Sección 3106F — PELIGROS GEOTÉCNICOS Y CIMIENTOS

3106F.1 General.

3106F.1.1 Propósito. Esta sección establece los estándares mínimos para los análisis y la evaluación de riesgos geotécnicos y cimentaciones bajo condiciones estáticas y sísmicas.

3106F.1.2 Aplicabilidad. Los requisitos aquí establecidos se aplican a todos los MOT nuevos y existentes.

3106F.1.3 Cargas. Las cargas para la evaluación de riesgos geotécnicos y análisis de cimentaciones bajo condiciones estáticas y sísmicas se proporcionan en las Secciones 3103F y 3104F.

3106F.2.1 Clases de sitio. A cada MOT se le asignará al menos una clase de sitio. Las Clases de Sitio A, B, C, D y E se definen en la Tabla 31F-6-1, y la Clase de Sitio F se define por cualquiera de las siguientes: 1. Suelos vulnerables a una pérdida significativa potencial de rigidez, resistencia y/o volumen bajo carga sísmica debido a suelos licuables, arcillas rápidas y altamente sensibles y/o suelos colapsables débilmente cementados. 2. Turberas y/o arcillas altamente orgánicas, donde el espesor de turba o arcilla altamente orgánica excede los 10 pies. 3. Arcillas de plasticidad muy alta con un índice de plasticidad (PI) mayor a 75, donde el espesor de arcilla excede los 25 pies. 4. Arcillas muy gruesas blandas/medianamente firmes con resistencia al corte no drenada menor a 1,000 psf, donde el espesor de arcilla excede los 120 pies.

3106F.2.2 Información específica del sitio. 1. Las investigaciones específicas del sitio incluirán perforaciones adecuadas y/o pruebas de penetración con cono (CPT) y otros métodos de campo apropiados, para permitir la determinación de parámetros geotécnicos. 2. Se obtendrá una cobertura adecuada de datos subsuperficiales, tanto horizontal como verticalmente, para desarrollar parámetros geotécnicos. 3. La exploración será lo suficientemente profunda para caracterizar los materiales subsuperficiales que son afectados por el comportamiento del terraplén y se extenderá a una profundidad de al menos 20 pies por debajo de la profundidad más profunda de la cimentación. 4. Durante la exploración de campo, se prestará especial atención a la presencia de capas continuas de baja resistencia o capas delgadas de suelo que podrían licuarse o debilitarse durante el movimiento sísmico de diseño. 5. Las CPT proporcionan un perfil subsuperficial continuo y se utilizarán para complementar las perforaciones exploratorias. Cuando se realicen CPT, se realizará al menos una perforación junto a una de las sondas CPT para verificar que las interpretaciones del tipo de comportamiento del suelo CPT sean razonables para el sitio. Cualquier diferencia entre la interpretación CPT y la condición subsuperficial obtenida de las perforaciones deberá ser conciliada. 6. Se requiere una estratigrafía cuantitativa del suelo del sitio hasta una profundidad de 100 pies para asignar una clase de sitio (ver Tabla 31F-6-1). 7. Las pruebas de laboratorio pueden ser necesarias para complementar las perforaciones y las pruebas de campo in situ.

3106F.3 Cargas sísmicas para evaluaciones geotécnicas. La Sección 3103F.4 define las cargas sísmicas que se deben usar para evaluaciones estructurales y geotécnicas en términos de Aceleraciones Máximas del Terreno (PGA) de diseño, aceleraciones espectrales y magnitud sísmica de diseño. Los valores usados para los análisis se basan en Análisis Probabilísticos de Peligro Sísmico (PSHA) utilizando dos niveles de criterios de desempeño sísmico (Sección 3104F.2.1 y Tabla 31F-4-1).

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3106F.4 Potencial de licuefacción. El potencial de licuefacción de los suelos en las inmediaciones o debajo de cada MOT, y las pendientes, terraplenes o diques rocosos asociados, deberá evaluarse para las aceleraciones máximas del suelo (PGAs) asociadas con los Niveles de desempeño sísmico 1 y 2. La evaluación del potencial de licuefacción deberá seguir los procedimientos descritos en el informe NCEER [6.3], SCEC [6.4] y la Publicación Especial 117A del CGS [6.5].

Si en las evaluaciones anteriores se demuestra que se inicia la licuefacción, las capas licuables particulares y sus espesores deberán mostrarse claramente en los perfiles del sitio. Se deberán abordar los peligros resultantes asociados con la licuefacción, incluyendo deformaciones traslacionales o rotacionales de las pendientes o sistemas de terraplenes y asentamientos posteriores a la licuefacción de las pendientes o sistemas de terraplenes y los suelos de cimentación subyacentes, como se indica a continuación. Si dichos análisis indican el potencial de falla parcial o total (flujo) de una pendiente o terraplén, se deberán realizar evaluaciones adecuadas para confirmar que dicha condición existe, junto con análisis para evaluar los posibles desplazamientos de la pendiente (deslizamientos laterales). En estas situaciones y para proyectos donde se realicen análisis numéricos más detallados, podrá requerirse una revisión por pares (ver Sección 3101F.8.2).

3106F.5.1 Estabilidad estática del talud. Se deberá realizar un análisis de estabilidad estática utilizando métodos convencionales de equilibrio límite para los sistemas de taludes o terraplenes relacionados con el sitio. Se deberá considerar la sobrecarga de carga viva en los análisis basados en información específica del proyecto. El factor de seguridad estático a largo plazo del talud o terraplén no deberá ser menor que 1.5.

3106F.5.2 Estabilidad sísmica pseudoestática del talud. Se deberán realizar análisis de estabilidad sísmica pseudoestática del talud o terraplén para estimar la aceleración horizontal de fluencia para el talud en los terremotos de Nivel 1 y Nivel 2. Durante el evento sísmico, se deberá considerar la sobrecarga adecuada de carga viva.

Si es probable la licuefacción y/o pérdida de resistencia de los suelos del sitio, se deberá usar lo siguiente en los análisis, según corresponda:

1. Resistencia residual de suelos licuados
2. Resistencias compatibles con la generación de presión de poros de suelos potencialmente licuables
3. Reducción potencial de resistencia de arcillas

La resistencia residual de suelos licuados deberá estimarse utilizando las directrices descritas en SCEC [6.4] u otros documentos apropiados indicados en CGS Special Publication 117A [6.5].

El análisis pseudoestático se realizará sin considerar la presencia del sistema de cimentación. Usando un coeficiente sísmico horizontal de la mitad del PGA, si el factor de seguridad estimado es mayor o igual a 1.1, no se requerirá una evaluación adicional de propagación lateral ni de carga cinemática por propagación lateral.

3106F.5.3 Estabilidad estática del talud posterior al terremoto. El factor de seguridad estático inmediatamente después de un evento sísmico de diseño no deberá ser menor que 1.1 cuando se utilice cualquiera de los siguientes en el análisis de estabilidad estática:

1. Resistencia residual posterior al terremoto de suelos licuados
2. Resistencias compatibles con la generación de presión de poros de suelos potencialmente licuables
3. Reducción potencial de resistencia de arcillas

3106F.5.4 Propagación lateral – Campo libre. Las deformaciones laterales inducidas por el terremoto del talud o terraplén y los suelos de cimentación asociados deberán determinarse para los terremotos de Nivel 1 y Nivel 2 utilizando el PGA asociado en la superficie del terreno (no modificado por licuefacción). Si es probable la licuefacción y/o pérdida de resistencia de los suelos del sitio, se deberá usar lo siguiente en los análisis, según corresponda:

1. Resistencia residual de suelos licuados
2. Resistencias compatibles con la generación de presión de poros de suelos potencialmente licuables
3. Reducción potencial de resistencia de arcillas

La presencia del sistema de cimentación no deberá incluirse en las evaluaciones de “campo libre”.

Las estimaciones iniciales de propagación lateral se harán utilizando el enfoque de desplazamiento Newmark documentado en NCHRP Report 611 [6.6] u otros procedimientos apropiados pero similares.

o en otros documentos apropiados como la Publicación Especial 117A del CGS [6.5]. Si se anticipa un asentamiento inducido sísmicamente,
se deberán considerar los impactos resultantes en el diseño, incluyendo el desarrollo potencial de cargas de arrastre descendente en pilotes.

3106F.7.1 Presiones de tierra bajo carga estática. Se deberá considerar el efecto de las presiones activas de tierra estáticas sobre las estructuras resultantes de la carga estática de los suelos de relleno cuando sea apropiado. Se deberán considerar la configuración inclinada del relleno, si aplica, y las condiciones de carga del terreno adyacente en las evaluaciones. Las consideraciones de carga deberán basarse en información específica del proyecto. Las presiones de tierra bajo carga estática deberían basarse en las directrices descritas en NAVFAC DM7-02 [6.7] u otros documentos apropiados.

3106F.7.2 Presiones de tierra bajo carga sísmica. Se deberá considerar el efecto de las presiones de tierra sobre las estructuras resultantes de la carga sísmica de los suelos de relleno, incluyendo el efecto de la acumulación de presión de poros en el relleno. Los coeficientes sísmicos utilizados para este análisis deberán basarse en los valores PGA de terremoto de Nivel 1 y Nivel 2.

La evaluación de las presiones de tierra bajo carga sísmica debería basarse en el Informe NCHRP 611 [6.6] u otros métodos apropiados.

3106F.8 Comportamiento axial de pilotes.

3106F.8.1 Capacidad axial de pilotes. La capacidad geotécnica axial de pilotes bajo carga estática se evaluará utilizando las directrices para estimar la capacidad axial de pilotes proporcionadas en POLB WDC [6.8] u otros documentos apropiados. Se deberá alcanzar un factor mínimo de seguridad de 2.0 sobre la capacidad última del pilote utilizando la carga MOT adecuada.

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Si se anticipa licuefacción o asentamiento inducido sísmicamente, la capacidad geotécnica axial última de los pilotes bajo condiciones sísmicas se evaluará para los efectos de la licuefacción y/o fuerzas de arrastre descendente sobre el pilote. La capacidad geotécnica última del pilote durante la licuefacción se determinará en base a la resistencia residual del suelo para aquellas capas donde el factor de seguridad para licuefacción se determine que es menor que 1.0.

Cuando se prediga que ocurrirán asentamientos inducidos sísmicamente durante los terremotos de diseño, se calcularán las cargas de arrastre descendente y se determinará la combinación de la carga de arrastre descendente y la carga estática. Solo se utilizará la resistencia en la punta del pilote y la resistencia por fricción lateral por debajo de la capa más baja que contribuye al arrastre descendente en la evaluación de la capacidad. La capacidad geotécnica axial última del pilote no será menor que la combinación de la fuerza de arrastre descendente inducida sísmicamente y la carga estática máxima.

3106F.8.2 Resortes axiales para pilotes. El analista geotécnico (ver Sección 3102F.3.4.8) coordinará con el analista estructural (ver Sección 3102F.3.4.4) y desarrollará resortes axiales (T-z) para pilotes. Los resortes T-z pueden desarrollarse ya sea en la parte superior o en la punta del pilote (ver Figura 31F-6-1). Si los resortes se desarrollan en la punta del pilote, la punta incluirá tanto la resistencia por fricción a lo largo del pilote (es decir, resortes laterales [t-z]) como la resistencia en la punta del pilote (es decir, resortes en la punta [q-w]), como se ilustra en la Figura 31F-6-1. Si los resortes T-z se desarrollan en la parte superior del pilote, se incluirá el acortamiento elástico apropiado del pilote en los resortes. Se pueden desarrollar resortes lineales o no lineales si así lo solicita el analista estructural.

Debido a las incertidumbres asociadas con el desarrollo de resortes axiales, tales como las capacidades axiales del suelo, distribuciones de carga a lo largo de los pilotes y rigideces simplificadas de los resortes, se estimarán y utilizarán en los análisis tanto los límites superiores como los inferiores.

3106F.9 Resortes de suelo para carga lateral en pilotes. Para el diseño de pilotes bajo cargas asociadas con la respuesta inercial de la superestructura, se deberán desarrollar resortes laterales inelásticos en terreno nivelado (p-y). Los resortes laterales dentro de la porción superficial de los pilotes (generalmente dentro de 10 diámetros de pilote por debajo de la superficie del terreno) tienden a dominar el comportamiento inercial. Los parámetros geotécnicos para desarrollar los resortes laterales del suelo deberán seguir las directrices proporcionadas en API RP 2A-WSD [6.9] u otros documentos apropiados.

Debido a las incertidumbres asociadas con el desarrollo de curvas p-y para estructuras de diques, se deberán desarrollar resortes p-y de límite superior e inferior para su uso en análisis de respuesta inercial de la superestructura.

3106F.10 Interacción suelo-pilote. Se deberán considerar dos condiciones de carga separadas para los pilotes: 1. Carga inercial bajo condiciones sísmicas 2. Carga cinemática por expansión lateral del terreno

La carga inercial está asociada con la carga lateral inducida por terremotos sobre una estructura, mientras que la carga cinemática se refiere a la carga sobre pilotes de cimentación debido a deformaciones laterales inducidas por terremotos en el sistema de talud/terraplén/dique. La aplicación simultánea de estas condiciones de carga deberá evaluarse considerando debidamente la fase y ubicación de estas cargas en los elementos de cimentación. La cimentación deberá diseñarse de manera que el desempeño estructural sea aceptable cuando esté sometida tanto a cargas inerciales como cinemáticas.

3106F.10.1 Carga inercial bajo condiciones sísmicas. Se deberán usar los resortes laterales del suelo en los análisis de respuesta a carga inercial. La evaluación de la carga inercial puede realizarse ignorando las posibles deformaciones del sistema talud/terraplén/dique (es decir, un extremo del resorte lateral del suelo a una profundidad dada está unido al nodo correspondiente del pilote y el otro extremo se asume fijo).

3106F.10.2 Carga cinemática por expansión lateral. Se deberá evaluar la carga cinemática sobre pilotes debido a deformaciones permanentes de expansión lateral del terreno en niveles profundos de los suelos de cimentación del talud/terraplén/dique. Las deformaciones laterales deberán restringirse de modo que no se comprometa el desempeño estructural de los pilotes de cimentación.

La deformación lateral del terraplén o dique y de los pilotes y suelos de cimentación asociados deberá determinarse mediante métodos analíticos como sigue:

1. Las estimaciones iniciales de las deformaciones de expansión lateral en campo libre (en ausencia de pilotes) pueden determinarse utilizando el método simplificado de bloque deslizante de Newmark descrito en la Sección 3106F.5.4. El analista geotécnico deberá proporcionar al analista estructural

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curvas p-y para terreno nivelado correspondientes a la capa de suelo débil que controla la expansión lateral y las capas de suelo por encima y por debajo de la capa débil. Se deberán usar presiones de sobrecarga apropiadas en análisis simplificados de empuje, para estimar las capacidades de desplazamiento del pilote y el esfuerzo cortante correspondiente en el pilote dentro de la zona de suelo débil. 2. Para el análisis de empuje, los desplazamientos estimados pueden distribuirse uniformemente dentro del espesor de la capa de suelo débil (es decir, cero en y por debajo de la base de la capa hasta el valor máximo en y por encima de la parte superior de la capa débil). El espesor de la capa de suelo débil usado en el análisis (zona de falla) no deberá ser mayor que cinco veces el diámetro del pilote o 10 pies, lo que sea menor. 3. Para un análisis simplificado (ver Figura 31F-6-2), el pilote deberá estar fijado contra rotación y traslación en relación con el desplazamiento del suelo a cierta distancia por encima y por debajo de la capa de suelo débil. Entre estos dos puntos, se proveen resortes laterales del suelo, que permiten la deformación del pilote en relación con el perfil deformado del suelo.

3106F.11 Interacción suelo-estructura – Cimentaciones superficiales y estructuras subterráneas. 3106F.11.1 Cimentaciones superficiales. Se deberá asumir que las cimentaciones superficiales se mueven con el terreno. Los resortes y amortiguadores pueden ser evaluados conforme a Gazetas [6.10]. 3106F.11.2 Estructuras subterráneas. Se deberá asumir que las estructuras flexibles enterradas o las porciones enterradas de estructuras flexibles, incluyendo pilotes y tuberías, se deforman con el movimiento estimado del terreno a profundidad. A medida que el suelo se asienta, se deberá asumir que aplica fuerzas cortantes a las estructuras enterradas o a las porciones enterradas de estructuras, incluyendo cimentaciones profundas.

sobre el cual se apoya la tubería, así como el asentamiento y la deformación lateral del terreno durante terremotos. Si la tubería está enterrada,
se deberá evaluar también el potencial de levantamiento de la tubería durante terremotos.

3106F.13 Símbolos.

A = Clase de sitio A según se define en la Tabla 31F-6-1

B = Clase de sitio B según se define en la Tabla 31F-6-1

C = Clase de sitio C según se define en la Tabla 31F-6-1

CPT = Prueba de penetración con cono

D = Clase de sitio D según se define en la Tabla 31F-6-1

D = Diámetro del pilote p

E = Clase de sitio E según se define en la Tabla 31F-6-1

F = Clase de sitio F según se define en la Tabla 31F-6-1

P = Carga aplicada

PI = Índice de plasticidad

p-y = Resorte lateral del suelo

S U = Resistencia al corte no drenada

SPT = Prueba de penetración estándar

t-z = Resorte axial del suelo a lo largo del costado del pilote

T-z = Resorte axial compuesto del suelo en la punta del pilote

q-w = Resorte axial del suelo en la punta del pilote

V S = Velocidad de onda de corte

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3106F.14 Referencias.

[6.1] American Society for Testing and Materials (ASTM), 2014, ASTM D4318-10 (ASTM D4318), “Métodos de prueba estándar para el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de suelos,” West Conshohocken, PA.

[6.2] American Society for Testing and Materials (ASTM), 2014, ASTM D2216-10 (ASTM D2216), “Métodos de prueba estándar para la determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) en suelos y rocas por masa,” West Conshohocken, PA.

[6.3] Youd, T.L., Idriss, I.M., Andrus, R.D., Arango, I., Castro, G. Christian, J.T., Dobry, R., Finn, W.D.L., Harder, L.F. Jr., Hynes, M.E., Ishi-hara, K., Koester, J.P., Liao, S.S.C., Marcuson, W.F., III, Martin, G.R., Mitchell, J.K., Moriwaki, Y., Power, M.S., Robertson, P.K., Seed, R.B., y Stokoe, K.H., II, 2001, “Resistencia a la licuefacción de suelos: Informe resumen de los talleres NCEER 1996 y NCEER/NSF 1998 sobre evaluación de la resistencia a la licuefacción de suelos,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Volumen 127, No. 10, p. 817-833.

[6.4] Southern California Earthquake Center (SCEC), marzo 1999, “Procedimientos recomendados para la implementación de las directrices de la Publicación Especial 117 del DMG para el análisis y mitigación de la licuefacción en California,” University of Southern California, Los Ángeles.

[6.5] California Department of Conservation, California Geological Survey (CGS), 11 de septiembre de 2008, “Directrices para la evaluación y mitigación de peligros sísmicos en California,” Publicación Especial 117A, versión revisada.

[6.6] National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), 2008, “Informe NCHRP 611: Análisis sísmico y diseño de muros de contención, estructuras enterradas, taludes y terraplenes,” Washington, D.C.

[6.7] Naval Facilities Engineering Command (NAVFAC), 1986, NAVFAC DM7-02, “Fundaciones y estructuras de tierra,” Alexandria, VA.

[6.8] Port of Long Beach (POLB), 29 de febrero de 2012, “Criterios de diseño de muelles (WDC),” Versión 3.0, Long Beach, CA.

[6.9] American Petroleum Institute (API), noviembre 2014, API Recommended Practice 2A-WSD (API RP 2A-WSD), “Práctica recomendada para la planificación, diseño y construcción de plataformas fijas offshore – Diseño por esfuerzo de trabajo,” 22ª ed., Washington, D.C.

[6.10] Gazetas, G., septiembre 1991, “Fórmulas y gráficos para impedancias de fundaciones superficiales y empotradas,” Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 9.

Autoridad: Secciones 8750 a 8760, Código de Recursos Públicos.

Referencia: Secciones 8750, 8751, 8755 y 8757, Código de Recursos Públicos.

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