GUIA 6: ESTUDIOS

GEOTÉCNICOS Y TRABAJOS
DE CIMENTACIÓN
CREDITOS
Secretaría de Gestión de Riesgos, SGR

Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, MIDUVI

Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, PNUD

Oficina de Ayuda Humanitaria de la Comisión Europea, ECHO

Colaboración al Desarrollo de la Guía

Ing. Xavier Vera Grunauer, Ph.D.

Ing. Fabricio Yépez Moya, Ph.D.

Proyectos y Construcciones Hidroenergéticas PCH Cía. Ltda.

CLASIFICACIÓN DE SUELOS
Y ESTUDIO GEOTÉCNICO
Origen del Suelo
 Definición de Suelo
El comportamiento de los suelos es complejo debido a la
naturaleza granular y a la coexistencia de partículas sólidas
con fluido intersticial que generalmente está compuesto por
más de un fluido (agua, contaminantes orgánicos e
inorgánicos, gases como ser, aire o metano, etc.)

Fuente: (Santamarina C., 2004)

Diagrama de Fases
Relaciones Fundamentales
 Aspectos Generales

Uno de los aspectos fundamentales en la caracterización

geotécnica de un subsuelo, es el uso de terminologías
comunes y de uso internacional, como es el Sistema
Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS propuesto por
Casagrande, A. 1948, el mismo que será empleado para
definir y analizar las series estratigráficas que conforman el
subsuelo. El sistema SUCS ha sido considerado como válido
en la Norma Ecuatoriana de la Construcción, NEC-15.
Análisis Granulométrico
La primera y más importante decisión esta dada por el contenido de
finos, definido como el correspondiente a partículas de diámetro
equivalente menor a 0,075 mm, pasante del tamiz #200. Si menos
del 50% en peso del suelo pasa el tamiz #200, entonces el suelo es
“grueso” y se subclasifica en arena o grava usando el tamiz #4. De
otro modo, el suelo es “fino” y se subclasifica en limo o arcilla,
usando los límites de plasticidad.
Curva Granulométrica
Tipos de partículas
Límites de Atterberg
 Indices

Índice Plástico: PI = LL – PL (define rango plástico)

Índice Líquido: LI = (w-PL) / PI (define estado relativo
de arcilla/limo)

Contenido de agua natural menor que límite plástico LI<0

Contenido de agua natural entre límites líquido y plástico 0<LI<1
Contenido de agua natural mayor que límite líquido LI>1
Límites de Atterberg - Límite Líquido
Límites de Atterberg - Límite Plástico
 Estudio Geotécnico

Actividades que comprenden el reconocimiento de campo, la

investigación del subsuelo, los análisis y recomendaciones de
ingeniería necesarios para el diseño y construcción de las
obras en contacto con el suelo, de tal forma que se garantice
un comportamiento adecuado de las estructuras
(superestructura y subestructura), que preserve la vida
humana, así como también evite la afectación o daño a
construcciones vecinas.
 Estudio Geotécnico Preliminar

Tiene como objetivo definir las condiciones generales del

sitio. Sirve como base para diseñar la campaña exploratoria
necesaria para el estudio geotécnico definitivo. Esta etapa
puede incluir revisión literaria de estudios geológicos o
geotécnicos de la zona, así como ciertos ensayos de cambo y
laboratorio para determinar propiedades del sitio.

“La presentación de este tipo de estudio queda a criterio del

ingeniero geotécnico en consideración de la magnitud y/o
características especiales del proyecto.”
 Exploración de Campo

Exploración Directa

Se podrá utilizar cualquier método de exploración directa,

sondeo, muestreo reconocidos en la práctica, en
correspondencia al tipo de material encontrado; tales como:

•Calicatas o trincheras,

•Cono estático CPT, o dinámico DCP,

•Dilatómetro

•Ensayo de Penetración Estándar, SPT.

 Esquema tradicional de la perforación,
muestreo y ensayos de laboratorio de las
muestras de suelo
 Ensayo de Penetración Estándar, SPT

El ensayo SPT (Standard Penetration Test) consiste en

realizar perforaciones mecánicas de suelo en el sitio del
proyecto, y básicamente en contar el número de golpes (N)
que se necesitan para introducir un toma-muestras
(cuchara partida) dentro un estrato de suelo.

El ensayo de penetración estándar (SPT) es quizá el ensayo

de campo más utilizado en la caracterización geotécnica.
Tipos de Martillos
La medida del número de golpes puede ser normalizada a
N60 ó N1,60; donde N60 es la medida del número de golpes
corregido al 60% de la energía teórica de la caída libre del el
martillo.
Uno de los factores de corrección mas importantes es el factor
de corrección de energía CE que tiene una variabilidad de
acuerdo al tipo de martillo utilizado para el ensayo, en la Tabla
a continuación se muestran los valores de correcion CE
recomendados y estudiados.
Ensayo de Penetración de Cono eléctrico, CPT
 Ensayo de Penetración con Piezocono, CPTu
El ensayo CPTu se basa en un cono que avanza a una velocidad
de 2.0 cm/s registrando de manera digital y continuamente
cada 10 mm tres lecturas independientes como la resistencia
de la punta de cono (qc), la fricción lateral (fs) y la presión
intersticial dinámica (u2).
Ensayo de Veleta de Campo
 VENTAJAS DESVENTAJAS
• Permite obtener la • Su uso se limita a
resistencia no arcillas y limos
drenada de Suv< 200kPa
arcillas. • Es lento y consume
• Equipos y ensayos bastante tiempo.
muy sencillos • Requiere
• Permite medir la correlaciones
sensitividad in empíricas.
situ. • El resultado es
• Hay mucha afectado por lentes
experiencia en su de arena
uso.
Exploración Indirecta

Se podrá combinar la exploración directa con métodos de

exploración indirecta; tales como:

•Sondeos Eléctricos Verticales,

•Sísmica de Refracción,

•Análisis Espectral de Ondas Superficiales

•ReMi.
 Ventajas de la geofísica Desventajas de la geofísica

• No es destructiva y/ni invasiva. • Se efectúa sin muestras o

• Es rápida y tiene pruebas penetración física directa.
económicas. • Se asumen modelos para
• Tiene bases teóricas para su interpretación.
interpretación. • Afectada por capas o
• Se aplica para suelos y rocas. inclusiones cementadas.
• Resultados influenciados por
agua, arcilla y profundidad.
Determinación de Propiedades Dinámicas
de los Materiales
 ReMi + MASW

La combinación de las técnicas pasiva (REMI) y activa (MASW)

para el análisis de ondas superficiales ayuda en el análisis de
una amplia gama de frecuencia y profundidad. La técnica
pasiva (REMI) alcanza mayor profundidad al emplear las ondas
de baja frecuencia generadas, y por lo tanto, una dispersión
procesada pero carece de información a menores
profundidades. Esta deficiencia puede ser eliminada por el uso
de MASW activa que emplea una onda de alta frecuencia de
menor profundidad de penetración y proporciona información
acerca de los estratos de menor profundidad.

Sismógrafos GEODE
 Metodo MASW

El Ensayo MASW o Análisis de Ondas Superficiales en Arreglos Multicanales es un método de

exploración geofísica que permite determinar la estratigrafía del subsuelo bajo un punto en forma
indirecta, basándose en el cambio de las propiedades dinámicas de los materiales que la conforman.
Este método consiste en la interpretación de las ondas superficiales (Ondas Rayleigh u Ondas R) de un
registro en arreglo multicanal, generadas por una fuente de energía impulsiva en puntos localizados a
distancias predeterminadas a lo largo de un eje sobre la superficie del terreno, obteniéndose el perfil de
velocidades de ondas de corte (Vs) para el punto central de dicha línea
 Metodo ReMi

El ensayo REMI evalúa las ondas Rayleigh

que se transmiten por la superficie del
terreno, cuyo rango de profundidad es
proporcional a su longitud de onda (λ)
Relevancia de los ensayos “in situ” para
diferentes tipos de suelos
 Exploración por Sondeos
Esta norma exige al ingeniero especialista geotécnico realizar
sondeos exploratorios necesarios para obtener un
conocimiento adecuado del subsuelo.

Características y distribución de los sondeos:

•Los sondeos con recuperación de muestras deben constituir

como mínimo 50% de los sondeos practicados en el estudio
definitivo.

•En los sondeos con muestreo se deben tomar muestras cada

metro a lo largo de toda la perforación.

•Al menos el 50% de los sondeos deben quedar ubicados

dentro de la proyección sobre el terreno de la construcción.
 Clasificación de las unidades de
construcción por categorías

Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015

 Número mínimo de sondeos
El número mínimo de sondeos y profundidad de exploración
se deberán efectuarse en el terreno donde se desarrollará el
proyecto, se definen en la Tabla 2 del capítulo NEC-SE-CM,
15

Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015

Localización y profundidad de los Sondeos
Como podemos observar, los sondeos buscan caracterizar
correctamente la sección transversal del talud.
Profundidad mínima del sondeo de acuerdo
al tipo de cimentación
Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015
 Estudio Geotécnico Definitivo

Estudio que se ejecuta para un proyecto específico en el

cual se debe precisar todo lo relativo a las propiedades
físicas y geomecánicas del subsuelo, así como las
recomendaciones detalladas para el diseño y construcción
de todas las obras relacionadas.

“Su presentación es obligatoria.”

El estudio geotécnico definitivo debe contener como mínimo
los siguientes aspectos:

• Del Proyecto

• Del Subsuelo

• De Cada Unidad Geológica o de suelo

• De los Análisis Geotécnicos

• De las recomendaciones para diseño

• De las recomendaciones para la protección de

edificaciones y predios vecinos

• De las recomendaciones para construcción, Sistema

Constructivo
 Esquema tradicional de la perforación,
muestreo y ensayos de laboratorio de las
muestras de suelo
 Condiciones Drenadas y No Drenadas

La condición drenada se genera cuando el cambio o

aplicación de la carga es muy lenta, o cuando la carga ha
sido colocada por mucho tiempo que todo el suelo ha
alcanzado la condición de equilibrio sin causar un exceso de
presión de poro inducido por la carga.

En la condición drenada la presión de poro está controlada

por las condiciones hidráulicas de borde. Al contrario, en los
casos en que la carga es aplicada de manera rápida, el suelo
no alcanza a drenar, y se produce un exceso de presión de
poros afectando sus esfuerzos efectivos.
 Muestreo de Campo

Para caracterizar correctamente los estratos de suelo, se

deben tomar muestras del material del subsuelo.

Muestras Alteradas
Las muestras alteradas, generalmente son obtenidas
utilizando un muestreador tipo cuchara partida en el ensayo
SPT. Las dimensiones de distintos muestreadores tipo
cuchara partida se muestra en la figura siguiente. Se
catalogan como alteradas por que se pierde la estructura,
pero son utilizadas para ensayos de clasificación y otros
ensayos de suelo.
Muestras Inalteradas
Para la obtención de las muestras “inalteradas” en las series
arcillosas existen varios métodos.
El tubo tipo Shelby es un muestreador de acero liso con
pared delgada y es el más comúnmente utilizado para el
muestreo de suelos cohesivos.
 Resistencia al corte del Suelo
La resistencia al corte se define como el máximo esfuerzo
cortante que el suelo puede resistir. La resistencia del suelo
esta controlada por el esfuerzo efectivo, aunque la falla
ocurra en condiciones drenadas o no drenadas.

Criterio de falla de Mohr-Coulomb

El esfuerzo cortante de la falla se expresa por medio del
modelo de falla de materiales según la ley de Mohr-Coulomb.

τ = c + σn tanϕ Análisis no Drenado

τ = c' + σ'ntanϕ’ Análisis Drenado/esfuerzos efectivos
Tipos de Resistencia al corte
 Ensayos de Corte comunes en Laboratorio
• Corte Directo
• Compresibilidad Triaxial
• Compresibilidad no confinada
 Tipos de Ensayos Triaxiales

Dos Etapas: 1) Estados de esfuerzos de muestra (consolidación)

2) Cortante

Etapa 1 Etapa 2 Tipo de Ensayo

Consolidada Drenada CD (S-test) c’, ϕ’
Consolidada No Drenada CU (R-test) c, ϕ
Consolidada No Drenada CU (R-test) c, ϕ, u, c’, ϕ’
No Consolidada No Drenada UU (Q-test) c

Etapa 1 Etapa 2
Cambio volumen Consolidado Drenado
Sin cambio volumen No Consolidado No Drenado
Determinación de Resistencia al corte
 Ensayos de Corte comunes en Laboratorio
• Corte Directo
• Compresibilidad Triaxial
• Compresibilidad no confinada
Compresibilidad No Confinada Automatizada
 Ensayo de Compresibilidad No Confinada

• (L/D) = 2-3, L = 3.5in D = 1.4in

• εv = ½ - 2%/min
• Prueba especial triaxial UU (no se aplica
ninguna presión de confinamiento)

σ τ

qu
c

qu σ

ε
Ensayos de Compresibilidad, Odométricos
Ensayos de Consolidación Unidimensional

Cuando se aplica una carga en el suelo se produce una

reducción gradual del volumen del mismo causado por el
cambio del esfuerzo efectivo al ser expulsada el agua de
sus poros por el exceso de presión. Este asentamiento
gradual se conoce como CONSOLIDACIÓN.

EDÓMETRO
 Manejo de muestras y efectos de
perturbación de las mismas

Las muestras de suelo deben de ser transportadas y

protegidas de tal forma de garantizar el contenido de
humedad natural de campo y su estructura original.
Aunque las muestras de suelo estén bien selladas en tubos
shelby, se podrá presentar una perdida en el contenido de
humedad de la muestra luego de los 30 días.
Adicionalmente, si se deja la muestra en un cuarto donde
la humedad es menor del 90% existirá en la muestra de
suelo una relajación de esfuerzos. La humedad relativa en
un cuarto húmedo deberá ser por lo menos 90% o mayor.
Durante la perforación, muestreo, extrusión de la muestra y
labrada en el laboratorio, el suelo tiene un cambio en su
estado de esfuerzo inicial de campo. Como la muestra de
laboratorio tiene un mayor e del que tenia “ in situ ” , si se
realiza una prueba de resistencia en la muestra, esta tendra
una menor resistencia y una mayor compresibilidad relativa a
la mismo suelo con su e de campo..
 JUDICATURA QUITO - NORTE
PERFIL DE SUELO P7
N60 Vs (m/s)
0 0

5
5

10
Profundidad [m]

Profundidad [m]
10

15

15

20

20

25

25 30
0 20 40 60 80 100
0 200 400 600 800 1000

P1
P2
P3
P4
N = 16 ReMi + MASW 1 Vs, 30 = 381.05 m/s
P5 60,30
ReMi + MASW 2
P6
P7
P8
P9
P10
P11
C
PERFIL DE SUELO TIPO B
ESTABILIDAD DE TALUDES,
MUROS Y EXCAVACIONES
ESTABILIDAD DE TALUDES
Tipos de Movimientos de masas
Fallas
Fuerzas que actúan en un talud
 Tipos de falla en Estabilidad de taludes
Falla de Talud infinito
Falla de talud “infinita”, esta situación se presenta cuando el
talud tiene una extensión muy prolongada
Falla Circular
Falla circular, es la falla más común en los depósitos de
suelos arcillosos saturados.
Falla de Bloque o No Circular
Falla de bloque o falla no circular, esta se da cuando la masa
de suelo se desliza sobre una superficie de suelo débil como
muestra la Figura.
Método de las Dovelas
Análisis de las Dovelas
 Estabilidad Dinámica de Taludes
Correlación entre la aceleración máxima en el terreno y el coeficiente
horizontal pseudo estático (modifcado de Noda, et al, 1975)
Reptación No Drenada (Undrained Creep) y
su influencia en la estabilidad
En taludes de arcillas susceptibles a fenómenos de reptación,
puede existir una condición crítica denominada ruptura no
drenada.
 MUROS
Tipos de Muros

• Muros de Gravedad: Contrarrestan el empuje del terreno, dadas

sus grandes dimensiones son sufren esfuerzos flectores, por lo
que no suelen armarse.

• Semi Gravedad: Similares a los muros de gravedad, pero van

ligeramente armados.

• Voladizo: Los más comunes y eficientes, poseen una sección

transversal que se asemeja a una L o T invertidad, y requieren
de un buen armado de acero.

• Contrafuerte: Muro totalmente prefabricado para la contención

de tierras. Conformado por dos elementos unidos entre si: Losa
de alzado, con dos patas de apoyo en cimentación y nervios
contrafuertes.
Presiones de Suelos
1) Activa (Tensión)

2) Pasiva (Compresión)

3) En reposo (No Movimiento Lateral)

Deformación necesaria para movilizar la Resistencia active y
pasiva

Movimiento Horizontal
Tipo de Suelo Requerido para alcanzar la
Condición Activa
Arena Densa
Arena Suelta
Arcilla Rígida
Arcilla Blanda

Movimiento Horizontal
Tipo de Suelo Requerido para alcanzar la
Condición Pasiva
Arena Densa
Arena Suelta
Arcilla Rígida
Arcilla Blanda
Empuje Activo del Suelo
Empuje Activo del Suelo: Plano de Falla por
corte
Empuje Pasivo del Suelo
Empuje Pasivo del Suelo: Plano de Falla por
corte
 Muro en Voladizo
Existen dos fases en el diseño de un muro de retención
convencional. Primero, conocida la presión lateral de la
tierra, la estructura en su conjunto se revisa por estabilidad,
que incluye la revisión de posibles fallas por volteo,
deslizamiento y capacidad de carga.

Y en segundo lugar existe la falla general del sistema, es

decir fallas de carácter estructural en el muro o por
inestabilidad global del lugar (falla del talud).
 Muro en Voladizo

Para revisar la estabilidad de un muro de retención, son

necesarios los siguientes pasos:

•Revisión por volteo respecto a la punta

•Revisión por falla de deslizamiento a lo largo de la base

•Revisión por falla de capacidad de carga de la base

•Revisión por asentamiento (servicio)

•Revisión por estabilidad de conjunto

 Falla por Deslizamiento
Cuando las Fuerzas Horizontales Resistentes (empuje pasivo de la
tierra y la resistencia por fricción en la base) son menores que las
Fuerzas Horizontales de Empuje (empuje activo de la tierra, presión
del agua y empuje por sobrecarga).
 Falla por Volteo
Cuando los Momentos de las Fuerzas por Volteo (componentes del
empuje activo de la tierra, presión del agua y empuje por sobrecarga)
son mayores que los Momentos de las Fuerzas Resistentes (peso
propio del muro y peso del suelo por delante del muro).
 Fuerzas normales no actúan dentro del
tercio medio de la zapata

Una parte del talón del muro puede perder contacto con la
cimentación en el suelo. Esto a su vez causar una disminución en la
resistencia por fricción en la base.
 Falla por Capacidad de Carga

• Suelo no tiene la fuerza suficiente para soportar la carga aplicada.

• Tamaño de la base del muro es insuficiente.
• Profundidad de empotramiento es inadecuada.
 Falla por Estabilidad de Talud (Falla Global)
• La colocación de sobrecarga en la superficie del relleno aumenta
las fuerzas de empuje.
• Aumento de las presiones de poro en el plano potencial de falla, la
disminución de la resistencia de estabilidad de talud en épocas de
lluvias.
• Excavación en el talón del muro disminuye las fuerzas de
resistencia.
 Asentamiento excesivo

• La presencia de suelos altamente compresibles.

• Compactación inadecuada del suelo en la base de la cimentación
• La colocación de sobrecargas en el muro que no se tomaron en
cuenta en el diseño.
 EXCAVACIONES
Excavaciones abiertas

Para excavaciones como método de soporte, en ciertas ocasiones se

utilizan sistemas protegidos por sistemas temporales de
apuntalamiento como muestra la figura a continuación:
 Excavaciones abiertas

DERRUMBE EN LA VICTORIA, MIERCOLES 12 DE DICIEMBRE DE 2007

Excavaciones abiertas – Estabilidad de
Fondo
Excavaciones abiertas – Gradiente Critico
Excavaciones abiertas – Presiones Aparentes

Peso Total

Peso Efectivo
Excavaciones abiertas – Efecto del Agua
(para cálculos de esfuerzos efectivos)
 Factores de Seguridad
En los análisis de estabilidad se define el Factor de Seguridad
por corte FScorte, como la relación entre esfuerzo cortante
último resistente o esfuerzo cortante a la falla τ f y esfuerzo
cortante actuante τ A.
 Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015

(*) La demanda sísmica para los análisis pseudo estáticos será del 60% de
la aceleración máxima en el terreno,
kh = 0.6(amax)/g, donde amax = ZFa. Sin embargo, se deberá evaluar la
demanda de deformación sísmica del talud mediante el método de Bray JD
and Travasarou T (2007).
Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015
ASENTAMIENTOS
Estado límite de servicio (NEC-SE-CM)
 Tipos de Asentamientos Estáticos

• Asentamiento inmediato, provocado por la deformación

elástica del suelo seco y de suelos húmedos y saturados sin
ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de
asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en
ecuaciones derivadas de la teoría de elasticidad.

• Asentamiento por consolidación primaria, es el resultado de

un cambio de volumen en suelos saturados cohesivos debido
a la expulsión del agua que ocupa los espacios vacíos.

• Asentamiento por consolidación secundaria, se observa en

suelos saturados cohesivos y es resultado del ajuste plástico
de la estructura del suelo. Éste sigue al asentamiento por
consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante.
 Asentamientos Inmediatos

Los asentamientos inmediatos ocurren instantáneamente luego

de que la carga es aplicada y se asume que son elásticos. La
deformación para cada elemento puede ser calculada mediante
el modulo y la carga actuante en el centro de cada estrato.

La deformación vertical unitaria para cada estrato se calcula de

la siguiente manera:
 Asentamientos Inmediatos

El asentamiento inmediato entonces, es calculado a partir de

las deformaciones unitarias. Para cada de estrato, se asume
que el punto inferior esta fijo y que el punto superior es el que
se desplaza. De esta manera el asentamiento inicial de cada
estrato estará dado por:

El asentamiento total para n número de estratos estaría dado

por:
Consolidación por Incremento de Esfuerzo
en el Suelo
Asentamiento por Consolidación primaria
Consolidación – Ensayo
Consolidación Primaria
Consolidación – Esfuerzo de Fluencia
 Consolidación Primaria

Despejamos para determinar el asentamiento total

Deformación (en volumen unitario)

Tiempo de Consolidación
Teoría de Consolidación (Terzaghi, 1923)

• Arcilla es homogénea y se encuentra saturada.

• La compresión se lleva a cabo verticalmente (1D)
• La ley de Darcy es válida
• El material es incompresible pero se reacomoda.
• Coeficiente de compresibilidad (av) es contante y el
coeficiente de cambio de volumen (mv) también es
constante.
 Consolidación Secundaria

El parámetro clave para el análisis cuantitativo de la

compresión secundaria es el coeficiente de compresión
secundaria (Cα)
El asentamiento por consolidación secundaria puede ser
calculada como:
Coeficiente de Consolidación (Terzaghi, 1923)
Coeficiente de Consolidación (Terzaghi, 1923)

Dónde:

•Tv es un factor adimensional

•Cv es el coeficiente de consolidación
•t es el tiempo de consolidación
•H es la distancia de drenaje
Resultados – Variación de Asentamientos
 Resultados – Velocidad de Asentamientos

Tiempo (meses)
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0
0

P1 (2008), H= 7.5m, Cv=15m2/yr

5
P2 (2008), H= 12.5m, Cv=15m2/yr
P3 (2008), H= 6m, Cv=15m2/yr
10 P4 (2008), H= 7.5m, Cv=15m2/yr
P5 (2008), H= 5m, Cv=15m2/yr
15 P1 (2014), H= 12.5m, Cv=15m2/yr
P2 (2014), H= 13m, Cv=15m2/yr
Asentamiento (cm)

20 P1 (2008), H= 7.5m, Cv=25m2/yr

P2 (2008), H= 12.5m, Cv=25m2/yr
P3 (2008), H= 6m, Cv=25m2/yr
25
P4 (2008), H= 7.5m, Cv=25m2/yr
P5 (2008), H= 5m, Cv=25m2/yr
30 P1 (2014), H= 12.5m, Cv=25m2/yr
P2 (2014), H= 13m, Cv=25m2/yr
35

40

45

50
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0
 Incremento de Esfuerzos en el Suelo por
Cargas aplicadas no Uniformes
• Cargas de Tamaño limitado
• Plintos (cuadrados o rectangulares)
• Terraplén
• Zapatas Corridas
Incremento de Esfuerzos en el Suelo por
Cargas aplicadas no Uniformes
Método aproximado – Distribución 2 a 1
Valores máximos de asentamientos diferenciales calculados,
expresados en función de la distancia entre apoyos o columnas, L.
 Asentamiento por sismo

Los asentamientos por causa de carga sísmica podrán ser

estimados mediante procedimientos semi-empíricos, por
medio de modelos numéricos aplicando la técnica de
elementos finitos o diferencias finitas, aplicando modelos
constitutivos de suelos que consideren el desarrollo de
presión de poro y degradación cíclica de la rigidez.
 Licuefacción
• Cargas sísmicas inducen licuefacción en arenas y limos
sueltos y saturados
• Cargas monotónicas también pueden inducir
licuefacción en suelos muy sueltos que están en una
condición cercana al equilibrio límite.

Consecuencias de Licuefacción

• Pérdida completa de resistencia en el suelo

• Fallas de taludes
• Desplazamiento considerable de pendientes con
pendientes mínimas
• Pérdida completa de capacidad soportante en
fundaciones superficiales
 Asentamientos por sismos - Licuación

Licuefacción en Olympia, WA. Terremoto de Nisqually, 2001. Deformaciones laterales son

debidas a la pérdida de resistencia debido a la licuefacción del suelo. Cortesía de Shannon
and Wilson, Inc.
Asentamientos por sismos - Licuación
Consecuencias de Licuefacción

•Asentamientos
• Pérdida de resistencia de fuste y resistencia de punta en
pilotes emplazados en suelos que sufren licuefacción.

• Rotura de pilotes debido a grandes movimientos

laterales en el suelo.

• Rotura de servicio de agua, gas, y otras cañerías

subterráneas
• La combinación de pérdida de servicio de agua y
rotura de líneas de gas suele traer consecuencias
funestas, p.ejem. Kobe 1995.

• Tanques de agua o gasolina vacíos flotan hacia la

superficie.
Causas de Licuefacción

Considérese una arena suelta y seca sometida a vibraciones

sísmicas
• Tiene tendencia a densificarse.
• Se observan asentamientos verticales.
• En Turquía, asentamientos fueron suficientes para
que un lago aledaño a un barrio residencial cause
una inundación.
• Potencial de asentamientos diferenciales en
cimentaciones superficiales.
Considérese una arena suelta saturada sometida a vibraciones
sísmicas.
• Tiene tendencia a densificarse, pero las condiciones de
borde no permiten el drenaje del agua en el corto
tiempo que dura la carga sísmica.
• Consecuentemente, presiones de poros aumentan
debido a la tendencia a contracción de la arena.
Causas de Licuefacción

Arena suelta saturada sometida a vibraciones sísmicas.

Incremento de presión de poros (u) reduce esfuerzos efectivos
(σ’)
σ’ = σ – u
•Movimientos vibratorios no afectan esfuerzos totales (σ)

La resistencia del suelo es función del esfuerzo efectivo

Resistencia = f (σ’)

En el límite, la presión de poros alcanza un valor igual al

esfuerzo total, por lo tanto el esfuerzo efectivo es 0 y el suelo
pierde completamente su resistencia
Movimientos vibratorios inducen esfuerzos cortantes
Identificación de Licuefacción

Volcanes de arena
• Arena transportada por agua que migra para disipar
presión de poros.
• Se puede confundir con volcanes de arena causados
por rotura de cañerías de agua.
• Erupciones de arena se suelen concentrar alrededor
de edificios o en grietas de pavimentos.

Movimientos “sospechosos” del suelo o rotura de cañerías

subterráneas.

Serie de tiempo de aceleraciones

• Cambio brusco del contenido de frecuencia (desaparición
de frecuencias altas).
• Repentina reducción en intensidad de aceleraciones.
Análisis de Riesgos asociados a la Licuefacción

Se sugieren abordar las siguientes tres cuestiones:

1. ¿Es el tipo de suelos susceptible a licuefacción?

– Análisis de susceptibilidad
2. Si el suelo es susceptible a licuefacción, ¿habrá
licuefacción?
– Análisis de iniciación de licuefacción
3. Si hay licuefacción, ¿causará daños?
– Análisis de efectos causados por licuefacción

Si la respuesta a las tres preguntas es afirmativa, entonces se

toman las decisiones correspondientes
• Cambiar de emplazamiento para la construcción.
• Reforzar el suelo para evitar licuefacción.
• Reforzar la estructura para mitigar daños.
Potencial de Licuefacción

Para que exista el potencial de licuefacción se requiere:

• Suelo saturado
• Estudios recientes demuestran que existe potencial
de generación de altas presiones de poros aún
cuando la saturación no es del 100%. En general, la
saturación tiene que estar cerca del 100% para que
exista el potencial de licuefacción.
• Carga no-drenada del suelo
• Para arenas, esto se da con las cargas dinámicas de
terremotos o explosiones.
• Para gravas, es necesario que existan condiciones de
frontera que prevengan drenaje, o que las gravas
contengan suelos finos que impidan el drenaje.
• Tendencia a la contracción (i.e., pérdida de volúmen)
cuando se aplican esfuerzos de corte.
Potencial de Licuefacción

Se define la razón de presión de poros como:

ru = ∆uo/σ’3,I

• Licuefacción ocurre cuando la razón de presión de poros

llega a 100%

• También se puede definir licuefacción usando límites

de deformación unitaria. Algunos suelos
medianamente densos no llegan a desarrollar ru =
100% pero sufren consecuencias graves debido a
altas presiones de poros.
Tipos de Licuefacción

•“Cyclic Mobility”, o movilización cíclica

• Se refiere al caso en el cual los esfuerzos de corte
estáticos en el suelo son menores a su.
• Deformaciones se producen solamente debido a los
esfuerzos de corte inducidos por el sismo.
• Deformaciones son relativamente menores y se
desarrollan por incrementos durante el sismo.
• Deformaciones pueden ocurrir en suelos con pendientes
menores (hasta de 1 %). A este tipo de deformaciones
se las llama “lateral spread”.
• Deformaciones pequeñas pueden llegar a desarrollarse
en terreno plano si es que se está cerca de alguna
pendiente.
Suelos susceptibles a Licuefacción

Criterios basado en composición

Arenas sueltas o medianamente sueltas

• Clásico ejemplo de licuefacción.
• Investigación del fenómeno se concentra en este tipo de
suelos.
• Arenas uniformes son mas suceptibles que aquellas.

Limos
• Limos no-plásticos son suceptibles a licuefacción.
• Limos con plasticidad actúan como arcillas.

Arcillas
• Generalmente no se consideran suceptibles, aunque
arcillas sensitivas pueden perder resistencia al corte con
cargas cíclicas.
Susceptibilidad de Licuación
Análisis de Iniciación de Licuefacción

τ eq τl
CSR = CRR =
σ
′ ′
Vo σ Vo

Definiciones:

CSR : Cyclic Stress Ratio: Razón de esfuerzo cíclico

σ’vo : Esfuerzos normales iniciales
τeq : Esfuerzos de corte inducidos por el sismo
CRR : Cyclic Resistance Ratio: Razón de resistencia cíclica
τl : Esfuerzos necesarios para inducir licuefacción
Análisis de Iniciación de Licuefacción
Efectos de Licuefacción

Asentamientos verticales debido a la migración de agua del

suelo
• Método de Tokimatsu y Seed (1987), y de Ishihara y
Yoshimine (1992).
• Estos métodos correlacionan el factor de seguridad
contra licuefacción con valores de SPT o de densidad
relativa.
• Se obtienen valores muy aproximados que sirven mas
para indicar un “orden de magnitud” de los
asentamientos.
• El método se puede aplicar con ciertas modificaciones
para estimar asentamientos en arenas secas. Estos
asentamientos se deben a densificación inducida por
cargas cíclicas.
Efectos de Licuefacción
Efectos de Licuefacción
Efectos de Licuefacción
 Estimación del asentamiento por licuación
en campo libre, terreno horizontal

Los asentamientos producto de la licuación ocurren debido a

la reconsolidación del suelo licuado. Para estimar los
asentamientos post licuación, se pueden utilizar modelos
como el de Shamato et al. (1998), Wu et al. (2003) y Cetin
et al. (2009). Se lo puede calcular integrando la deformación
volumétrica unitaria (εv) con la profundidad, como muestra la
expresión siguiente:
Asentamientos tolerables para las edificaciones

En términos del asentamiento promedio total que

experimente la cimentación de una estructura durante un
lapso de 25 años:

•Se considera las cargas muertas de servicio y 50% de cargas

vivas máximas.

•Para construcciones aisladas 20 cm.

•Para construcciones entre medianeros 10 cm.

NOTA: siempre y cuando no se afecten la funcionalidad de

conducciones de servicios y accesos de la construcción
 DISEÑO GEOTÉCNICO DE
CIMENTACIONES SEGÚN LA
NORMA ECUATORIANA DE
LA CONSTRUCCIÓN NEC
2015
 Cimentaciones Superficiales

Es la parte inferior de una estructura, la cual transmite las

cargas a los estratos de suelo o roca. Las cimentaciones se
dividen en dos grupos; cimentaciones superficiales y
profundas. Se consideran cimentaciones superficiales
aquellas que cumplan con la siguiente condición:
 Reporte geotécnico

Se basa en actividades que comprenden un estudio ingenieril

sobre el reconocimiento de campo, investigación del subsuelo
y análisis más profundos del mismo, donde se realizará la
construcción de obras en contacto con el suelo, para que
éste garantice un adecuado comportamiento al ser sometido
a dicha estructura.
Tipo de Cimentación

Para un diseño geotécnico de una cimentación superficial hay

que determinar el tipo de cimentación, el cual será elegido
en base a:

•Un análisis que contemple la naturaleza de la edificación y

las cargas a transmitir.
•Las condiciones del suelo o roca basados en parámetros
obtenidos de ensayos de laboratorio.
•Las teorías a emplearse en la determinación de la capacidad
admisible.
•Los costos que representan cada una de las alternativas
estudiadas.
Estados límite de falla: Capacidad de carga
y Factor de Seguridad.

Se ha establecido que existen tres tipos de falla que

ocurren en el suelo cuando la carga supera la capacidad
de carga última del suelo. Estas son: plano de falla
general, plano de falla local y falla por punzonamiento, y
cada una responde a un distinto tipo de suelo.
Falla por Plano General

Al aumentar la carga, la cimentación sufrirá un asentamiento

hasta llegar a la carga última, en cuyo momento el suelo
sufre una falla por corte repentina.
La Figura muestra la manera en que se comportaría la curva
de carga-asentamiento en este tipo de falla, como podemos
ver, el suelo alcanza una carga última clara.
Falla por Plano Local
En este caso, al aumentar la carga el suelo se deforma
hasta alcanzar un valor de carga qu´, el cual es menor
que la carga última.
Luego de alcanzar este valor, al aumentar la carga, la
curva carga-asentamiento se vuelve errática hasta
alcanzar el valor de qu.
Se puede notar, que en este tipo de falla, no alcanzamos un
valor claro de carga última, más bien obtenemos una falla
por asentamiento excesivo.
Falla por Punzonamiento
En este caso la cimentación atraviesa el suelo sin formar
una deformación en la superficie. La curva carga-
asentamiento no muestra un claro valor de qu como se
observa en la figura.
 Capacidad de Carga Última

La capacidad de carga última qu representa al esfuerzo total

que puede ser aplicado a nivel de la cimentación para
alcanzar la condición de falla del sistema suelo-cimentación,
tomando en cuenta que si se realiza una excavación a nivel
de la cimentación el esfuerzo en exceso al esfuerzo
geoestático original a nivel de la cimentación es el que
contribuye a la falla:
Ecuación general de Terzaghi
 Ecuación general de Capacidad de Carga
Muchos autores incluyeron factores de corrección a la
ecuación general de capacidad de carga. En la siguiente
ecuación se presentan los siguientes factores: forma,
profundidad y también si la cimentación está sometida a una
carga inclinada.
Factores de Capacidad de carga (Meyerhof)

En 1951, Meyerhof sugirió los siguientes factores de

corrección:
Factores de Capacidad de carga (Vesic)
 Factores de Forma (DeBeer)
Para los factores de forma (λcs,λqs,λγs) podemos usar las
ecuaciones sugeridas por DeBeer (1970):
 Factores de Profundidad (Hansen)
Para los factores de profundidad (λcd,λqd,λγd) también
existen los valores propuestos por Hansen (1970):
 Factores de Inclinación (Hansen)
Hansen (1970) sugirió los siguientes factores para cargas
inclinadas:
Para el caso de suelos donde se espera que la falla por
punzonamiento pueda ocurrir, Terzaghi & Peck (1943)
recomienda que realice la siguiente fórmula con corrección
al ángulo de fricción interno (e indirectamente los factores
para hallar la capacidad de carga):
 Capacidad de Carga Admisible

En el reporte geotécnico deberá constar la capacidad de carga

admisible qadm a la profundidad recomendada para el desplante
de la cimentación. Este parámetro será el menor valor entre:
Y aquel esfuerzo que produzca un asentamiento no mayor
tolerable por la estructura.

En caso de realizar una excavación para las cimentaciones,

la capacidad de carga admisible tomará en cuenta el
esfuerzo geoestático total removido a nivel de desplante de
la cimentación, siendo igual a:
Factor de Seguridad Indirecto (FSI)

Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015

Estado límite de servicio: Asentamientos

El asentamiento total a ser calculado, será el resultado de la

suma de los:

• Asentamientos inmediatos.

• Asentamientos por consolidación (primaria y secundaria).

• Asentamientos inducidos por sismos.

Asentamientos inmediatos
La deformación para cada elemento puede ser calculada
mediante el módulo y la carga actuante en el centro de cada
estrato.

El asentamiento inmediato entonces, es calculado a partir de

las deformaciones unitarias. Para cada de estrato, se asume
que el punto inferior esta fijo y que el punto superior es el
que se desplaza. De esta manera el asentamiento inicial de
cada estrato estará dado por
El asentamiento total para n número de estratos estaría dado
por:
Asentamiento por consolidación

Hay dos componentes de asentamiento que contribuyen al

asentamiento total por consolidación de un suelo saturado
cohesivo: asentamiento por consolidación primaria (δc) y el
asentamiento por compresión secundaria (δs).

Para el cálculos de estos asentamientos se utiliza la teoría de

consolidación..
Así mismo se debe calcular el asentamiento por consolidación
secundaria, el cual se presenta en suelos cohesivos saturados
como resultado del acomodo plástico de la estructura del
suelo.

El parámetro clave para el análisis cuantitativo de la

compresión secundaria es el coeficiente de compresión
secundaria (Cα)
El asentamiento por consolidación secundaria puede ser
calculada como:
Asentamiento por sismo post-licuación

Licuación es el fenómeno mediante el cual un depósito de

suelo; grava, arena o limo saturado, pierde una gran parte de
su resistencia al esfuerzo cortante debido al incremento de
presión de poros bajo condiciones de carga no-drenada, estas
pueden ser monotónicas o cíclicas. Es importante reconocer
que la licuación no ocurre de manera aleatoria y que por el
contrario se requieren ciertos ambientes geológicos e
hidrológicos, y que ocurre principalmente en depósitos
recientes de arena y limo con altos niveles freáticos
Para estimar los asentamientos post al que estaría sometida
una estructura, lo primero es determinar si el perfil del suelo
del proyecto es proclive o no a sufrir el fenómeno de la
licuación.
La susceptibilidad depende de varios factores como el
tamaño, gradación, forma y arreglo de las partículas así como
del método de deposición, edad geológica e historia de
esfuerzos del depósito. Debido a que la licuación requiere el
desarrollo de un exceso de presión de poros, la
susceptibilidad es influenciada por las características de
composición del suelo. Entre las más importantes está la
granulometría, la plasticidad, la humedad natural y los límites
de Atterberg, así como otros índices relacionados a las
propiedades ya mencionadas.
Asentamientos tolerables para edificaciones

En términos del asentamiento promedio toral que

experimenta la cimentación de una estructura
durante un lapso de 25 años:

•Se considera las cargas muertas de servicio y 50%

de cargas vivas máximas.

•Para construcciones aisladas 20 cm.

•Para construcciones entre medianeros 10 cm.

Se considera el asentamiento diferencial, entendiéndose este
asentamiento como la diferencia vertical entre dos puntos
distintos de la cimentación de una estructura. La siguiente
tabla muestra los máximos de asentamientos diferenciales
calculados, expresados en función de la distancia entre apoyos
o columnas, L.

Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015

Cimentaciones cargadas excéntricamente
En algunos casos la cimentación no se encuentra cargada
concéntricamente y existe una excentricidad en la carga. Para
esto, se recomienda la siguiente corrección en donde se
realiza la siguiente reducción al área de la cimentación:
 Cimentaciones Profundas
Se conocen como cimentaciones profundas aquellas
estructuras cuya cimentación cumpla con la siguiente
ecuación:
 Tipo de Cimentación

Para cimentaciones profundas se tratan con pilotes y pilas

prebarrenadas, donde la estimación de la capacidad de carga
de un pilote debe ser evaluada por:

•La resistencia desarrollada en la punta.

•La fricción lateral.

Pilotes hincados Pilas barrenadas
 Tipo de Pilotes

MADERA

Capacidad Limitada (100 – 500

kN).

Longitud Limitada (5 – 30 m).

Vulnerable a hinca en estratos

duros.

Se deterioran si no están
sumergidas completamente.

Bajo costo.

Facilidad de manejo.
 Tipo de Pilotes

ACERO
• Alta Capacidad (800 – 15000
kN)
• Longitud Variable
(empalme/soldadura).
• Bajo desplazamiento (sin tapa) y
puede atravesar suelos con
obstrucciones.
• Alta capacidad lateral cuando se
llena de concreto.
• Soporta altos valores de
esfuerzo al hincado (roca).
• Vulnerable a la corrosión.
• Material costoso.
 Tipo de Pilotes

CONCRETO

• Capacidad intermedia (más

alta para pre-tensado)
(400 – 4500 kN).
• Longitud variable pero difícil
de incrementar la longitud
luego de haber hecho la
orden.
• Alto desplazamiento.
• Resistente a la corrosión.
• Soporta los esfuerzos de
compresión en el hincado
pero no tan bien los de
tensión.
 Pilas - Prebarrenadas

CONCRETO VERTIDO

•Muy Alta Capacidad.

•Inspección es muy tediosa.
•Proceso constructivo es crítico.
•Grandes rocas pueden ser muy
problemáticas en especial para
pilas de menor tamaño.
•Movilizar la capacidad última
requiere un desplazamiento
significativo.
•No existe récord (conteo de
golpes) para estimar capacidad.
Es necesario también tener en cuenta los siguientes
factores al momento de considerar la utilización de una
cimentación profunda:

•Posible erosión.

•Debe penetrar sobre el agua.

•Suelos Compresibles.

•Suelos posiblemente Licuables.

•Suelos propensos a congelamiento y descongelamiento

Se recomienda realizar previo a la
hinca de los pilotes, análisis de
hincabilidad de pilotes. Se recomienda
seguir los procedimientos del PDCA
(Pile Driving Contractors Association),
2001 considerando los factores de
seguridad en función del porcentaje de
pruebas de carga en pilotes del
proyecto para pilotes de
desplazamiento y para pilotes
barrenados las recomendaciones
propuestas por O´Neill, M. W., and
Reese, L. C. (1999).

Cuando se realicen pruebas dinámicas

en campo, High Strain Dynamic pile
testing se las debe de realizar según la
norma ASTM D4945-00, pruebas de
baja deformación (Ensayo Sónico, PIT)
según la norma ASTM D5882.
Estado límite de falla: Capacidad de carga
bajo criterio de resistencia al corte.

La revisión del estado límite de falla en cimentaciones

profundas consiste en comprobar que la capacidad de
carga axial del pilote o grupo de pilotes sea suficiente
para disipar la descarga transmitida al suelo.

Para determinar la capacidad de carga axial de un pilote

hincado se plantea el uso de la ecuación de capacidad
última de carga:
Para el cálculo de la capacidad de carga del pilote por carga
axial se revisaran las siguientes metodologías:

•FHWA (Federal Highway Works Administration of the United

States)

•Método Lambda Revisado (Vijayvergiya y Focht, 1972)

•Método API (American Petroleum Institute)

•USACE (Us Army Corps of Engineers)

La capacidad de carga última por fuste se expresa como:

La resistencia por punta para pilotes en determinar mediante

la siguiente ecuación:
 Capacidad de carga axial en pilotes
barrenados
Para determinar la capacidad de carga axial de un pilote
barrenado, se plantea el uso de la ecuación de capacidad
última de carga:
 Estado límite de servicio: Capacidad de
carga bajo criterio de asentamiento
El asentamiento de un pilote individual bajo una carga de
trabajo vertical, Qp, es causado por tres factores, y uno de
los métodos más usados para calcular el asentamiento del
pilote individual es el conocido semi-empírico de (Vesic,
1977), que utiliza la ecuación:
 Fricción negativa

En depósitos de arcillas de alta compresibilidad que se

encuentran en proceso de consolidación (proceso que en
muchas ocasiones puede ser inducido por el peso de rellenos
colocados en la superficie), se generan fuerzas de arrastre
producto de la diferencia de asentamientos del suelo en
campo libre con el pilote. Este fenómeno también se puede
experimentar en sitios en los que existen depósitos donde
exista asentamientos del suelo producto del fenómeno de
licuación.
Durante el tiempo en que se produzcan los asentamientos
esta fuerza de arrastre afectará a los pilotes. Este fenómeno
tiene un doble inconveniente para el pilote de fricción; por una
parte, disminuye la capacidad de carga del pilote, y por otra,
aumenta la carga aplicada. El resultado final es una
disminución del factor de seguridad estático.
 Análisis Lateral

El problema de la interacción dinámica suelo-estructura se

compone por la interacción inercial y la interacción
cinemática. Los efectos inerciales afectan directamente al
comportamiento de la estructura; aumentan el periodo
fundamental de vibración, modifican el amortiguamiento y,
hasta donde se tiene conocimiento, reducen la ductilidad.
Estos fenómenos ocurren por el aumento de flexibilidad que
sufre la estructura al encontrarse sin empotramiento fijo en
su base. La interacción cinemática se refiere al
comportamiento de la cimentación, que por su geometría y
rigidez filtra las altas frecuencias de la excitación.
La cimentación, al incorporarse al sistema, experimenta
efectos de torsión y cabeceo, lo que origina, generalmente,
reducción en su movimiento. En este modelo de interacción
se considera el comportamiento del pilote-subsuelo. La carga
lateral inducida por el suelo al pilote es proporcional al
diferencial de desplazamiento entre el suelo y el pilote. Como
se ha expuesto, estas demandas son adicionales a las
posiblemente generadas por la superestructura. En la figura
a continuación se muestra a manera de esquema los
mecanismos de interacción sísmica que se desarrollan en el
pilote generando una distribución de momentos flexionantes
diferentes para:
a) b) c)
a) Interacción Inercial (producto de las cargas transmitidas
por la estructura, generalmente realizado en los modelos
de análisis),

b) Interacción Cinemática (producto de la propagación de la

ondas sísmicas, movimiento relativo del subsuelo), y

c) Movimiento de la masa de suelo o costra superior que

sobreyace al suelo licuable, Maugeri & Gazetas (2007).
State of Practice Workshop at 4th International Conference
on Earthquake Geotechnical Engineering, Greece.
 Grupo de Pilotes

Eficiencia del grupo

En la mayoría de los casos los pilotes se usan en grupos,

para transmitir la carga estructural al suelo como se muestra
a continuación. Los pilotes tienen un área de influencia como
muestra la figura b). En ciertos casos, si la distancia de los
pilotes es pequeña, esta zona de influencia puede
traslaparse. En base a esto, dependiendo de la distancia de
espaciamiento entre pilotes, se debe determinar la eficiencia
del grupo.
Asentamiento elástico en grupo de pilotes

En general el asentamiento de un grupo de pilotes bajo carga

de trabajo similar por pilote crece con el ancho del grupo
(Bg) y el espaciamiento centro a centro (S) de los pilotes. En
esta figura, δg(e) es el asentamiento del grupo de pilotes y δ
es el asentamiento de pilotes aislados bajo carga de trabajo
similar.
Para grupos de pilotes en arena y grava, Meyerhof (1976)
sugirió la siguiente relación empírica para el asentamiento
elástico:
Asentamiento por consolidación de un
grupo de pilotes
El asentamiento por consolidación de un grupo de pilotes en
arcilla se estima aproximadamente usando el método 2:1 de
la distribución de esfuerzos.
Sea L la profundidad de empotramiento de los pilotes. El
grupo está sometido a una carga total Qg. Suponga que la
carga Qg es transmitida al suelo comenzando a una
profundidad de 2L/3 desde la parte superior del pilote. La
carga Qg se reparte según líneas con pendiente de 2 vertical
: 1 horizontal a partir de esta profundidad. Las líneas aa´y
bb´ son las dos líneas 2 : 1.
 El incremento de esfuerzo en un punto zi (distancia de z=0 a
la mitad de la capa i de arcilla) se puede calcular de la
siguiente manera:

El cálculo de asentamiento se realiza utilizando la teoría

propuesta por Terzaghi descrita para cimentaciones
superficiales.
 Cimentaciones en Rocas

La cimentación en macizos rocosos deberán seguir similares

criterios de análisis que se ha señalado anteriormente en los
diseños de cimentaciones superficiales y profundas,
considerando comportamientos en tres diferentes estados;

•Como sustancia o muestra de roca.

•Situación del sector de falla, diaclasa, o fisura.

•Como macizo rocoso (sistema completo).

 Estado límite de falla: Modos de falla
Los mecanismos de falla correspondientes a rocas estratificadas
y las expresiones para cálculo de capacidad de carga se
resumen en la siguiente tabla:
Fuente: Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-SE-CM 2015
Estado límite de falla: Capacidad de carga
bajo el criterio de resistencia al corte

La capacidad de carga última de cimentaciones superficiales

sobre roca deberá ser determinada de acuerdo al modo
potencial de falla, el cual depende de las características
geológicas de la masa rocosa.
Para evaluar la cohesión y el ángulo de fricción del macizo
rocoso y aplicar las teorías indicadas en la Tabla 9 se podría
utilizar el criterio de falla Hoek y Brown (1980a,b) para el
diseño de excavaciones en roca sana o el criterio modificado
por Hoek et al. (1992), con el objeto de incluir el grado de
fracturamiento de la roca.
Cuando la calidad de la roca sea pobre, o sea impráctica la
recomendación de una cimentación superficial, se podría
indicar la utilización de pilas fundidas “in situ”, donde la
capacidad de carga ultima de una pila es igual que para
cimentaciones profundas:
 Capacidad de carga por punta de pilotes sobre
roca

En algunas ocasiones los pilotes se hincan hasta un estrato

subyacente de roca. En tales casos, el ingeniero debe evaluar
la capacidad de carga de la roca. La resistencia unitaria
última de punta en roca propuesta por Rowe & Armitage
(1987) en base a ensayos de campo es aproximadamente:
 Capacidad de carga por fuste de pilotes sobre
roca
Para el cálculo de fuste para pilotes barrenados en roca, se
describirá la teoría propuesta por Kulhawy & Phoon (1993):
 Capacidad de Carga Admisible en Rocas

La capacidad de carga admisible será igual a la capacidad de

carga última dividida para un factor de seguridad:
 Estado Límite de servicio: Capacidad de
carga por asentamiento

• Si el macizo rocoso se considera continuo, debe evaluarse

como un medio elástico.

• Si el macizo rocoso se considera discontinuo, se debe

hacer el análisis del mecanismo de falla con las
características esfuerzo-deformación de las
discontinuidades y mecanismos cinemáticamente posibles.