revisión de
los estados límite de falla de una cimentación bajo
este tipo de solicitación, se deberán considerar las
acciones sísmicas de la siguiente forma: 100 por
ciento del sismo en una dirección y 30 por ciento en
la dirección perpendicular a ella, con los signos que
para cada concepto resulten desfavorables y se
repetirá este procedimiento en la otra dirección.
Para una evaluación más precisa de las acciones
accidentales por sismo al nivel de la cimentación,
será válido apoyarse en un análisis de interacción
dinámica suelo–estructura recurriendo a métodos
analíticos o numéricos aceptados para este fin. Se
podrá usar en particular el método de la sección A.6
del Apéndice A de las Normas Técnicas
Complementarias para Diseño por Sismo.
Además de las acciones anteriores, se considerarán
las otras señaladas en las Normas Técnicas
Complementarias sobre Criterios y Acciones para el
Diseño Estructural de las Edificaciones.
En el caso de cimentaciones profundas construidas
en las zonas II y III o en rellenos compresibles de la
zona I se incluirá entre las acciones permanentes la
fricción negativa que puede desarrollarse en el fuste
de los pilotes o pilas por consolidación del terreno
circundante. Al estimar esta acción, se tomará en
cuenta que:
1) El esfuerzo cortante que se desarrolla en el
contacto entre el suelo y el fuste del pilote (o
pila), o en la envolvente de un grupo de pilotes,
por fricción negativa no puede en principio ser
mayor que la resistencia al corte del suelo
determinada en prueba triaxial consolidada–no
drenada, realizada bajo una presión de
confinamiento representativa de las condiciones
del suelo in situ.
2) El esfuerzo cortante máximo anterior solamente
puede desarrollarse si el suelo alcanza la
deformación angular límite.
3) La fricción negativa desarrollada en un pilote o
subgrupo de ellos en el interior de un grupo de
pilotes no puede ser mayor que el peso del suelo
correspondiente al área tributaria del o de los
elementos considerados.
4) Los esfuerzos de descarga inducidos en el suelo
por la fricción negativa considerada en
determinado análisis no pueden ser mayores que
los que resulten suficientes para detener el
proceso de consolidación que la origina.
Cuando se considere que la fricción negativa pueda
ser de importancia, deberá realizarse una
modelación explícita, analítica o numérica, del
fenómeno que permita tomar en cuenta los factores
anteriores y cuantificar sus efectos. En esta
modelación se adoptarán hipótesis conservadoras en
cuanto a la evolución previsible de la consolidación
del subsuelo.
Se calcularán y tomarán explícitamente en cuenta en
el diseño el cortante en la base de la estructura y los
momentos de volteo debidos tanto a excentricidad de
cargas verticales respecto al centroide del área de
cimentación como a solicitaciones horizontales.
3.2 Factores de carga y de resistencia
Los factores de carga, FC, que deberán aplicarse a
las acciones para el diseño de cimentaciones serán
los indicados en la sección 3.4 de las Normas
Técnicas Complementarias sobre Criterios y
Acciones para el Diseño de Estructural de las
Edificaciones. Para estados límite de servicio, el
factor de carga será unitario en todas las acciones.
Para estados límite de falla se aplicará un factor de
carga de 1.1 al peso propio del suelo y a los empujes
laterales de éste. La acción de la subpresión y de la
fricción negativa se tomará con un factor de carga
unitario.
Los factores de resistencia, FR, relativos a la
capacidad de carga de cimentaciones determinada a
partir de estimaciones analíticas o de pruebas de
campo serán los siguientes para todos los estados
límite de falla:
a) FR = 0.35 para la capacidad de carga ante
cualquier combinación de acciones en la base de
zapatas de cualquier tipo en la zona I, zapatas
de colindancia desplantadas a menos de 5 m de
profundidad en las zonas II y III y de los pilotes y
pilas apoyados en un estrato resistente; y
b) FR = 0.70 para los otros casos.
Los factores de resistencia se aplicarán a la
capacidad de carga neta de las cimentaciones.
3.3 Cimentaciones someras (zapatas y losas)
3.3.1 Estados límite de falla
Para cimentaciones someras desplantadas en suelos
sensiblemente uniformes se verificará el
cumplimiento de las desigualdades siguientes para
las distintas combinaciones posibles de acciones
verticales.
En esta verificación, tomando en cuenta la
existencia, especialmente en las zonas I y II, de
materiales cementados frágiles que pueden perder
su cohesión antes de que se alcance la deformación
requerida para que se movilice su resistencia por
fricción, se considerará en forma conservadora que
los suelos son de tipo puramente cohesivo o
puramente friccionante.
Para cimentaciones desplantadas en suelos
cohesivos:
u c R V
c c N F p
A
Q F < +
Σ
(3.1)
Para cimentaciones desplantadas en suelos
friccionantes:
( ) v q FR pv
BN
p N
A
Q F + ⎥⎦
⎤
⎢⎣ ⎡
γ
< − +
Σ γ
2
1
(3.2)
donde
ΣQFC es la suma de las acciones verticales a tomar
en cuenta en la combinación considerada en el
nivel de desplante, afectada por su respectivo
factor de carga;
A es el área del cimiento;
pv es la presión vertical total a la profundidad de
desplante por peso propio del suelo;
v p es la presión vertical efectiva a la misma
profundidad;
γ es el peso volumétrico del suelo;
cu es la cohesión aparente determinada en ensaye
triaxial no–consolidado no–drenado, (UU);
B es el ancho de la cimentación;
Nc es el coeficiente de capacidad de carga dado
por:
Nc = 5.14 (1 + 0.25Df /B + 0.25B/L) (3.3)
para Df /B < 2 y B/L < 1;
donde Df , es la profundidad de desplante y L la
longitud del cimiento; en caso de que Df /B y B/L no
cumplan con las desigualdades anteriores, dichas
relaciones se considerarán iguales a 2 y a 1,
respectivamente;
Nq es el coeficiente de capacidad de carga dado
por:
Nq = eπ tan φ tan² (45° + φ/2) (3.4)
donde φ es el ángulo de fricción interna del material,
que se define más adelante. El coeficiente Nq se
multiplicará por: 1+(B/L) tan φ para cimientos
rectangulares y por 1+tan φ para cimientos circulares
o cuadrados;
Nγ es el coeficiente de capacidad de carga dado
por:
Nγ = 2 (Nq + 1) tan φ (3.5)
El coeficiente Nγ se multiplicará por 1–0.4(B/L) para
cimientos rectangulares y por 0.6 para cimientos
circulares o cuadrados; y
FR es el factor de resistencia especificado en la
sección 3.2.
También podrá utilizarse como alternativa a las
ecuaciones 3.1 ó 3.2 una expresión basada en los
resultados de pruebas de campo, respaldada por
evidencias experimentales confirmadas en los suelos
del Distrito Federal.
Además, al emplear las relaciones anteriores se
tomará en cuenta lo siguiente:
a) El parámetro φ estará dado por:
φ = Ang tan (α tan φ*) (3.6)
donde φ* es el ángulo con la horizontal de la
envolvente de los círculos de Mohr a la falla en la
prueba de resistencia que se considere más
representativa del comportamiento del suelo en
las condiciones de trabajo. Esta prueba deberá
considerar la posibilidad de que el suelo pierda
parte de su resistencia.
Para suelos arenosos con compacidad relativa
Dr menor de 67 por ciento, el coeficiente α será
igual a 0.67+Dr–0.75Dr². Para suelos con
compacidad mayor que el límite indicado, α será
igual a l.
b) La posición del nivel freático considerada para la
evaluación de las propiedades mecánicas del
suelo y de su peso volumétrico deberá ser la más
desfavorable durante la vida útil de la estructura.
En caso de que el ancho B de la cimentación sea
mayor que la profundidad Z del nivel freático bajo
el nivel de desplante de la misma, el peso
volumétrico a considerar en la ec. 3.2 será:
γ = γ’+ (Z/B) (γm–γ’) (3.7)
donde
γ’ es el peso volumétrico sumergido del suelo
entre las profundidades Z y (B/2)
tan(45º+φ/2); y
γm es el peso volumétrico total del suelo arriba
del nivel freático.
c) En el caso de combinaciones de cargas (en
particular las que incluyen solicitaciones
sísmicas) que den lugar a resultantes excéntricas
actuando a una distancia e del eje longitudinal
del cimiento, el ancho efectivo del mismo deberá
considerarse igual a:
B’ = B–2e (3.8)
Un criterio análogo se aplicará en la dirección
longitudinal del cimiento para tomar en cuenta la
excentricidad respectiva. Cuando se presente
doble excentricidad (alrededor de los ejes X y Y),
se tomarán las dimensiones reducidas en forma
simultánea, y el área efectiva del cimiento será
A’ = B’ L’.
Para tomar en cuenta, en su caso, la fuerza
cortante al nivel de la cimentación, se
multiplicarán los coeficientes Nq y Nc de las ecs.
3.1 y 3.2 por (1 – tan δ)² , donde δ es la
inclinación de la resultante de las acciones
respecto a la vertical.
d) En el caso de cimentaciones sobre un estrato de
suelo uniforme de espesor H bajo el nivel de
desplante y apoyado sobre un estrato blando, se
seguirá el criterio siguiente:
1) Si H ≥ 3.5B se ignorará el efecto del estrato
blando en la capacidad de carga.
2) Si 3.5B > H ≥ 1.5B se verificará la capacidad
de carga del estrato blando suponiendo que
el ancho del área cargada es B+H.
3) Si H < 1.5B se verificará la capacidad de
carga del estrato blando suponiendo que el
ancho del área cargada es:
B [ l + 2/3 (H/B)²] (3.9)
4) En el caso de cimientos rectangulares se
aplicará a la dimensión longitudinal un criterio
análogo al anterior.
e) En el caso de cimentaciones sobre taludes se
verificará la estabilidad de la cimentación y del
talud recurriendo a un método de análisis limite
considerando mecanismos de falla compatibles
con el perfil de suelos y, en su caso, con el
agrietamiento existente. En esta verificación, el
momento o las fuerzas resistentes serán
afectados por el factor de resistencia
especificado en el inciso 3.2.a.
f) En el caso de cimentaciones desplantadas en un
subsuelo heterogéneo o agrietado para el cual
no sea aplicable el mecanismo de falla por corte
general en un medio homogéneo implícito en las
ecs. 3.1 y 3.2, se verificará la estabilidad de la
cimentación recurriendo a un método de análisis
límite de los diversos mecanismos de falla
compatibles con el perfil estratigráfico. Además
de la falla global, se estudiarán las posibles fallas
locales, es decir aquellas que pueden afectar
solamente una parte del suelo que soporta el
cimiento, y la posible extrusión de estratos muy
blandos. En las verificaciones anteriores, el
momento o la fuerza resistente serán afectados
por el factor de resistencia que señala el inciso
3.2.a.
g) No deberán cimentarse estructuras sobre
zapatas aisladas en depósitos de limos no
plásticos o arenas finas en estado suelto o
saturado, susceptibles de presentar pérdida total
o parcial de resistencia por generación de
presión de poro o deformaciones volumétricas
importantes bajo solicitaciones sísmicas.
Asimismo, deberán tomarse en cuenta las
pérdidas de resistencia o cambios volumétricos
ocasionados por las vibraciones de maquinaria
en la vecindad de las cimentaciones
desplantadas en suelos no cohesivos de
compacidad baja o media. Para condiciones
severas de vibración, el factor de resistencia a
considerar en las ecs. 3.1 y 3.2, deberá tomarse
igual a la mitad del definido en la sección 3.2
para condiciones estáticas, a menos que se
demuestre a satisfacción de la Administración, a
partir de ensayes de laboratorio en muestras de
suelo representativas, que es aplicable otro valor.
h) En caso de que se compruebe la existencia de
galerías, grietas, cavernas u otras oquedades,
éstas se considerarán en el cálculo de capacidad
de carga. En su caso, deberán mejorarse las
condiciones de estabilidad adoptándose una o
varias de las siguientes medidas:
1) Tratamiento por medio de rellenos
compactados, inyecciones, etc.;
2) Demolición o refuerzo de bóvedas; y/o
3) Desplante bajo el piso de las cavidades.
3.3.2 Estados límite de servicio
Los asentamientos instantáneos de las
cimentaciones bajo solicitaciones estáticas se
calcularán en primera aproximación usando los
resultados de la teoría de la elasticidad previa
estimación de los parámetros elásticos del terreno, a
partir de la experiencia local o de pruebas directas o
indirectas. Para suelos granulares, se tomará en
cuenta el incremento de la rigidez del suelo con la
presión de confinamiento. Cuando el subsuelo esté
constituido por estratos horizontales de
características elásticas diferentes, será aceptable
despreciar la influencia de las distintas rigideces de
los estratos en la distribución de esfuerzos. El
desplazamiento horizontal y el giro transitorios de la
cimentación bajo las fuerzas cortantes y el momento
de volteo generados por la segunda combinación de
acciones se calcularán cuando proceda, como se
indica en las Normas Técnicas Complementarias
para Diseño por Sismo. La magnitud de las
deformaciones permanentes que pueden presentarse
bajo cargas accidentales cíclicas se podrá estimar
con procedimientos de equilibrio límite para
condiciones dinámicas.
Los asentamientos diferidos se calcularán por medio
de la relación:
Σ Δ ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
+
Δ
Δ =
H
o
z
e
H e
0 1 (3.10)
donde
ΔH es el asentamiento de un estrato de espesor H;
eo es la relación de vacíos inicial;
Δe es la variación de 1a relación de vacíos bajo el
incremento de esfuerzo efectivo vertical Δp
inducido a la profundidad z por la carga
superficial. Esta variación se estimará a partir de
pruebas de consolidación unidimensionales
realizadas con muestras inalteradas
representativas del material existente a esa
profundidad; y
Δz son los espesores de estratos elementales
dentro de los cuales los esfuerzos pueden
considerarse uniformes.
Los incrementos de presión vertical Δp inducidos por
la carga superficial se calcularán con la teoría de la
elasticidad a partir de las presiones transmitidas por
la subestructura al suelo. Estas presiones se
estimarán considerando hipótesis extremas de
repartición de cargas o a partir de un análisis de la
interacción estática suelo–estructura.
Para evaluar los movimientos diferenciales de la
cimentación y los inducidos en construcciones
vecinas, los asentamientos diferidos se calcularán en
un número suficiente de puntos ubicados dentro y
fuera del área cargada.
3.4 Cimentaciones compensadas
Se entiende por cimentaciones compensadas
aquéllas en las que se busca reducir el incremento
neto de carga aplicado al subsuelo mediante
excavaciones del terreno y uso de un cajón
desplantado a cierta profundidad. Según que el
incremento neto de carga aplicado al suelo en la
base del cajón resulte positivo, nulo o negativo, la
cimentación se denomina parcialmente compensada,
compensada o sobre–compensada, respectivamente.
Para el cálculo del incremento de carga transmitido
por este tipo de cimentación y la revisión de los
estados límite de servicio, el peso de la estructura a
considerar será: la suma de la carga muerta,
incluyendo el peso de la subestructura, más la carga
viva con intensidad media, menos el peso total del
suelo excavado. Esta combinación será afectada por
un factor de carga unitario. El cálculo anterior deberá
realizarse con precisión tomando en cuenta que los
asentamientos son muy sensibles a pequeños
incrementos de la carga neta. Además, en esta
evaluación, deberán tomarse en cuenta los cambios
posibles de materiales de construcción, de solución
arquitectónica o de usos de la construcción
susceptibles de modificar significativamente en el
futuro dicha carga neta. Cuando la incertidumbre al
respecto sea alta, la cimentación compensada
deberá considerarse como poco confiable y deberá
aplicarse un factor de carga mayor que la unidad,
cuidando al mismo tiempo que no pueda presentarse
una sobre–compensación excesiva, o adoptarse otro
sistema de cimentación.
La porción de las celdas del cajón de cimentación
que esté por debajo del nivel freático y que no
constituya un espacio funcionalmente útil, deberá
considerarse como llena de agua y el peso de esta
deberá sumarse al de la subestructura, a menos que
dicho espacio se rellene con material ligero no
saturable que garantice la permanencia del efecto de
flotación.
3.4.1 Estados límite de falla
La estabilidad de las cimentaciones compensadas se
verificará como lo señala la sección 3.3.1. Se
comprobará además que no pueda ocurrir flotación
de la cimentación durante ni después de la
construcción. De ser necesario, se lastrará la
construcción o se instalarán válvulas de alivio o
dispositivos semejantes que garanticen que no se
pueda producir la flotación. En la revisión por
flotación, se considerará una posición conservadora
del nivel freático.
Se prestará especial atención a la revisión de la
posibilidad de falla local o generalizada del suelo
bajo la combinación de carga que incluya el sismo.
3.4.2 Estados límite de servicio
Para este tipo de cimentación se calcularán:
a) Los movimientos instantáneos debidos a la carga
total transmitida al suelo por la cimentación,
incluyendo los debidos a la recarga del suelo
descargado por la excavación.
b) Las deformaciones transitorias y permanentes
del suelo de cimentación bajo la segunda
combinación de acciones. Se tomará en cuenta
las deformaciones permanentes tienden a ser
críticas para cimentaciones con escaso margen
de seguridad contra falla local o general y que los
suelos arcillosos tienden a presentar
deformaciones permanentes significativas
cuando bajo la combinación carga estática–carga
sísmica cíclica se alcanza un esfuerzo cortante
que represente un porcentaje superior al 90 por
ciento de su resistencia estática no–drenada.
c) Los movimientos diferidos debidos al incremento
o decremento neto de carga en el contacto
cimentación–suelo.
Los movimientos instantáneos y los debidos a sismo
se calcularán en la forma indicada en la sección
3.3.2. El cálculo de los movimientos diferidos se
llevará a cabo en la forma indicada en dicho inciso
tomando en cuenta, además, la interacción con el
hundimiento regional. Se tomará en cuenta que las
cimentaciones sobre–compensadas en la zona
lacustre tienden a presentar una emersión aparente
mucho mayor y más prolongada en el tiempo que la
atribuible a las deformaciones elásticas y a los
cambios volumétricos inducidos por la descarga. Lo
anterior es consecuencia de la interacción entre la
descarga y el hundimiento regional cuya velocidad
disminuye localmente al encontrarse el suelo
preconsolidado por efecto de la descarga. En la zona
III y en presencia de consolidación regional la sobre–
compensación no será superior a 10 kPa (1 t/m²) a
menos que se demuestre que un valor mayor no dará
lugar a una emersión inaceptable ni a daños a
construcciones vecinas o servicios públicos.
En el diseño y construcción de estas cimentaciones
deberá tenerse presente que los resultados
obtenidos dependerán en gran medida de la técnica
empleada en la realización de la excavación
(Capítulo 5).
3.4.3 Presiones sobre muros
exteriores de la subestructura
En los muros de retención perimetrales se
considerarán empujes horizontales a largo plazo no
inferiores a los del agua y del suelo en estado de
reposo, adicionando los debidos a sobrecargas en la
superficie del terreno y a cimientos vecinos. La
presión horizontal efectiva transmitida por el terreno
en estado de reposo se considerará por lo menos
igual a 50 por ciento de la presión vertical efectiva
actuante a la misma profundidad, salvo para rellenos
compactados contra muros, caso en el que se
considerará por lo menos 70 por ciento de la presión
vertical. Las presiones horizontales atribuibles a
sobrecargas podrán estimarse por medio de la teoría
de la elasticidad. En caso de que el diseño considere
absorber fuerzas horizontales por contacto lateral
entre subestructura y suelo, la resistencia del suelo
considerada no deberá ser superior al empuje pasivo
afectado de un factor de resistencia de 0.35, siempre
que el suelo circundante esté constituido por
materiales naturales o por rellenos bien
compactados. Los muros perimetrales y elementos
estructurales que transmiten dicho empuje deberán
diseñarse expresamente para esa solicitación.
Se tomarán medidas para que, entre las
cimentaciones de estructuras contiguas no se
desarrolle fricción que pueda dañar a alguna de las
dos como consecuencia de posibles movimientos
relativos.
3.5 Cimentaciones con pilotes de fricción
Los pilotes de fricción son aquellos que transmiten
cargas al suelo principalmente a lo largo de su
superficie lateral. En suelos blandos, se usan
comúnmente como complemento de un sistema de
cimentación parcialmente compensada para reducir
asentamientos, transfiriendo parte de la carga a los
estratos más profundos (diseño en términos de
deformaciones). En este caso, los pilotes no tienen
generalmente la capacidad para soportar por sí solos
el peso de la construcción y trabajan al límite en
condiciones estáticas, por lo que no pueden
contribuir a tomar solicitaciones accidentales e
inclusive pueden, de acuerdo con la experiencia,
perder una parte importante de su capacidad de
carga en condiciones sísmicas, por lo que resulta
prudente ignorar su contribución a la capacidad de
carga global. Opcionalmente, los pilotes de fricción
pueden usarse para soportar el peso total de la
estructura y asegurar su estabilidad (diseño en
términos de capacidad de carga). En este último
caso, en suelos blandos en proceso de consolidación
como los de las zonas II y III, la losa puede perder el
sustento del suelo de apoyo por lo que resulta
prudente considerar que no contribuye a la
capacidad de carga global.
En ambos casos, se verificará que la cimentación no
exceda los estados límites de falla y de servicio.
El espacio dejado entre la punta de los pilotes de
fricción y toda capa dura subyacente deberá ser
suficiente para que en ninguna condición pueda
llegar a apoyarse en esta capa a consecuencia de la
consolidación del estrato en el que se colocaron.
3.5.1 Estados límite de falla
De acuerdo con el tipo de diseño adoptado, la
revisión de los estados límite de falla podrá consistir
en verificar que resulta suficiente para asegurar la
estabilidad de la construcción alguna de las
capacidades de carga siguientes:
a) Capacidad de carga del sistema suelo–zapatas o
suelo–losa de cimentación.
Despreciando la capacidad de los pilotes, se
verificará entonces el cumplimiento de la desigualdad
3.1 ó 3.2, de la sección 3.3, según el caso.
Si se adopta este tipo de revisión, la losa o las
zapatas y las contratrabes deberán diseñarse
estructuralmente para soportar las presiones de
contacto suelo–zapata o suelo–losa máximas
calculadas, más las concentraciones locales de
carga correspondientes a la capacidad de carga total
de cada pilote dada por la ec. 3.12 con un factor de
resistencia FR igual a 1.0.
b) Capacidad de carga del sistema suelo–pilotes de
fricción
Despreciando la capacidad del sistema suelo–losa,
se verificará entonces para cada pilote individual,
para cada uno de los diversos subgrupos de pilotes y
para la cimentación en su conjunto, el cumplimiento
de la desigualdad siguiente para las distintas
combinaciones de acciones verticales consideradas:
ΣQFC<R (3.11)
donde
ΣQFC es la suma de las acciones verticales a tomar
en cuenta en la combinación considerada,
afectada de su correspondiente factor de carga.
Las acciones incluirán el peso propio de la
subestructura y de los pilotes o pilas y el efecto
de la fricción negativa que pudiera desarrollarse
sobre el fuste de los mismos o sobre su
envolvente.
R es la capacidad de carga que se considerará
igual a:
1) Para la revisión de cada pilote individual: a
la capacidad de carga de punta del pilote
más la capacidad de adherencia del pilote
considerado;
2) Para la revisión de los diversos subgrupos
de pilotes en que pueda subdividirse la
cimentación: a la suma de las capacidades
de carga individuales por punta de los
pilotes más la capacidad de adherencia de
una pila de geometría igual a la envolvente
del subgrupo de pilotes; y
3) Para la revisión de la cimentación en su
conjunto: a la suma de las capacidades de
carga individuales por punta de los pilotes
más la capacidad de adherencia de una
pila de geometría igual a la envolvente del
conjunto de pilotes.
La capacidad de carga por punta de los pilotes
individuales se calculará mediante las ecs. 3.13 ó
3.14, con un factor de resistencia, FR, igual a 0.7.
Si se adopta este tipo de revisión, los pilotes deberán
tener la capacidad de absorber la fuerza cortante por
sismo al nivel de la cabeza de los pilotes sin tomar
en cuenta la adherencia suelo–losa o suelo–zapatas.
Cuando la losa esté desplantada a profundidad, se
considerará el efecto del empuje en reposo en los
muros perimetrales como se indica en la sección
3.4.3.
En la revisión de la capacidad de carga bajo cargas
excéntricas, las cargas recibidas por los distintos
pilotes individuales o subgrupos de pilotes se
estimarán con base en la teoría de la elasticidad o a
partir de un estudio explícito de interacción suelo–
estructura. Se despreciará la capacidad de carga de
los pilotes sometidos a tensión, salvo que se hayan
diseñado y construido especialmente para este fin.
La capacidad de carga por adherencia lateral de un
pilote de fricción individual bajo esfuerzos de
compresión, Cf , se calculará como:
Cf = AL f FR (3.12)
donde
AL es el área lateral del pilote;
f es la adherencia lateral media pilote–suelo; y
FR se tomará igual a 0.7, salvo para pilotes
hincados en perforación previa (sección 7.1.2.2)
Para los suelos cohesivos blandos de las zonas II y
III, la adherencia pilote–suelo se considerará igual a
la cohesión media del suelo. La cohesión se
determinará con pruebas triaxiales no consolidadas–
no drenadas.
Para calcular la capacidad de adherencia del grupo o
de los subgrupos de pilotes en los que se pueda
subdividir la cimentación, también será aplicable la
ec. 3.12 considerando el grupo o los subgrupos como
pilas de geometría igual a la envolvente del grupo o
subgrupo.
3.5.2 Estados límite de servicio
Los asentamientos o emersiones de cimentaciones
con pilotes de fricción bajo cargas estáticas se
estimarán considerando la penetración de los
mismos y las deformaciones del suelo que los
soporta, así como la fricción negativa y la interacción
con el hundimiento regional. En el cálculo de los
movimientos anteriores se tomarán en cuenta las
excentricidades de carga.
Deberá revisarse que el desplazamiento horizontal y
el giro transitorio de la cimentación bajo la fuerza
cortante y el momento de volteo sísmicos no resulten
excesivos. Las deformaciones permanentes bajo la
combinación de carga que incluya el efecto del sismo
se podrán estimar con procedimientos de equilibrio
límite para condiciones dinámicas. En estas
determinaciones, se tomará en cuenta el efecto
restrictivo de los pilotes.
3.6 Cimentaciones con pilotes de punta o pilas
Los pilotes de punta son los que transmiten la mayor
parte de la carga a un estrato resistente por medio de
su punta. Generalmente, se llama pilas a los
elementos de más de 60 cm de diámetro colados en
perforación previa.
3.6.1 Estados límite de falla
Se verificará, para la cimentación en su conjunto,
para cada uno de los diversos grupos de pilotes y
para cada pilote individual, el cumplimiento de la
desigualdad 3.11 para las distintas combinaciones de
acciones verticales consideradas según las
secciones 3.6.1.1 y 3.6.1.2.
3.6.1.1 Capacidad por punta
La capacidad de carga de un pilote de punta o pila,
Cp , se calculará de preferencia a partir de los
resultados de pruebas de campo calibradas mediante
pruebas de carga realizadas sobre los propios pilotes
(sección 3.7). En las situaciones en las que se
cuente con suficientes resultados de pruebas de
laboratorio realizadas sobre muestras de buena
calidad y que exista evidencia de que la capa de
apoyo sea homogénea, la capacidad de carga podrá
estimarse como sigue:
a) Para suelos cohesivos
Cp = (cu Nc* FR + pv) Ap (3.13)
b) Para suelos friccionantes
Cp = ( pv Nq* FR + pv) Ap (3.14)
donde
Ap es el área transversal de la base de la pila o del
pilote;
pv es la presión vertical total debida al peso del
suelo a la profundidad de desplante de los
pilotes;
pv es la presión vertical efectiva debida al peso del
suelo a la profundidad de desplante de los
pilotes;
cu es la cohesión aparente del suelo de apoyo
determinada en ensaye triaxial no–consolidado
no–drenado, (UU); y
Nc* es el coeficiente de capacidad de carga definido
en la tabla 3.2.
Tabla 3.2 Coeficiente Nc*
φu 0° 5° 10°
Nc* 7 9 13
φu es el ángulo de fricción aparente;
Nq* es el coeficiente de capacidad de carga
definido por:
4 tan(45 / 2)
* máx mín
mín ° + φ
−
= +
B
N N
Nq N Le
(3.15)
cuando Le / B ≤ 4 tan (45°+φ/2); o bien
Nq* = Nmáx (3.16)
cuando Le / B > 4 tan (45°+φ/2)
Tabla 3.3 Valor de Nmáx y Nmín para el cálculo de
Nq*
φ 20° 25° 30° 35° 40° 45°
Nmáx 12.5 26 55 132 350 1000
Nmín 7 11.5 20 39 78 130
Le es la longitud del pilote o pila empotrada en el
estrato resistente;
B es el ancho o diámetro equivalente de los
pilotes;
φ es el ángulo de fricción interna, con la definición
del inciso 3.3.1.a; y
FR se tomará igual a 0.35.
La capacidad de carga considerada no deberá
rebasar la capacidad intrínseca del pilote o pila
calculada con la resistencia admisible del material
constitutivo del elemento.
En el caso de pilotes o pilas de más de 50 cm de
diámetro, la capacidad calculada a partir de
resultados de pruebas de campo o mediante las ecs.
3.13 ó 3.14, deberá corregirse para tomar en cuenta
el efecto de escala en la forma siguiente:
a) Para suelos friccionantes, multiplicar la
capacidad calculada por el factor
n
re B
B F ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛ +
=
2
0.5
(3.17)
donde
B es el diámetro de la base del pilote o pila
(B>0.5 m); y
n es un exponente igual a 0 para suelo suelto, 1
para suelo medianamente denso y 2 para suelo
denso.
b) Para pilotes hincados en suelos cohesivos firmes
fisurados, multiplicar por el mismo factor de la ec.
3.17 con exponente n = l. Para pilas coladas en
suelos cohesivos del mismo tipo, multiplicar por:
2 1
1
+
+
=
B
Fre B
(3.18)
La contribución del suelo bajo la losa de la
subestructura y de la subpresión a la capacidad de
carga de un sistema de cimentación con pilotes de
punta deberá despreciarse en todos los casos.
Cuando exista un estrato blando debajo de la capa
de apoyo de un pilote de punta o pila, deberá
verificarse que el espesor H de suelo resistente es
suficiente en comparación con el ancho o diámetro B
del elemento de cimentación. Se seguirá el criterio
siguiente:
1) Si H ≥ 3.5B se ignorará el efecto del estrato
blando en la capacidad de carga;
2) Si 3.5B > H ≥ 1.5B se verificará la capacidad de
carga del estrato blando suponiendo que el
ancho del área cargada es B+H; y
3) Si H < 1.5B se procederá en la misma forma
considerando un ancho igual a:
⎥ ⎥⎦
⎤
⎢ ⎢⎣
⎡
⎟⎠
⎞
⎜⎝
+ ⎛
2
3
2
1
B
B H
(3.19)
El criterio anterior se aplicará también a grupos de
pilotes.
3.6.1.2 Capacidad por fricción lateral sobre el fuste
de pilotes de punta o pilas.
En las zonas II y III, y en cualquier situación en la
que pueda eventualmente desarrollarse fricción
negativa, no deberá considerarse ninguna
contribución de la fricción lateral a la capacidad de
carga de los pilotes de punta o pilas. En suelos
firmes de la zona I, se podrá agregar a la capacidad
de punta una resistencia por fricción calculada
mediante la ec. 3.12, en la que la adherencia
considerada no deberá ser mayor que el esfuerzo
vertical actuante en el suelo al nivel considerado
multiplicado por un factor de 0.3, y afectado con un
factor de resistencia de 0.7.
Además de la capacidad de carga vertical, se
revisará la capacidad del suelo para soportar los
esfuerzos inducidos por los pilotes o pilas sometidos
a fuerzas horizontales, así como la capacidad
estructural de estos elementos para transmitir dichas
solicitaciones horizontales.
3.6.2 Estados límite de servicio
Los asentamientos de este tipo de cimentación se
calcularán tomando en cuenta la deformación propia
de los pilotes o pilas bajo las diferentes acciones a
las que se encuentran sometidas, incluyendo, en su
caso, la fricción negativa, y la de los estratos
localizados bajo el nivel de apoyo de las puntas. Al
calcular la emersión debida al hundimiento regional
se tomará en cuenta la consolidación previsible del
estrato localizado entre la punta y la cabeza de los
pilotes durante la vida de la estructura.
3.7 Pruebas de carga en pilotes
Las estimaciones de la capacidad de carga de pilotes
de fricción o de punta basadas en pruebas de campo
o en cálculos analíticos se verificarán mediante
pruebas de carga cuando exista incertidumbre
excesiva sobre las propiedades de los suelos
involucrados y la edificación sea de los grupos A o
B1. Los pilotes ensayados se llevarán a la falla o
hasta 1.5 veces la capacidad de carga calculada. En
las zonas II y III, la prueba se realizará al menos dos
meses después de la hinca, con el objeto de permitir
la disipación del exceso de presión de poro que se
induce al instalar los pilotes y la recuperación de la
resistencia del suelo en su estado natural por efectos
tixotrópicos. En pruebas de pilotes de punta, deberá
aislarse la punta del fuste para medir en forma
separada la fricción o adherencia lateral, o bien
instrumentarse la punta para medir la carga en la
punta. Podrán hacerse pruebas de campo en pilotes
de sección menor que la del prototipo y extrapolar el
resultado mediante las ecs. 3.17 a 3.19.
3.8 Cimentaciones especiales
Cuando se pretenda utilizar dispositivos especiales
de cimentación, deberá solicitarse la aprobación
expresa de la Administración. Para ello se
presentarán los resultados de los estudios y ensayes
a que se hubieran sometido dichos dispositivos. Los
sistemas propuestos deberán proporcionar una
seguridad equivalente a la de las cimentaciones
tradicionales calculadas de acuerdo con las
presentes Normas, en particular ante solicitaciones
sísmicas.
4. DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA CIMENTACIÓN
Los elementos mecánicos (presiones de contacto,
empujes, etc.) requeridos para el diseño estructural
de la cimentación deberán determinarse para cada
combinación de acciones señalada en la sección 3.1.
Los esfuerzos o deformaciones en las fronteras
suelo–estructura necesarios para el diseño
estructural de la cimentación, incluyendo presiones
de contacto y empujes laterales, deberán evaluarse
tomando en cuenta la rigidez y la resistencia de la
estructura y de los suelos de apoyo.
Las presiones de contacto consideradas deberán ser
tales que las deformaciones diferenciales del suelo
calculadas con ellas coincidan aproximadamente con
las del sistema subestructura–superestructura. Para
determinar distribuciones de este tipo, será aceptable
suponer que el medio es elástico y continuo y usar
las soluciones analíticas existentes o métodos
numéricos. Será aceptable cualquier distribución que
satisfaga las condiciones siguientes:
a) Que exista equilibro local y general entre las
presiones de contacto y las fuerzas internas en la
subestructura y las fuerzas y momentos
transmitidos a ésta por la superestructura;
b) Que los hundimientos diferenciales inmediatos
más diferidos con las presiones de contacto
consideradas sean aceptables en términos de las
presentes Normas (tabla 3.1); y
c) Que las deformaciones diferenciales
instantáneas más las diferidas del sistema
subestructura–superestructura sean aceptables
en términos de las presentes Normas.
La distribución de esfuerzos de contacto podrá
determinarse para las diferentes combinaciones de
solicitaciones a corto y largo plazos, con base en
simplificaciones e hipótesis conservadoras o
mediante estudios explícitos de interacción suelo–
estructura.
Los pilotes y sus conexiones se diseñarán para
poder soportar los esfuerzos resultantes de las
acciones verticales y horizontales consideradas en el
diseño de la cimentación y los que se presenten
durante el proceso de transporte, izaje e hinca. Los
pilotes deberán poder soportar estructuralmente la
carga que corresponde a su capacidad de carga
última con factor de resistencia unitario.
Los pilotes de concreto deberán cumplir con lo
estipulado en el Reglamento y en sus Normas
Técnicas Complementarias para Diseño y
Construcción de Estructuras de Concreto. Los pilotes
de acero deberán protegerse contra corrosión al
menos en el tramo comprendido entre la cabeza y la
máxima profundidad a la que, se estime, pueda
descender el nivel freático.
En el caso de cimentaciones sobre pilotes de punta
en las zonas II y III, se tomará en cuenta que, por la
consolidación regional, los pilotes pueden perder el
confinamiento lateral en su parte superior en una
altura igual a la magnitud de la consolidación regional
entre la punta del pilote y su parte superior. La
subestructura deberá entonces diseñarse para
trabajar estructuralmente tanto con soporte del suelo
como sin él es decir, en este último caso, apoyada
solamente en los pilotes.
5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE EXCAVACIONES
En el diseño de las excavaciones se considerarán los
siguientes estados límite:
a) De falla: colapso de los taludes o de las paredes
de la excavación o del sistema de ademado de
las mismas, falla de los cimientos de las
construcciones adyacentes y falla de fondo de la
excavación por corte o por subpresión en
estratos subyacentes, y colapso del techo de
cavernas o galerías.
b) De servicio: movimientos verticales y
horizontales inmediatos y diferidos por descarga
en el área de excavación y en los alrededores.
Los valores esperados de tales movimientos
deberán ser suficientemente reducidos para no
causar daños a las construcciones e
instalaciones adyacentes ni a los servicios
públicos. Además, la recuperación por recarga
no deberá ocasionar movimientos totales o
diferenciales intolerables para las estructuras que
se desplanten en el sitio.
Para realizar la excavación, se podrán usar pozos de
bombeo con objeto de reducir las filtraciones y
mejorar la estabilidad. Sin embargo, la duración del
bombeo deberá ser tan corta como sea posible y se
tomarán las precauciones necesarias para que sus
efectos queden prácticamente circunscritos al área
de trabajo. En este caso, para la evaluación de los
estados límite de servicio a considerar en el diseño
de la excavación, se tomarán en cuenta los
movimientos del terreno debidos al bombeo.
Los análisis de estabilidad se realizarán con base en
las acciones aplicables señaladas en las Normas
correspondientes, considerándose las sobrecargas
que puedan actuar en la vía pública y otras zonas
próximas a la excavación.
5.1 Estados límite de falla
La verificación de la seguridad respecto a los estados
límite de falla incluirá la revisión de la estabilidad de
los taludes o paredes de la excavación con o sin
ademes y del fondo de la misma. El factor de
resistencia será de 0.6; sin embargo, si la falla de los
taludes, ademes o fondo de la excavación no implica
daños a los servicios públicos, a las instalaciones o a
las construcciones adyacentes, el factor de
resistencia será de 0.7. La sobrecarga uniforme
mínima a considerar en la vía publica y zonas
próximas a excavaciones temporales será de 15 kPa
(1.5 t/m²) con factor de carga unitario.
5.1.1 Taludes
La seguridad y estabilidad de excavaciones sin
soporte se revisará tomando en cuenta la influencia
de las condiciones de presión del agua en el
subsuelo así como la profundidad de excavación, la
inclinación de los taludes, el riesgo de agrietamiento
en la proximidad de la corona y la presencia de
grietas u otras discontinuidades. Se tomará en
cuenta que la cohesión de los materiales arcillosos
tiende a disminuir con el tiempo, en una proporción
que puede alcanzar 30 por ciento en un plazo de un
mes.
Para el análisis de estabilidad de taludes se usará un
método de equilibrio límite considerando superficies
de falla cinemáticamente posibles tomando en
cuenta en su caso las discontinuidades del suelo. Se
incluirá la presencia de sobrecargas en la orilla de la
excavación. También se considerarán mecanismos
de extrusión de estratos blandos confinados
verticalmente por capas más resistentes. Al evaluar
estos últimos mecanismos se tomará en cuenta que
la resistencia de la arcilla puede alcanzar su valor
residual correspondiente a grandes deformaciones.
Se prestará especial atención a la estabilidad a largo
plazo de excavaciones o cortes permanentes que se
realicen en el predio de interés, especialmente en la
zona I. Se tomarán las precauciones necesarias para
que estos cortes no limiten las posibilidades de
construcción en los predios vecinos, no presenten
peligro de falla local o general ni puedan sufrir
alteraciones en su geometría por intemperización y
erosión, que puedan afectar a la propia construcción,
a las construcciones vecinas o a los servicios
públicos. Además del análisis de estabilidad, el
estudio geotécnico deberá incluir en su caso una
justificación detallada de las técnicas de
estabilización y protección de los cortes propuestas y
del procedimiento constructivo especificado (sección
7.2.5).
5.1.2 Falla por subpresión en estratos
permeables
En el caso de excavaciones en suelos sin cohesión,
se analizará en su caso la estabilidad del fondo de la
excavación por flujo del agua. Para reducir el peligro
de fallas de este tipo, el agua freática deberá
controlarse y extraerse de la excavación por bombeo
desde cárcamos, pozos punta o pozos de alivio con
nivel dinámico sustancialmente inferior al fondo de la
excavación.
Cuando una excavación se realice en una capa
impermeable, la cual a su vez descanse sobre un
estrato permeable, deberá considerarse que la
presión del agua en este estrato puede levantar el
fondo de la excavación, no obstante el bombeo
superficial. El espesor mínimo hi del estrato
impermeable que debe tenerse para evitar
inestabilidad de fondo se considerará igual a:
w
m
w
i h h ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
γ
γ
>
(5.1)
donde
hw es la altura piezométrica en el lecho inferior de
la capa impermeable;
γw es el peso volumétrico del agua; y
γm es el peso volumétrico total del suelo entre el
fondo de la excavación y el estrato permeable.
Cuando el espesor hi resulte insuficiente para
asegurar la estabilidad con un amplio margen de
seguridad, será necesario reducir la carga hidráulica
del estrato permeable por medio de bombeo.
5.1.3 Estabilidad de excavaciones ademadas
En caso de usarse para soportar las paredes de la
excavación, elementos estructurales como
tablaestacas o muros colados en el lugar, se revisará
la estabilidad de estos elementos por deslizamiento
general de una masa de suelo que incluirá el
elemento, por falla de fondo, y por falla estructural de
los troqueles o de los elementos que éstos soportan.
La revisión de la estabilidad general se realizará por
un método de análisis límite. Se evaluará el
empotramiento y el momento resistente mínimo del
elemento estructural, requeridos para garantizar la
estabilidad.
La posibilidad de falla de fondo por cortante en
arcillas blandas a firmes se analizará verificando que:
pv + ΣqFC < cu Nc FR (5.2)
donde
cu es la cohesión aparente del material bajo el
fondo de la excavación, en condiciones no–
consolidadas no–drenadas (UU);
Nc es el coeficiente de capacidad de carga definido
en la sección 3.3.1 y que depende de la
geometría de la excavación. En este caso, B
será el ancho de la excavación, L su longitud y
D su profundidad. Se tomará en cuenta además
que este coeficiente puede ser afectado por el
procedimiento constructivo;
pv es la presión vertical total actuante en el suelo, a
la profundidad de excavación;
ΣqFC son las sobrecargas superficiales afectadas
de sus respectivos factores de carga; y
FR se tomará igual a 0.7
Los empujes a los que se encuentran sometidos los
puntales se estimarán a partir de una envolvente de
distribución de presiones determinada a partir de
modelaciones analíticas o numéricas y de la
experiencia local. En arcillas, la distribución de
presiones se definirá en función del tipo de arcilla, de
su grado de fisuramiento y de su reducción de
resistencia con el tiempo. Cuando el nivel freático
exista a poca profundidad, los empujes considerados
sobre los troqueles serán por lo menos iguales a los
producidos por el agua. El diseño de los troqueles
también deberá tomar en cuenta el efecto de las
sobrecargas debidas al tráfico en la vía pública, al
equipo de construcción, a las estructuras adyacentes
y a cualquier otra carga que deban soportar las
paredes de la excavación durante el período de
construcción, afectadas de un factor de carga de 1.1.
En el caso de troqueles precargados, se tomará en
cuenta que la precarga aplicada inicialmente puede
variar considerablemente con el tiempo por relajación
y por efecto de variaciones de temperatura.
Los elementos de soporte deberán diseñarse
estructuralmente para resistir las acciones de los
empujes y las reacciones de los troqueles y de su
apoyo en el suelo bajo el fondo de la excavación.
5.1.4 Estabilidad de estructuras vecinas
De ser necesario, las estructuras adyacentes a las
excavaciones deberán reforzarse o recimentarse. El
soporte requerido dependerá del tipo de suelo y de la
magnitud y localización de las cargas con respecto a
la excavación.
En caso de usar anclas temporales para el soporte
de ademes deberá demostrarse que éstas no
afectarán la estabilidad ni inducirán deformaciones
significativas en las cimentaciones vecinas y/o
servicios públicos. El sistema estructural del ancla
deberá analizarse con el objetivo de asegurar su
funcionamiento como elemento de anclaje. El análisis
de las anclas deberá considerar la posibilidad de falla
por resistencia del elemento tensor, de la adherencia
elemento tensor–lechada, de la adherencia lechada–
terreno y de la capacidad de carga del terreno en el
brocal del ancla. La instalación de anclas deberá
realizarse con un control de calidad estricto que
incluya un número suficiente de pruebas de las
mismas, de acuerdo con las prácticas aceptadas al
respecto. Los anclajes temporales instalados en
terrenos agresivos podrán requerir una protección
especial contra corrosión.
5.2 Estados límite de servicio
Los valores esperados de los movimientos verticales
y horizontales en el área de excavación y sus
alrededores deberán ser suficientemente pequeños
para que no causen daños a las construcciones e
instalaciones adyacentes ni a los servicios públicos.
Además, la recuperación por recarga no deberá
ocasionar movimientos totales o diferenciales
intolerables en el edificio que se construye.
5.2.1 Expansiones instantáneas y
diferidas por descarga
Para estimar la magnitud de los movimientos
verticales inmediatos por descarga en el área de
excavación y en los alrededores, se recurrirá a la
teoría de la elasticidad. Los movimientos diferidos se
estimarán mediante la ec. 3.10 a partir de los
decrementos de esfuerzo vertical calculados
aplicando también la teoría de la elasticidad.
Para reducir los movimientos inmediatos, la
excavación y la construcción de la cimentación se
podrán realizar por partes.
En el caso de excavaciones ademadas, se buscará
reducir la magnitud de los movimientos instantáneos
acortando la altura no soportada entre troqueles.
5.2.2 Asentamiento del terreno natural adyacente
a las excavaciones
En el caso de cortes ademados en arcillas blandas o
firmes, se tomará en cuenta que los asentamientos
superficiales asociados a estas excavaciones
dependen del grado de cedencia lateral que se
permita en los elementos de soporte. Para la
estimación de los movimientos horizontales y
verticales inducidos por excavaciones ademadas en
las áreas vecinas, deberá recurrirse a una
modelación analítica o numérica que tome en cuenta
explícitamente el procedimiento constructivo. Estos
movimientos deberán medirse en forma continua
durante la construcción para poder tomar
oportunamente medidas de seguridad adicionales en
caso necesario.
6. MUROS DE CONTENCIÓN
Las presentes Normas se aplicarán a los muros de
gravedad (de mampostería, de piezas naturales o
artificiales, o de concreto simple), cuya estabilidad se
debe a su peso propio, así como a los muros de
concreto reforzado empotrados en su base, con o sin
anclas o contrafuertes, y que utilizan la acción de
voladizo para retener la masa de suelo.
Los muros de contención exteriores construidos para
dar estabilidad al terreno en desniveles, deberán
diseñarse de tal forma que no se rebasen los
siguientes estados límite de falla: volteo,
desplazamiento del muro, falla de la cimentación del
mismo o del talud que lo soporta, o bien rotura
estructural. Además, se revisarán los estados límite
de servicio, como asentamiento, giro o deformación
excesiva del muro. Los empujes se estimarán
tomando en cuenta la flexibilidad del muro, el tipo de
relleno y el método de colocación del mismo.
Los muros incluirán un sistema de drenaje adecuado
que impida el desarrollo de empujes superiores a los
de diseño por efecto de presión del agua. Para ello,
los muros de contención deberán siempre dotarse de
un filtro colocado atrás del muro con lloraderos y/o
tubos perforados. Este dispositivo deberá diseñarse
para evitar el arrastre de materiales provenientes del
relleno y para garantizar una conducción eficiente del
agua infiltrada, sin generación de presiones de agua
significativas. Se tomará en cuenta que, aún con un
sistema de drenaje, el efecto de las fuerzas de
filtración sobre el empuje recibido por el muro puede
ser significativo.
Las fuerzas actuantes sobre un muro de contención
se considerarán por unidad de longitud. Las acciones
a tomar en cuenta, según el tipo de muro serán: el
peso propio del muro, el empuje de tierras, la fricción
entre muro y suelo de relleno, el empuje hidrostático
o las fuerzas de filtración en su caso, las sobrecargas
en la superficie del relleno y las fuerzas sísmicas.
Los empujes desarrollados en condiciones sísmicas
se evaluarán en la forma indicada en las Normas
Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo.
6.1 Estados límite de falla
Los estados límite de falla a considerar para un muro
serán la rotura estructural, el volteo, la falla por
capacidad de carga, deslizamiento horizontal de la
base del mismo bajo el efecto del empuje del suelo y,
en su caso, la inestabilidad general del talud en el
que se encuentre desplantado el muro.
Para combinaciones de carga clasificadas en el
inciso 2.3.a de las Normas Técnicas
Complementarias sobre Criterios y Acciones para el
Diseño Estructural de las Edificaciones, en la revisión
del muro al volteo los momentos motores serán
afectados de un factor de carga de 1.4 y los
momentos resistentes de un factor de resistencia de
0.7; en la revisión de la estabilidad al deslizamiento y
de la estabilidad general del talud, los momentos o
fuerzas motores se afectarán de un factor de 1.4 y
las resistentes de un factor de resistencia de 0.9.
Para combinaciones de carga clasificadas en el
inciso 2.3.b de las Normas citadas, en la revisión del
muro al volteo, los momentos motores serán
afectados de un factor de carga de 1.1 y los
momentos resistentes de un factor de resistencia de
0.7; en la revisión de la estabilidad al deslizamiento y
de la estabilidad general del talud, los momentos o
fuerzas motores se afectarán de un factor de 1.1 y
las resistentes de un factor de resistencia de 0.9.
Para muros de menos de 6 m de altura, será
aceptable estimar los empujes actuantes en forma
simplificada con base en el método semi–empírico de
Terzaghi, siempre que se satisfagan los requisitos de
drenaje. En caso de existir una sobrecarga
uniformemente repartida sobre el relleno, esta carga
adicional se podrá incluir como peso equivalente de
material de relleno.
En el caso de muros que excedan la altura
especificada en el párrafo anterior, se realizará un
estudio de estabilidad detallado, tomando en cuenta
los aspectos que se indican a continuación:
6.1.1 Restricciones del movimiento del muro
Los empujes sobre muros de retención podrán
considerarse de tipo activo solamente cuando haya
posibilidad de deformación suficiente por flexión o
giro alrededor de la base. En caso contrario y en
particular cuando se trate de muros perimetrales de
cimentación en contacto con rellenos, los empujes
considerados deberán ser por lo menos los del suelo
en estado de reposo más los debidos al equipo de
compactación del relleno, a las estructuras
colindantes y a otros factores que pudieran ser
significativos.
6.1.2 Tipo de relleno
Los rellenos no incluirán materiales degradables ni
compresibles y deberán compactarse de modo que
sus cambios volumétricos por peso propio, por
saturación y por las acciones externas a que estarán
sometidos, no causen daños intolerables a los
pavimentos ni a las instalaciones estructurales
alojadas en ellos o colocadas sobre los mismos.
6.1.3 Compactación del relleno
Para especificar y controlar en el campo la
compactación por capas de los materiales cohesivos
empleados en rellenos, se recurrirá a la prueba
Proctor estándar, debiéndose vigilar el espesor y
contenido de agua de las capas colocadas. En el
caso de materiales no cohesivos, el control se basará
en el concepto de compacidad relativa. Estos
rellenos se compactarán con procedimientos que
eviten el desarrollo de empujes superiores a los
considerados en el diseño.
6.1.4 Base del muro
La base del muro deberá desplantarse cuando
menos a 1 m bajo la superficie del terreno enfrente
del muro y abajo de la zona de cambios volumétricos
estacionales y de rellenos. La estabilidad contra
deslizamiento deberá ser garantizada sin tomar en
cuenta el empuje pasivo que puede movilizarse
frente al pie del muro. Si no es suficiente la
resistencia al desplazamiento, se deberá pilotear el
muro o profundizar o ampliar la base del mismo.
La capacidad de carga en la base del muro se podrá
revisar por los métodos indicados en las presentes
Normas para cimentaciones superficiales.
6.2 Estados límite de servicio
Cuando el suelo de cimentación sea compresible,
deberá calcularse el asentamiento y estimarse la
inclinación de los muros por deformaciones
instantáneas y diferidas del suelo. Se recurrirá a los
métodos aplicables a cimentaciones superficiales.
7. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO
Como parte del estudio de mecánica de suelos,
deberá definirse un procedimiento constructivo de las
cimentaciones, excavaciones y muros de contención
que asegure el cumplimiento de las hipótesis de
diseño y garantice la integridad de los elementos de
cimentación y la seguridad durante y después de la
construcción. Dicho procedimiento deberá ser tal que
se eviten daños a las estructuras e instalaciones
vecinas y a los servicios públicos por vibraciones o
desplazamiento vertical y horizontal del suelo.
Cualquier cambio significativo que se pretenda
introducir en el procedimiento de construcción
especificado en el estudio geotécnico deberá
analizarse con base en la información contenida en
dicho estudio o en un estudio complementario si éste
resulta necesario.
7.1 Procedimiento constructivo de
cimentaciones
7.1.1 Cimentaciones someras
El desplante de la cimentación se hará a la
profundidad señalada en el estudio de mecánica de
suelos. Sin embargo, deberá tenerse en cuenta
cualquier discrepancia entre las características del
suelo encontradas a esta profundidad y las
consideradas en el proyecto, para que, de ser
necesario, se hagan los ajustes correspondientes. Se
tomarán todas las medidas necesarias para evitar
que en la superficie de apoyo de la cimentación se
presente alteración del suelo durante la construcción
por saturación o remoldeo. Las superficies de
desplante estarán libres de cuerpos extraños o
sueltos.
En el caso de elementos de cimentación de concreto
reforzado se aplicarán procedimientos de
construcción que garanticen el recubrimiento
requerido para proteger el acero de refuerzo. Se
tomarán las medidas necesarias para evitar que el
propio suelo o cualquier líquido o gas contenido en él
puedan atacar el concreto o el acero. Asimismo,
durante el colado se evitará que el concreto se
mezcle o contamine con partículas de suelo o con
agua freática, que puedan afectar sus características
de resistencia o durabilidad. Se prestará especial
atención a la protección de los pilotes en la parte
oriente de la zona III del Distrito Federal donde el
subsuelo presenta una alta salinidad.
7.1.2 Cimentaciones con pilotes o pilas
La colocación de pilotes y pilas se ajustará al
proyecto correspondiente, verificando que la
profundidad de desplante, el número y el
espaciamiento de estos elementos correspondan a lo
señalado en los planos estructurales. Los
procedimientos para la instalación de pilotes y pilas
deberán garantizar la integridad de estos elementos
y que no se ocasione daños a las estructuras e
instalaciones vecinas por vibraciones o
desplazamiento vertical y horizontal del suelo. Cada
pilote, sus tramos y las juntas entre estos, en su
caso, deberán diseñarse y realizarse de modo tal que
resistan las fuerzas de compresión y tensión y los
momentos flexionantes que resulten del análisis.
Los pilotes de diámetro menor de 40 cm deberán
revisarse por pandeo verificando que la fuerza axial a
la que se encontrarán sometidos, con su respectivo
factor de carga, no rebasará la fuerza crítica Pc
definida por:
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
π
+
π
=
² ²
4 ²
4 ²
² ²
N
K D L
L
Pc FR N E I
(7.1)
donde
K es el coeficiente de reacción horizontal del
suelo;
D es el diámetro del pilote;
E es el módulo de elasticidad del pilote;
I es el momento de inercia del pilote;
N es el número entero, determinado por tanteo,
que genere el menor valor de Pc;
L es la longitud del pilote; y
FR se tomará igual a 0.35.
7.1.2.1 Pilas o pilotes colados en el lugar
Para este tipo de cimentaciones profundas, el estudio
de mecánica de suelos deberá definir si la
perforación previa será estable en forma natural o si
por el contrario se requerirá estabilizarla con lodo
común o bentonítico o con ademe. Antes del colado,
se procederá a la inspección directa o indirecta del
fondo de la perforación para verificar que las
características del estrato de apoyo son satisfactorias
y que todos los azolves han sido removidos. El
colado se realizará por procedimientos que eviten la
segregación del concreto y la contaminación del
mismo con el lodo estabilizador de la perforación o
con derrumbes de las paredes de la excavación. Se
llevará un registro de la localización de los pilotes o
pilas, las dimensiones relevantes de las
perforaciones, las fechas de perforación y de colado,
la profundidad y los espesores de los estratos y las
características del material de apoyo.
Cuando la construcción de una cimentación requiera
del uso de lodo bentonítico, el constructor no podrá
verterlo en el drenaje urbano, por lo que deberá
destinar un área para recolectar dicho lodo después
de usarlo y transportarlo a algún tiradero ex profeso.
Cuando se usen pilas con ampliación de base
(campana), la perforación de la misma se hará
verticalmente en los primeros 20 cm para después
formar con la horizontal un ángulo no menor de 60
grados: el peralte de la campana será por lo menos
de 50 cm. No deben construirse campanas bajo agua
o lodos, ya que los sistemas empleados para esta
operación no garantizan la colocación de concreto
sano en esta zona que es donde se desarrollará la
capacidad de carga.
Otros aspectos a los que deberá prestarse atención
son el método y equipo para la eliminación de
azolves, la duración del colado, así como el
recubrimiento y la separación mínima del acero de
refuerzo con relación al tamaño del agregado.
Para desplantar la cimentación sobre el concreto
sano de la pila, se deberá dejar en la parte superior
una longitud extra de concreto, equivalente al 90 por
ciento del diámetro de la misma; este concreto, que
acarrea las impurezas durante el proceso de colado,
podrá ser removido con equipo neumático hasta 20
cm arriba de la cota de desplante de la cimentación;
estos últimos 20 cm se deberán quitar en forma
manual procurando que la herramienta de ataque no
produzca fisuras en el concreto que recibirá la
cimentación.
En el caso de pilas coladas en seco, la longitud
adicional podrá ser de 50 por ciento del diámetro de
las mismas, evitando remover el concreto de esta
parte en estado fresco con el propósito de que el
“sangrado” del concreto se efectúe en dicha zona.
Esta parte se demolerá siguiendo los lineamientos
indicados en el punto anterior.
En cualquier tipo de pila, será necesario construir un
brocal antes de iniciar la perforación a fin de
preservar la seguridad del personal y la calidad de la
pila por construir.
No deberán construirse pilas de menos de 80 cm
hasta 30 m de profundidad, ni de menos de 100 cm
hasta profundidades mayores. Las pilas deberán ser
construidas con ademe o estabilizadas con lodos a
menos que el estudio del subsuelo muestre que la
perforación es estable.
Respecto a la localización de las pilas se aceptará
una tolerancia del 10 por ciento de su diámetro. La
tolerancia en la verticalidad de una pila será de 2 por
ciento de su longitud hasta 25 m de profundidad y de
3 por ciento para mayor profundidad.
7.1.2.2 Pilotes hincados a percusión
Se preferirá la manufactura en fábrica de tramos de
pilotes a fin de controlar mejor sus características
mecánicas y geométricas y su curado. En pilotes de
concreto reforzado, se prestará especial atención a
los traslapes en el acero de refuerzo longitudinal.
Cada pilote deberá tener marcas que indiquen los
puntos de izaje, para poder levantarlos de las mesas
de colado, transportarlos e izarlos.
El estudio de mecánica de suelos deberá definir si se
requiere perforación previa, con o sin extracción de
suelo, para facilitar la hinca o para minimizar el
desplazamiento de los suelos blandos. Se indicará
en tal caso el diámetro de la perforación y su
profundidad, y si es necesaria la estabilización con
lodo común o bentonítico. En pilotes de fricción el
diámetro de la perforación previa para facilitar la
hinca o para minimizar el desplazamiento de los
suelos blandos no deberá ser mayor que el 75 por
ciento del diámetro o lado del pilote. Si con tal
diámetro máximo de la perforación no se logra hacer
pasar el pilote a través de capas duras intercaladas,
exclusivamente estas deberán rimarse con
herramientas especiales a un diámetro igual o
ligeramente mayor que él del pilote. En caso de
recurrir a perforación previa, el factor de reducción FR
de la ecuación 3.12 se reducirá multiplicando el valor
aplicable en ausencia de perforación por la relación
(1–0.4Dperf /Dpil) donde Dperf y Dpil son
respectivamente el diámetro de la perforación previa
y el del pilote.
Antes de proceder al hincado, se verificará la
verticalidad de los tramos de pilotes y, en su caso, la
de las perforaciones previas. La desviación de la
vertical del pilote no deberá ser mayor de 3/100 de
su longitud para pilotes con capacidad de carga por
punta ni de 6/100 en los otros casos.
El equipo de hincado se especificará en términos de
su energía en relación con la masa del pilote y del
peso de la masa del martillo golpeador en relación
con el peso del pilote, tomando muy en cuenta la
experiencia local. Además, se especificarán el tipo y
espesor de los materiales de amortiguamiento de la
cabeza y del seguidor. El equipo de hincado podrá
también definirse a partir de un análisis dinámico
basado en la ecuación de onda.
La posición final de la cabeza de los pilotes no
deberá diferir respecto a la de proyecto en más de 20
cm ni de la cuarta parte del ancho del elemento
estructural que se apoye en ella.
Al hincar cada pilote se llevará un registro de su
ubicación, su longitud y dimensiones transversales,
la fecha de colocación, el nivel del terreno antes de la
hinca y el nivel de la cabeza inmediatamente
después de la hinca. Además se incluirá el tipo de
material empleado para la protección de la cabeza
del pilote, el peso del martinete y su altura de caída,
la energía de hincado por golpe, el número de golpes
por metro de penetración a través de los estratos
superiores al de apoyo y el número de golpes por
cada 10 cm de penetración en el estrato de apoyo,
así como el número de golpes y la penetración en la
última fracción de decímetro penetrada.
En el caso de pilotes hincados a través de un manto
compresible hasta un estrato resistente, se verificará
para cada pilote mediante nivelaciones si se ha
presentado emersión por la hinca de los pilotes
adyacentes y, en caso afirmativo, los pilotes
afectados se volverán a hincar hasta la elevación
especificada.
Los métodos usados para hincar los pilotes deberán
ser tales que no mermen la capacidad estructural de
éstos. Si un pilote de punta se rompe o daña
estructuralmente durante su hincado, o si por
excesiva resistencia a la penetración, queda a una
profundidad menor que la especificada y en ella no
se pueda garantizar la capacidad de carga requerida,
se extraerá la parte superior del mismo, de modo que
la distancia entre el nivel de desplante de la
subestructura y el nivel superior del pilote
abandonado sea por lo menos de 3 m. En tal caso,
se revisará el diseño de la subestructura y se
instalarán pilotes sustitutos.
Si es un pilote de fricción él que se rechace por
daños estructurales durante su hincado, se deberá
extraer totalmente y rellenar el hueco formado con
otro pilote de mayor dimensión o bien con un material
cuya resistencia y compresibilidad sea del mismo
orden de magnitud que las del suelo que reemplaza;
en este caso, también deberán revisarse el diseño de
la subestructura y el comportamiento del sistema de
cimentación.
7.1.2.3 Pruebas de carga en pilotes o pilas
En caso de realizarse pruebas de carga, se llevará
registro por lo menos de los datos siguientes:
a) Condiciones del subsuelo en el lugar de la
prueba;
b) Descripción del pilote o pila y datos obtenidos
durante la instalación;
c) Descripción del sistema de carga y del método
de prueba;
d) Tabla de cargas y deformaciones durante las
etapas de carga y descarga del pilote o pila;
e) Representación gráfica de la curva
asentamientos–tiempo para cada incremento de
carga; y
f) Observaciones e incidentes durante la instalación
del pilote o pila y la prueba.
7.2 Excavaciones
7.2.1 Consideraciones generales
Cuando las separaciones con las colindancias lo
permitan, las excavaciones podrán delimitarse con
taludes perimetrales cuya pendiente se evaluará a
partir de un análisis de estabilidad de acuerdo con el
Capítulo 5.
Si por el contrario, existen restricciones de espacio y
no son aceptables taludes verticales debido a las
características del subsuelo, se recurrirá a un
sistema de soporte constituido por ademes,
tablaestacas o muros colados en el lugar
apuntalados o retenidos con anclas instaladas en
suelos firmes. En todos los casos deberá lograrse un
control adecuado del flujo de agua en el subsuelo y
seguirse una secuela de excavación que minimice
los movimientos de las construcciones vecinas y
servicios públicos.
7.2.2. Control del flujo de agua
Cuando la construcción de la cimentación lo requiera,
se controlará el flujo del agua en el subsuelo del
predio mediante bombeo, tomando precauciones
para limitar los efectos indeseables del mismo en el
propio predio y en los colindantes.
Se escogerá el sistema de bombeo más adecuado
de acuerdo con el tipo de suelo. El gasto y el
abatimiento provocado por el bombeo se calcularán
mediante la teoría del flujo de agua transitorio en el
suelo. El diseño del sistema de bombeo incluirá la
selección del número, ubicación, diámetro y
profundidad de los pozos; del tipo, diámetro y
ranurado de los ademes, y del espesor y
composición granulométrica del filtro. Asimismo, se
especificará la capacidad mínima de las bombas y la
posición del nivel dinámico en los pozos en las
diversas etapas de la excavación.
En el caso de materiales compresibles, se tomará en
cuenta la sobrecarga inducida en el terreno por las
fuerzas de filtración y se calcularán los
asentamientos correspondientes. Si los
asentamientos calculados resultan excesivos, se
recurrirá a procedimientos alternos que minimicen el
abatimiento piezométrico. Deberá considerarse la
conveniencia de reinyectar el agua bombeada en la
periferia de la excavación y de usar pantallas
impermeables que la aíslen.
Cualquiera que sea el tipo de instalación de bombeo
que se elija, su capacidad garantizará la extracción
de un gasto por lo menos 1.5 veces superior al
estimado. Además, deberá asegurarse el
funcionamiento continuo de todo el sistema.
En suelos de muy baja permeabilidad, como las
arcillas lacustres de las zonas II y III, el nivel
piezométrico tiende a abatirse espontáneamente al
tiempo que se realiza la excavación, por lo que no es
necesario realizar bombeo previo, salvo para evitar
presiones excesivas en estratos permeables
intercalados. En este caso, más que abatir el nivel
freático, el bombeo tendrá como objetivo:
a) Dar a las fuerzas de filtración una dirección
favorable a la estabilidad de la excavación;
b) Preservar el estado de esfuerzos del suelo; e
c) Interceptar las filtraciones provenientes de lentes
permeables.
En todos los casos será necesario un sistema de
bombeo superficial que desaloje el agua de uno o
varios cárcamos en los que se recolecten los
escurrimientos de agua. El agua bombeada arrojada
al sistema de drenaje público deberá estar libre de
sedimentos y contaminantes.
7.2.3 Tablaestacas y muros colados en el lugar
Para reducir los problemas de filtraciones de agua
hacia la excavación y los daños a construcciones
vecinas, se podrán usar tablaestacas hincadas en la
periferia de la excavación o muros colados in situ o
prefabricados. Las tablaestacas o muros deberán
prolongarse hasta una profundidad suficiente para
interceptar el flujo debido a los principales estratos
permeables que pueden dificultar la realización de la
excavación. El cálculo de los empujes sobre los
puntales que sostengan estos elementos se hará por
los métodos indicados en el Capítulo 5. El sistema de
apuntalamiento podrá también ser constituido por
anclas horizontales instaladas en suelos firmes o
muros perpendiculares colados en el lugar o
prefabricados.
7.2.4 Secuencia de excavación
El procedimiento de excavación deberá asegurar que
no se rebasen los estados límite de servicio
(movimientos verticales y horizontales inmediatos y
diferidos por descarga en el área de excavación y en
la zona circundante).
De ser necesario, la excavación se realizará por
etapas, según un programa que se incluirá en la
memoria de diseño, señalando además las
precauciones que deban tomarse para que no
resulten afectadas las construcciones de los predios
vecinos o los servicios públicos; estas precauciones
se consignarán debidamente en los planos.
Al efectuar la excavación por etapas, para limitar las
expansiones del fondo a valores compatibles con el
comportamiento de la propia estructura o de edificios
e instalaciones colindantes, se adoptará una
secuencia simétrica. Se restringirá la excavación a
zanjas de pequeñas dimensiones en planta en las
que se construirá y lastrará la cimentación antes de
excavar otras áreas.
Para reducir la magnitud de las expansiones
instantáneas será aceptable, asimismo, recurrir a
pilotes de fricción hincados previamente a la
excavación y capaces de absorber los esfuerzos de
tensión inducidos por el terreno.
7.2.5 Protección de taludes permanentes
En el diseño de los sistemas de protección de
taludes naturales o cortes artificiales permanentes,
se tomará en cuenta que las deformaciones del suelo
protegido deben ser compatibles con las del sistema
de protección empleado. Se tomará asimismo en
cuenta el efecto del peso del sistema de protección
sobre la estabilidad general o local del talud durante
y después de la construcción. Por otra parte, los
sistemas de protección deberán incluir elementos
que garanticen un drenaje adecuado y eviten el
desarrollo de presiones hidrostáticas que puedan
comprometer la estabilidad del sistema de protección
y del propio talud.
En caso de usar anclas pasivas o activas para la
estabilización del talud deberá demostrarse que
éstas no afectarán la estabilidad ni inducirán
deformaciones significativas en las construcciones
vecinas y/o en los servicios públicos. El sistema
estructural del ancla deberá analizarse con el
objetivo de asegurar su funcionamiento como
elemento de anclaje. Las anclas activas deberán
analizarse e instalarse tomando en cuenta lo
señalado en la sección 5.1.4. Por otra parte, se
tomarán las precauciones necesarias para proteger
las anclas contra corrosión, con base en pruebas que
permitan evaluar la agresividad del terreno,
principalmente en cuanto a resistividad eléctrica, pH,
cantidad de sulfuros, sulfatos y cloruros. Se prestará
particular atención a la protección de los elementos
que no se encuentran dentro del barreno y en
especial en la zona del brocal (placas de apoyo,
cuñas, tuercas, zona terminal del elemento tensor,
etc.)
8. OBSERVACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE
LA CIMENTACIÓN
En las edificaciones del Grupo A y subgrupo B1 a
que se refiere el artículo 139 del Capítulo I del Título
Sexto del Reglamento, deberán hacerse nivelaciones
durante la construcción y hasta que los movimientos
diferidos se estabilicen, a fin de observar el
comportamiento de las excavaciones y
cimentaciones y prevenir daños a la propia
construcción, a las construcciones vecinas y a los
servicios públicos. Será obligación del propietario o
poseedor de la edificación, proporcionar copia de los
resultados de estas mediciones, así como de los
planos, memorias de cálculo y otros documentos
sobre el diseño de la cimentación a la Administración
cuando ésta lo solicite y a los diseñadores de
inmuebles que se construyan en predios contiguos.
En las edificaciones con peso unitario medio mayor
de 40 kPa (4 t/m²) o que requieran excavación de
más de 2.5 m de profundidad, y en las que
especifique la Administración, será obligatorio
realizar nivelaciones después de la construcción,
cada mes durante los primeros meses y cada seis
meses durante un periodo mínimo de cinco años
para verificar el comportamiento previsto de las
cimentaciones y sus alrededores. Posteriormente a
este periodo, será obligación realizar las mediciones
que señala el artículo 176 del Capítulo IX del Título
Sexto del Reglamento, por lo menos cada cinco años
o cada vez que se detecte algún cambio en el
comportamiento de la cimentación, en particular a
raíz de un sismo.
9. CIMENTACIONES ABANDONADAS
Al demoler edificios dañados por sismo o cuya vida
útil haya concluido, se tomarán las precauciones
necesarias para que los elementos de cimentación
dejados en el suelo no causen daños a las
construcciones vecinas, a los servicios públicos o a
las edificaciones que se construirán en el futuro en el
mismo predio. Se tomará en cuenta que la presencia
de una cimentación abandonada en un subsuelo
sometido a consolidación regional tiende a generar
una emersión aparente del terreno muy prolongada
en el tiempo, similar a la inducida por cimentaciones
sobre–compensadas, que puede causar
deformaciones inaceptables en la periferia de la
misma. Deberá demostrarse, a satisfacción de la
Administración, que las precauciones tomadas
garantizan que estos elementos de cimentación no
tendrán efectos indeseables. En caso contrario,
deberá procederse a su extracción y a la restitución
de condiciones análogas a las del suelo natural.
10. CIMENTACIONES SOBRE RELLENOS
CONTROLADOS
En ningún caso será aceptable cimentar sobre
rellenos naturales o artificiales que no hayan sido
colocados en condiciones controladas o
estabilizados.
Será aceptable cimentar sobre terraplenes de suelos
no orgánicos compactados, siempre que estos hayan
sido construidos por capas de espesor no mayor de
30 cm, con control del contenido de agua y del peso
volumétrico seco en las condiciones marcadas por el
estudio de mecánica de suelos.
La construcción de terraplenes con suelos
estabilizados con cemento u otro cementante deberá
basarse en pruebas mecánicas y de intemperización
realizadas en el laboratorio. Estas pruebas deberán
permitir definir los porcentajes de cementante
requeridos así como las condiciones de colocación y
compactación. Las características de los materiales
colocados en la obra deberán ser verificadas por
muestreo y/o pruebas de campo en el sitio. Las
propiedades del material estabilizado deberán ser
suficientes para garantizar la estabilidad del terraplén
y de las cimentaciones que descansen sobre él a
corto y a largo plazo, aun bajo el efecto de
infiltraciones de agua y de otros agentes de
intemperización.
Al cimentar sobre rellenos controlados, deberán
revisarse los estados límites de servicio y de falla de
la cimentación del terraplén, del terraplén mismo y de
la propia cimentación, con base en los criterios
definidos en las presentes Normas.
11. RECIMENTACIONES
La recimentación de una estructura, en su estado
actual o con vista a una ampliación o remodelación
de la misma, será obligatoria cuando existan
evidencias observacionales o analíticas que indiquen
que la cimentación en su estado actual o futuro no
cumple con las presentes Normas. La recimentación
o renivelación podrá ser exigida por la Administración
en el caso de construcciones que hayan sido
dictaminadas como inseguras y riesgosas para las
construcciones vecinas y/o los servicios públicos.
Los trabajos de recimentación o de renivelación
deberán basarse en un estudio estructural y de
mecánica de suelos formal. En el caso de una
recimentación, se verificará la adecuación de la
estructuración y de la nueva cimentación. Los
elementos de cimentación agregados a los existentes
deberán ser precargados para asegurar su trabajo
conjunto con el resto de la cimentación.
Los trabajos de recimentación o de renivelación
deberán realizarse por etapas de tal forma que, en
cualquier instante de la construcción y
posteriormente a ella, no se ponga en peligro la
seguridad ni se causen daños en la propia
construcción, en las construcciones adyacentes y/o
en los servicios públicos.
12. MEMORIA DE DISEÑO
Todo estudio de mecánica de suelos e ingeniería de
cimentaciones deberá incluir una memoria de diseño
detallada con la información suficiente para que
pueda ser fácilmente revisada. La memoria de diseño
incluirá una descripción detallada de las
características del subsuelo, la justificación del tipo
de cimentación o recimentación proyectado y de los
procedimientos de construcción especificados, así
como una exposición de los métodos de análisis
usados y los resultados de las verificaciones
realizadas de acuerdo con las presentes Normas en
cuanto a estados límites de falla y de servicio.
También incluirá una descripción clara del
comportamiento previsto para cada uno de los
estados límite indicado en las presentes Normas. Se
anexarán los resultados de las exploraciones,
sondeos, pruebas de laboratorio y de campo y otras
determinaciones y análisis, las magnitudes de las
acciones consideradas en el diseño, los cálculos
realizados, así como la interacción considerada
durante y después de la construcción con las
cimentaciones de los inmuebles colindantes y la
distancia, en su caso, dejada entre estas
cimentaciones y la que se proyecta.
En el caso de edificios cimentados en terreno con
problemas especiales, y en particular los que se
localicen en terrenos agrietados, sobre taludes o
donde existan rellenos o antiguas minas
subterráneas, se agregará a la memoria una
descripción de estas condiciones y se indicará cómo
éstas se tomaron en cuenta en el diseño de la
cimentación.
roberto sanchez,RCDD
Facilius Per. Partes in cognitionem totius adducimur. Seneca -Es mas fácil entender por partes que entenderlo todo-
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