inge

1. INTRODUCCION
El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más
impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de
seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relación a la resistencia.
La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras
da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones.
La capacidad de carga, que a menudo se llama estabilidad, es la capacidad del
suelo para soportar una carga sin que se produzca fallas dentro de su masa. La
capacidad de un suelo para soportar una carga varía no solamente con la
resistencia del suelo, sino también con la magnitud y distribución de la carga.
Cuando una carga Q se aplica a un suelo en forma de incrementos graduales,
el suelo se deforma y la curva de carga-asentamiento es similar a las curvas de
esfuerzo-deformación. (Sowers, 1972)

2. CONCEPTOS BASICOS

3. Suelos Compresibles
• La compresibilidad es el grado en que una masa
de suelo disminuye su volumen bajo el efecto de
una carga. A continuación se dan algunos
ejemplos de compresibilidad para diversos
suelos:
• Las gravas y las arenas son prácticamente
incompresibles. Si se comprime una masa
húmeda de estos materiales no se produce
ningún cambio significativo en su volumen.
• Las arcillas son compresibles. Si se comprime una
masa húmeda de arcilla, la humedad y el aire
pueden ser expelidos, lo que trae como resultado
una reducción de volumen que no se recupera
inmediatamente cuando se elimina la carga. En
general, la compresibilidad es aproximadamente
proporcional al índice de plasticidad. Mientras
mayor es el IP, mayor es la compresibilidad del
suelo.

4. Capacidad de Carga
• En Cimentaciones, la capacidad de carga
admisible o capacidad portante
admisible de una cimentación debe
entenderse como la máxima carga por
unidad de área que puede aplicarse sin
que se produzcan desperfectos en la
estructura soportada en las condiciones
de servicio, contando además con un
razonable margen de seguridad.
Técnicamente, la capacidad de carga es la
máxima presión de contacto entre la
cimentación y el terreno tal que no se
produzcan una falla o rotura por cortante
del suelo o un asentamiento diferencial
excesivo. (Laura, 2016)

5. Capacidad de carga
última neta • Se define como la presión última
por unidad de área de la
cimentación soportada por el suelo,
en exceso de la presión causada por
el suelo alrededor al nivel de la
cimentación. Si la diferencia
entre el peso específico del material
que conforma la fundación (ej.
HºAº) y el peso específico del suelo
que rodea a ésta se supone
despreciable, entonces:
q neta = qu – q
Donde:
q neta: Capacidad ultima neta
qu: Carga ultima

6. TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA
Uno de los primeros esfuerzos por adaptar a la mecánica de suelos, son los
resultados de la Mecánica del Medio Continuo en la teoría de Terzaghi a partir de
esta se generaron otras teorías como:
 Prandtl
 Hill
 Skempton
 Meyerhof
 Zaevaert

7. La teoría de Terzaghi
Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría para evaluar la capacidad
última de carga de cimentaciones superficiales, la cual dice que una cimentación
es superficial si la profundidad Df de la cimentación es menor que o igual al
ancho de la misma.
Esta teoría cubre el caso más general, se aplica a suelos con cohesión y fricción, y
su impacto en la Mecánica de Suelos ha sido de tal trascendencia que aun hoy es
posiblemente la teoría más usada para el cálculo de capacidad de carga en los
proyectos prácticos, especialmente en el caso de cimientos poco profunda.

8. Dónde:
• ᵠ = Angulo de fricción.
• t = Esfuerzo cortante.
• c = Cohesión del terreno en cimentación.
• tg ᵠ = Tangente del ángulo ᵠ.

9. FALLAS
DE
SUELO

10. Falla por corte general
• Una falla por corte general involucra una
rotura total del suelo adyacente. Hay una
falla continua por corte del suelo desde la
base del cimiento hasta la superficie del
terreno. En la gráfica carga. Asentamiento
del cimiento, hay una carga distinta con la
que la cimentación falla, y esto es generado
por la carga última aplicable Qu. El valor de
Qu dividido por el ancho B y la longitud L
de la cimentación se considera que es la
capacidad portante última, qu, del terreno
de fundación. La capacidad portante última
ha sido definida como el esfuerzo de carga
que causa una falla catastrófica súbita de la
cimentación.

11. Falla por corte local
• La falla por corte local involucra una
rotura del suelo sólo a inmediaciones
del cimiento. El suelo se eleva en ambos
lados del cimiento, pero la elevación
(desplazamiento) no es significante
como en el corte general. La falla por
corte local puede ser considerada una
fase transicional entre la falla por corte
general y la falla por punzonamiento.
Debido a su naturaleza transicional, la
capacidad portante puede ser definido
como el primer punto no lineal en la
curva carga .asentamiento (círculo
abierto) o al punto donde el
asentamiento crece rápidamente
(círculo cerrado).

12. Falla por punzamiento • Una falla por punzonamiento no desarrolla
las distintas superficies de corte asociadas
con una falla por corte general. En una falla
por punzonamiento, el suelo fuera del área
cargada no es afectado y hay un
movimiento mínimo del suelo en ambos
lados del cimiento. El proceso de
deformación del cimiento involucra la
compresión del suelo debajo del mismo,
también el corte vertical del suelo
alrededor del perímetro del cimiento.
Como vemos en la Figura 8c, la curva carga.
Asentamiento no tiene un cambio
dramático, y para corte por punzonamiento
la capacidad portante normalmente se
define como el primer punto no lineal en la
curva carga-asentamiento (círculo abierto)

13. Ecuación general de capacidad de carga. (Cimentación corrida)
Dónde:
qc = Carga de falla.
Nc, Nq, Ny = Factores de capacidad de carga.
q = Sobre carga efectiva.
B = Ancho de la zapata.

16. Factor de seguridad
El cálculo de la capacidad de carga permisible bruta de cimentaciones
superficiales requiere aplicar un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga
última bruta.

17. Ecuación general de capacidad de carga.

18. Ecuación general de capacidad de carga.
DONDE

19. Teoría de George Geoffrey
Meyerhof
La principal diferencia entre las teorías de Terzaghi y Meyerhof es que este último
considera la resistencia al corte del suelo sobre el nivel de desplante de la
cimentación, mientras que el primero lo ignora. Meyerhof permite que las zonas
de falla se extiendan hasta la superficie del terreno (Meyerhof, 1951). La
superficie de falla asumida por Meyerhof se muestra del lado derecho en la
Figura 14 y Figura 15. (Sowers, 1972)

21. • El mecanismo de falla de una cimentación a
poca profundidad está dividido en tres zonas
(Figura 15), la primera abc es una cuña elástica
de esfuerzos uniformes que se puede considerar
en estado activo de Rankine; la segunda bcd es
una cuña limitada por una curva de espiral
logarítmica cd y es una zona de esfuerzo
cortante radial; la tercera bde es una zona de
corte mixta donde el cortante varía entre los
límites del corte radial y del corte plano,
dependiendo de la rugosidad y profundidad de
la cimentación y se considera que está en
estado pasivo de Rankine. El plano be es la
denominada superficie libre equivalente o
superficie de Meyerhof y en esta superficie
actúan los esfuerzos normales Po y los
tangenciales So productos del peso del suelo
por encima de be. (Sowers, 1972)

22. 𝑞𝑢 = 𝑐′𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 +
1
2
𝛾𝐵𝑁𝛾
Usando el método de superposición de efectos, finalmente la ecuación de capacidad portante
última de Meyerhof es una expresión matemática completamente similar a la de Terzaghi.
Con las expresiones establecidas por Prandtl (1920) para 𝑁𝑐, por Reissner (1924) para 𝑁𝑞 y por el mismo
Meyerhof (1951) para un valor aproximado de ,𝑁𝛾 estos factores de capacidad portante para una cimentación
superficial corrida y horizontal sometida a carga vertical son:
𝑁𝑐 = 𝑁𝑞 − 1 𝑐𝑜𝑡𝜑
𝑁𝑞 = 𝑒𝜋𝑡𝑎𝑛𝜑𝑁𝜑
𝑁𝛾 = 𝑁𝑞 − 1 𝑡𝑎𝑛(1.4𝜑)
𝑁𝜑 = 𝑡𝑎𝑛2
(
𝜋
4
+
𝜑
2
)

23. • Para determinar la capacidad portante última de cimentaciones circulares y rectangulares
de lados B y L, los factores parciales deben multiplicarse por los correspondientes
factores de forma, de origen empírico, que son:
𝑆𝑐 = 1 + 0.2
𝐵
𝐿
𝑁𝜑
𝑆𝑞 = 𝑆𝛾 = 1 𝑠𝑖: 𝜑 = 0°
𝑆𝑞 = 𝑆𝛾 = 1 + 0.1
𝐵
𝐿
𝑁𝜑 𝑠𝑖: 𝜑 > 10°

24. Teoría de Jorge
Brinch Hansen • En una conferencia presentada en
Japón (en octubre de 1968) y
publicada después de su muerte, J.
Brinch Hansen (1970) resume las
recomendaciones para el cálculo de
la capacidad portante última de
cimentaciones superficiales
siguiendo el marco general
introducido por Terzaghi [ecuación
(2)], con los tres factores de
capacidad portante, dos de ellos
idénticos a los usados por Meyerhof
(1963):
𝑁𝑐 = 𝑁𝑞 − 1 𝑐𝑜𝑡𝜑
𝑁𝑞 = 𝑒𝜋𝑡𝑎𝑛𝜑
𝑡𝑎𝑛2
(
𝜋
4
+
𝜑
2
)
𝑁γ = 1.5 𝑁𝑞 − 1 𝑡𝑎𝑛 𝜑
Donde 𝑁𝛾 es un límite inferior calculado por
Lundgren y Mortensen
(1953), y luego por Odgaard y Christensen.
En 1961, Brinch Hansen propuso una
expresión diferente:
𝑁𝛾 = 1.8 𝑁𝑞 − 1 𝑡𝑎𝑛φ

25. Teoría de Aleksandar
Sedmak Vesic
• Vesic (1973) presenta un punto de
vista complementario del desarrollo
del análisis de la capacidad portante
de cimentaciones superficiales.
• La primera aplicación de estas
soluciones en el diseño de
cimentaciones es debido a Caquot
(1934) y Buisman (1935), que
inspiraron a los primeros intentos
de extensión de los cálculos de
plasticidad suelos con peso (Raes,
1941) y sugirieron la superposición
del término con los otros dos de la
ecuación de la capacidad portante.
𝑁𝑐 = 𝑁𝑞 − 1 𝑐𝑜𝑡𝜑
𝑁𝑞 = 𝑒𝜋𝑡𝑎𝑛𝜑
𝑡𝑎𝑛2
(45° +
𝜑
2
)
𝑁𝛾 = 2 𝑁𝛾 + 1 𝑡𝑎𝑛𝜑

26. El efecto de la compresibilidad del suelo y el tamaño del cimiento es
ampliamente discutido. La disminución de la resistencia del suelo cuando el
tamaño del cimiento aumenta al parecer es debido a tres causas:
 La envolvente de los círculos de Mohr no es una línea recta;
 La falla o rotura se desarrolla progresivamente sobre la superficie de
falla;
 Existen zonas de muy baja resistencia en todos los suelos naturales.
Esta disminución se debe principalmente el término 𝑁𝛾.

27. OTRAS SOLUCIONES PARA DETERMINAR LA
CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS
Ensayo de compresión triaxial
Es el ensayo más común, puede aplicarse
para todos los tipos de suelo excepto para las
arcillas muy sensibles y permite aplicar
diferentes procedimientos. La prueba se
realiza en una probeta cilíndrica de suelo que
tiene una relación altura/diámetro de 2:1, los
tamaños comunes son de 16 X 38 mm y 100 x
50 mm.

28. Ensayo de corte directo
Recibe este nombre debido a que se miden los esfuerzos
normales y de corte en el plano de falla; se corta un prisma
rectangular o cilíndrico de una muestra de suelo (o se remoldea,
según sea necesario) y se introduce con precisión en una caja
metálica dividida en dos mitades horizontales.
En el aparato de tipo estándar la caja es de 60 x 60 mm,
puede ser tanto de forma cuadrada como circular y fue
desarrollado por Casagrande, pero para los suelos de granos
más gruesos y quizá arcillas agrietadas se usa una versión más
grande.

29. Ensayo de penetración estándar (SPT)
Se emplea para conocer la resistencia de un terreno y su
capacidad de deformarse, conocido también como ensayo
dinámico está especialmente indicado para arenas debido a que
en suelos arcillosos presenta bastantes dificultades de
interpretación, también en suelos que contengan gravas deberá
de tenerse cuidado con la influencia del tamaño de partículas
del suelo.
Consiste en determinar el número de golpes necesarios (N) para
hincar un muestreador a cierta profundidad en el suelo.

30. Ensayo de penetración de cono (CPT)
Originalmente conocido como ensayo de penetración con cono holandés, es un
método utilizado para determinar los materiales en un perfil de suelo y hacer un
estimado de las propiedades ingenieriles, también se le conoce como prueba de
penetración estática, a diferencia del SPT no necesita de barrenos para su
realización. Se efectúa empujando el cono de penetración estándar (de acuerdo con
la norma ASTM D 3441, con 60° de la punta a la base, un diámetro de 35.7 mm con
un área de sección de 10 cm²) en el suelo a un ritmo de 10 a 20 mm/s, el ensayo es
detenido periódicamente para sujetar barras de 1 m y así extender la profundidad del
sondeo; sin embargo, algunas configuraciones de empuje permiten una longitud
extra de barra para hacer un empuje casi continuo, los primeros penetrómetros
median únicamente la resistencia a la penetración, llamada resistencia a la
penetración de punta.

31. CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS
CON FINES DE CIMENTACIÓN
Tipologías:
Las cimentaciones se clasifican en: Cimentaciones Superficiales y Cimentaciones Profundas.
1.- cimentaciones superficiales:
• Cimientos Corridos
• Zapatas
• Vigas de Cimentación
• Losa de Cimentación
2.- cimentaciones profundas:
• Pilotes
3.- Cimientos Corridos:
• Son excavaciones superficiales para obras que no requieren refuerzos en el suelo.

32. Proceso constructivo de un Cimiento corrido
Proceso constructivo de un Cimiento
a).- Trazado y replanteo
b).- Excavación
c).- Perfilado y limpieza de la zanja
d).- Colocación de fierros para las columnas
e).- Colocación de la primera capa de concreto previo mojado de la zanja
f).- Colocar las piedras dejando espacios para que el concreto los cubra
g).- Colocar otra capa de concreto, hasta el nivel requerido, dejando en la parte
superior piedras que sobresalgan en los lugares donde se va ubicar el sobre
cimiento.

33. COEFICIENTES DE CAPACIDAD DE CARGA
Las siguientes expresiones debidas a Prandtl (1920) corresponden a las fórmulas
analíticas que proporcionan los valores de los coeficientes de carga de la fórmula
polinómica de Brinch-Hansen.


 tan
2
2
45
tan e
Nq 







  
cot
1

 q
c N
N
  
 tan
1
2 
 q
N
N
Para el caso particular de f = 0, tenemos que los coeficientes de capacidad de carga
valen respectivamente:
Nq = 1 Nc = 5,14 Ng = 0

34. COEFICIENTES DE INCLINACIÓN
Las expresiones que proporcionan los valores de los coeficientes de inclinación se
deben a Schultze (1952), Caquot y Odgaard entre otros.
2
90
1 











qi
ci F
F
2
1 











i
F

36. CONCLUSIONES
• Los tipos de fallas que puede tener un suelo por su capacidad portante son: falla por
corte general, por punzamiento y por corte local.
• Existen muchas teorías de capacidad de carga de las cuales Terzagui es la mas utilizada
• La formula general de la capacidad portante esta dada por Meyerhof (1963).
• En manera practica (ensayos de laboratorio) el ensayo de penetración estándar es un
medio fácil para determinar la capacidad de carga admisible del suelo y tiene la
ventaja de proporcionar un perfil estratigráfico, además que las muestras obtenidas
son alteradas pero representativas, razón por la que puede determinarse el tipo de
suelo y hacer las correlaciones respectivas.
• El ensayo de corte directo proporciona un valor del ángulo de fricción interna 5º
mayor al obtenido en el ensayo triaxial, para mayor seguridad realizar la reducción
recomendada con el factor de seguridad en corte (FS corte).