Fundaciones, muros de sostenimiento y terrenos en pendiente

¿Qué cubre este capítulo?

Mientras los capítulos anteriores se ocupan de la superestructura, el Capítulo 11 baja al terreno: fundaciones y sus arriostramientos, muros de sostenimiento y estabilidad de terrenos en pendiente —laderas naturales, taludes de relleno y áreas de superficie inclinada— (§11.1). Define los parámetros geotécnicos a usar cuando el sismo degrada la resistencia del suelo, introduce el concepto de análisis postsísmico (§11.2.1) y admite dos familias de métodos: pseudoestáticos (Artículos 11.4 a 11.6) y análisis acoplados esfuerzo-deformación con acelerogramas (§11.7). El diseño estructural de los componentes sigue la Norma COVENIN 1753 respetando el nivel de diseño correspondiente (§11.3).

Conceptos clave

Los dos escenarios de verificación (Tabla 11.1). Para fundaciones superficiales y pilotes se analizan: (i) el caso con solicitaciones sísmicas, con las combinaciones 1.1·CP + CV ± S y 0.9·CP ± S, donde S se calcula según el Artículo 8.6; y (ii) el caso postsísmico, 1.1·CP + CV, que verifica la estabilidad estática inmediatamente después del sismo usando la resistencia degradada por carga cíclica en arcillas sensibles o suelos licuables (§11.2.1). La combinación 0.9·CP ± S captura la situación crítica de tracción o volcamiento cuando la carga gravitacional ayuda a estabilizar.

Capacidad de soporte y deslizamiento (§11.4.5). El esfuerzo máximo transmitido al terreno debe cumplir q ≤ 0.6·(qᵤₗₜ/Se) (ec. 11.1), con Se = 1 cuando se incluyen las acciones sísmicas. En suelos licuables, qᵤₗₜ se calcula con la resistencia residual no drenada, como si el ángulo de fricción fuese nulo. Se acepta un levantamiento parcial de la fundación de hasta 25% del área de apoyo. Al deslizamiento se verifica V ≤ 0.8·(μf·Nₐ + c·A) (ec. 11.2), donde Nₐ —la fuerza normal simultánea con V— incorpora el efecto de la componente vertical del sismo: la aceleración vertical puede reducir el peso efectivo y con él la fricción disponible.

Vigas de riostra (§11.4.2). Las fundaciones se conectan en dos direcciones preferiblemente ortogonales con miembros capaces de resistir axialmente (α·A₀)/3 veces la mayor carga de las columnas enlazadas, y nunca menos del 10% de dicha carga.

Pilotes (§11.4.6 y §11.4.7). La capacidad axial se verifica con Q ≤ φ·Qᵤₗₜ (ec. 11.3), con los factores φ de la Tabla 11.2: 0.9 con prueba de carga, 0.7 (compresión) o 0.6 (tracción) sin ella, y 0.75 en el caso postsísmico. Si los pilotes de un grupo están separados menos de 8 diámetros centro a centro, debe evaluarse la reducción de capacidad del grupo respecto a la suma de capacidades individuales (§11.4.6.5). El diseño estructural del pilote se basa en el estado de deformaciones impuesto por el sismo considerando la interacción terreno-pilote (§11.4.7): además de las cargas que bajan de la superestructura (efecto inercial), el pilote debe acompañar las deformaciones que el propio terreno le impone al vibrar —los llamados efectos cinemáticos, críticos en perfiles con contrastes de rigidez—. Donde se requiera una zona dúctil en el tope, esta se diseña como una columna, y el cabezal y la conexión deben garantizar que el pilote desarrolle su capacidad (§11.4.6.1).

Muros de sostenimiento (§11.5). Se clasifican en gravedad, voladizo, anclados y tierra reforzada (§11.5.1). Las combinaciones de la Tabla 11.3 agregan el empuje dinámico ED de la cuña de terreno movilizada: 1.1·CP + CV + ED ± S y 0.9·CP + ED ± S, donde S incluye las fuerzas inerciales del propio muro calculadas con un coeficiente sísmico igual a 0.75·φ·A₀ (§11.5.3). Si el relleno está saturado en servicio, se suma el efecto hidrodinámico (§11.5.2). Se verifica estabilidad global, capacidad de soporte y deslizamiento; el volcamiento debe cumplir ΣMₐ ≤ 0.7·ΣMᵣ (ec. 11.4).

Terrenos en pendiente (§11.6). La verificación es obligatoria ante inestabilidad potencial de la zona, topografía modificada (terraceos, rellenos no confinados en bordes de ladera), condiciones geotécnicas desfavorables o superficies de falla controladas por discontinuidades geológicas. En los métodos pseudoestáticos, la fuerza horizontal de inercia se calcula con un coeficiente sísmico no menor que 0.5·φ·A₀, actuando en la dirección más desfavorable, y el factor de seguridad mínimo es FS ≥ 1.2, tanto con acciones sísmicas como en el caso postsísmico (§11.6.2).

Puntos críticos de aplicación

• No omita el caso postsísmico. En suelos que se degradan, la verificación 1.1·CP + CV con resistencia degradada puede gobernar sobre el caso sísmico; para fundaciones superficiales en ese caso interviene además la sensibilidad Se en la ecuación (11.1).
• La componente vertical del sismo entra por Nₐ en la verificación al deslizamiento (ec. 11.2); despreciarla sobreestima la fricción resistente.
• La separación de 8 diámetros es el umbral que dispara el análisis de efecto de grupo en pilotes: cabezales compactos casi siempre lo requieren.
• Los factores φ de la Tabla 11.2 premian las pruebas de carga (0.9 frente a 0.7 o 0.6): en tracción, prescindir de la prueba cuesta un tercio de la capacidad utilizable. En pilotes por secciones, la tracción no debe exceder el 75% de la resistencia de las conexiones.
• En muros, el coeficiente 0.75·φ·A₀ aplica a la inercia del muro, no al empuje: ED se calcula aparte considerando la interacción muro-relleno.
• Los análisis con acelerogramas (§11.7) exigen al menos 4 registros cuyo espectro elástico promedio se aproxime conservadoramente al espectro de diseño del Artículo 7.2 con R = 1, e incorporación explícita del comportamiento no lineal del suelo.

Relación con otros capítulos

Las solicitaciones S provienen del análisis de la superestructura según el Artículo 8.6, con espectros del Capítulo 7 y parámetros φ y A₀ de los Capítulos 4 y 5 (zonificación y formas espectrales). El diseño de concreto de zapatas, riostras, pedestales, cabezales y pilotes remite a la Norma COVENIN 1753 con el nivel de diseño del Capítulo 6. El incumplimiento de este capítulo es, además, una de las causales que activan la evaluación de edificaciones existentes (§12.2.f). En sentido inverso, la rigidez del conjunto terreno-fundación condiciona los desplazamientos que controla el Capítulo 10.

Análisis editorial no oficial. Consulte siempre el texto de la norma.