CAPÍTULO 11 FUNDACIONES, MUROS DE SOSTENIMIENTO Y TERRENOS EN PENDIENTE. #

11.1 VALIDEZ Y ALCANCE #

Este Capítulo contiene los requisitos mínimos para el diseño sismorresistente de la infraestructura de edificaciones, constituida por las fundaciones y sus respectivos arriostramientos. Adicionalmente, se incluyen las especificaciones para el diseño de los muros de sostenimiento, y los criterios para evaluar la estabilidad de los terrenos en pendiente tales como laderas naturales, taludes de rellenos y áreas cuya superficie esté inclinada moderada o suavemente.

11.2 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS Y MÉTODOS DE ANÁLISIS #

11.2.1 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS #

En caso de que existan suelos cohesivos cuya resistencia se degrade por la acción sísmica, tales como arcillas sensibles o suelos licuables, se deberá determinar la resistencia degradada por el efecto de la carga cíclica y aplicar esas propiedades para la evaluación de la estabilidad estática y las deformaciones inmediatamente después del sísmo. Este análisis se denominará postsísmico.

Cuando existan discontinuidades en la estructura del suelo o de la roca, tales como planos de estratificación, de agrietamiento, diaclasas, foliaciones o de cualquier otra naturaleza, se utilizará el valor de la resistencia representativo para la masa total considerando la presencia de dichas discontinuidades. En estas condiciones, también es necesario verificar la estabilidad para aquellos mecanismos de falla controlados por la resistencia a lo largo de dichas discontinuidades.

11.2.2 MÉTODOS DE ANÁLISIS #

Se podrán utilizar métodos pseudoestáticos y métodos de análisis acoplados de esfuerzo-deformación con acelerogramas. Las especificaciones para los métodos pseudoestáticos se dan en los Artículos 11.4, 11.5 y 11.6, mientras que las correspondientes a los métodos acoplados de esfuerzo-deformación con acelerogramas se dan en el Artículo 11.7.

11.3 REQUISITOS PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL #

Los componentes estructurales de las fundaciones y los muros de sostenimiento serán diseñados respetando el nivel de diseño correspondiente y siguiendo las disposiciones de la Norma COVENIN 1753 para estructuras de concreto. El diseño estructural de los pilotes se complementará con lo especificado en la Sección 11.4.6. de la presente Norma.

11.4 FUNDACIONES #

11.4.1 VERIFICACIÓN DEL SISTEMA DE FUNDACIÓN #

El diseño del sistema de fundación deberá asegurar que la resistencia estructural de cada uno de sus componentes sea capaz de soportar las solicitaciones transmitidas por la superestructura, que el terreno pueda soportar las acciones transferidas por las fundaciones y que la rigidez del conjunto terreno-fundación sea suficiente para que no se experimenten desplazamientos excesivos que comprometan la funcionalidad de la fundación o de la superestructura. Queda entendido que se deberán satisfacer los requerimientos sismorresistentes expresados en este Artículo, además de aquellos necesarios para soportar otras cargas a las que pudiera quedar sometida la fundación durante su vida útil.

Cuando sea necesario el uso de un sistema de fundación mixto, y/o de rigideces muy desiguales, deberá verificarse el comportamiento del conjunto bajo la acción sísmica, utilizando un modelo adecuado para los sistemas de fundación empleados.

Cuando las condiciones de fundación no sean homogéneas por la variabilidad horizontal o vertical del perfil geotécnico, se verificará la capacidad de soporte y los asentamientos diferenciales admisibles entre los componentes del sistema de fundación.

11.4.2 VIGAS DE RIOSTRA #

Las fundaciones se conectarán entre sí en dos direcciones preferiblemente ortogonales, con miembros estructurales capaces de soportar axialmente la mayor carga en las columnas que enlaza la riostra multiplicada por un coeficiente igual a $(\alpha A_0)/3$, pero no menor que el diez por ciento (10%) de dicha carga.

En caso de que las vigas de riostra formen parte del sistema de carga para las losas de su nivel, las mismas se diseñarán considerando todas las solicitaciones actuantes, sin obviar los requerimientos anteriores.

11.4.3 PEDESTALES #

Los pedestales se diseñarán para las solicitaciones resultantes del análisis. La armadura mínima de cada pedestal será la indicada en la Norma COVENIN-MINDUR 1753 para estructuras de concreto.

11.4.4 SUPERPOSICIÓN DE EFECTOS #

Los casos de carga a considerar para los análisis de fundaciones superficiales y pilotes se definen en la Tabla 11.1:

TABLA 11.1 — SUPERPOSICIÓN DE EFECTOS

donde:

• Q = Solicitaciones para la verificación de la capacidad portante de las fundaciones.
• CP = Efecto debido a cargas permanentes.
• CV = Efecto debido a cargas variables.
• S = Efecto debido a las acciones sísmicas, calculado según lo estipulado en el Artículo 8.6.

11.4.5 FUNDACIONES SUPERFICIALES #

Para la verificación de la seguridad de una fundación bajo las acciones sísmicas, se permitirá que los esfuerzos máximos transmitidos al terreno sean mayores que los admisibles bajo cargas estáticas según se establece en la Subsección 11.4.5.1.

Es necesario verificar la compatibilidad de los asentamientos diferenciales esperados como consecuencia de la acción sísmica, con aquellos permitidos en el caso estático, particularmente, cuando se funde sobre suelos no cohesivos.

Bajo las condiciones más desfavorables que contemplan las solicitaciones sísmicas, se aceptará que en una fundación ocurra un levantamiento parcial que no exceda del veinticinco por ciento (25%) del área total de apoyo.

Solo se permitirá el uso de fundaciones superficiales en terrenos potencialmente licuables cuando estos hayan sido debidamente tratados y se compruebe que los asentamientos totales y/o diferenciales u otros efectos como empujes laterales no comprometan el desempeño de la estructura.

11.4.5.1 VERIFICACIÓN DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE #

El esfuerzo de compresión máximo transferido al terreno (q) para las combinaciones de carga dadas en la Tabla 11.1, debe cumplir con lo siguiente:

donde:

• q = Esfuerzo de compresión máximo impuesto por la fundación al terreno para los casos de carga indicados en la Sección 11.4.4.

• $q_{ult}$ = Capacidad de soporte última del suelo utilizando factores de capacidad de carga estáticos. Para suelos licuables, calcúlese $q_{ult}$ utilizando la resistencia residual no drenada $S_{us}$ del suelo como si se tratase de suelos con ángulo de fricción interna nulo.

• Se = Sensibilidad del suelo a considerar solo en el análisis postsísmico. Tómese Se=1 cuando se incluyan las acciones sísmicas. Tómese también Se=1 cuando se analicen los suelos licuables y se utilice la resistencia residual del suelo.

11.4.5.2 VERIFICACIÓN DE LA ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO #

Se verificará que en el área de contacto efectiva entre la fundación y el terreno, la fuerza de corte, V, inducida por las solicitaciones calculadas según la Sección 11.4.4, no exceda la fuerza resistente al deslizamiento dada por la fórmula (11.2):

donde:

• $\mu_f$ = Coeficiente de fricción terreno-fundación.
• $N_a$ = Fuerza normal al área de contacto que actúa simultáneamente con V, incorporando el efecto de la componente vertical del sismo.
• c = Adhesión entre el terreno y la fundación.
• A = Área de contacto de la fundación.

11.4.6 FUNDACIONES CON PILOTES #

En general, los requerimientos de esta Sección están dirigidos a pilotes o pilas de concreto reforzado, pretensado o postensado, y de acero o similares. Se considerarán aptos los pilotes de madera, siempre y cuando se asegure un comportamiento sismorresistente acorde con lo establecido en esta Norma.

Para el diseño de los pilotes se deberá satisfacer lo establecido en la Sección 11.4.4 en relación con los análisis que consideran las solicitaciones sísmicas y el caso postsísmico.

11.4.6.1 CABEZALES #

Para pilotes, aislados o en grupo, se emplearán cabezales interconectados mediante vigas de riostra. El dimensionamiento y detallado de los cabezales debe asegurar que el pilote desarrolle su capacidad resistente en la conexión. En aquellos pilotes que necesiten refuerzo de confinamiento en su tope, dicho refuerzo será extendido dentro de la longitud del cabezal (Véase la Sección 11.4.7).

11.4.6.2 CONSIDERACIONES SOBRE EL MÉTODO CONSTRUCTIVO #

El método constructivo debe considerar las características del terreno, para evitar daños o discontinuidades en el pilote durante el proceso de instalación.

Se deberá considerar la influencia del método de construcción en la capacidad de carga del pilote y en la rigidez del conjunto terreno-pilote. También se considerarán los esfuerzos residuales en el pilote asociados con el método de construcción en el pilote, si éstos existieran.

11.4.6.3 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL #

Para la determinación de la capacidad de carga axial del pilote, bien sea a compresión o a tracción, se deberá verificar la siguiente expresión:

donde:

• Q = Carga máxima de compresión o tracción obtenida de los casos de carga establecidos en la Sección 11.4.4.
• $Q_{ult}$ = Capacidad de carga al agotamiento resistente por compresión o tracción del sistema terreno-pilote.
• $\phi$ = Factor de reducción de resistencia de acuerdo con lo establecido en la Subsección 11.4.6.4.

En pilotes construidos por secciones la fuerza máxima de tracción no excederá el setenta y cinco por ciento (75%) de la resistencia de las conexiones.

11.4.6.4 FACTORES DE REDUCCIÓN #

En la Tabla 11.2 se dan los factores de reducción de resistencia, tanto a la tracción como a la compresión. En la misma, se distinguen los casos en los cuales se hayan ejecutado pruebas de carga para la verificación de la capacidad real.

TABLA 11.2 — FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA MÁXIMA, $\phi$, PARA CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE PILOTES

11.4.6.5 EFECTO DE GRUPO #

En grupos de pilotes cuya separación centro a centro sea menor que 8 veces el diámetro de un pilote, se deberá evaluar la disminución en la capacidad de carga total del grupo, respecto a la calculada como la suma de las capacidades de los pilotes individuales. También debe considerarse la variación en la rigidez del terreno en dirección lateral y axial.

11.4.7 CRITERIOS DE DISEÑO PARA FUNDACIONES CON PILOTES #

El diseño de los cabezales y de la conexión entre el cabezal y el pilote debe asegurar que el pilote desarrolle su capacidad resistente máxima. Adicionalmente, en los casos donde se requiera asegurar una zona dúctil en la parte superior del pilote, el diseño de dicha zona se realizará con las mismas consideraciones que las de una columna. En estos casos, el cabezal y la conexión deben diseñarse para asegurar que se logre el comportamiento dúctil.

El diseño estructural de los pilotes será realizado con base en el estado de deformaciones impuesto por las acciones generadas por el sismo, considerando la interacción entre el terreno y los pilotes, bajo solicitaciones axiales y laterales.

11.5 MUROS DE SOSTENIMIENTO #

11.5.1 CLASIFICACIÓN #

A los fines de la verificación de la estabilidad, los muros de sostenimiento se clasificarán en los siguientes tipos:

a) Gravedad

b) Voladizo

c) Anclados

d) Tierra reforzada

11.5.2 ANÁLISIS PSEUDOESTÁTICO DE LOS MUROS DE SOSTENIMIENTO #

Cuando se utilicen métodos basados en equilibrio de fuerzas, el empuje dinámico deberá calcularse considerando el comportamiento entre el muro y el material sostenido. Adicionalmente, si el material detrás del muro está saturado durante las condiciones de servicio, se incluirá el efecto hidrodinámico en el análisis.

Cuando se utilicen métodos de desplazamientos admisibles, se debe contar con estimados representativos de las velocidades máximas del terreno.

11.5.3 SUPERPOSICIÓN DE EFECTOS #

Los casos de carga a considerar con los métodos de análisis que utilicen el equilibrio de fuerzas se definen en la Tabla 11.3.

TABLA 11.3 — SUPERPOSICIÓN DE EFECTOS

Donde:

• Q = Solicitaciones para la verificación de la capacidad.
• CP = Efecto debido a cargas permanentes.
• CV = Efecto debido a cargas variables.
• ED = Empuje dinámico de la cuña de terreno movilizada detrás del muro.
• S = Efecto debido a las acciones sísmicas diferente al empuje del terreno, pero considerando las fuerzas inerciales del muro, calculadas con un coeficiente sísmico igual a $0.75 \, \varphi \, A_o$.

11.5.4 VERIFICACIÓN SÍSMICA DE LA ESTABILIDAD DE MUROS #

Para la estabilidad sísmica de los muros se evaluará: la estabilidad global, la capacidad de soporte y el deslizamiento, cualquiera que sea el tipo de muro. En muros anclados y/o de tierra reforzada, además se verificará la estabilidad interna y los elementos de sujeción.

11.5.4.1 REQUISITOS PARA LA VERIFICACIÓN DE LA ESTABILIDAD GLOBAL, LA CAPACIDAD DE SOPORTE Y EL DESLIZAMIENTO. #

La verificación de la estabilidad global se realizará de acuerdo con lo estipulado en el Artículo 11.6.

La verificación de la capacidad de soporte del terreno de fundación debajo del muro y del deslizamiento, se hará con arreglo a las combinaciones de la Tabla 11.3, de acuerdo con lo establecido en las Subsecciones 11.4.5.1 y 11.4.5.2. Igualmente, en caso de que el muro esté fundado sobre pilotes, se deberá satisfacer lo establecido en la Sección 11.4.6.

11.5.4.2 REQUISITOS PARA LA VERIFICACIÓN DE LA ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO. #

Para la verificación de la estabilidad al volcamiento se utilizarán las combinaciones de la Tabla 11.3, de acuerdo con la siguiente expresión:

donde:

• $\sum M_a$ = Sumatoria de momentos actuantes provenientes de los casos de carga establecidos en la Sección 11.5.3.
• $\sum M_r$ = Sumatoria de momentos resistentes.

11.6 ESTABILIDAD DE TERRENOS EN PENDIENTE #

La estabilidad de terrenos en pendiente se verificará obligatoriamente en los siguientes casos:

a) Cuando las condiciones geológicas regionales y locales indiquen inestabilidad potencial de la zona.

b) Cuando el área esté afectada por modificaciones en su topografía original, incluyendo terraceos, en especial donde existan zonas con línea de drenaje alta y cuerpos de relleno no confinados en bordes de laderas.

c) Lugares en condiciones geotécnicas desfavorables como: altas presiones de poros o suelos cuya resistencia se degrade durante la acción sísmica.

d) Cuando la superficie de falla pueda estar controlada por discontinuidades geológicas, en cuyo caso deben considerarse superficies potenciales de falla a lo largo de dichas discontinuidades.

11.6.1 ANÁLISIS PSEUDOESTÁTICO DE TERRENOS EN PENDIENTE #

Para el caso de los métodos pseudoestáticos de equilibrio inercial, la máxima fuerza de inercia horizontal se calculará con un coeficiente sísmico no menor que $0.5 \varphi A_0$, la cual actuará en la dirección más desfavorable. Asimismo, se utilizará la resistencia al corte sin degradar.

Cuando se prevean reducciónes de resistencia al corte del suelo, se evaluará la estabilidad postsísmica del terreno en pendiente utilizando la resistencia degradada.

Para el caso de métodos basados en desplazamientos admisibles, se deberá contar con valores representativos de las velocidades máximas del terreno.

11.6.2 FACTORES DE SEGURIDAD #

Para todos los casos de análisis pseudoestáticos de equilibrio inercial; i) con acciones sísmicas y ii) postsísmicas, el factor de seguridad mínimo a la falla deberá ser mayor o igual que 1.2.

11.7 MÉTODOS DE ANÁLISIS ACOPLADOS ESFUERZO-DEFORMACIÓN CON ACELEROGRAMAS #

Estos métodos pueden ser utilizados en el análisis de fundaciones, muros de sostenimiento y terrenos en pendiente, siempre y cuando los mismos incorporen adecuadamente el comportamiento no lineal del suelo y, en el caso de fundaciones y muros, la interacción entre éstas y el terreno.

Para el análisis se utilizarán al menos cuatro (4) acelerogramas representativos de la acción sísmica esperada en el sitio. Dichos acelerogramas podrán ser eventos ya registrados o bien simulados mediante procedimientos reconocidos. El espectro elástico promedio de los acelerogramas seleccionados deberá aproximarse conservadoramente al espectro de diseño dado en el Artículo 7.2 para el valor R=1.

La respuesta dinámica para el diseño se obtendrá del análisis de las respuestas obtenidas para todos los casos con el conjunto de acelerogramas.