Cimentaciones: Estados Límite de Servicio.

Los estados límite de servicio en las cimentaciones profundas están normalmente asociados a los movimientos.

Tanto al proyectar pilotes aislados como grupos de pilotes, deben realizarse las comprobaciones relacionadas con los movimientos (asientos y desplazamientos transversales) en los que influye no sólo la resistencia del terreno sino también su deformabilidad, tal y como se indica mas adelante.

Cimentación: Capacidad Estructural del Pilote

Las cargas transmitidas a los pilotes en su cabeza inducen esfuerzos en los mismos que pueden dañar su estructura.

Los criterios de verificación de la capacidad estructural de los pilotes frente a los esfuerzos axiles (tope estructural), cortantes y momentos flectores a lo largo de su eje se indican mas adelante.

Cimentación: Rotura Horizontal del Terreno Bajo Cargas del Pilote.

Cuando las cargas horizontales aplicadas en los pilotes producen en el terreno tensiones que éste no puede soportar, se producen deformaciones excesivas o incluso, si el pilote es corto y suficientemente resistente como estructura, el vuelco del mismo. Este estado límite debe comprobarse tan sólo en aquellos casos en los que la máxima componente de los empujes horizontales sobre los pilotes sea mayor del 10% de la carga vertical compatible con ellos.

La carga horizontal límite que puede soportar el terreno que rodea a los pilotes o a los grupos de pilotes se considera mas adelante.

Cimentación: Rotura por Arrancamiento.

Los pilotes podrán utilizarse para soportar cargas de tracción en su cabeza. Si estas cargas exceden la resistencia al arrancamiento, el pilote se desconecta del terreno, rompiendo su unión y produciéndose el consiguiente fallo. Este tipo de mecanismo y el procedimiento de evaluación de la carga de arrancamiento se consideran más adelante.

Cimentación: Hundimiento.

Se podrá producir este modo de rotura cuando la carga vertical sobre la cabeza del pilote supere la resistencia del terreno causando asientos desproporcionados, se establece un método para la determinación de la carga de hundimiento, Rck.

Teniendo en cuenta el valor de los coeficientes de la tabla 2.1, el valor de Rcd puede expresarse para cada situación de dimensionado mediante la siguiente ecuación:

Cimentación: Estabilidad Global.

El conjunto de la estructura y su cimentación pilotada pueden fallar mediante un mecanismo de rotura aún más profundo que la cimentación o que, no siendo tan profundo, pudiera cortar los pilotes por su fuste.

Cimentaciones: Estados Límite Últimos.

Las formas de fallo de una cimentación profunda pueden ser de muy diverso tipo. Los tipos de rotura más comunes y que en cualquier caso deben verificarse son:

a) estabilidad global;

b) hundimiento;

c) rotura por arrancamiento;

d) rotura horizontal del terreno bajo cargas del pilote;

e) capacidad estructural del pilote.

La verificación de estos estados límite para cada situación de dimensionado se hará utilizando la expresión siguiente y los coeficientes de seguridad parciales para la resistencia del terreno y para los efectos de las acciones del resto de la estructura sobre la cimentación definidos en la tabla 2.1.

Ed<Rd

Siendo

Ed: el valor de cálculo del efecto de las acciones

Rd: el valor de cálculo de la resistencia del terreno

Taba 2.1 coeficientes de seguridad parciales.

 

(1) En pilotes se refiere a métodos basados en ensayos de campo o fórmulas analíticas (largo plazo), para métodos basados en fórmulas analíticas (corto plazo), métodos basados en pruebas de carga hasta rotura y métodos basados en pruebas dinámicas de hinca con control electrónico de la hinca y contraste con pruebas de carga, se podrá tomar 2,0.
(2) De aplicación en cimentaciones directas y muros.
(3) En cimentaciones directas. salvo justificación en contrario, no se considerará el empuje pasivo.

Análisis y Dimensionado de Cimentaciones.

Las comprobaciones para verificar que una cimentación profunda cumple necesarios se basarán en el método de los estados límite.

Método Simplificado para la Consideración del Empuje Horizontal en Pilotes.

El empuje horizontal se estimará de acuerdo con la siguiente expresión:

Siendo

pv: la presión vertical en la parte superior del estrato blando, considerando un reparto a 30º de las presiones en superficie.

cu: la resistencia al corte sin drenaje.

Se supondrá que cada pilote soporta una carga por unidad de longitud igual al valor menor de los siguientes:

a) Pp = ph S, siendo S la separación entre ejes de pilotes;

b) Pp = ph·3D, siendo D el diámetro del pilote;

c) Pp = ph·H, siendo H el espesor del estrato blando.

Cuando existan varias filas de pilotes se podrá suponer que los esfuerzos se distribuyen entre las sucesivas filas de acuerdo con la siguiente expresión: 

que se aplicará de forma sucesiva

Una vez calculado el valor de Pp se obtendrán los valores de los momentos flectores en los pilotes como una viga, suponiendo, según los casos, las condiciones en los apoyos que se reflejan en la Figura 5.4 y que se concretan en:

a) empotramiento en cabeza;

b) empotramiento a 0,5 m en la capa resistente inferior;

c) empotramiento a 1 m en capas resistentes situadas por encima de la capa blanda si su espesor es superior a 8 diámetros, en caso contrario se considerará como una articulación (apoyo).

Figura 5.4 Condiciones de Apoyo para el calculo de esfuerzos horizontales en los pilotes.

Configuración Geométrica de la Cimentación.

En el proyecto, la disposición geométrica de una cimentación por pilotes se realizará tanteando diferentes disposiciones de pilotes hasta alcanzar una situación óptima.

Cuando se trate de analizar una situación ya existente, será imprescindible conocer los datos geométricos de la disposición de los pilotes.

Los datos geométricos de mayor interés para analizar el comportamiento de un pilote aislado son la longitud dentro del terreno y su diámetro, o la ley de variación de su diámetro si es que éste no fuera constante.

En los grupos de pilotes será necesario tener en cuenta además su distribución geométrica, en particular, su separación. (véase Figura 5.2).

De cada pilote se debe conocer su sección transversal y su ubicación dentro del encepado. Normalmente, los pilotes serán de igual longitud; en caso contrario, habrá de considerarse en los cálculos de detalle. 

Figura 5.2 Esquema de un posible Pilotaje.

Pilotes Hormigonados “in situ” .

Se diferencian los siguientes tipos: pilotes de desplazamiento con azuche, pilotes de desplazamiento con tapón de gravas, pilotes de extracción con entubación recuperable, pilotes de extracción con camisa perdida, pilotes de extracción sin entubación con lodos tixotrópicos, pilotes barrenados sin entubación, pilotes barrenados, hormigonados por el tubo central de la barrena y pilotes de desplazamiento por rotación.

Para los pilotes hormigonados “in situ” se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

a) diámetro < 0,45 m: no se deben ejecutar pilotes aislados, salvo en elementos de poca responsabilidad en los que un posible fallo del elemento de cimentación no tenga una repercusión significativa;

b) 0,45 m < diámetro < 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados siempre que se realice un arriostramiento en dos direcciones ortogonales y se asegure la integridad del pilote en toda su longitud de acuerdo con los métodos de control recogidos en el apartado 5.4;

c) diámetro > 1,00 m; se podrán realizar pilotes aislados sin necesidad de arriostramiento siempre y cuando se asegure la integridad del pilote en toda su longitud de acuerdo con los métodos de control recogidos en el apartado 5.4 y el pilote se arme para las excentricidades permitidas y momentos resultantes.

Para la selección del tipo de pilote se tendrán en cuenta las indicaciones recogidas en el apartado 5.4.1.1.

Cimentaciones: Empujes Horizontales Causados por Sobrecargas.

Cuando existan suelos blandos en profundidad, las cargas colocadas en superficie producen desplazamientos horizontales del terreno que pueden afectar negativamente a las cimentaciones próximas pilotadas. Por tanto, si en ese tipo de terreno se proyecta un edificio contiguo a una construcción pilotada, debe evitarse una cimentación superficial.

Los pilotes ejecutados en taludes pueden estar sometidos también a cargas horizontales importantes.

Podrá prescindirse de la consideración de los empujes horizontales sobre los pilotes siempre que la máxima componente de estos empujes sea inferior al 10% de la carga vertical compatible con ella.

El estudio del efecto de los empujes horizontales requiere un análisis de interacción

terreno-pilote, que será necesario realizar con tanto más detalle cuanto más crítico resulte el problema. Para el cálculo se podrá seguir el método simplificado que se indica a continuación.

Cimentaciones: Rozamiento Negativo.

La situación de rozamiento negativo se produce cuando el asiento del terreno circundante al pilote es mayor que el asiento del pilote. En esta situación, el pilote soporta, además de la carga que le transmite la estructura, parte del peso del terreno.

Como consecuencia, el rozamiento negativo hace que aumente la carga total de compresión que el pilote tiene que soportar.

Debe estudiarse el posible desarrollo de rozamiento negativo cuando se dé alguna de las circunstancias siguientes:

a) consolidación por su propio peso de rellenos o niveles de terreno de reciente deposición;

b) consolidación de niveles compresibles bajo sobrecargas superficiales;

c) variaciones del nivel freático;

d) humectación de niveles colapsables;

e) asientos de materiales granulares inducidos por cargas dinámicas (vibraciones, sismo);

f) subsidencias inducidas por excavaciones o disolución de materiales profundos.

La identificación del problema puede realizarse comparando, mediante un cálculo previo, los asientos del terreno y del pilote. En general, es suficiente una pequeña diferencia de asientos para que se produzca la situación de rozamiento negativo. Un asiento de 1 cm puede producir ya efectos notables.

El rozamiento lateral por fuste se puede reducir notablemente en pilotes prefabricados (hormigón, metálicos o madera) tratándolo mediante pinturas bituminosas.

El rozamiento unitario negativo en el fuste se calculará con la expresión:

Siendo

i: cada una de las unidades geotécnicas consideradas a lo largo del pilote;

β: 0,25 en arcillas y limos blandos; 0,1 en arenas flojas y 0,8 en arenas densas;

σ’vi: la tensión efectiva en el punto del fuste considerado.

Cuando el rozamiento negativo no se desarrolle en su totalidad a lo largo del fuste, podrán emplearse métodos de cálculo que consideren deformaciones relativas entre el suelo y el pilote para cuantificar la profundidad hasta la que se produce.

Los pilotes exteriores de los grupos de pilotes deben considerarse sometidos al mismo rozamiento negativo que si estuviesen aislados, especialmente los situados en las esquinas.

Acciones del Resto de la Estructura Sobre la Cimentación.

Para cada situación de dimensionado de la cimentación se distinguirá entre acciones que actúan sobre el edificio y acciones geotécnicas que se transmiten o generan a través del terreno en que se apoya. 

En el caso de un grupo de pilotes, para cada combinación de acciones se debe realizar un reparto de cargas entre los pilotes del grupo. Este reparto requiere de un proceso iterativo. Los coeficientes de reparto entre pilotes dependen de la naturaleza del terreno y de la rigidez de los pilotes y del encepado.

En general, si el encepado que une los pilotes es suficientemente rígido, bastará con considerar la distribución de cargas que se obtiene al suponer que los pilotes están articulados en cabeza y que el encepado es infinitamente rígido (véase Figura 5.3).

Si hubiera pilotes de distinto diámetro dentro de un mismo grupo, los valores de cálculo se determinarán para cada uno de los diámetros (o diámetros equivalentes para formas no circulares) que se usen. 

Figura 5.3  Distribución de Esfuerzos en la hipótesis de encepado rígido y de pilotes articulados en cabeza.

Acciones a Considerar sobre la Cimentación.

Además de las acciones de la estructura sobre la cimentación se tendrá en cuenta que los pilotes puedan estar sometidos a efectos “parásitos” inducidos por acciones derivadas por el movimiento del propio terreno de cimentación.

Debe considerarse la forma y dimensiones del encepado a fin de incluir su peso, así como el de las tierras o aquello que pueda gravitar sobre éste, en el cómputo de las acciones.

En su caso, se especificará el nivel del terreno alrededor del pilotaje. En aquellos casos en los que pueda existir socavación habrá que considerar al menos, con carácter accidental, la situación correspondiente a la máxima prevista.

Pilotes Prefabricados Hincados.

Las formas de hincar pilotes pueden ser diferentes según se use vibración o se emplee, como suele ser más frecuente, la hinca o percusión con golpes de maza. Se considerará el pilote prefabricado hincado de directriz recta cuya profundidad de hinca sea mayor a 8 veces su diámetro equivalente.

Los pilotes hincados podrán estar constituidos por un único tramo, o por la unión de varios tramos, mediante las correspondientes juntas, debiéndose, en estos casos, considerar que la resistencia a flexión, compresión y tracción del pilote nunca será superior a la de las juntas que unan sus tramos.

Los pilotes prefabricados hincados se podrán construir aislados siempre que se realice un arriostramiento en dos direcciones ortogonales y que se demuestre que los momentos resultantes en dichas direcciones son nulos o bien absorbidos por la armadura del pilote o por las vigas riostras.

Diferenciar los Tipos de Pilotes por el procedimiento Constructivo.

De forma general, atendiendo al modo de colocar el pilotes dentro del terreno, se
considerarán los siguientes:

1.  pilotes prefabricados hincados: la característica fundamental de estos pilotes
estriba en el desplazamiento del terreno que su ejecución puede inducir, ya que
el pilote se introduce en el terreno sin hacer excavaciones previas que faciliten su
alojamiento en el terreno;

2.  pilotes hormigonados “in situ”: son aquellos que se ejecutan en excavaciones
previas realizadas en el terreno.

También podrán ejecutarse pilotes de carácter intermedio entre los dos anteriores,
tales como los hincados en preexcavaciones parciales de menor longitud y mayor
diámetro que el pilote.

Diferenciar los Tipos de Pilotes por la forma de la sección Transversal del Pilote.

La forma de la sección transversal del pilote podrá ser circular o casi circular (cuadrada, hexagonal u octogonal) de manera que no sea difícil asimilar la mayoría de los pilotes a elementos cilíndricos de una cierta longitud L y de un cierto diámetro D.

La asimilación a cilindros debe hacerse de acuerdo con los siguientes criterios:

a) Cuando se quiera evaluar la capacidad portante por la punta, debe hacerse la equivalencia igualando las áreas de la sección transversal, esto es:

siendo A la sección transversal del área de apoyo.

b) En los casos en los que se quiera evaluar la resistencia por fuste, debe hacerse la equivalencia en la longitud del contorno de la sección, L, esto es: 

c) En pilotes metálicos en H, la longitud de contorno que se recomienda tomar es igual al doble de la suma del ancho del ala más el canto.

Como caso excepcional deben considerarse los pilotes-pantalla. Los pilotes-pantalla, o elementos portantes de pantalla, suelen ser de hormigón armado y con una sección recta rectangular con una proporción longitud-anchura tal, que la asimilación a la forma circular es difícil. En estos casos, se admite que, a efectos de estimar la resistencia por punta, se utilice el factor reductor siguiente: 

Siendo B el ancho y L la longitud de la sección recta rectangular equivalente. La resistencia por fuste se calculará del mismo modo que en los pilotes excavados, contando, como longitud del perímetro de la sección transversal, la longitud real del mismo.

Diferenciar los Tipos de Pilotes por el Tipo de Material del Pilote.

Para la construcción de pilotes se podrán utilizar los siguientes materiales:

a) hormigón “in situ”: se ejecutarán mediante excavación previa, aunque también podrán realizarse mediante desplazamiento del terreno o con técnicas mixtas (excavación y desplazamiento parcial);

b) hormigón prefabricado: podrá ser hormigón armado (hormigones de alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado;

c) acero: se podrán utilizar secciones tubulares o perfiles en doble U o en H. Los pilotes de acero se deben hincar con azuches (protecciones en la punta) adecuados;

d) madera: se podrá utilizar para pilotar zonas blandas amplias, como apoyo de estructuras con losa o terraplenes;

e) mixtos, como los de acero tubular rodeados y rellenos de mortero.

Tipologias por el Tipo de Pilote.

Los pilotes pueden ser de naturaleza y forma muy variada. En general siempre será un elemento aproximadamente prismático cuya longitud es mucho mayor que la dimensión transversal media. Para diferenciar los tipos de pilotes se pueden utilizar los siguientes criterios:

-Diferenciar los Tipos de Pilotes por el Tipo de Material del Pilote.

-Diferenciar los Tipos de Pilotes por la forma de la sección Transversal del Pilote.

-Diferenciar los Tipos de Pilotes por el procedimiento Constructivo.

-Pilotes Prefabricados Hincados.

-Pilotes Hormigonados “in situ” .

Clasificación de los Pilotes por la Forma de Trabajo.

En cuanto a la forma de trabajo, los pilotes se clasifican en (véase Figura 5.1):

a) pilotes por fuste: en aquellos terrenos en los que al no existir un nivel claramente más resistente al que transmitir la carga del pilotaje, éste transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. Se suelen denominar pilotes “flotantes”;

b) pilotes por punta: en aquellos terrenos en los que al existir, a cierta profundidad, un estrato claramente más resistente, las cargas del pilotaje se transmitirán fundamentalmente por punta. Se suelen denominar pilotes “columna”.

Figura 5.1 Esquema de Cimentaciones Profundas (pilotajes)

Definiciones de Cimentaciones Profundas.

Se considerará que una cimentación es profunda si su extremo inferior, en el terreno, está a una profundidad superior a 8 veces su diámetro o ancho.

Cuando la ejecución de una cimentación superficial no sea técnicamente viable, se debe contemplar la posibilidad de realizar una cimentación profunda.

Las cimentaciones profundas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

a) pilote aislado: aquél que está a una distancia lo suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellos;

b) grupo de pilotes: son aquellos que por su proximidad interaccionan entre sí o están unidos mediante elementos estructurales lo suficientemente rígidos, como para que trabajen conjuntamente;

c) zonas pilotadas: son aquellas en las que los pilotes están dispuestos con el fin de reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones. Suelen ser pilotes de escasa capacidad portante individual y estar regularmente espaciados o situados en puntos estratégicos;

d) micropilotes: son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles introducidos dentro de un taladro de pequeño diámetro, pudiendo estar o no inyectados con lechada de mortero a presión más o menos elevada.

Asiento de las Cimentaciones Directas.

La estimación de los asientos producidos por una cimentación directa requiere generalmente la determinación de la distribución de presiones verticales originadas por las cargas en el terreno, lo que podrá llevarse a cabo mediante el empleo de formulaciones elásticas. A título orientativo, se indican a continuación unas tablas con valores del módulo de elasticidad y del coeficiente de Poisson para suelos.

Tabla D.24. Valores orientativos del coeficiente de Poisson

En la estimación de los asientos se podrá utilizar la presión neta, de utilidad para las cimentaciones compensadas.

En general se podrá suponer que la zona de interés a efectos de cálculo de asientos se circunscribe a una profundidad tal que el incremento de presión vertical originado en el terreno sea el menor de los siguientes valores:

a) el 10% de la presión vertical neta transmitida por la cimentación;

b) el 5% de la presión efectiva vertical existente a esa profundidad antes de construir el edificio.

El criterio apuntado en el párrafo anterior suele dar lugar a que, el citado límite de interés en el terreno tenga una profundidad aproximada de 2B, siendo B el ancho o dimensión menor en planta de la cimentación correspondiente.

Si se trata de un edificio cimentado por zapatas relativamente próximas los bulbos de tensiones de las zapatas individuales se podrán solapar en profundidad (véase apartado 4.2.1.2). Los criterios expuestos en los párrafos anteriores deben aplicarse teniendo en cuenta el potencial efecto de solape citado.

La estimación de asientos se podrá realizar conforme a lo indicado en el apartado 1.2 del anejo A.

Cimentaciones en Roca; Cálculo analítico simplificado.

En casos de rocas de muy baja resistencia a la compresión simple (qu <2,5 MPa, tabla

D9) o fuertemente diaclasadas (RQD<25, tabla D16), o que estén bastante o muy meteorizadas (grado de meteorización mayor que IV, tabla D5), se considerará la roca como si se tratase de un suelo y se recurrirá a los procedimientos de verificación correspondientes que se dan para suelos. 

En rocas más duras, menos diaclasadas y menos alteradas que lo indicado en el párrafo precedente, y cuando se cumplan las siguientes condiciones, se podrá determinar la presión admisible de servicio qd mediante la expresión siguiente que se indica a continuación.

a) la superficie de la roca es esencialmente horizontal sin problemas de inestabilidad lateral;

b) la carga no tiene componente tangencial, o ésta es inferior al 10% de la carga normal;

c) en rocas sedimentarias los estratos deben ser horizontales o subhorizontales.

Siendo: 

qu: Resistencia a compresión simple de la roca sana

s: espaciamiento de las discontinuidades; s>300 mm.

B: anchura del cimiento en m.; 0,05 < s/B < 2

a: apertura de las discontinuidades; a<5mm en junta limpia; a<25 mm en junta

rellena con suelo o con fragmentos de roca alterada, siendo 0<a/s<0,02 

A efectos de verificación del estado límite último de hundimiento el valor de qd determinado a través de la expresión anterior puede considerarse que lleva incorporado un coeficiente de seguridad  γR =3. Para la comprobación del asiento se podrá recurrir al empleo de formulaciones elásticas. Los módulos de deformación a emplear habrán de ser representativos del macizo.

De forma orientativa, para rocas con índice RMR < 50 se podrá emplear la siguiente  expresión: 

Cimentaciones en Roca: Dimensionado según Normas.

En los casos de edificaciones sencillas con cargas de trabajo no muy elevadas, una primera aproximación en la determinación de las presiones admisibles frente al hundimiento y asientos podrá llevarse a cabo siguiendo normas de uso habitual, en los que se fijan mediante reglas sencillas las cargas admisibles que, en la realidad, se han seleccionado con gran prudencia y se encuentran muy alejadas de las condiciones de hundimiento. A estos efectos se podrán utilizar los valores indicados en la tabla D.25.

Presiones Verticales Admisibles para Cimentaciones en Roca.

-Cimentaciones en Roca: Dimensionado según Normas.

-Cimentaciones en Roca; Cálculo analítico simplificado.

Método Simplificado para la Determinación de la Presión Vertical Admisible de Servicio en Suelos Granulares.

En suelos granulares la presión vertical admisible de servicio suele encontrarse limitada por condiciones de asiento, más que por hundimiento. Dada la dificultad en el muestreo de estos suelos, un método tradicional para el diseño de cimentaciones consiste en el empleo de correlaciones empíricas más o menos directas con ensayos de penetración, o con otro tipo de ensayos in situ a su vez correlacionables con el mismo (véase apartado 4.2.3.1).

Cuando la superficie del terreno sea marcadamente horizontal (pendiente inferior al

10%), la inclinación con la vertical de la resultante de las acciones sea menor del 10% y se admita la producción de asientos de hasta 25 mm., la presión vertical admisible de servicio podrá evaluarse mediante las siguientes expresiones basadas en el golpeo NSPT obtenido en el ensayo SPT.

Si existe nivel freático a la altura de apoyo de la cimentación o por encima, para poder aplicar las formulas anteriores debe  garantizarse mediante un adecuado proceso constructivo que las características mecánicas del terreno de cimentación no se alteran respecto a los valores determinados en el reconocimiento geotécnico.

Las formulas anteriores se considerarán aplicables para cimentaciones superficiales de hasta 5 m de ancho real (B). Para anchuras superiores a 5 m deben siempre comprobarse los asientos de acuerdo con el apartado 1.2.2. del anejo A.

Cuando el asiento admisible de cualquier elemento de cimentación sea inferior a 25 mm, el análisis de asientos debe llevarse a cabo de acuerdo con el apartado 1.2.2. del anejo A.

Será necesaria en todo caso la comprobación de que no se producen asientos excesivos debidos a la presencia de cargas próximas y suelos menos firmes situados a mayor profundidad que 2B* desde la base de la cimentación.

Si existiera flujo de agua en el entorno de la cimentación superficial se requerirá un estudio específico de la solución a adoptar.

Cuando se realicen ensayos de penetración estáticos o dinámicos continuos se podrá aplicar el método descrito anteriormente siempre y cuando se utilicen correlaciones bien establecidas con el resultado NSPT del ensayo SPT.

Las correlaciones suelen mostrar un marcado carácter local y deben justificarse convenientemente, como puede ser mediante la realización de penetrómetros continuos situados a corta distancia de sondeos en los que se cuente con pruebas SPT.

Excepto para aquellos casos en los que sea preceptiva la realización de sondeos mecánicos, se podrá llevar a cabo la estimación de las presiones verticales admisibles de cimentación a partir de la ejecución exclusiva de penetrómetros continuos siempre que concurran las siguientes circunstancias:

a) cuando exista una correlación de suficiente nivel de confianza entre la resistencia a la penetración del ensayo realizado y las propiedades mecánicas del terreno, establecidas por el reconocimiento específico o preliminar efectuado para el edificio en estudio o los reconocimientos efectuados en las edificaciones próximas;

b) cuando la correlación entre la resistencia a la penetración y las propiedades mecánicas del terreno provenga de estudios e investigaciones efectuadas en la zona en terrenos análogos a los encontrados en el área de edificación;

c) cuando exista en la localidad del emplazamiento de la edificación una tradición firmemente establecida entre el ensayo de penetración continua empleado y la presión vertical admisible, y siempre que la nueva edificación tenga un número de plantas similar, su nivel de cimentación no profundice respecto a los contiguos más de 1,50 m, y la modulación de la superestructura y las cargas por apoyo sean similares. 

A efectos prácticos se podrán tomar los valores de la presión vertical admisible ( qadm) que figuran en la tabla 4.4, calculadas para valores de NSPT= 10. Para valores de NSPT > 10, la presión admisible varía proporcionalmente

Determinación de la Presión de Hundimiento Mediante Métodos Analíticos: Expresión Analítica Básica.

La presión de hundimiento de una cimentación directa vendrá definida por la ecuación siguiente. Podrá expresarse en presiones totales o efectivas, brutas o netas.

Siendo

qh: la presión vertical de hundimiento o resistencia característica del terreno Rk;

q0K: la presión vertical característica alrededor del cimiento al nivel de su base;

cK: el valor característico de la cohesión del terreno;

B*: el ancho equivalente del cimiento;

γK: el peso específico característico del terreno por debajo de la base del cimiento;

Nc,Nq,Nγ: los factores de capacidad de carga. Son adimensionales y dependen exclusivamente del valor característico del ángulo de rozamiento interno característico del terreno (φk). Se denominan respectivamente factor de cohesión, de sobrecarga y de peso específico;

dc, dq, dγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar la resistencia al corte del terreno situado por encima y alrededor de la base del cimiento. Se denominan factores de profundidad;

sc, sq, sγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar la forma en planta del cimiento;

ic, iq, iγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar el efecto de la inclinación de la resultante de las acciones con respecto a la vertical;

tc, tq, tγ: los coeficientes correctores de influencia para considerar la proximidad del cimiento a un talud.

Los parámetros característicos de la resistencia al corte del terreno (ck, φk) deben ser representativos, para cada situación de dimensionado, de la resistencia del terreno en una profundidad comprendida, al menos, entre vez (1,0 B) y vez y media (1,5 B) el ancho real de la cimentación (B), a contar desde la base de ésta.

La expresión anterior se podrá ampliar con factores de influencia adicionales para tener en cuenta la existencia de una capa rígida a escasa profundidad bajo la cimentación, la inclinación de la base de la zapata, etc. Los factores a emplear en estos casos deben encontrarse suficientemente justificados y documentados, y se ajustarán a los criterios comúnmente aceptados en Mecánica del Suelo.

El desarrollo de los coeficientes correctores de influencia figura en el Anejo A.

A efectos prácticos, si el terreno es uniforme (de peso específico aparente aproximado γ = 18 kN/m3) y si la cimentación se encuentra por encima del nivel freático, sobre terreno horizontal, se podrán tomar los valores de la presión de hundimiento (qh) que figuran en la tabla 4.3, válidos para zapatas rectangulares de ancho equivalente comprendido entre 1 y 3 m.

Siendo

D: la profundidad definida en el anejo A.

Área Equivalente de un Cimiento.

El área equivalente de un cimiento es la máxima sección cobaricéntrica con la componente vertical de la resultante de la solicitación en la base del cimiento.

Cuando para cualquier situación de dimensionado exista excentricidad de la resultante de las acciones respecto al centro geométrico del cimiento, se deben realizar las comprobaciones pertinentes de los estados últimos de hundimiento, adoptando un cimiento equivalente de las siguientes dimensiones (véase Figura siguiente):

Definición de Zapata Equivalente para la Comprobación de Estados Limites Últimos.

a) ancho equivalente, B*= B - 2·eB

b) largo equivalente, L* = L - 2·eL

siendo

eB y eL las excentricidades según las dos direcciones ortogonales de la zapata, supuesta de sección rectangular en planta (véase figura anterior).

Los cimientos no rectangulares podrán asimilarse a otros similares conservando la misma superficie y el mismo momento de inercia respecto al eje del momento resultante.

Calculadas esas dimensiones equivalentes se obtendrá el valor de la presión total bruta media, definida por:

Siendo:

V: la componente vertical de la resultante de las acciones en la base del cimiento, incluyendo el peso de éste y de aquello que gravite libremente sobre él.

En zapatas rectangulares se podrá tomar como sección equivalente la sección real si la excentricidad de la resultante es menor de 1/20 del lado respectivo.

Cuando la cimentación incluya elementos estructurales destinados a centrar la resultante de las acciones sobre aquella (vigas centradoras, tirantes, contribución de forjados, etc.), el área equivalente de la cimentación podrá ser la definida por sus dimensiones reales en planta.

También habrá de determinarse, para cada situación de dimensionado, el ángulo “δ” que mide la desviación de la resultante de las acciones con respecto a la vertical, así como sus componentes según dos direcciones ortogonales:

Siendo

H:  la componente horizontal de la resultante de las acciones

HB, HL: las componentes de H en dos direcciones ortogonales (habitualmente

paralelas a los ejes o direcciones principales de la cimentación)

Normalmente, el plano de cimentación será horizontal. Si ese plano tuviese una ligera inclinación, el concepto vertical y horizontal podrá cambiarse por normal y tangencial al plano de cimentación y seguir aplicando las reglas indicadas. Las inclinaciones superiores al 3(H): 1(V) requerirán técnicas de análisis específicas no comentadas aquí.

Métodos para la comprobación del Estado Límite último de Hundimiento.

En cimentaciones sobre todo tipo de suelos la presión admisible o valor de cálculo de la resistencia del terreno Rd se podrá determinar mediante la expresión anteriormente citada:

 

Siendo 

Rk: el valor característico de la presión de hundimiento (qh)

γR: el coeficiente parcial de resistencia de la tabla 2.1.

Se emplearán los métodos analíticos del apartado 4.3.2 para la determinación de la presión de hundimiento y los valores γR de la tabla 2.1.

En el caso de cimentaciones sobre suelos con menos del 35% de finos, se podrá aplicar el método basado en ensayos de penetración contenidos del apartado 4.3.3, con las limitaciones en él indicadas, para obtener directamente la presión admisible de servicio, considerándose verificado de esta forma el estado límite último de hundimiento. En suelos cuyo contenido en gruesos de más de 20 mm supere el 30% en peso, en función del resultado del ensayo, puede en su caso, ser conveniente la comprobación de la fiabilidad de los valores deducidos de los ensayos SPT mediante ensayos tipo cross-hole o down-hole.