Norma Tecnica de Cimentaciones

MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS REPUBLICA DE EL SALVADOR

NORMA TECNICA PARA DISEÑO DE CIMENTACIONES Y ESTABILIDAD DE TALUDES

REGLAMENTO PARA LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL DE LAS CONSTRUCCIONES EL SALVADOR, 1994

MIEMBROS DEL COMITE TECNICO PRESIDENTE MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS Ing. Jorge A. Rodríguez Deras SECRETARIO EJECUTIVO Ing. Guillermo Calderón Ibáñez REPRESENTANTES DE: MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS Ing. Mario Ernesto Jovel Galindo UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR Ing. Luis Rodolfo Nosiglia UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA "JOSE SIMEON CAÑAS" Ing. Ricardo Castellanos UNIVERSIDAD ALBERT EINSTEIN Arq. Ivo Osegueda ASOCIACION SALVADOREÑA DE INGENIEROS Y ARQUITECTOS (ASIA) Ing. Eduardo Graniello Ing. Víctor Arnoldo Figueroa CAMARA SALVADOREÑA DE LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION (CASALCO) Ing. Darío E. Sánchez Córdova Ing. Ernesto Arturo Lara SOCIEDAD SALVADOREÑA DE INGENIERIA SISMICA (SSIS) Ing. Leónidas Delgado COLEGIO DE ARQUITECTOS DE EL SALVADOR (CADES) Arq. Luis René Dada COORDINADORES AREA DE ESTUDIO Ing. Gustavo Alejandro Calderón Ing. Rubén Umaña MIEMBROS DEL GRUPO DE TRABAJO Ing. Mario Angel Guzmán Urbina Ing. Jean Christian Guerra Majorel Ing. Gerarado Rivas Durán Ing. Ricardo Burgos Oviedo Ing. Juan Carlos Figueroa Ing. Daniel Hernández ASESORES NACIONALES Dr. Héctor David Hernández F. Ing. José Antonio González Ing. Enrique E. Melara M.SCE Ing. Rolando Amaya de León ASESORES INTERNACIONALES Dr. Emilio Rosenblueth Dr. Roberto Meli Piralla Dr. Gerardo Suárez Reinoso Dr. Mario Ordáz Schroeder M.I Manuel Mendoza M.I Lorenzo Daniel Sánchez COORDINADOR GENERAL Ing. Luis E.López Barahona


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CAPITULO 1 DISPOSICIONES GENERALES.

1.1 ALCANCES. 1.1.1 Esta Norma Técnica establece los requisitos mínimos para el diseño y construcción de cimentaciones y estabilidad de taludes y forma parte del "Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones". 1.1.2 La presente Norma Técnica regirá en todo lo concerniente a las propiedades de los suelos para cimentaciones y estabilidad de taludes, en aquellos casos en que exista discrepancia con los requisitos contenidos en otras disposiciones a las que se hace referencia en esta Norma Técnica. 1.1.3 Los requisitos para el diseño y construcción que se presentan en esta Norma Técnica son aplicables a todo el país. 1.2 PLANOS CONSTRUCTIVOS. En los planos de construcción deberán indicarse los detalles necesarios de la cimentación. Las notas técnicas de los mismos incluirán la capacidad de carga admisible del suelo y otros aspectos relevantes sobre el tratamiento que el suelo pueda requerir.

1.3 SUPERVISION. Los procesos constructivos de las cimentaciones, así como el tratamiento que el suelo pueda requerir, deberán ser supervisados durante todas las etapas de la obra.


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CAPITULO 2 NOTACION.

2.1 NOTACION.

Epe

: Fuerza total de empuje pasivo sísmico combinado.

FS

: Factor de seguridad.

Fg

: Fuerzas gravitacionales.

: Angulo de inclinación de la parte interna del muro con respecto al plano vertical.

Fs

: Fuerzas sísmicas.

*

: Angulo de fricción entre muro y relleno.

Ff

: Fuerzas debidas a filtración.

ß

: Angulo de inclinación de la superficie del suelo con respecto a la horizontal.

J

: Peso volumétrico del suelo.

H

: Altura del muro.

Ka

: Coeficiente del empuje activo.

Ea

: Fuerza total del empuje activo.

Kp

: Coeficiente del empuje pasivo.

Ep

: Fuerza total del empuje pasivo.

Kh

: Coeficiente sísmico horizontal.

Kv

: Coeficiente sísmico vertical.

" N 1

: Angulo definido por la expresión (5-5). : Angulo de fricción interna del suelo.

Kae

: Coeficiente del empuje activo sísmico combinado.

Eae

: Fuerza total de empuje activo sísmico combinado.

Kpe

: Coeficiente del empuje activo sísmico combinado.


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CAPITULO 3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO.

3.1 CARGAS APLICADAS. 3.1.1 Para el dimensionamiento de las cimentaciones y la comprobación de las presiones transmitidas por la estructura al terreno, se puede optar por una distribución lineal elástica de presiones en la base de la cimentación, de acuerdo al método de esfuerzos de trabajo. Se deberán revisar las distintas combinaciones de carga establecidas en el título II del Reglamento, así como los efectos de impacto y de vibración de las cargas móviles. 3.1.2 La presión máxima transmitida por la cimentación bajo las cargas más severas no será mayor que el esfuerzo admisible del suelo, establecido de conformidad con esta Norma Técnica. 3.1.3 Para cimentaciones que se apoyan directamente sobre roca intacta, el esfuerzo admisible debe basarse en la resistencia de la parte intacta de la roca, considerando la influencia que puedan tener las rocas fisuradas y las descompuestas. 3.1.4 Para pilotes, se deberá cumplir lo siguiente: 1) La carga máxima transmitida bajo la combinación de cargas más severa, no excederá la capacidad de carga admisible del pilote. 2) Deberán ser capaces de resistir, además de la fuerza requerida por compresión, una fuerza de tensión equivalente a la resistencia al cortante de los estratos atravesados. 3) Cuando sean prefabricados, se diseñarán además para soportar los esfuerzos a los que se les pueda someter durante las maniobras de transporte y colocación.

4) Su dimensión transversal no será menor de 0.25 m. La separación centro a centro entre pilotes no será menor de 3 veces su dimensión transversal ó 0.90 m , la que sea mayor. 3.2 SUELOS BAJO ZAPATAS. 3.2.1 Para zapatas aisladas, combinadas o corridas, placas de cimentación, cascarones o cualquier combinación de las anteriores cimentaciones, deberán hacerse las siguientes consideraciones: 1) No deberá construirse sobre suelo suelto u orgánico o sobre material de desecho. 2) Será necesario determinar el grado de hinchamiento y contracción de las arcillas expansivas cuando éstas se detecten en los suelos de soporte de una cimentación y así tomar las medidas preventivas en el diseño y la construcción de la obra. 3) Los asentamientos verticales, totales o diferenciales, que ocurran durante la construcción de una obra y durante su vida útil, no deben afectar la estabilidad de la obra o el adecuado funcionamiento de las instalaciones domiciliares ni la de construcciones vecinas. 4) El terreno en que se apoya una cimentación será protegido contra la erosión interna o la disminución de su compacidad por efecto de saturación. Deben evitarse escurrimientos superficiales nocivos, empozamientos o filtraciones de cualquier tipo. Cuando exista flujo de agua en la zona de cimentación, deberán construirse drenajes apropiados. En caso de que exista posibilidad de licuefacción o tubificación, las estructuras deberán cimentarse a una profundidad mayor que las capas susceptibles a

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tales fenómenos o deberán efectuarse las correcciones necesarias al suelo.

3.3 CIMENTACIONES EN TALUDES. En cimentaciones ubicadas en terrenos próximos a taludes o en terrenos inclinados, se verificará que el talud es estable para las cargas estáticas y dinámicas que le son transmitidas. En cimentaciones adyacentes y construidas a diferentes niveles, se evitará que la zona de influencia del cimiento del nivel superior intersecte la de la cimentación del nivel inferior. Si esto no fuera posible, el dimensionamiento de la cimentación inferior tomará en cuenta las presiones inducidas por la cimentación más alta.

3.4 CIMENTACIONES COMPENSADAS. En las cimentaciones compensadas se puede sustituir total o parcialmente el peso de la edificación por el peso total del suelo excavado. Lo anterior está sujeto a la verificación de que no existan suelos sueltos, galerías, grietas u otros defectos del subsuelo.

3.5 CIMENTACIONES PARA MAQUINAS. Para el diseño de cimentaciones de maquinaria se tomarán en cuenta las solicitaciones debidas a los efectos provenientes de las vibraciones o impacto producidos por el funcionamiento de las mismas y se verificará que:

tes. 3) La vibración que se produzca en la cimentación, para cualquier combinación probable de cargas y/o velocidades de operación, no debe ser objetable.

3.6 RECIMENTACIONES. Para toda obra de recimentación se requerirá efectuar una investigación geotécnica, así como un estudio detallado que explique razonablemente las causas de la falla, o un estudio que relacione la estructuración existente y la propuesta.

3.7 LICUEFACCION. Debe considerarse que existe la posibilidad de licuefacción cuando se presenten estratos de arena fina con más del 50% de los granos con dimensiones menores o iguales de 2mm ( Tamíz No.10 ) y la densidad relativa sea menor de 70% y cuando el nivel freático esté próximo al estrato considerado.

3.8 ZONAS DE PROTECCION. 3.8.1 Se deberá proveer a los muros de retención o taludes con una zona de protección entre la cresta del talud y las construcciones superiores, así como entre el pie del talud y las inferiores. 3.8.2 El ancho de la zona de protección se determinará por medio de un análisis apropiado de mecánica de suelos.

1) Los esfuerzos estáticos y dinámicos inducidos en la cimentación no excedan los límites de capacidad permisible del suelo en que se apoya la misma.

3.8.3 Las zonas de protección que no sean provistas de un revestimiento permanente, deberán dotarse de una vegetación apropiada de acuerdo a la pendiente del terreno y al tipo de suelo.

2) El suelo sea capaz de soportar las fuerzas estáticas y dinámicas que se le transmiten por medio de las cimentaciones, sin sufrir asentamientos importan-

3.8.4 Cuando el terreno presente cambios de nivel mayores de un metro, deberá protegerse con obras como taludes engramados, estaquillados, barreras


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vivas, etc. Los taludes mayores de 10.00 m. de altura, deberán proveerse de un drenaje apropiado.

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CAPITULO 4 INVESTIGACION GEOTECNICA

4.1 INSPECCION DEL LUGAR. Se debe obtener información general preliminar del tipo de suelo existente en los alrededores del sitio de la obra, en base a una inspección del lugar y de todo lo concerniente al tipo de estructura a construir, su destino y las cargas estimadas que transmitirá la estructura.

4.2 METODOS DE EXPLORACION DEL SUBSUELO. 4.2.1 Ensayo de penetración estándar (SPT). Para efectos de esta Norma Técnica, se deberá verificar que los ensayos de penetración estándar cumplan los siguientes requisitos:

nirá la profundidad de los sondeos; el mismo especialista podrá decidir el aumentar la profundidad de los mismos dependiendo de las condiciones reales del suelo detectadas durante el proceso de perforación.

4.2.2 Cuando se requiera que las cargas se transmitan directamente en roca, la mínima profundidad del sondeo dentro de roca intacta será de 3.0 m. Si la roca está fracturada y/o intemperizada, la profundidad del sondeo deberá incrementarse a criterio del geotecnista. 4.2.3 Otros procedimientos. Alternativamente al ensayo de penetración estándar (SPT), para la obtención de muestras alteradas o inalteradas, se podrá emplear la excavación de pozos a cielo abierto.

1) Número y espaciamiento de las perforaciones. El número y espaciamiento de las exploraciones en el subsuelo serán determinados por el diseñador estructural en conjunto con el ingeniero geotecnista, conforme a las características propias del lugar y las cargas transmitidas por la estructura al suelo.

2) Profundidad de las perforaciones. La profundidad mínima de las perforaciones, consideradas a partir de los niveles proyectados de terrazas, será la que se indica a continuación:

4.3 ESFUERZOS PERMISIBLES Y CAPACIDAD DE CARGA. Se podrá estimar el esfuerzo admisible o la capacidad de carga de un suelo, tanto para cimentaciones superficiales como para cimentaciones profundas, a partir de información obtenida de ensayos triaxiales, de ensayos de penetración estándar o de otro método aceptado de exploración.

4.3.1 Para suelos granulares el esfuerzo admisible del suelo podrá basarse en correlaciones con ensayos de penetración estándar.

a) Para edificaciones de una planta, 3.0 m. b) Para edificaciones de dos plantas, 5.0 m. c) En todo caso, el especialista en suelos defi-

4.3.2 El esfuerzo admisible del suelo, a partir de ensayos triaxiales, se puede determinar dividiendo la capacidad de carga última entre un factor de reducción de 3.


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4.3.3 La capacidad de carga admisible de un pilote de punta o fricción, se determinará dividiendo la capacidad de carga última entre un factor de reducción de 3. 4.4 PARAMETROS DINAMICOS DEL SUELO. Se podrán determinar los parámetros dinámicos de un suelo, utilizando correlaciones empíricas en base a resultados obtenidos del ensayo de penetración estándar o cualquier otro procedimiento aceptado. En caso de requerirse información más detallada de las características y propiedades dinámicas del suelo, pueden realizarse ensayos geofísicos del tipo "down hole" o "cross hole", así como emplearse correlaciones con el módulo de rigidez al cortante, determinadas por medio de procedimientos como el péndulo de torsión simple o cualquier otro método aceptado.

4.5 REPORTE GEOTECNICO. Tal como se establece en los Artículos 46 y 47 del Reglamento, el reporte geotécnico debe de contener como mínimo la siguiente información: Capacidad de carga admisible, identificación y clasificación del suelo, condiciones de humedad, límites de consistencia, presencia de agentes contaminantes y flujos de aguas subterráneos; así como también, la definición de la profundidad mínima de desplante de las cimentaciones, a niveles bajo los cuales no existan cantidades perjudiciales de material orgánico y el suelo posea características mínimas aceptables. Para estructuras clasificadas como de Categoría de Ocupación I, además deberá considerarse en el reporte la identificación y ubicación de fallas geológicas, así como todos los ensayos adicionales que a criterio del geotecnista y diseñador estructural, se requieran.


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MUROS DE RETENCION.

5.1 ALCANCES.

del muro.

En este capítulo se presentan los criterios para el diseño de muros de retención y se indican las medidas de protección requeridas.

5.2.3 Los muros incluirán un sistema de drenaje que minimize la generación de empujes superiores a los de diseño por efecto de la presión del agua.

5.2 CONSIDERACIONES GENERALES.

5.3 EFECTO ESTATICO Y DINAMICO.

5.2.1 Las fuerzas actuantes a considerar en el diseño de un muro de retención son el peso propio del muro, el empuje de tierra, la fricción entre el muro y el suelo, el empuje hidrostático, las sobrecargas en la superficie del suelo retenido y las fuerzas sísmicas.

El diseño considerará las fuerzas estáticas tales como el empuje activo, el pasivo, la sobrecarga sobre el terraplén, el empuje hidrostático y las fuerzas sísmicas especificadas.

5.2.2 El diseño considerará la falla debida a volteo, deslizamiento, esfuerzos aplicados al terreno y la resistencia requerida de las secciones transversales

5.3.1 El empuje estático del suelo puede ser determinado haciendo uso de cualquier método aceptado, o con las expresiones de Coulomb que se muestran a continuación,

1) Empuje Activo. Ka

cos2( N & 2 )

'

cos2 2 . cos ( 2% * )

1%

sen

( * N ) . sen ( N %

&

$)

1/2

2

cos ( 2% * ) . c o s ( 2& $ )

(5.1) En la ecuación 5.1 0

#

*

#

N

En la práctica se puede tomar N 2 Ea

#

'

* 1 2

#

2 3

N

. J . H 2 . Ka

(5.2)


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Figura 5.3.1 Empuje Activo 2) Empuje Pasivo.

Kp

cos2( N % 2 )

'

cos2 2 . cos ( 2& * )

1&

sen ( *% N ) . sen ( N % $ )

1/2

2

cos ( 2& * ) . c o s ( 2& $ )

(5.3) Ep

'

1 2

(5.4)

. J . H 2 . Kp

Figura 5.3.2 Empuje Pasivo


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5.3.2 Efecto sísmico combinado.

por el cual trata de rotar el terreno está dado por:

El empuje combinado del suelo, activo o pasivo, con el debido al sismo puede ser determinado con cualquier método propuesto en la literatura técnica, o a partir de las expresiones de Mononobe-Okabe que se muestran a continuación, y para las que el ángulo

"

'

&

tan

1

k h

(5.5)

1 & k v

1) Empuje Activo.

Kae

cos2( N

'

2

cos".cos 2 . cos ( *% 2% " )

1%

&

" 2) &

N * ) . sen ( N " $ ) cos ( * N " ) . c o s ( $ 2 )

sen (

%

%

&

%

&

1/2

2

&

(5.6)

Eae

'

1 2

. J . H 2 . Kae . ( 1 & k v )

Figura 5.3.3 Combinación empuje activo y sismo

(5.7)


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2) Empuje Pasivo.

cos2( N & "% 2 )

Kpe ' 2

cos".cos 2 . cos ( 2& " ) . 1 &

sen N . sen ( N % $& " )

1/2

2

cos ( 2& " ) . c o s ( $& 2 )

(5.8)

Epe '

1 2

( 5.9)

. J . H 2 . Kpe . ( 1 & k v )

Figura 5.3.4 Combinación empuje pasivo y sismo

5.3.3 El coeficiente sísmico horizontal, kh, se tomará igual 0.16 para la zona I y 0.12 para la Zona II. El coeficiente sísmico vertical, kv, se tomará igual a cero para ambas zonas. 5.3.4 Las ecuaciones (5-7) y (5-9) expresan la suma del empuje activo o pasivo, según el caso, con el empuje debido al sismo, por lo que el empuje sísmico, )ae ó )pe, se obtendrá por diferenciación de

ambos efectos.

5.3.5 El punto de aplicación del empuje gravitacional en el paramento interno del muro, se considerará a H/3 y el del sísmico a 2H/3, ambos a partir de la base del muro. 5.3.6 Las fuerzas sísmicas debidas a la masa del muro así como la correspondiente a la masa de tierra que se apoya sobre el talón del mismo, se determina-

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rán multiplicando tales pesos por el coeficiente sísmico correspondiente, que se indica en 5.3.3.

5.3.7 Las fuerzas sísmicas determinadas según 5.3.6 se considerarán aplicadas en el centro de gravedad de tales masas. 5.3.8 Cuando se considere carga sísmica, los esfuerzos permisibles del suelo podrán ser incrementados en 33%. 5.3.9 Para muros de menos de 6.0 m. de altura, será aceptable estimar los empujes actuantes con algún método semiempírico, que produzca resultados similares a los obtenidos con teorías más precisas. 5.3.10 Una sobrecarga uniformemente distribuida y aplicada sobre el suelo retenido, puede ser considerada como un peso de suelo equivalente.

5.3.11 La combinación de las diferentesfuerzas y los factores de seguridad, FS, se muestran en la Tabla 5.1. 5.3.12 La base de los muros de gravedad deberá desplantarse a una profundidad tal que su cimentación se encuentre protegida de la erosión. 5.4 JUNTAS. Deberán proveerse juntas verticales: 1) En toda zona en donde ocurran cambios bruscos en la sección transversal vertical de un muro. 2) A una distancia horizontal máxima de 12.00 m. 3) En los cambios de nivel de la cimentación y/o en los cambios de dirección del alineamiento del muro.

Tabla 5-1 Combinación de Fuerzas y Factor de Seguridad Combinación

Fuerzas

Condición

FS

1

Fg

Volteo Deslizamiento

1.5 1.5

2

Fg + Fs

Volteo Deslizamiento

1.2 1.2


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CAPITULO 6 ESTABILIDAD DE TALUDES.

6.1 ALCANCES. En este capítulo se definen los criterios básicos para el análisis y el diseño de taludes, así como las medidas de protección requeridas para los mismos.

6.2.3 Se tomarán medidas para drenar eficientemente las aguas superficiales. Los acueductos y/o alcantarillados que atraviesen la zona deberán ser capaces de deformarse sin agrietarse. 6.3 EFECTO ESTATICO Y DINAMICO.

6.2 CONSIDERACIONES GENERALES. 6.2.1 Previamente al diseño de un talud se debe contar con un estudio geotécnico, el que deberá considerar todas las superficies de falla probables así como la localización del nivel freático. 6.2.2 La extensión de la zona a ser considerada en el estudio, será definida por el especialista de suelos de acuerdo a la importancia del talud y las condiciones del lugar.

El análisis deberá tomar en cuenta las fuerzas estáticas y las fuerzas sísmicas aplicadas.

6.3.1 La fuerza sísmica, Fs, se determinará multiplicando el peso de cada cuña deslizante por el coeficiente sísmico correspondiente que se indica en 5.3.3. 6.3.2 Los factores de seguridad se indican en la Tabla 6.2.

TABLA 6.2 Factor de seguridad. Condición 1 2

Combinación de Fuerzas Fg Fg + Ff + Fs

FS 1.4 1.1

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BIBLIOGRAFIA "REGLAMENTO DE EMERGENCIA DEL DISEÑO SISMICO PARA LA REPUBLICA DE EL SALVADOR" Asociación Salvadoreña de Ingenieros y Arquitectos (ASIA). Ministerio de Obras Públicas, Septiembre 1989. "REGLAMENTO NACIONAL DE CONSTRUCCIONES DEL PERU". Ministerio de Vivienda y Construcción.

"MECANICA DE SUELOS". Teoría y aplicaciones de la Mecánica de suelos. Juárez Badillo Rico Rodríguez, 1984. "INTRODUCTION TO EARTHQUAKE ENGINEERING" Shunzo Okamoto University of Tokio Press, 1973.

Norma Tecnica de Cimentaciones

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