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SUELOS APLICADOS A CIMENTACIONES Y VIAS DE TRANSPOR TRANSPORTE TE
CRITERIOS TECNICOS A CONSIDERAR PARA ELEGIR CALICATAS CON FINES DE CIMENTACION PARA EDIFICACIONES.
El Reglamento Nacional de Edificaciones tiene por Objeto normar los criterios y requisitos mínimos para el diseño y ejecución de las habilitaciones urbanas y las edificac edificacione iones s permitie permitiendo ndo de esta manera una mejor mejor ejecuc ejecución ión de los planes urbanos. El reglamento nacional de edificaciones es de aplicación obligatoria para quienes desarrollen desarrollen procesos de habilitación habilitación urbana y edificaciones edificaciones en el ámbito nacional nacional cuyo resultado es de carácter permanente p!blico y pri"ado. #e acuerdo al RE$%&'EN(O N&)*ON&% #E E#*+*)&)*ONE, del -er! se toma en consideración el tomo ** denominado &/*%&(&)*ONE, 0R/&N&, sub título consideraciones $enerales de las habilitaciones.
Tipos de habilitaciones:
(.12 abilitaciones residenciales (.32 abilitaciones )omerciales (.42 abilitaciones *ndustriales (.52 abilitaciones para usos especiales (.62 abilitaciones en Riberas y %aderas. (.72 Reurbani8aciones.
Coponentes est!"ct"!ales:
)E.212 &cera y -a"imentos )E.212 Estabili8ación de suelos )E.212 Obras especiales y )omplementarias.
II.# NORMA T$CNICA T$CNICA DE EDIFICACI%N EDIFICACI%N E.&'& S(ELOS ) CIMENTA CIMENTACIONES MIGUEL LOPEZ PAZOS
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SUELOS APLICADOS A CIMENTACIONES Y VIAS DE TRANSPORTE
*.+ O,-ETIO El objeti"o de esta Norma es establecer los requisitos para la ejecución de Estudios de 'ecánica de ,uelos 9E',: con fines de cimentación de edificaciones y otras obras indicadas en esta Norma. %os E', se ejecutarán con la finalidad de asegurar la estabilidad y permanencia de las obras y para promo"er la utili8ación racional de los recursos.
*.* /M,ITO DE APLICACI%N El ámbito de aplicación de la presente Norma comprende todo el territorio nacional. %as e;igencias de esta Norma se consideran mínimas. %a presente Norma no toma en cuenta los efectos de los fenómenos de geodinámica e;terna y no se aplica en los casos que haya presunción de la e;istencia de ruinas arqueológicas< galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. En ambos casos deberán efectuarse estudios específicamente orientados a confirmar y solucionar dichos problemas.
*.0 O,LIGATORIEDAD DE LOS EST(DIOS 3.4.1 )asos donde e;iste obligatoriedad Es obligatorio efectuar el E', en los siguientes casos= a: Edificaciones en general que alojen gran cantidad de personas equipos costosos o peligrosos tales como= colegios uni"ersidades hospitales y clínicas estadios cárceles auditorios templos salas de espectáculos museos centrales telefónicas estaciones de radio y tele"isión estaciones de bomberos archi"os y registros p!blicos centrales de generación de electricidad sub>estaciones el?ctricas silos tanques de agua y reser"orios empresas prestadoras de ser"icios p!blicos entidades p!blicas y pri"adas e instalaciones militares en general. b: )ualquier edificación no mencionada en a: de uno a tres pisos que ocupen indi"idual o conjuntamente más de 622 m3 de área techada en planta.
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c: )ualquier edificación no mencionada en a: de cuatro o más pisos de altura cualquiera que sea su área. d: Edificaciones industriales fábricas talleres o similares. e: Edificaciones especiales cuya falla además del propio colapso represente peligros adicionales importantes tales como= reactores atómicos grandes hornos depósitos de materiales inflamables corrosi"os o combustibles paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo. f: )ualquier edificación que requiera el uso de pilotes pilares o plateas de fundación. g: )ualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad. En los casos en que es obligatorio efectuar un E', de acuerdo a lo indicado en este numeral el informe del E', correspondiente deberá ser firmado por un -rofesional Responsable 9-R:. En estos mismos casos deberá incluirse en los planos de cimentación una transcripción literal del @Resumen de las )ondiciones de )imentaciónA El objeti"o de esta Norma es establecer los requisitos para la ejecución de Estudios de 'ecánica de ,uelos 9E',: con fines de cimentación de edificaciones y otras obras indicadas en esta Norma. %os E', se ejecutarán con la finalidad de asegurar la estabilidad y permanencia de las obras y para promo"er la utili8ación racional de los recursos.
EST(DIOS A REALI1ARCE *.2 INFORMACI%N PREIA Es la que se requiere para ejecutar el E',. %os datos indicados en los numerales 3.1.1 3.1.3.a 3.1.3.b y 3.1.4 serán proporcionados por quien solicita el E', 9el ,olicitante: al -R antes de ejecutarlo. %os datos indicados en los numerales restantes serán obtenidos por el -R.
*.' Del te!!eno a in3esti4a! a: -lano de ubicación y accesos. MIGUEL LOPEZ PAZOS
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b: -lano topográfico con cur"as de ni"el. ,i la pendiente promedio del terreno fuera inferior al 6B bastará un le"antamiento planim?trico. En todos los casos se harán indicaciones de linderos usos del terreno obras anteriores obras e;istentes situación y disposición de acequias y drenajes. En el plano deberá indicarse tambi?n la ubicación pre"ista para las obras. #e no ser así el programa de in"estigación 9"er el numeral 3.4: cubrirá toda el área del terreno. c: %a situación legal del terreno.
*.' De la ob!a a cienta! a: )aracterísticas generales acerca del uso que se le dará n!mero de pisos ni"eles de piso terminado área apro;imada tipo de estructura n!mero de sótanos luces y cargas estimadas. b: En el caso de edificaciones especiales 9que transmitan cargas concentradas importantes que presenten luces grandes alberguen maquinaria pesada o que "ibren que generen calor o frío o que usen cantidades importantes de agua: deberá contarse con la indicación de la magnitud de las cargas a transmitirse a la cimentación y ni"eles de piso terminado o los parámetros dinámicos de la máquina las tolerancias de las estructuras a mo"imientos totales o diferenciales y sus condiciones límite de ser"icio y las e"entuales "ibraciones o efectos t?rmicos generados en la utili8ación de la estructura. c: %os mo"imientos de tierras ejecutados y los pre"istos en el proyecto. d: -ara los fines de la determinación del -rograma de *n"estigación 'ínimo 9-*': del E', 9"er el numeral 3.4.3: las edificaciones serán calificadas seg!n la (abla 1 donde & / y ) designan la importancia relati"a de la estructura desde el punto de "ista de la in"estigación de suelos necesaria para cada tipo de edificación siendo el & más e;igente que el / y ?ste que el ).
II. Aplicaci5n de las T6cnicas de In3esti4aci5n %a in"estigación de campo se reali8ará de acuerdo a lo indicado en el presente )apítulo respetando las cantidades "alores mínimos y limitaciones que se indican en esta Norma y adicionalmente en todo aquello que no se contradiga se aplicará lo indicado en la N(- 44C.173=3221. C MIGUEL LOPEZ PAZOS
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a: -o8os o )alicatas y (rincheras ,on e;ca"aciones de formas di"ersas que permiten una obser"ación directa del terreno así como la toma de muestras y la reali8ación de ensayos in situ que no requieran confinamiento. %as calicatas y trincheras serán reali8adas seg!n la N(44C.173=3221. El -R deberá tomar las precauciones necesarias a fin de e"itar accidentes. b: -erforaciones 'anuales y 'ecánicas ,on sondeos que permiten reconocer la naturale8a y locali8ación de las diferentes capas del terreno así como e;traer muestras del mismo y reali8ar ensayos in situ. %a profundidad recomendable es hasta 12 metros en perforación manual sin limitación en perforación mecánica. %as perforaciones manuales o mecánicas tendrán las siguientes limitaciones= b>1: -erforaciones mediante Espiral 'ecánico %os espirales mecánicos que no dispongan de un dispositi"o para introducir herramientas de muestreo en el eje no deben usarse en terrenos donde sea necesario conocer con precisión la cota de los estratos o donde el espesor de los mismos sea menor de 242 metros. b>3: -erforaciones por %a"ado con &gua. ,e recomiendan para diámetros menores a 122 mm. %as muestras procedentes del agua del la"ado no deberán emplearse para ning!n ensayo de laboratorio. c: '?todo de Ensayo de -enetración Estándar 9,-(: N(- 44C.144=1CCC %os Ensayos de -enetración Estándar 9,-(: son aplicables seg!n se indica en la (abla 4. No se recomienda ejecutar ensayos 9,-(: en el fondo de calicatas debido a la p?rdida de confinamiento. d: Ensayo de -enetración )uasi>Estática -rofunda de ,uelos con )ono y )ono de +ricción 9)-(: N(-44C.15D=3222 Este m?todo se conoce tambi?n como el )ono oland?s. ?ase aplicación en la (abla 4. e: -rueba de -enetración #inámica ,uperpesada 9#-,: 0NE 124>D21=1CC5 9"er &NEFO **: ,e utili8a para auscultaciones dinámicas que requieren in"estigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de -enetración Estándar. MIGUEL LOPEZ PAZOS
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%os parámetros obtenidos con este ensayo 9N32: deberán ser correlacionados con los parámetros de los ensayos ,-( 9N: en el sitio de estudio. No se recomienda ejecutar ensayos #-, en el fondo de calicatas debido a la p?rdida de confinamiento. -ara determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas debe conocerse pre"iamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas trincheras o perforaciones. ?ase aplicación en la (abla 4. 12 f: &uscultación #inámica 'ediante el )ono #inámico (ipo -ecG 9)(- "er &NEFO ***: Es un ensayo desarrollado en el -er! que se utili8a para efectuar auscultaciones dinámicas que como en los casos del #-, y el #-% requieren de in"estigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de -enetración Estándar 9,-(:. %os parámetros obtenidos con este ensayo 9)n: deberán ser correlacionados con los parámetros de los ensayos ,-( 9N: en el sitio de estudio. No se recomienda ejecutar ensayos con )ono #inámico (ipo -ecG 9)(-: en el fondo de calicatas debido a la p?rdida de confinamiento. -ara determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas debe conocerse pre"iamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas trincheras o perforaciones. ?ase aplicación en la (abla 4. g: '?todo de ensayo normali8ado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica 9#-%: N(- 44C.16C=3221 %as auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren in"estigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de -enetración Estándar 9,-(:. %os parámetros obtenidos con este ensayo 9)n: deberán ser correlacionados con los parámetros de los ensayos ,-( 9N: en el sitio de estudio o en el caso de control de rellenos con el grado de compactación. No se recomienda ejecutar ensayos #-% en el fondo de calicatas debido a la p?rdida de confinamiento. -ara determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas debe conocerse pre"iamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas trincheras o perforaciones. ?ase aplicación en la (abla 4. h: '?todo Normali8ado para Ensayo de )orte con eleta de )ampo en ,uelos )ohesi"os N(- 44C.166=3221 Este ensayo es aplicable !nicamente cuando se trata de suelos cohesi"os saturados despro"istos de arena o gra"a como complemento de la información obtenida mediante calicatas o perforaciones. ,u aplicación se indica en la (abla 4. MIGUEL LOPEZ PAZOS
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i: '?todo de Ensayo Normali8ado para la )apacidad -ortante del ,uelo por )arga Estática y para )imientos &islados N(- 44C.164=3221 %as pruebas de carga deben ser precedidas por un E', y se recomienda su uso !nicamente cuando el suelo a ensayar es tridimensionalmente homog?neo comprende la profundidad acti"a de la cimentación y es semejante al ubicado bajo el plato de carga. %as aplicaciones y limitaciones de estos ensayos se indican en la (abla 4.
Tipos de M"est!as ,e considera los cuatro tipos de muestras que se indican en la (abla 5 en función de las e;igencias que deberán atenderse en cada caso respecto del terreno que representan.
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Ensa7os de Labo!ato!io ,e reali8arán de acuerdo con las normas que se indican en la (abla 6.
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Res"ltados de los Ensa7os de Labo!ato!io ,e incluirán todos los gráficos y resultados obtenidos en el %aboratorio seg!n la aplicación de las normas de la (abla.
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AN/LISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACI%N CARGAS A (TILI1AR -ara la elaboración de las conclusiones del E', y en caso de contar con la información de las cargas de la edificación se deberán considerar= a: -ara el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones= se utili8arán como cargas aplicadas a la cimentación las )argas de ,er"icio que se utili8an para el diseño estructural de las columnas del ni"el más bajo de la edificación. b: -ara el cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos granulares y cohesi"os= se considerará la )arga obtenida de acuerdo a la Norma (?cnica de Edificación E .232 )argas. c: -ara el cálculo de asentamientos en el caso de edificaciones con sótanos en las cuales se emplee plateas o losas de cimentación se podrá descontar de la carga total de la estructura 9carga muerta más sobrecarga más el peso de losa de cimentación: el peso del suelo e;ca"ado para la construcción de los sótanos.
ASENTAMIENTO TOLERA,LE En todo E', se deberá indicar el asentamiento tolerable que se ha considerado para la edificación o estructura moti"o del estudio. El &sentamiento #iferencial 9+igura 5: no debe ocasionar una distorsión angular mayor que la indicada en la (abla D. En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar como el H6B del asentamiento total.
CAPACIDAD DE CARGA %a capacidad de carga es la presión !ltima o de falla por corte del suelo y se determina utili8ando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos. En suelos cohesi"os 9arcilla arcilla limosa y limo> acillosa: se debe emplear un ángulo de fricción interna igual a cero. En suelos friccionantes gra"as arenas y gra"as> arenosas: se debe emplear una cohesión 9c: igual a cero.
FACTOR DE SEG(RIDAD FRENTE A (NA FALLA POR CORTE %os factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes= a: -ara cargas estáticas= 42 MIGUEL LOPEZ PAZOS
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b: -ara solicitación má;ima de sismo o "iento 9la que sea más desfa"orable:= 36
PRESI%N ADMISI,LE %a determinación de la -resión &dmisible se efectuará tomando en cuenta los siguientes factores= a: -rofundidad de cimentación. b: #imensión de los elementos de la cimentación. c: )aracterísticas físico I mecánicas de los suelos ubicados dentro de la 8ona acti"a de la cimentación. d: 0bicación del Ni"el +reático considerando su probable "ariación durante la "ida !til de la estructura. e: -robable modificación de las características físico I mecánicas de los suelos como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. f: &sentamiento tolerable de la estructura. %a presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante= a: %a aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente 9er 4.5:. b: %a presión que cause el asentamiento admisible.
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LA 1APATA TRA,A-A A P(N1ONAMIENTO ) CORTE )onsideraciones teóricas iniciales= En una 8apata centrada fle;ible 9h J "ueloK3: se aplica la teoría general de fle;ión por lo que hay que garanti8ar además del E%0 de fle;ión el E%0 frente a tensiones tangenciales. ,i la 8apata fuera rígida 9h L "K3: se aplicaría la teoría general de /ielas y (irantes y no habría que comprobar el E%0 de solicitaciones tangenciales. %os dos posibles fenómenos de tensiones tangenciales son el cortante y el pun8onamiento. %a diferencia entre ambos fenómenos es que el cortante se desarrolla cuando el recorrido de las cargas es unidireccional es decir cuando la fle;ión es en una sola dirección< mientras que el pun8onamiento se desarrolla cuando el recorrido de las cargas es bidireccional es decir cuando hay fle;ión en dos direcciones. #e forma más sencilla el cortante se desarrolla con cargas .o apoyos. %ineales y el pun8onamiento con cargas .o apoyos. -untuales -or lo tanto en teoría las 8apatas fle;ibles estarán sometidas a un esfuer8o de pun8onamiento cuando el estado de fle;ión en las cercanías del pilar sea en dos direcciones cosa que en 8apatas cuadradas fle;ibles ocurre siempre. O dicho en contrario en una 8apata centrada fle;ible no e;iste el fenómeno del cortante al igual que no e;iste en una losa sobre apoyos aislados.
No!ati3a ,in embargo la EE>2D dice en su &rtículo %a resistencia a tensiones tangenciales en las 8apatas y encepados fle;ibles en la pro;imidad de cargas o reacciones concentradas 9soportes y pilotes: se comprobará a cortante como elemento lineal y a pun8onamiento. -ero en el )omentario a ese &rtículo la propia EE ofrece una salida= Esta *nstrucción diferencia el comportamiento frente a cortante entre una 8apata larga y estrecha que act!a esencialmente como una "iga y una 8apata trabajando a fle;ión en dos direcciones en la que el fallo puede sobre"enir por pun8onamiento. %a sección de cálculo a cortante ,3 9de la comprobación de u3 se entiende: se define como la sección perpendicular a la base de la 8apata que tiene en cuenta la sección total y está situada a un canto !til de la cara del pilar 9figura 1:. El esfuer8o cortante en la sección se calcula como la resultante de las tensiones netas 9sin peso propio:.
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1. ,i la 8apata se calcula a pun8onamiento se utili8a la superficie crítica definida en la figura 3. y el esfuer8o de pun8onamiento se calcula como la resultante de las tensiones netas 9sin peso propio: actuando en toda la 8apata e;cepto dentro de la superficie crítica 9croquis de la fig.3:. +igura
CORTANTE En 8apatas de mucha superficie parece complicado asegurar que las 8onas de la sección de cálculo ,3 más alejadas del centro sean capaces de albergar tensiones tangenciales importantes. En otro tipo de elementos este hecho se tiene en cuenta de forma singular por ejemplo en "igas anchas que apoyan en pilares de escuadría pequeña. En ellas la comprobación a cortante debe hacerse en una sección a una distancia d cuyo ancho no e;ceda de a M 3d 9figura 4:.
P(N1ONAMIENTO MIGUEL LOPEZ PAZOS
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)omo la superficie crítica 9a 3d del pilar: coincide con el límite de 8apatas rígidas a fle;ibles en 8apatas fle;ibles pero con su canto cercano a "K3 el esfuer8o de pun8onamiento es muy pequeño por tener muy poca superficie por fuera de la superficie crítica. &demás el caso de las 8apatas es un caso singular respecto al de losas de piso para el que hay mucha más e;perimentación. &lgunos estudios e;perimentales 9%eonhardt: en 8apatas demuestran que el ángulo de las bielas en 8apatas es mucho más inclinado que en losas por lo que deben considerarse bielas a 56. Esta e;periencia indica que la )omprobación a pun8onamiento a una distancia 3d puede ser fa"orable no tanto por la tensión resistente 9que en el fondo no es más que un artificio matemático sin sentido físico: sino porque en el cálculo del esfuer8o solicitante se descuenta la tensión del terreno dentro del perímetro crítico a 3d lo que da un "alor de esfuer8o mucho menor que el real. ,i las bielas son a 56 solo debería descontarse la carga que en"uel"e una superficie a una distancia d del soporte. En losas de piso descontar una u otra superficie no es importante ya que la superficie cargada es mucho mayor que la superficie que se puede descontar pero en 8apatas esta consideración es muy importante ya que la superficie a descontar es del orden de magnitud de la superficie cargada.
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