Zapatas:Criterios para el Movimiento.

Se deberán desarrollar criterios para el movimiento vertical y horizontal que sean consistentes con el tipo y la función de la estructura, su vida de servicio anticipada y las consecuencias de los movimientos inaceptables sobre el comportamiento de la estructura. Los criterios de movimiento admisible se deberán establecer mediante procedimientos empíricos o mediante análisis estructurales, o bien considerando ambos tipos de métodos.

La experiencia indica que los puentes pueden acomodar asentamientos mayores que los que tradicionalmente se permiten o anticipan en el diseño. Este acomodo es acompañado por fluencia lenta, relajación y redistribución de las solicitaciones. Se han realizado algunos estudios para sintetizar la respuesta aparente. Estos estudios indican que en los criterios de asentamiento no se deberían permitir distorsiones angulares entre fundaciones adyacentes mayores que 0,008 en tramos simples ni mayores que 0,004 en tramos continuos (Moulton et al. 1985;  Barker et al. 1991). Puede ser necesario adoptar distorsiones angulares límite menores luego de considerar:

•  El costo de mitigación mediante fundaciones de mayor tamaño, realineación y reconstrucción,

•  La transitabilidad (rideability),

•  Consideraciones estéticas, y

•  Consideraciones de seguridad.

Zapatas: Movimiento y Presión de Contacto en el Estado Límite de Servicio.

Requisitos Generales

En el estado límite de servicio se deberá investigar el movimiento de las fundaciones tanto en la dirección del asentamiento vertical como en la dirección del desplazamiento lateral.

Se deberá evaluar el desplazamiento lateral de una estructura:

•  Si hay cargas horizontales o inclinadas,

Las deformaciones elásticas ocurren rápidamente y por lo general son pequeñas. Normalmente estas deformaciones se desprecian en el diseño. Los cambios de volumen asociados con la reducción del contenido de agua del subsuelo se denominan consolidación; la consolidación se puede estimar y medir. En todos los suelos se produce asentamiento por consolidación. En los suelos no cohesivos la consolidación ocurre rápidamente y en

•  Si la fundación está dispuesta sobre un terraplén inclinado,

•  Si existe la posibilidad de pérdida de apoyo de la fundación debido a la erosión o socavación, o

•  Si los estratos portantes tienen una inclinación significativa.

general no se puede distinguir de la deformación elástica.
En los suelos cohesivos, tales como las arcillas, la
consolidación puede producirse durante un período de
tiempo considerable.

Diferentes cargas pueden afectar significativamente la magnitud de los asentamientos o desplazamientos laterales de los suelos. Para estimar los asentamientos se deberían considerar los siguientes factores:

•  La relación entre la carga sostenida o de larga duración y la carga total,

•  La duración de las cargas sostenidas, y

•  El intervalo de tiempo durante el cual se produce el asentamiento o desplazamiento lateral.

En los suelos cohesivos los asentamientos por consolidación dependen del tiempo; en consecuencia, las
cargas transitorias tendrán un efecto despreciable. Sin embargo, en los suelos no cohesivos en los cuales la permeabilidad es lo suficientemente elevada, las cargas transitorias pueden producir deformación elástica.

Debido a que en los suelos sin cohesión la deformación a menudo ocurre durante la construcción, es decir durante la etapa de aplicación de las cargas, la estructura puede acomodar esta deformación en cierta medida, dependiendo del tipo de estructura y el método constructivo utilizado.

En los suelos no cohesivos o granulares la deformación frecuentemente ocurre tan pronto como se aplican las cargas. En consecuencia, en  los suelos no cohesivos los asentamientos debidos a las cargas transitorias pueden ser significativos y por lo tanto deben ser incluidos en los análisis de asentamiento.

Anclaje, Nivel freático y levantamiento de zapatas.

Anclaje

Las zapatas que están fundadas sobre superficies de roca maciza lisas inclinadas y que no están restringidas por medio de una sobrecarga de material resistente se deberán anclar de manera efectiva utilizando anclajes para roca, bulones para roca, clavijas, barras de trabazón u otros medios adecuados.

Las voladuras tienen una elevada probabilidad de  sobreexcavar y/o fragmentar la  roca por debajo del nivel
de la zapata. En consecuencia, se debería proveer un  anclaje efectivo entre la roca y la zapata, como por ejemplo el que proveen los anclajes, los bulones o las barras de trabazón para roca.

Nivel Freático

Las fundaciones se deberán diseñar considerando el máximo nivel freático anticipado.

Se deberá considerar la influencia del nivel freático sobre la capacidad de carga de los suelos o rocas y sobre los asentamientos de la estructura. Si hay fuerzas de filtración éstas también se deberán incluir en los análisis.

Levantamiento

Si las fundaciones están sujetas a fuerzas de levantamiento se deberá investigar tanto la resistencia al arrancamiento como la resistencia estructural de las fundaciones.

Estructuras Cercanas

Cuando las fundaciones se colocan adyacentes a estructuras existentes se deberá investigar la influencia delas estructuras existentes sobre el comportamiento de la fundación y el efecto de la fundación sobre las estructuras existentes.  

Determinación de la profundidad de las zapatas.

La profundidad de las zapatas se deberá determinar considerando la naturaleza de los materiales de fundación y la posibilidad de socavación. Las zapatas ubicadas en cruces sobre cursos de agua se deberán fundar como mínimo a una profundidad de 600 mm por debajo de la máxima profundidad de socavación anticipada.

Las zapatas que no están expuestas a la acción de las corrientes de agua se deberán fundar sobre una fundación firme debajo del nivel de  congelamiento o sobre una fundación firme que se haya protegido contra las heladas sobreexcavando el material susceptible a las heladas hasta un nivel debajo de la línea de las heladas y reemplazándolo por material no susceptible a las heladas.

Se debería considerar el uso ya sea de un geotextil o bien de una capa de filtro granular graduado para reducir la susceptibilidad a la tubificación en el rip-rap o relleno detrás de los estribos.


1. En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos, particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el material no está compactado adecuadamente. El asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o
compactado alrededor de las pilas de un puente puede provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.


2. Cuando las zapatas se fundan sobre roca se debe prestar particular atención al efecto de las voladuras.

Cuando se realizan voladuras en formaciones rocosas competentes y altamente resistentes típicamente la roca se fractura hasta cierta profundidad debajo de la superficie final de la roca.

Las voladuras pueden reducir la resistencia a la socavación dentro de la zona de roca inmediatamente debajo de la base de la zapata.

En los Estados Unidos existen considerables diferencias en cuanto a la penetración de las heladas entre diferentes regiones e incluso entre diferentes localidades.

Si la protección contra las heladas es marginal o deficiente, se debería considerar el uso de aislantes para
mejorar dicha protección contra las heladas. 



La evaluación de las fuerzas de filtración y los gradientes hidráulicos es fundamental para el diseño de las excavaciones para las fundaciones que se extienden por debajo del nivel freático. Las fuerzas de filtración ascendentes que actúan en el fondo de las excavaciones pueden provocar tubificación en los suelos granulares densos o levantamiento en los suelos granulares sueltos, y esto puede provocar inestabilidad de la base. Estos problemas se pueden controlar mediante un drenaje adecuado, típicamente utilizando pozos o puntas filtrantes (well points). El drenaje de las excavaciones en suelos granulares sueltos puede provocar el asentamiento del terreno circundante. Si hay estructuras adyacentes que pudieran resultar dañadas por tales asentamientos o si el costo del drenaje es demasiado elevado se podrían utilizar
métodos para cortar la filtración, tales como tablestacados o muros interceptores.

Zapatas - Requisitos generales de diseño.

Los requisitos del presente artículo se aplican al diseño de zapatas aisladas y, cuando  corresponda, a las zapatas  combinadas. Se deberá prestar particular atención a las zapatas construidas sobre rellenos.

Las zapatas se deberían diseñar de manera que la  presión debajo de la zapata sea tan uniforme como sea posible. La distribución de la presión del suelo deberá ser  consistente con las propiedades del suelo o la roca y la  estructura y con los principios establecidos de la mecánica de suelos y de rocas.

En los rellenos los problemas de capacidad insuficiente  y/o asentamiento excesivo pueden ser significativos,
particularmente si se utilizan materiales pobres − es decir  blandos, húmedos, congelados o no durables, o si el
asentamiento de un relleno incorrectamente colocado o  compactado alrededor de las pilas de un puente puede  provocar un aumento sustancial de las cargas en las zapatas debido a la fuerza de fricción descendente que ejerce sobre la pila el relleno que se asienta, es decir, fricción superficial negativa. Aún los rellenos
correctamente colocados y compactados experimentan cierta cantidad de asentamiento o hinchamiento, dependiendo del tipo de material, las condiciones de humedad, el método de colocación y el método y el grado de compactación.

Definiciones de fundaciones.

Ancho de una fundación − Mínima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Azuche − Pieza metálica que se coloca en el extremo de penetración de un pilote para protegerlo contra los daños durante el hincado y para facilitar su penetración a través de los materiales muy densos.

Caballete de pilotes − Tipo de caballete en el cual los pilotes trabajan como columnas.

Fundación profunda − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo las cargas al suelo o la roca a una cierta profundidad  debajo de la estructura ya sea por resistencia de punta, adherencia o fricción, o ambas.

Fundación superficial  − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo la  carga directamente al suelo o la roca a poca profundidad.

Hundimiento (plunging) − Comportamiento observado en algunos ensayos de carga de pilotes, donde el asentamiento del  pilote continúa aumentando aún sin aumento de la carga.

Longitud de una fundación − Máxima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Pilote − Unidad de fundación profunda relativamente esbelta, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se instala  hincando, perforando, barrenando, inyectando o de alguna otra manera y que deriva su capacidad del suelo que lo rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de su punta.

Pilote combinado de fricción y punta − Pilote que deriva su capacidad de la contribución tanto de la resistencia de punta  desarrollada en la punta del pilote como de la resistencia movilizada a lo largo del fuste. 

Pilote de carga − Pilote cuyo propósito es soportar carga axial por fricción o resistencia de punta.

Pilote de fricción − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del suelo movilizada a lo  largo del fuste del pilote.

Pilote de punta − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del material de fundación sobre  el cual se apoya la punta del pilote.

Pilote inclinado − Pilote hincado con un ángulo de inclinación respecto de la vertical para lograr mayor resistencia a las cargas laterales.

Pilote perforado − Unidad de fundación profunda, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se construye colando  hormigón fresco en un pozo perforado con o sin armadura de acero. Los pilotes perforados derivan su capacidad del suelo  que los rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de  su punta. Los pilotes perforados también se conocen como  pozos de fundación, pozos romanos o pilares perforados.

Relación de sobreconsolidación (OCR) − Se define como la relación entre la presión de preconsolidación y la tensión efectiva vertical actual.

Roca competente − Masa de roca con discontinuidades cuya abertura es menor o igual que 3,2 mm.

RQD (Rock Quality Designation)  − Designación de la calidad de la roca.

Superficies de deslizamiento (slickensides)  − Superficies pulidas y ranuradas que se producen en las rocas y suelos  arcillosos como resultado de desplazamientos por corte a lo largo de un plano.

Tensión efectiva − Tensión neta a través de los puntos de contacto de las partículas de suelo, generalmente considerada  equivalente a la tensión total menos la presión del agua intersticial. 

Tensión total − Presión total ejercida en cualquier dirección tanto por el suelo como por el agua.

Tubificación − Erosión progresiva del suelo provocada por la filtración de agua que produce un tubo abierto en el suelo a  través del cual el agua puede fluir de manera descontrolada y peligrosa.

Zapata aislada  − Apoyo individual para las diferentes partes de  una unidad de la subestructura; la fundación  correspondiente se denomina fundación mediante zapatas.

Zapata combinada − Zapata que soporta más de una columna.

Fundaciones campos de aplicación.

Los requisitos de esta sección se deberán aplicar para el  diseño de zapatas, pilotes hincados y pilotes perforados.

Si se han de seleccionar procedimientos de cálculo de  resistencia diferentes a los especificados en el presente  documento, se deberá considerar la base probabilística de  estas Especificaciones, la cual produce una combinación  interrelacionada de las cargas, los factores de carga, los  factores de resistencia y la  confiabilidad estadística. Se  pueden utilizar otros métodos, especialmente si estos  métodos han sido reconocidos localmente y se consideran  adecuados para las condiciones regionales, siempre que se  considere la naturaleza estadística de los factores indicados  anteriormente a través del uso consistente de la teoría de la  confiabilidad y que sean aprobados por el Propietario.

La especificación de métodos de análisis y cálculo de  resistencia para las fundaciones incluidos en el presente
documento no implica que las verificaciones en obra y/o la  reacción a las condiciones reales correspondientes a la  obra ya no serán necesarias. Las prácticas tradicionales de  diseño y construcción de las fundaciones siempre deben  ser consideradas, aún cuando se diseñe de acuerdo con  estas Especificaciones.