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Timestamp: 2020-08-11 20:00:15+00:00

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GUIA Cimentaciones Obras de Carreteras PARTE 1 | Fundación (Ingeniería) | Infraestructura
Guia de Cimentaciones n Carreteras
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Cimentaciones-2009
Practica Numero 4 ''Ley de La Conservacion de La Energia''
La Guía de cimentaciones en obras de carretera ha sido elaborada por la Dirección Técnica de la Dirección General de Carreteras con la colaboración del Laboratorio de Geotecnia del CE- DEX y de un grupo numeroso de expertos nacionales de geotecnia y estructuras y constituye un documento técnico más, integrado en el esfuerzo de divulgación de ideas, armonización de con- ceptos y normalización tecnológica que la Dirección General de Carreteras viene realizando en los últimos años.
Como paso previo, se suscribió un Convenio de colaboración técnica con el CEDEX, que se hizo cargo de preparar un borrador. Como continuación, la redacción de la propuesta inicial y su pre- sentación como ponencia fue encargada por el CEDEX al catedrático de la Universidad Politécnica de Madrid, D. Antonio Soriano Peña. La Dirección de los trabajos de esta fase correspondió a D. Je- sús Santamaría Arias, por parte de la Dirección General de Carreteras, y a D. Claudio Olalla Mara- ñón, por parte del Laboratorio de Geotecnia del CEDEX.
La supervisión y perfeccionamiento de dicha propuesta inicial fueron realizados por una co- misión técnica, formada específicamente para dicha labor, procurando que quedasen representados distintos ámbitos y puntos de vista geotécnicos afectos al tema objeto del documento. Dicha comi- sión la integraron: D. Germán Burbano Juana, D. Luis del Cañizo Perate, D. José Manuel Gutiérrez Manjón, D. Luis Fort López-Tello, D. Manuel Llorens Alcón, D. José Manuel Martínez Santamaría, D. José Ramón Paramio Fernández y D. Davor Simic Sureda, todos ellos ingenieros de caminos, ca- nales y puertos, reconocidos especialistas en geotecnia a los que, desde aquí, se agradece el enor- me esfuerzo y dedicación que han realizado, de forma desinteresada, transmitiendo sus conoci- mientos teóricos y su experiencia práctica y cuya síntesis fue la propuesta de documento presentada en febrero de 2001.
Posteriormente en la Dirección General de Carreteras se ha procedido a la revisión final del texto, desde los puntos de vista geotécnico y estructural, coordinada por D. Álvaro Parrilla Al- caide, con la participación de nuevo del profesor D. Antonio Soriano Peña, junto con D. a María Dolores Cancela Rey y D. a Pilar Crespo Rodríguez, todos ellos ingenieros de caminos, canales y puertos de dicha Dirección General, así como de D. Hugo Corres Peiretti y D. Juan Luis Alcalá Sánchez como expertos en estructuras externos. En esta última revisión se han perfeccionado y añadido algunos aspectos geotécnicos y además se ha hecho hincapié en asegurar la coheren- cia de esta Guía con los documentos normativos relativos al cálculo estructural, como la Ins- trucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carreteras —IAP—, Euro- códigos, etc.
Se considera importante indicar que este documento describe una serie de conceptos técnicos y reglas de buena práctica que conviene tener en cuenta en el diseño, construcción, y conservación de cimentaciones en obras de carretera. Aun cuando lo especificado en la presente publicación no sea de obligado cumplimiento, se recomienda su uso en obras de la Dirección General de Carrete- ras, sin perjuicio de la adopción de otras medidas que circunstancias particulares de la obra o pro- yecto pudiesen aconsejar en cada caso.
La experiencia derivada de la aplicación práctica de esta Guía debe permitir perfeccionar, ac- tualizar y completar constantemente su contenido. Por ello, se invita al análisis crítico de esta pu- blicación y al envío de cuantas sugerencias o comentarios se estimen oportunos al Servicio de Geotecnia de la Dirección General de Carreteras.
Madrid, 30 de septiembre de 2002
FDO.: ANTONIO J. ALONSO BURGOS
1.3. Sistema de unidades
1.4. Referencias bibliográficas
2.2. Método de los estados límite
2.2.1. Estados límite últimos
2.2.2. Estados límite de servicio
2.3. Situaciones de proyecto
2.4. Configuración geométrica
2.5. Acciones
2.5.1. Clasificación de las acciones
2.5.2. Valor característico
2.5.3. Otros valores representativos
2.5.4. Valor de cálculo
2.6. Combinación de acciones
2.7. Características del terreno
2.8. Clasificación de las situaciones de proyecto
2.8.1. Situaciones persistentes
2.8.2. Situaciones transitorias y de corto plazo
2.8.3. Situaciones accidentales
2.9. Métodos de cálculo
2.10. Coeficiente de seguridad
3. Reconocimiento del terreno
3.1. Alcance de la investigación y sus fases
3.1.1. Estudio informativo y/o previo
3.1.2. Anteproyecto
3.1.3. Proyecto de construcción
3.1.4. Estudios durante la construcción
3.1.5. Estudios durante la explotación
3.2. Reconocimientos geotécnicos de proyecto
3.2.1. Información geológica previa
3.2.2. Información geotécnica previa
3.2.3. Otras informaciones previas
3.2.4. Presentación de la información previa
3.2.5. Programación de los reconocimientos
3.3. Métodos de prospección
3.3.1. Cartografía geológica
3.3.2. Procedimientos geofísicos
3.3.2.1. Sísmica de refracción
3.3.2.2. Propagación de ondas en sondeos y tomografía sísmica
3.3.2.3. Geofísica eléctrica
3.3.2.4. Otras técnicas
3.3.2.5. Precauciones recomendables
3.3.3. Calicatas y zanjas
3.3.4. Sondeos mecánicos
3.3.5. Testificación de sondeos (diagrafías)
3.4. Ensayos «in situ» y toma de muestras
3.4.1. Ensayos de penetración
3.4.1.1. Ensayo de penetración estándar SPT
3.4.1.2. Ensayos de penetración estática
3.4.1.3. Penetrómetros dinámicos continuos
3.4.2. Ensayos de molinete
3.4.3. Presiómetros y dilatómetros
3.4.4. Otros ensayos «in situ»
3.4.4.1. Ensayos de placa de carga
3.4.4.2. Ensayos de permeabilidad
3.4.4.3. Pruebas de campo, construcciones experimentales, ensayos de cimenta- ciones
3.4.4.4. Ensayos «in situ» diversos
3.4.5. Toma de muestras
3.5. Ensayos de laboratorio
3.5.1. Identificación, clasificación y estado
3.5.2. Resistencia al corte de suelos
3.5.2.1. Ensayo de compresión simple
3.5.2.2. Ensayo de corte directo
3.5.2.3. Ensayo triaxial
3.5.2.4. Otros ensayos de resistencia
3.5.3. Deformabilidad, ensayo edométrico
3.5.4. Ensayos de compactación
3.5.5. Ensayos de rocas
3.5.6. Otros ensayos de laboratorio
3.5.6.1. Permeabilidad
3.5.6.2. Ensayos dinámicos
3.5.6.3. Ensayos diversos
3.6. Amplitud e intensidad de los reconocimientos
3.6.1. Calificación del terreno para determinar la intensidad del reconocimiento
3.6.1.1. Variabilidad del terreno
3.6.1.2. Condiciones de cimentación
3.6.2. Clases de reconocimientos del terreno
3.6.3. Número de puntos de reconocimiento en campañas de intensidad normal
3.6.4. Reconocimientos intensos
3.6.5. Reconocimientos especiales
3.6.6. Reconocimientos reducidos
3.6.7. Reconocimientos esporádicos
3.6.8. Profundidad de las prospecciones
3.6.8.1. Cimentaciones de terraplenes
3.6.8.2. Cimentaciones de estructuras
3.6.9. Número de muestras y ensayos
3.7. El informe geotécnico
3.7.1. Introducción y estructura
3.7.2. Contenido de la memoria
3.7.3. Contenido de los anejos
3.7.3.1. Anejo de trabajos de campo
3.7.3.2. Anejo de ensayos de laboratorio
3.7.4. Consideraciones generales
4.2. Comprobaciones a realizar
4.2.1. Estados límite últimos
4.2.1.1. Estabilidad global
4.2.1.2. Hundimiento
4.2.1.3. Deslizamiento
4.2.1.4. Vuelco
4.2.1.5. Rotura del elemento estructural de cimentación
4.2.2. Estados límite de servicio (o utilización)
4.2.3. Otros problemas de las cimentaciones superficiales
4.3. Definición de las situaciones de proyecto
4.3.1. Configuración geométrica
4.3.2. Características geotécnicas
4.3.3. Acciones
4.3.4. Clasificación de las situaciones de proyecto
Situaciones de «corto plazo»
4.3.5. Cimentación rectangular equivalente
4.3.6. Presiones verticales
4.3.7. Presión de servicio
4.4. Estabilidad global
4.5. Seguridad frente al hundimiento
4.5.1. Comprobación del hundimiento según la experiencia local
4.5.2. Presión admisible en arenas
4.5.2.1. Valor del índice N 60 del ensayo SPT a utilizar en el cálculo
4.5.2.2. Corrección por efecto del posible movimiento del agua
4.5.2.3. Corrección para cimentaciones en arenas no saturadas
4.5.2.4. Limitaciones del procedimiento
4.5.3. Cimentaciones superficiales sobre roca
4.5.3.1. Influencia del tipo de roca
4.5.3.2. Influencia del grado de meteorización
4.5.3.3. Influencia del espaciamiento entre litoclasas
4.5.3.4. Determinación de la resistencia a compresión simple de la roca sana
4.5.3.5. Limitaciones del procedimiento
4.5.4. Carga de hundimiento en función de otros ensayos de campo
4.5.4.1. Ensayos presiométricos
4.5.4.2. Ensayos de penetración estática
4.5.4.3. Otros ensayos de penetración
4.5.4.4. Ensayos de carga
4.5.5. Cálculo analítico de la carga de hundimiento
4.5.5.1. Factores de capacidad de carga (Factores N)
4.5.5.2. Consideración de la resistencia al corte del terreno sobre el plano de apoyo (Factores d)
4.5.5.3. Consideración de la inclinación de las cargas (Factores i)
4.5.5.4. Consideración de la forma de la cimentación (Factores s)
4.5.5.5. Efecto de la proximidad de la cimentación a un talud (Factores t)
4.5.5.6. Efecto de la inclinación del plano de apoyo (Factores r)
4.5.5.7. Cimentaciones superficiales sobre terreno heterogéneo
4.5.5.8. El coeficiente de seguridad frente al hundimiento
4.6. Seguridad frente al deslizamiento
4.7. Seguridad frente al vuelco
4.7.1. Retranqueo del eje de giro
4.7.2. Coeficientes de seguridad recomendables
4.8. Estimación de movimientos
4.8.1. Cálculos con el modelo elástico
4.8.2. Cálculos con el modelo edométrico (suelos arcillosos)
4.8.2.1. Asiento a largo plazo
4.8.2.2. Asientos a corto plazo
4.8.2.3. Tiempo de consolidación
4.8.3. Cálculos con ambos modelos
4.8.4. Cálculo basado en ensayos de campo (terrenos granulares)
4.8.5. Movimientos admisibles
4.8.5.1.
Precisión del cálculo de los asientos
4.9. Esfuerzos de los elementos de cimentación
5.1.1.1. Según el método constructivo
5.1.1.2. Según el material del pilote
5.1.1.3. Según la forma de la sección transversal
5.1.2. Procedimientos de ejecución
5.2. Comprobaciones a realizar
5.2.1. Estados límite últimos
5.2.2. Estados límite de servicio (o utilización)
5.2.3. Otras comprobaciones
5.3. Situaciones de proyecto
5.4. Configuración geométrica
5.5. Parámetros del terreno
5.6. Acciones
Acciones de la estructura
5.6.2.1. Identificación del problema
5.6.2.2. Compresión inducida por el rozamiento negativo
5.6.3. Empujes horizontales causados por sobrecargas
5.6.4. Empujes horizontales sobre pilotes próximos a taludes de relleno
5.6.5. Efecto barrera en grupos de pilotes
5.7. Combinaciones de acciones y distribución de cargas
5.8. Clasificación de las situaciones de proyecto
5.9. Carga vertical representativa, o carga de servicio
5.10. Cálculo de la carga de hundimiento
5.10.1. Pilotes empotrados en roca
5.10.2. Pilotes perforados en rocas alteradas o en suelos
5.10.2.1. Método basado en el SPT
5.10.2.2. Método basado en ensayos de penetración dinámica continuos
5.10.2.3. Método basado en ensayos de penetración estática
5.10.2.4. Método basado en ensayos presiométricos
5.10.2.5. Método basado en los parámetros resistentes del modelo de Mohr-Coulomb
5.10.3.1. Carga de hundimiento de pilotes hincados
5.10.3.2. Estudio de la hinca
5.10.3.3. Control de la hinca
Efecto grupo
5.11. Cálculo de la resistencia al arranque
5.12. Cálculo de la resistencia horizontal
5.13. Deformabilidad de cimentaciones profundas
Deformabilidad del pilote individual
5.13.1.1. Rigidez vertical
5.13.1.2. Rigidez transversal
5.13.2. Soluciones semianalíticas
5.13.3. Deformabilidad de grupos de pilotes
5.13.3.1. Deformabilidad vertical del grupo
5.13.3.2. Deformabilidad horizontal del grupo
Reparto de cargas entre pilotes de un grupo
5.14. Pruebas de carga
5.15. Requisitos de seguridad
5.15.1. Tope estructural
5.15.2. Coeficiente de seguridad frente al hundimiento
5.15.3. Coeficiente de seguridad frente al arranque
5.15.4. Coeficiente de seguridad frente a la rotura del terreno por empujes horizontales
5.15.5. Seguridad estructural
5.15.5.1. Consideración del pandeo
5.15.5.2. Otras comprobaciones estructurales
Disposiciones específicas para obras de carretera
6.2. Pilas de puente a media ladera
6.2.1. Reconocimiento del terreno
6.2.2. Estabilidad de la ladera
6.2.3. Tipología de la cimentación
6.2.4. Cimentaciones superficiales
6.2.4.1. Excavaciones
6.2.4.2. Aceptación del cimiento
6.2.4.3. Zapata de cimentación
6.2.5. Cimentaciones profundas
6.2.5.1. Excavaciones
6.2.5.2. Plataforma de trabajo
6.2.5.3. Ejecución de los pilotes
6.2.6. Protección de la cimentación y sus accesos
6.2.7. Inspección, auscultación y conservación
6.3. Estribos de puentes
6.3.1. Reconocimiento del terreno
6.3.2. Tipos de estribo
6.3.3. Estribos cerrados
6.3.4. Estribos abiertos
Durmientes (sillas-cargadero)
6.3.5.1. Comprobaciones a realizar
6.3.5.2. Proceso constructivo
6.3.6. Estribos de suelo reforzado
6.3.7. Drenaje de los estribos
6.3.8. Cuñas de transición en trasdoses de estribos
6.3.9. Protección del paramento externo
6.3.10. Inspección, auscultación y conservación
6.4. Muros de contención y sostenimiento
6.4.1. Tipos de muros de contención y sostenimiento
6.4.2. Reconocimiento del terreno
6.4.3. El empuje del trasdós
6.4.4. Coeficientes de seguridad
6.4.5. Definición de la excavación y del drenaje
6.4.6. Comprobación de las condiciones de apoyo
6.4.7. Protección del cimiento
6.4.8. Inspección, auscultación y conservación
6.5. Muros de suelo reforzado
6.5.1. Precauciones para asegurar la estabilidad
6.5.2. Precauciones para evitar el agrietamiento del firme
6.5.3. Inspección auscultación y conservación
6.6. Pasos inferiores
6.6.1. Cargas sobre la estructura
6.6.2. Tipo de cimentación
6.6.3. Esfuerzos en la cimentación (interacción)
6.6.4. Cuñas de transición
6.6.5. Drenaje
6.6.6. Ejecución
6.6.6.1.
Homogeneidad del terreno de apoyo en las cimentaciones directas
6.6.6.2.
Limpieza de la zona de apoyo
6.6.6.3.
Auscultación de asientos y convergencias
6.6.7. Inspección y conservación
6.7. Caños y conductos transversales
6.7.1. Reconocimiento del terreno
6.7.2. Disposición en planta y alzado
6.7.3. Dimensiones mínimas
6.7.4. Principales aspectos de proyecto
6.7.5. Inspección, auscultación y conservación
6.8. Terraplenes, pedraplenes y rellenos todo-uno
6.8.1. Reconocimiento del terreno
6.8.2. Evaluación de la estabilidad
6.8.3. Evaluación de asientos
6.8.4. Planos de excavación y drenaje
6.8.5. Detalles constructivos
6.8.6. Auscultación
6.8.7. Inspección y conservación
6.9. Micropilotes y anclajes como elementos de cimentación
6.9.1. Micropilotes
6.9.2. Anclajes
Tratamientos de mejora del terreno
Necesidad de mejorar el terreno
7.1.1. Identificación de los terrenos a tratar
7.1.2. Caracterización geotécnica
7.1.3. Evaluación previa del problema
7.1.4. Elección del tipo de tratamiento
7.2. Principales características de las técnicas de mejora del terreno
7.2.1. Precargas
7.2.2. Mechas drenantes
7.2.3. Vibración profunda
7.2.4. Compactación dinámica
7.2.5. Inyecciones
7.2.6. Inyecciones de alta presión (jet-grouting)
7.2.7. Columnas de grava
7.2.7.1. Reducción de asientos
7.2.7.2. Mejora de la resistencia
7.2.8. Columnas de suelo-cemento
7.2.9. Bulones (claveteado del terreno)
7.2.10. Geosintéticos
7.2.11. Otros procedimientos
7.2.11.1 Compactación con explosivos
7.2.11.2 Tratamientos térmicos
7.2.11.3 Congelación del terreno
7.2.11.4 Electroósmosis
7.3. Proyecto, ejecución y control
7.3.1. Reconocimiento previo del terreno
7.3.2. Definición del tratamiento
7.3.3. Control de ejecución
7.3.4. Aceptación del tratamiento
7.4. Documentación técnica de las mejoras
7.4.1. Necesidad de la documentación
7.4.2. Informe del tratamiento de mejora
Auscultación y patologías
Auscultación de cimentaciones
8.1.1. Principales aspectos cuya auscultación resulta conveniente
8.1.1.1. Pilas de puente
8.1.1.2. Estribos de puente
8.1.1.3. Muros de fábrica
8.1.1.4. Muros flexibles
8.1.1.5. Pasos inferiores
8.1.1.6. Cimientos de terraplenes
8.1.1.7. Micropilotes y anclajes
8.1.2. Equipos y sistemas de auscultación
8.1.2.1. Control de la nivelación
8.1.2.2. Control de la colimación
8.1.2.3. Medidores de convergencia
8.1.2.4. Clinómetros
8.1.2.5. Piezómetros
8.1.2.6. Extensómetros
8.1.2.7. Placas de asiento
8.1.2.8. Células hidráulicas de asiento
8.1.2.9. Inclinómetros y otros tubos de control
8.1.2.10. Células de presión total
8.1.2.11. Ternas de bases de elongámetro
8.1.3. Plan de auscultación
8.1.3.1. Proyecto e instalación del sistema de auscultación
8.1.3.2. Programa de auscultación
Solución de patologías
8.2.1. Recomendaciones comunes
8.2.1.1. Determinación de casos patológicos
8.2.1.2. Investigación de patologías
8.2.1.3. Estudio de soluciones
8.2.1.4. Proyecto de la solución
8.2.1.5. Observación del comportamiento
8.2.2. Deslizamiento de terraplenes por fallo del cimiento
8.2.2.1. Investigación previa
8.2.2.2. Estudio previo del movimiento
8.2.2.3. Investigación de detalle y auscultación
8.2.2.4. Proyecto de solución
8.2.3. Fallos del cimiento en muros de contención
8.2.3.1. Investigación previa
8.2.3.2. Estudio previo de las causas de fallo
8.2.3.3. Investigación de detalle
8.2.3.4. Proyecto de solución
8.2.4. Movimiento de pilas
8.2.5. Movimientos excesivos en los estribos de puentes
8.2.5.1. Reconocimientos y estudios necesarios
8.2.5.2. Posibles soluciones
8.2.5.3. Proyecto de la solución
8.2.6. Socavación de cimientos
8.2.7. Rotura de obras de fábrica enterradas
Método de los coeficientes de seguridad parciales. Eurocódigos
A-1.1.
A-1.2.
A-1.3.
A-1.4.
A-1.5.
A-1.6.
A-1.6.1. Estados límite últimos
A-1.6.2. Estados límite de servicio
A-1.6.3. Consideraciones acerca de los métodos de coeficientes globales y parciales
A-1.7.
Otros coeficientes de seguridad parciales
A-1.8.
A-1.9.
Coeficientes de seguridad parciales en el cálculo geotécnico. Opción 1
A-1.10. Opciones 2 y 3. Comentarios generales a la aplicación del método de los coeficientes parciales
Consideraciones acerca de los coeficientes de seguridad en el proyecto geotécnico
A-2.1.
A-2.2.
A-2.3.
Las probabilidades, las limitaciones de información y la confianza
A-2.4.
Elección del valor representativo
A-2.5.
Cálculo exacto de la probabilidad de fallo
A-2.6.
Cálculo del índice de confianza
A-2.7.
Los coeficientes de seguridad parciales
A-2.8.
Los coeficientes de seguridad parciales de los Eurocódigos
A-2.9.
La seguridad en el proyecto geotécnico
A-2.9.1.
Consideración de la resistencia
A-2.9.2.
Consideración de las acciones
A-2.9.3.
Consideración de la fórmula de cálculo
A-2.9.4.
A-2.9.5.
Coeficiente de seguridad a utilizar
Esta Guía pretende describir las reglas de buena práctica que han de aplicarse en los proyec- tos, en la construcción y en la conservación de las obras de cimentación en carreteras.
En el contexto de esta Guía, se define como «obra de cimentación» aquella parte de una es- tructura (y en lo que sigue por extensión también de un relleno de tierras), cuya misión fundamen- tal es la de transmisión al terreno de su peso propio y de las cargas soportadas por la misma.
Las indicaciones que se formulan intentan ayudar al proyectista en las fases de investigación del terreno, estudio de alternativas y proyecto de la carretera. También tratan de servir de guía para los constructores y para los equipos de conservación de carreteras, en los aspectos relacionados con las cimentaciones.
La Guía excluye los temas relacionados con los túneles, desmontes y rellenos (a excepción de ciertas consideraciones sobre la cimentación de estos últimos). Tampoco es objeto de esta Guía el análisis estructural de los elementos de cimentación, salvo en la determinación de los esfuerzos que han de soportar. El estudio de la capacidad estructural (armado y otros aspectos) de los ele- mentos de cimentación debe realizarse según los criterios de la Instrucción de Hormigón Estructu- ral, EHE, o normativa que en su caso la sustituya.
Esta Guía se estructura en las siguientes ocho Partes y dos Apéndices:
Esta Parte general contiene una serie de definiciones y referencias, que pueden ser de utilidad para aclarar algunos aspectos puntuales recogidos en el cuerpo de la Guía.
Los criterios básicos que se formulan en la Parte 2 deben entenderse como una serie de ideas previas que han de estar permanentemente en la mente del usuario de esta Guía. Estos criterios se refieren a actividades que conduzcan a la toma de decisiones en lo relativo a los cimientos. En ese sentido, las ideas que se dan deben considerarse tanto para proyectar como para construir y con- servar las cimentaciones.
La Parte 3 se dedica al reconocimiento del terreno. Esta actividad se suele desarrollar en dis- tintas épocas de la vida útil de la carretera, fundamentalmente en la fase de proyecto pero también durante la construcción y en la explotación, particularmente si se observa algún comportamiento anómalo. Esta parte de la Guía recoge los criterios que deben regir la planificación y ejecución de los reconocimientos geotécnicos.
Las Partes 4 y 5 desarrollan los diversos procedimientos de análisis usuales para la compro- bación de la seguridad de las cimentaciones superficiales y profundas. Se han querido incluir en esta Guía al objeto de conseguir cierta homogeneidad de criterios, en los estudios que se desarro- llen para las obras de cimentación en carreteras.
En la Parte 6, dedicada a disposiciones específicas, se incluyen algunas ideas aplicables a si- tuaciones concretas que suelen plantearse en las carreteras.
La Parte 7 incluye una serie de conceptos relativos al tratamiento del terreno. Aunque existe una amplia bibliografía, muy viva y cambiante, acerca de estos temas, que debe ser consultada por quienes pretendan mejorar el terreno, se ha querido contribuir con algunos datos que pueden re- sultar de utilidad al lector.
Finalmente, la Parte 8 se dedica a los criterios que deben seguirse para la auscultación de las cimentaciones, y para tratar de dar solución a ciertos casos patológicos más o menos frecuentes.
Asimismo se incluyen dos Apéndices sobre otras tantas cuestiones de interés que han queri- do desarrollarse independientemente de las Partes recién descritas.
El cuerpo de esta Guía recoge la práctica, habitual hasta la fecha en geotecnia, de adoptar coe- ficientes de seguridad globales. El Apéndice 1, no obstante, desarrolla aspectos relativos a la intro- ducción de coeficientes parciales, prestando especial atención a la metodología de los Eurocódigos.
El Apéndice 2 presenta una serie de consideraciones diversas acerca de los coeficientes de se- guridad en el proyecto geotécnico y la fiabilidad de las cimentaciones, abordadas desde un punto de vista matemático, incluyendo ejemplos prácticos que ayuden a su mejor comprensión.
La mayor parte de los términos utilizados en esta Guía deben entenderse con la acepción usual que suele dárseles en los textos y publicaciones de geotecnia. Algunos términos que pudieran im- plicar cierta ambigüedad se definen en lo que sigue.
• ACCIÓN. Toda causa capaz de originar una solicitación o efecto en la estructura o en sus elementos. En el ámbito de esta Guía, representan el esfuerzo que la estructura trans- mite al terreno a través del elemento de cimentación.
Fracción de suelo cuyas partículas tienen un tamaño aparente menor de
0,002 mm en los ensayos granulométricos por sedimentación.
• ARENA. Fracción de suelo cuyas partículas tienen un tamaño comprendido entre 0,08 mm y 2 mm. Fina hasta 0,2 mm; media hasta 0,6 mm; gruesa por encima de 0,6 mm.
• Excavación de pequeña profundidad realizada manualmente o con maqui-
Factor por el que se multiplican los valo-
res representativos de las acciones para obtener los valores a utilizar en el cálculo.
el que se divide el valor estimado para una determinada propiedad resistente del terreno para obtener el valor a utilizar en los cálculos.
• COEFICIENTE DE MINORACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL TERRENO.
• COEFICIENTE DE MAYORACIÓN DE CARGAS.
CALICATA.
• COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO.
rreno a lo largo de una superficie y la resistencia mínima necesaria para el equilibrio es- tricto según dicha superficie.
• COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL HUNDIMIENTO. Relación entre el valor de la carga que produce el hundimiento y el valor de la carga actuante.
Relación entre los momentos estabilizadores
y volcadores alrededor de un punto o eje de giro, en el análisis de un movimiento de giro cinemáticamente posible.
Reducción súbita de volumen que experimentan algunos suelos (suelos co-
lapsables) al aumentar su humedad.
Proceso de reducción de volumen de los suelos saturados debido a
la expulsión de agua. En sentido general también se aplica a cualquier proceso de densi-
ficación de los suelos o de aumento de su resistencia.
• COEFICIENTE DE SEGURIDAD AL VUELCO.
Relación entre la resistencia del te-
• CORTO PLAZO. Los suelos saturados (o casi saturados) y poco permeables (k < 10 –4 cm/s como referencia aproximada) experimentan un crecimiento de las presiones intersticiales al cargarlos. Se entiende que una situación es de «corto plazo» cuando el suelo, previa- mente cargado, no ha disipado las presiones intersticiales generadas por las cargas. (Véase «largo plazo»).
• EMPOTRAMIENTO.
• ESTADO LÍMITE.
Zona de la estructura que queda por debajo de la superficie del te-
rreno.
Situación de proyecto virtual en la que la cimentación (en general la
obra) deja de cumplir alguna condición previamente especificada.
Es aquel estado límite tal que, si se sobrepasa, la ci-
mentación deja de cumplir el cometido para el que fue proyectada ya sea por razones de funcionalidad, de durabilidad o estéticas, sin que ello suponga el colapso de la estructura.
Es aquel estado límite tal que, si se sobrepasa, produ-
cirá el agotamiento o colapso de la estructura o de una parte de ella.
• ESTADO LÍMITE DE SERVICIO (ELS).
• ESTADO LÍMITE ÚLTIMO (ELU).
• FINOS. Partículas de tamaño inferior a 0,08 mm. En escolleras, suele aplicarse a los frag- mentos inferiores a 25 mm.
Deformaciones diferidas del suelo, sin que se produzca modificación de su
estado tensional.
Cociente de la diferencia del nivel piezométrico entre dos
puntos dividida por la distancia entre ambos, medida según el recorrido del fluido en cuestión.
• GRADIENTE HIDRÁULICO.
• FLUENCIA.
• GRADO DE CONSOLIDACIÓN. Porcentaje disipado de las sobrepresiones intersticiales generadas como consecuencia de la aplicación de una carga sobre un suelo con abun- dante proporción de finos y saturado. (Véase «corto plazo» y «largo plazo»).
• GRAVA.
y 60 mm (aproximadamente). Fina hasta 6 mm; media hasta 20 mm; gruesa por encima
Fracción de suelo cuyas partículas tienen un tamaño comprendido entre 2 mm
• HIDROFRACTURACIÓN (INYECCIÓN DE). Tratamiento consistente en la introducción en
el terreno de una lechada de cemento a elevada presión, dando lugar a la formación de la-
jas de inyección como consecuencia de haberse producido la fracturación hidráulica del suelo. En algunos textos se la conoce por su nombre en lengua francesa «claquage».
• LARGO PLAZO.
Situación en la cual la presiones intersticiales del terreno se encuentran
en régimen estacionario tras haber disipado los excesos de presión inducidos por modi-
ficaciones tensionales previas. (Véase «corto plazo»).
Anulación de la capacidad para resistir esfuerzos de corte en un suelo
granular fino, saturado y con densidad relativa baja, como consecuencia del aumento de presión intersticial originado por vibraciones.
• LICUEFACCIÓN.
• LIMO.
Fracción de suelo cuyas partículas tienen un tamaño comprendido entre 0,002 mm
y 0,08 mm.
• MODO DE FALLO. estado límite.
• MÓDULO DE BALASTO. Resultado de dividir la tensión aplicada sobre una superficie entre el desplazamiento producido en la dirección de aplicación de la tensión. Designado asimismo como módulo de reacción o módulo de Winkler.
Valor del cociente entre el peso de las partícu-
• PESO ESPECÍFICO DE LAS PARTÍCULAS.
Mecanismo o manera en la que una cimentación puede alcanzar un
las que componen la fase sólida del suelo y la suma de sus volúmenes individuales.
• PESO ESPECÍFICO DE UN SUELO.
Peso por unidad de volumen del suelo. En función de
las condiciones de humedad recibe los siguientes nombres.
• — Aparente: En su estado natural, con el agua que contenga (γ ap ).
• — Saturado: Con todos su poros llenos de agua (γ sat ).
• — Seco: Sin agua libre en sus poros (γ d ).
• — Sumergido: Diferencia entre el peso específico saturado de un suelo y el peso especí- fico del agua (γ ′ = γ sat – γ w ).
• PESO ESPECÍFICO RELATIVO.
Valor adimensional que resulta de dividir un peso especí-
fico por el valor nominal del peso específico del agua (γ w ) que es de 9,81 kN/m 3 .
• PRESIÓN ADMISIBLE.
Presión que puede aplicar una cimentación superficial al terreno
sin que se supere ningún estado límite.
• PRESIÓN DE HUNDIMIENTO.
Presión que ha de transmitir una cimentación para provo-
car la rotura del terreno según el modo de fallo de hundimiento.
• PRESIÓN DE PRECONSOLIDACIÓN. lo a lo largo de su historia.
• PRESIÓN DE SERVICIO. superficial al terreno.
• RAZÓN DE SOBRECONSOLIDACIÓN. presión efectiva actual.
• REACCIÓN. Las acciones provocan en el terreno ciertas variaciones tensionales cuya in- tegración en el contorno estructura-terreno conduce a unas fuerzas, o reacciones, que equilibran a las acciones correspondientes.
• RESISTENCIA AL CORTE.
Cociente entre la presión de preconsolidación y la
Máxima presión efectiva que ha soportado un sue-
Valor representativo de la presión que ejerce una cimentación
Tensión tangencial máxima que un suelo puede soportar sin
alcanzar la rotura. Se distinguen varias situaciones:
• — «Con drenaje» o a «largo plazo». Corresponde a aquellas situaciones en las que, bien por unas buenas condiciones de drenaje, bien por el largo tiempo transcurrido desde la aplicación de la carga, el terreno ha disipado los excesos de presión intersticial que hubieran podido generarse durante el proceso de carga.
• — «Sin drenaje» o a «corto plazo». Corresponde a aquellas situaciones en las que, bien por falta de drenaje, bien por el escaso tiempo transcurrido desde la aplicación de la carga, existen en el terreno las mismas presiones intersticiales que se generarían si no existiese drenaje.
• RESISTENCIA DE PICO.
Valor máximo de la resistencia alcanzada en un proceso de ro-
tura con tensiones tangenciales monótonamente crecientes en el plano de rotura.
• RESISTENCIA RESIDUAL. Valor de la resistencia correspondiente a grandes deforma- ciones de deslizamiento en el plano de rotura de los suelos, cuando las partículas han sido reorientadas y, en general, la resistencia ha disminuido.
• ROCA.
Agregado de minerales formando porciones continuas, de dimensiones superio-
res a 10 cm y cuya resistencia a compresión simple supera el umbral de 1 MPa.
Esquema simplificado de un problema real que se caracte-
riza por un período de tiempo durante el cual se puede considerar que los factores que afectan a la seguridad no varían, todo lo cual sirve de base para realizar los cálculos co-
rrespondientes. Es sinónimo de «situación de cálculo» según se define en la IAP.
• SITUACIÓN DE PROYECTO.
• SOLICITACIÓN. En esta Guía se usa como sinónimo de acción.
duales de menos de 10 cm de dimensión máxima. La «facilidad» de disgregación puede cali- ficarse mediante la resistencia a compresión simple que, en general, será inferior a 1 MPa.
• SUELO COHESIVO.
mayores son propios de las rocas. Normalmente, los suelos cohesivos tiene un porcenta- je de finos superior al 15% y este valor se usará en esta Guía como identificador del ca- rácter cohesivo.
• SUELO GRANULAR. Suelo formado esencialmente por fragmentos de roca de tamaño pequeño (< 10 cm), separados (sin cohesión) y con contenidos escasos de la fracción fina. Salvo especificación en contra, se entenderá que un suelo es granular cuando su conte- nido en finos sea menor que el 15%.
Suelo que tiene cohesión apreciable pero inferior 0,5 MPa. Valores
Parte del terreno que se puede disgregar con cierta facilidad en fragmentos indivi-
• SUELO NORMALMENTE CONSOLIDADO. Suelo cuya presión efectiva actual es igual a su presión de preconsolidación. Su razón de sobreconsolidación es igual a la unidad, por definición.
• SUELO PRECONSOLIDADO. Suelo cuya presión efectiva actual es inferior a su presión de preconsolidación. Su razón de sobreconsolidación es mayor que la unidad, por de- finición.
• TOPE ESTRUCTURAL. Valor nominal de la carga de servicio máxima para la que se debe usar un elemento de cimentación profunda.
El sistema de unidades utilizado en esta Guía es el Sistema Internacional (SI), oficialmente vi- gente en España (Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre de 1989 —BOE de 3 de noviembre de 1989—, modificado parcialmente por el Real Decreto 1737/1997, de 20 de noviembre de 1997 —BOE de 3 de diciembre de 1997—). Las unidades fundamentales utilizadas en este documento, junto con sus abreviaturas, son:
kilogramo = kg
• Tiempo:
segundo = s
metro = m
• Temperatura 1 :
grado Celsius = o C
Como unidades derivadas se usan:
• Fuerza:
Newton = N
• Presión:
Pascal = Pa = N/m 2
Los múltiplos más comunes de fuerza y presión son los siguientes:
• 1 kN = 10 3 N; 1 MN = 10 6 N
• 1 kPa = 10 3 Pa; 1MPa = 10 6 Pa; 1 bar = 10 5 Pa
Para preparar esta Guía se han utilizado, además de los datos relacionados con la experiencia personal de los miembros de la comisión, informaciones contenidas en numerosas publicaciones técnicas. Las citadas en el presente texto y algunas otras que se recogen por su interés son las que siguen:
Asociación Española de Normalización y Certificación, AENOR (1999): Geotecnia. Ensayos de cam- po y de laboratorio.
BURLAND, J. B. Y BURBIDGE, M. C. (1985): Settlement of Foundations on Sand and Gravel, Proc. Insti- tution of Civil Engineers, part 178, pp. 1325-1381.
Canadian Geotechnical Society (1985): Canadian Foundation Engineering Manual.
Comité Europeo de Normalización, CEN (1997): Eurocódigo 1. Bases de proyecto y acciones en es- tructuras. Parte 1: Bases de proyecto, UNE-ENV-1991-1.
Comité Europeo de Normalización, CEN (1997): Eurocódigo 1. Bases de proyecto y acciones en es- tructuras. Parte 2-1: Acciones en estructuras, densidades, pesos propios y cargas exteriores, UNE-ENV 1991-2-1.
1 Según el Real Decreto 1317/1989 la unidad básica de temperatura termodinámica es el «Kelvin», si bien se reconoce tam- bién el «grado Celsius».
Comité Europeo de Normalización, CEN (1999): Eurocódigo 7. Proyecto geotécnico, Parte 1: Reglas generales, UNE-ENV 1997-1.
Comité Nacional Español de Grandes Presas (1999): Guía técnica n. o 3. Estudios geológico-geotéc- nicos y de prospección de materiales.
Dirección General de Carreteras: Pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carrete- ras y puentes (PG-3) 2 .
Dirección General de Carreteras (1989): Manual para el proyecto y ejecución de estructuras de sue- lo reforzado.
Dirección General de Carreteras (1990): Instrucción 5.2-IC. Drenaje Superficial 3 .
Dirección General de Carreteras (1993): Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras.
Dirección General de Carreteras (1998): Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera. IAP 98 4 .
Dirección General de Carreteras (1998): Recomendaciones para el diseño y la construcción de mu- ros de escollera en obras de carreteras.
Dirección General de Carreteras (2000): Obras de paso de nueva construcción. Conceptos generales.
Dirección General de Carreteras (2001): Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carreteras.
Dirección General de Carreteras (2002): Tipología de muros de carretera.
JIMÉNEZ SALAS, J. A. y otros (1975): Geotecnia y cimientos I, Editorial Rueda, Madrid.
JIMÉNEZ SALAS, J. A. y otros (1976): Geotecnia y cimientos II, Editorial Rueda, Madrid.
JIMÉNEZ SALAS, J. A. y otros (1980): Geotecnia y cimientos III, Editorial Rueda, Madrid.
Ministère de l’Équipement, du Logement et des Transports —Francia (1993): Règles techniques de conception et de calcul des fondations des ouvrages de génie civil, fascicule n. o 62, titre V.
Ministerio de Fomento (1998): Instrucción de Hormigón Estructural, EHE 5 .
Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente-Puertos del Estado (1994): ROM 05-94. Recomendaciones geotécnicas para el proyecto de obras marítimas y portuarias.
NAVFAC DM 7-1 (1986): Soil Mechanics, Design Manual, 7.1.
NAVFAC DM 7-2 (1986): Foundations and Earth Structures, Design Manual, 7.2.
Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas —ISRM— (1981): Rock Characterization, Testing and Monitoring, Pergamon Press.
VAN IMPE, W Y DE BEER, E. (1983): Improvement of Settlement of Soft Layers by Means of Stone Columns. VIII Conferencia Europea sobre Mecánica del Suelo e Ingeniería de Cimentaciones (ECSMFE).
2 Aprobado inicialmente por Orden Ministerial de 6 de febrero de 1976, (BOE del 7 de julio de 1976). Modificado parcial- mente por la Orden FOM 1382/2002 de 16 de mayo de 2002, (BOE del 11 de junio de 2002) por la que se actualizan deter- minados artículos del pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carreteras y puentes, relativos a la cons- trucción de explanaciones, drenajes y cimentaciones.
3 Orden Ministerial de 14 de mayo de 1990, (BOE del 23 de mayo de 1990).
4 Orden Ministerial de 12 de febrero de 1998, (BOE del 4 de marzo de 1998).
5 Aprobada por Real Decreto 2661/1998 de 11 de diciembre de 1998, (BOE del 13 de enero de 1999) y modificada por el Real Decreto 966/1999 de 11 de junio, (BOE del 24 de junio de 1999).
El proyecto, la construcción y la conservación de las cimentaciones en la Red de Carreteras del Estado han de cumplir unos requisitos mínimos que se exponen en esta parte de la Guía.
Las cimentaciones de las obras de fábrica, las bases de apoyo de los terraplenes y los trata- mientos del terreno (temas abordados en esta Guía) han de proyectarse, construirse y conservarse de manera que sean capaces de soportar las solicitaciones a que puedan verse sometidas a lo lar- go de la vida útil que se haya asignado a la carretera en el momento en que fue proyectada.
Cuando no existiera normativa específica y salvo indicación expresa en otro sentido, a los efec- tos de esta Guía se puede suponer que la vida útil de una obra de cimentación es de cien (100) años. La vida útil de obras auxiliares y provisionales puede ser más corta.
Las cimentaciones y el terreno tratado (si es el caso) no sólo han de soportar con seguridad suficiente las cargas impuestas, sino también sufrir deformaciones limitadas, de manera que no se sobrepasen los límites admisibles por razones estéticas y de servicio.
Dentro de esta Guía se hace un uso frecuente de la palabra «proyecto». El concepto corres- pondiente no debe restringirse exclusivamente a la fase inicial de definición y planificación de la ca- rretera sino entenderse con un sentido más amplio. Siempre que haya de tomarse alguna decisión
o emprender una acción concreta es necesario un cierto estudio de la situación, un análisis de al-
ternativas y un «proyecto» de la acción o decisión correspondiente. Siempre se debe comprobar que
la solución (o decisión) adoptada cumple los requisitos mínimos exigibles.
La diversidad de procedimientos que existen para comprobar que la cimentación que se con- sidera cumple esos requisitos mínimos hace necesario un intento de homogeneización en los pro- yectos de la Dirección General de Carreteras.
Sin perjuicio de que el ingeniero pueda utilizar en su proyecto los procedimientos de compro- bación que crea más convenientes, se recomienda que, además, se sigan los criterios generales que se exponen en esta parte de la Guía.
El procedimiento de comprobación se basará, siempre que sea posible, en cálculos justificati- vos que habrán de hacerse con la ayuda de un modelo de comportamiento de la cimentación a es- tudiar y que debe concluir con la comprobación de que los coeficientes de seguridad resultantes su- peran los valores mínimos que se indican en esta Guía.
Existe la posibilidad de «proyectar» con ayuda de ensayos de campo a gran escala. También es admisible el «proyecto» basado en la observación del comportamiento. Sobre ambos procedi- mientos se formulan algunas recomendaciones en esta Guía.
En muchas ocasiones, los tipos de cimentación, sus dimensiones y sus detalles esenciales, así como los tratamientos del terreno o las preparaciones de las bases de apoyo de los rellenos de roca
o tierras, o las reparaciones o trabajos de conservación que hayan de ejecutarse, se deciden sin la
necesidad de cálculos justificativos. Esto es aceptable siempre que la decisión correspondiente que- de avalada por la experiencia publicada o la propia del equipo que realiza el trabajo y del ingenie- ro que lo dirige y que de ello se deje constancia documental explícita.
La comprobación de la seguridad de la cimentación de una obra de carreteras se hará nor- malmente con la ayuda de cálculos, aunque también son admisibles otros procedimientos en de- terminadas circunstancias, que se identificarán en esta Guía.
El procedimiento general que se recomienda para comprobar la seguridad de una cimentación
es el basado en el concepto de los estados límite, que se describe a continuación.
En un «estado límite», la cimentación alcanzaría una situación no deseada, que, en conse- cuencia, debe evitarse.
Atendiendo a la gravedad de sus consecuencias, los estados límite se clasifican en dos grupos:
estados límite últimos (ELU) y estados límite de servicio (ELS). Estos últimos también se denomi- nan estados límite de utilización.
Los estados límite últimos de tipo geotécnico son los que se consideran en esta Guía y son aquellos cuya ocurrencia está controlada principalmente por las características del terreno.
Dentro de los estados límite últimos que siempre han de considerarse en el proyecto de las ci- mentaciones, cabe citar los siguientes:
• Socavación de cimientos.
• Inestabilidad global.
• Falta de capacidad de soporte del terreno.
A lo largo del texto de esta Guía se identificarán otros posibles estados límite últimos corres- pondientes a cada tipo de obra de cimentación específica.
La carretera podría dejar de cumplir el cometido para el que fue proyectada por razones vin- culadas al normal funcionamiento de la misma, de durabilidad o estéticas. En general, dentro del ámbito de esta Guía deben considerarse los siguientes estados límite de servicio:
• Movimientos excesivos.
• Plastificaciones localizadas.
• Vibraciones excesivas.
Los estados límite de servicio que se consideran en esta Guía, de forma explícita y sugiriendo procedimientos de comprobación, son los provocados por los movimientos excesivos.
Otros estados límite de utilización, que no son susceptibles de un cálculo específico, deben evitarse tomando medidas preventivas que también se ha procurado incluir en esta Guía.
El concepto de situación de proyecto es útil para ordenar las comprobaciones a realizar en el
Proyecto o estudio de una cimentación. Su utilización en la ingeniería es cada vez más frecuente.
Una situación de proyecto es una representación simplificada de la realidad de la obra que sea susceptible de análisis.
En todo caso, para definir una situación de proyecto han de establecerse claramente los datos geométricos, tanto del cimiento como del terreno de apoyo, las características del terreno y las ac-
ciones que pueden actuar sobre el cimiento. Además, cada situación de proyecto debe llevar aso- ciada una duración o período determinado de tiempo durante el cual se puede considerar que to- dos los factores que afectan a la seguridad no varían.
Las hipótesis simplificativas necesarias para definir situaciones de proyecto que representen la realidad de la obra durante su construcción y a lo largo de su vida útil, serán tanto mayores cuan- to más simples sean los procedimientos de análisis. En esta Guía se formulan algunas recomenda- ciones sobre este aspecto para que se pueda alcanzar un equilibrio adecuado entre la complejidad natural de los problemas geotécnicos y la necesaria sencillez de los métodos de cálculo.
Para cada situación de proyecto habrá que realizar cálculos de diversa índole. El propio méto- do de cálculo puede requerir ciertas adaptaciones de la geometría, de las características del terre- no o de las acciones. Como norma general deberá procurarse que los cambios obligados por el pro- cedimiento de cálculo sean los mínimos posibles y que además sean coherentes entre sí, guardando ciertas relaciones de compatibilidad básicas.
La clasificación de las situaciones de proyecto a considerar a los efectos de esta Guía se en- cuentra reflejada en el apartado 2.8.
El elemento de cimentación (zapata, pilote, encepado, etc.) será representado por formas de
geometría sencilla, según se indicará en los correspondientes apartados de esta Guía.
El terreno, cuya definición espacial será generalmente difícil, será representado mediante sec-
ciones planas. Para establecer una situación de proyecto pueden requerirse varias secciones planas.
En cada sección se identificarán los distintos tipos de terreno. Las formas más adecuadas para separar tipos de terreno para el estudio de las cimentaciones serán generalmente líneas rec- tas subhorizontales. Cuando esto no sea posible, puede ser necesario complicar los métodos de análisis y recurrir a modelos numéricos más complejos que los procedimientos de cálculo con- templados en esta Guía.
La descripción del estado del agua en el terreno resulta siempre de gran importancia. En con- diciones hidrostáticas será suficiente con conocer la posición del nivel freático. Habrá ocasiones en las que sea preciso conocer las oscilaciones del mismo, o la red de filtración correspondiente.
A efectos de representar adecuadamente el estado del agua en el terreno, es posible que sea necesario diferenciar, por este solo hecho, varias situaciones de proyecto específicas.
Las acciones que han de considerarse para definir las diferentes situaciones de proyecto, susceptibles de análisis, serán esencialmente las reacciones en los apoyos de la estructura co- rrespondiente.
Para el cálculo de las cargas sobre las cimentaciones de puentes de carretera, se estará a lo estipulado en la vigente Instrucción de acciones en puentes de carretera 1 .
Las acciones del terreno sobre muros y estribos se calcularán de la forma que se indica en di- cha Instrucción, así como los pesos y las cargas que actúan sobre las obras de paso y en la base de los terraplenes.
Será diferente, no obstante, la forma de mayorar las acciones, pues en los cálculos geotécni- cos esa mayoración no tendrá lugar cuando se siga el procedimiento de análisis basado en los co- eficientes de seguridad globales, que es el utilizado en el cuerpo de esta Guía.
1 La instrucción vigente en el momento de redacción de esta Guía es la Instrucción sobre las acciones a considerar en el pro- yecto de puentes de carretera-IAP aprobada por Orden Ministerial de 12 de febrero de 1998, (BOE del 4 de marzo de 1998).
Si el ingeniero decide analizar algún problema geotécnico mediante el método de los coefi- cientes de seguridad parciales, también habrá de preparar combinaciones de acciones específicas pues, cuando el problema considerado queda controlado por las características del terreno, los co- eficientes de mayoración de acciones deberán ser en general diferentes de los que se indican para el cálculo estructural (IAP y EHE).
En este apartado se indican unos criterios de clasificación de acciones que tratan de ser com- patibles con los habitualmente empleados en el cálculo estructural (IAP, EHE).
Las acciones que actúan sobre los cimientos son de diverso tipo y pueden clasificarse, por su
permanencia en el tiempo en:
Acciones permanentes. Son aquellas que actúan en todo momento, y lo hacen con inten- sidad constante y ubicación fija, durante la situación de proyecto a cuyo análisis se van a aplicar. Son acciones de este tipo las debidas a:
• Pesos propios y cargas muertas.
• Empujes del terreno.
• Empujes y/o presiones y/o subpresiones del agua, de carácter permanente o cuasiper- manente.
Dentro de este grupo quedarían englobadas también las acciones que la IAP denomina «permanentes de valor no constante» (presolicitaciones, acciones reológicas y acciones debidas al terreno), que son aquellas que actúan en todo momento pero cuya magnitud no es constante. Todas ellas tendrán un tratamiento similar cuando se hayan de aplicar al estudio de los problemas geotécnicos.
Acciones variables. Son aquellas que pueden actuar o no, y cuya intensidad o ubicación varía notablemente en el tiempo que dura la situación de proyecto. Son acciones de este tipo las debidas a:
• Cargas de uso o explotación.
• Acciones climáticas (lluvia, viento, nieve, cambios térmicos, etc.).
• Aumentos transitorios del empuje, presión y/o subpresión del agua.
Estas acciones, denominadas en la IAP, «variables», deben incluir, como en aquélla se in- dica, cualquier otra carga (o sobrecarga) que pueda afectar de manera transitoria a la es- tructura o a su cimentación.
Acciones accidentales. Son aquellas, que por su rareza, tienen una escasa probabilidad de ocurrencia durante la situación de proyecto que se plantea. Son de este tipo las de- bidas a:
• Inundaciones o avenidas extraordinarias.
• Aumentos accidentales del empuje, presión y/o subpresión del agua.
• Choques o impactos.
• Sismos.
Las acciones pueden quedar representadas por diferentes valores. El valor característico es el
principal valor representativo de una acción. Puede venir determinado por un valor medio, un va- lor nominal (definido mediante criterios deterministas o aprioristicos) o, en los casos en que se fije en base a criterios estadísticos, por el valor correspondiente a una cierta probabilidad de no ser so-
brepasado —por el lado de los valores más desfavorables— durante un «período de referencia», te- niendo en cuenta la vida útil de la estructura y la duración de la situación de proyecto.
Los valores característicos de cada una de las acciones deben estimarse mediante criterios di- ferentes, que serán específicos del grupo en el que previamente se haya clasificado la acción. Para realizar los cálculos geotécnicos considerados en esta Guía, se recomienda utilizar los valores re- presentativos de las acciones que se indican en la IAP o normativa que en su caso la sustituya.
Si existiese alguna acción cuyo valor característico no esté definido en la normativa vigente de aplicación al caso (IAP, EHE, etc.), el criterio a utilizar para definirlo será el siguiente:
• La mejor estimación del valor medio en el caso de las acciones permanentes.
• El valor cuya probabilidad anual de ser excedido es del orden del 2%, en el caso de ac- ciones variables.
• El valor cuya probabilidad anual de ser excedido es del orden del 0,2%, en el caso de ac- ciones accidentales.
• En el caso de sismo, la acción que en su caso sea aplicable a obras de carretera, definida en la vigente Norma de Construcción Sismorresistente.
Las acciones permanentes y las acciones accidentales (incluida la acción sísmica) serán consi- deradas siempre con su valor representativo principal, que es el valor característico definido en 2.5.2.
Las acciones variables, además del valor representativo principal (valor característico, Q k ), tienen otros valores representativos, que habrán de usarse dependiendo del tipo de combinación de acciones.
Para las acciones variables se definen los valores representativos denominados «valor de com- binación», «valor frecuente» y «valor casi permanente», que se obtendrán multiplicando el valor ca- racterístico por el coeficiente reductor Ψ, según se indica a continuación:
Valor de combinación. Será el valor de la acción cuando actúe con alguna otra acción variable, para tener en cuenta la pequeña probabilidad de que actúen simultáneamente los valores más desfavorables de varias acciones independientes.
Ψ 1 Q k : Valor frecuente. Será el valor de la acción que sea sobrepasado durante un período de corta duración respecto a la vida útil de la estructura (5% del tiempo). Corresponde aproximadamente a un período de retorno de una semana.
Ψ 2 Q k :
Ψ 0 Q k :
Valor casi permanente. Será el valor de la acción que sea sobrepasado durante una gran parte de la vida útil de la estructura (el 50% o más del tiempo), o bien el valor medio.
Cuando existan elementos de juicio para valorar estos coeficientes reductores, se hará una de- terminación expresa de los mismos. En otro caso se adoptarán los valores que, en su caso se esta- blezcan en la vigente Instrucción de acciones en puentes de carretera 2 .
En los cálculos estructurales es habitual mayorar algunas acciones multiplicando sus valores representativos por ciertos coeficientes, obteniéndose así los valores de cálculo. Sin embargo, para el estudio de estados límite controlados por el comportamiento del terreno, se adoptarán como co- eficientes de mayoración de acciones los valores unidad, ya sean estas acciones de efecto favora- ble o desfavorable y de carácter permanente, variable o accidental (salvo para las acciones varia- bles de efecto favorable, en que se tomará un coeficiente de ponderación de valor nulo).
2 La Instrucción vigente en el momento de redacción de esta Guía es la Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera-IAP aprobada por Orden Ministerial de 12 de febrero de 1998, (BOE del 4 de marzo de 1998). Los valores de ψ a considerar, se establecen en dicha Orden en el artículo 3.3.3.
Es decir, para el análisis de los problemas geotécnicos que se consideran en esta Guía, los va- lores de cálculo de las acciones serán iguales que sus valores representativos. Únicamente en cier- tos casos particulares, en los que las acciones variables puedan tener especial importancia en el es- tado límite en estudio, será recomendable mayorar alguna acción.
En caso de que el ingeniero decida analizar algún problema geotécnico empleando coeficien- tes de seguridad parciales, habrá de utilizar los coeficientes de mayoración específicos que se indi- can en el Apéndice 1 y que, debido a la singularidad de los problemas geotécnicos, son diferentes de los que se utilizan habitualmente en el cálculo estructural.
En el cálculo estructural basado en el método de los coeficientes parciales de seguridad, se uti- lizan unas combinaciones de acciones para el estudio de estados límite últimos y otras diferentes para el estudio de estados límite de servicio. Para el cálculo geotécnico que se describe en el cuer- po de esta Guía, se utilizarán las mismas combinaciones de acciones para analizar cualquier esta- do, sea éste último o de servicio.
Las combinaciones que habrían de utilizarse para comprobar las cimentaciones con el método de los coeficientes de seguridad parciales se indican en el Apéndice 1. En este caso serían necesa- rias distintas combinaciones para los estados límite últimos que para los de servicio.
Las combinaciones que normalmente interesan en el estudio de problemas geotécnicos se pue- den clasificar en:
1. Combinación casi permanente: Es aquella en la que concurren las acciones permanentes,
y algunas acciones variables, representadas por los valores siguientes:
• Acciones permanentes:
= G k
• Acciones variables concomitantes:
casi permanente = Ψ 2 · Q k
2. Combinación característica: Es aquella en la que concurren las acciones permanentes y una acción variable principal, junto con otras acciones variables concomitantes. Existe una combinación fundamental (o característica) por cada acción variable dominante que se eli- ja. Los valores representativos a utilizar son los siguientes:
• Acción variable dominante:
= Q k
• Otras acciones variables concomitantes:
de combinación = Ψ 0 · Q k
3. Combinación accidental sin sismo: Es aquella en la que figura alguna acción accidental o ex- traordinaria (no sísmica) junto con las acciones permanentes, y las posibles acciones varia- bles concomitantes con la situación accidental en cuestión. Los valores correspondientes son:
• Acción accidental:
= G k = A k = Ψ 1 · Q k
4. Combinación sísmica: Es aquella en la que concurre la acción sísmica con las acciones permanentes y algunas acciones variables. Los valores de cálculo a utilizar con los si- guientes:
• Acción sísmica:
• Acciones variables 3 :
3 Las acciones variables a considerar en la combinación sísmica, se determinarán de acuerdo con la normativa de aplica- ción de cada caso. En el caso de puentes de carretera se estará a lo especificado sobre el particular al respecto, en la vigente instrucción de acciones en puentes de carretera, que en el momento de redacción de esta Guía es la IAP 98, aprobada por Or- den Ministerial de 12 de febrero de 1998 (BOE del 4 de marzo de 1998). Véase, en este sentido, el artículo 4.1.2 de la misma.
En ciertos casos específicos podrán usarse otras combinaciones y otros valores representati- vos de las acciones, previa justificación expresa.
La combinación casi permanente es idéntica a la definida en la IAP 98 con el mismo nombre, para el estudio de los estados límite de servicio. En el estudio de problemas geotécnicos se usará además para comprobar los estados límite últimos.
Las combinaciones características son idénticas a las definidas en la IAP 98 con el mismo nom- bre, para el estudio de los estados límite de servicio. Coinciden también con las combinaciones de- finidas en la IAP 98, sin nombre específico, para la verificación de los estados límite últimos en si- tuaciones persistentes o transitorias. En este caso, sin embargo y para el estudio de los problemas geotécnicos, los coeficientes de mayoración de acciones son iguales a la unidad.
Las combinaciones accidental sin sismo y la combinación sísmica son idénticas a las que en la IAP 98 se definen para el estudio de los estados límite últimos.
Para caracterizar el comportamiento del terreno será necesario definir una serie de parámetros. Los parámetros que habitualmente se usan y la forma de medirlos son objeto de la Parte 3 de esta Guía.
Los parámetros geotécnicos pueden englobarse en cuatro clases:
• Identificación y estado.
• Deformabilidad.
• Permeabilidad.
Son parámetros de identificación aquellos que permiten definir el tipo de terreno. A modo de ejemplo pueden citarse las curvas granulométricas, los datos mineralógicos de la roca, los límites de Atterberg, etc.
Los parámetros de estado se refieren a la estructura del terreno y a la situación del agua in- tersticial. Son, principalmente, la densidad y la humedad, aunque también se incluyen en este gru- po otros datos relativos al estado los de terraplenes, y a la succión.
Normalmente, los cálculos de comprobación asociados a los estados límite últimos requerirán el conocimiento de varias clases de parámetros, pero especialmente los que caracterizan la resis- tencia. Estos parámetros pueden ser de muy diverso tipo, pues existen varios procedimientos para caracterizar dicha resistencia.
Del mismo modo, para comprobar la seguridad frente a estados límite de servicio será nece- sario conocer los parámetros de deformabilidad, que también pueden ser muy diversos.
Los datos de permeabilidad son de especial interés, pues condicionan la distribución espacial y temporal de las presiones del agua en los intersticios del terreno. La presión intersticial ejerce un control importante sobre la resistencia y la deformabilidad del terreno.
Siempre es recomendable que los parámetros esenciales se determinen por varios procedi- mientos (ensayos «in situ» y en laboratorio, por ejemplo); de esa manera se podrá tener más con- fianza en el dato correspondiente.
Cualquier parámetro que caracterice al terreno debe tener un valor representativo que será una es- timación prudente del valor medio que corresponde a la zona de interés en el problema que se analiza.
No se utilizarán, en los cálculos geotécnicos, coeficientes parciales de seguridad para mayorar o minorar los valores representativos. Los valores de cálculo de los parámetros geotécnicos serán iguales que sus valores representativos.
Si el ingeniero decidiese utilizar otra metodología, incluyendo coeficientes de seguridad par- ciales, debe proceder tal como se indica en el Apéndice 1.
Atendiendo a la configuración geométrica, a las acciones, a las características del terreno y a su duración, las situaciones de proyecto habrán de clasificarse en uno de los tres tipos que se des- criben en los epígrafes que siguen.
La clasificación de la situación de proyecto en una u otra clase es relevante, pues de ello de- penderá finalmente el coeficiente de seguridad exigible.
Una situación es persistente, cuando la geometría, la configuración del terreno y las caracte- rísticas geotécnicas representan la cimentación en cuestión durante un plazo similar al de la vida útil y, además las combinaciones de acciones consideradas representan las posibles solicitaciones que, pueden ocurrir como consecuencia del uso normal de la estructura.
El carácter transitorio lo pueden inducir el uso especial de la obra, las condiciones geométri- cas (fases de construcción) o incluso las características del terreno. Uno cualquiera de estos tres ele- mentos puede motivar dicho carácter transitorio.
Con una configuración geométrica fija y unas mismas propiedades del terreno, pueden existir situaciones transitorias cuando ocasionalmente se cambien las condiciones de uso de la obra (re- paración, inspección o transporte especial, por ejemplo).
Con unas condiciones de uso, y unas características del terreno que podrían ser consideradas persistentes, pueden existir razones geométricas (construcción por fases, por ejemplo) que motiven la clasificación de una situación como transitoria.
En geotecnia es relativamente frecuente examinar un tipo de situación específica denominada de «corto plazo» en la que se supone que el terreno tiene un exceso de presiones intersticiales que fue generado por las cargas aplicadas y que aún no se ha disipado. Normalmente, la duración de esa situación es corta cuando se compara con la vida útil de la obra y en consecuencia, a efectos de evaluar la seguridad, puede considerarse como una situación transitoria.
Para tener en cuenta estos hechos, a la hora de asignar los coeficientes de seguridad corres- pondientes, se deben postular situaciones de corto plazo (terreno sin drenar) y de escasa duración (situaciones temporales durante la construcción o durante la vida útil) para que sean consideradas después en los análisis de seguridad que habrán de realizarse.
Las acciones variables que puedan considerarse actuantes en las situaciones de corto plazo ha- brán de ser definidas de acuerdo con la normativa vigente en cada caso. A falta de información más específica, y como norma general deben utilizarse valores de las acciones variables que, en térmi- nos generales, tengan una probabilidad de ser sobrepasados del orden del 5% durante el período que dura la situación transitoria. En ese sentido no se considera necesario suponer la existencia de acciones accidentales durante las situaciones de corto plazo a las que se está aludiendo, pero sí de las cargas de uso y explotación que pudieran tener lugar durante ese período.
Con este mismo carácter pueden considerarse las situaciones persistentes de obras provisiona- les o de corta duración siempre que su vida útil sea inferior a un año. Para obras de mayor duración, el ingeniero puede usar coeficientes de seguridad intermedios entre los que se indican para situacio- nes transitorias y situaciones persistentes, en función de la vida útil que se le asigne a la obra.
A efectos de cálculo geotécnico se consideran situaciones de proyecto accidentales aquellas que están sometidas a combinaciones de acciones accidentales con o sin sismo, o aquellas que pu-
diesen cambiar por accidente su geometría o el estado del agua en el terreno (inundaciones acci- dentales) o aquellas que, accidentalmente, pudieran modificar las características del terreno.
Una circunstancia adversa extraordinaria (accidental) en cualquiera de los tres elementos que definen la situación de proyecto (geometría, acciones, características del terreno) debe llevar a cla- sificarla como situación de proyecto accidental.
El método de cálculo, en general, consiste en un desarrollo matemático que permite discernir la frontera del fallo. Además, el método debe permitir la definición de un «coeficiente de seguridad». En ocasiones esa definición es implícita y de obtención difícil. Así ocurre en buen número de mo- delos numéricos.
Por otro lado, el uso de métodos de cálculo sencillos sólo permite explorar zonas o partes con- cretas de la frontera de fallo. Por ello, en esta Guía se utiliza el concepto de «modo de fallo» que se refiere a una forma o mecanismo de rotura concreto que tiene una ecuación suficientemente sim- ple para que sea susceptible de análisis con procedimientos sencillos.
El estado límite último de falta de capacidad de soporte del terreno de cimentación se abor- dará en esta Guía mediante métodos de cálculo elementales que cubrirán aspectos parciales.
Para cimentaciones superficiales (Parte 4) se definirán los siguientes modos de fallo específicos:
• Hundimiento.
• Deslizamiento.
Con esos tres mecanismos quedará suficientemente explorada la frontera del fallo y podrá emi- tirse un juicio relativo a la seguridad de la cimentación.
Para las cimentaciones profundas (Parte 5) se consideran modos de fallo concretos en núme- ro suficiente para cubrir la problemática del posible agotamiento de la capacidad resistente del te- rreno. Entre ellos los siguientes:
• Arranque.
• Rotura del terreno por empujes horizontales.
• Esfuerzos excesivos en los pilotes.
Los estados límite de servicio habrán de comprobarse normalmente para situaciones de pro- yecto persistentes con una combinación de acciones casi permanente, únicamente ciertos casos es- pecíficos requerirán la adopción de otras hipótesis.
El proyecto estructural habitual se realiza mediante el método de los coeficientes de seguridad parciales que requiere la utilización de coeficientes que mayoran las acciones y minoran las resis- tencias. El proyecto geotécnico podría seguir también dicha vía pero en la actualidad no existe ex- periencia suficiente acerca de los valores de los coeficientes de seguridad parciales que han de uti- lizarse en cada caso. Por tal motivo, en el cuerpo de esta Guía se especifica un proceso de comprobación de la seguridad que está basado en el concepto del coeficiente de seguridad único, que engloba en un solo número la imprecisión que ha de considerarse tanto en las acciones como en las resistencias, en los modelos de cálculo o debida a cualquier otra causa de incertidumbre, ex- cepto el error humano.
Como consecuencia de lo anteriormente expuesto, el cálculo geotécnico se realiza de forma di- ferente al cálculo estructural. En el cálculo estructural basta con comprobar que, en cada situación de proyecto, un determinado estado límite no ocurre, una vez se han introducido los coeficientes parciales de seguridad. En el proyecto geotécnico, sin embargo, es preciso calcular, para cada si- tuación de proyecto, el coeficiente de seguridad que resulta. La seguridad será suficiente cuando di- cho coeficiente supera el valor que se indica en cada circunstancia en la parte correspondiente de esta Guía. Sólo en algunos casos que se identifican específicamente en este documento, el cálculo del coeficiente de seguridad podrá omitirse: son los casos de proyectos geotécnicos basados en ex- periencias previas.
El coeficiente de seguridad es una medida indirecta de la fiabilidad de la cimentación frente a un modo de fallo concreto y se calcula mediante un procedimiento específico que debe quedar de- finido sin ambigüedad.
El coeficiente de seguridad siempre debe ir asociado a un modo de fallo, a una situación de proyecto concreta, a un método de cálculo específico y a una combinación de acciones determina- da. Por ejemplo, se podrá hablar de coeficiente de seguridad frente al hundimiento de una cimen- tación superficial, en situación de proyecto persistente, calculado de forma analítica, con una com- binación de acciones casi permanente.
Con el fin de proporcionar una seguridad suficientemente elevada a las cimentaciones en obras de carretera, se establecen en esta Guía coeficientes de seguridad mínimos para cada modo de fa- llo y para cada hipótesis de cálculo correspondiente. Los umbrales que se recomiendan son tales que la seguridad que se espera obtener es acorde con el riesgo prácticamente nulo que se admite.
El coeficiente de seguridad exigible será más alto en una situación persistente con la combi- nación casi permanente (F 1 ), pues la rotura debe quedar muy lejos de este caso; del mismo modo en las situaciones accidentales (F 3 ), el coeficiente de seguridad exigible será menor. Para situacio- nes persistentes con combinaciones características se indicarán valores de los coeficientes de se- guridad intermedios entre los anteriores (F 2 ). Es decir, deberá cumplirse que F 1 > F 2 > F 3 .
También se hará una consideración relativa a los coeficientes de seguridad exigibles en situa- ciones transitorias y de corto plazo (véase epígrafe 2.8.2).
En línea con lo anteriormente expuesto, los coeficientes de seguridad requeridos en esta Guía tienen la estructura formal que se indica en la tabla 2.1.
DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD
Casi permanente
Transitoria y de corto plazo

References: Real Decreto 
 Real Decreto 
 Real Decreto 
 Real Decreto 
 artículo 3
 artículo 4