“CAPACIDAD DE CARGA DE UNA CIMENTACIÓN”
Curso: Ingeniería de cimentaciones
Docente Tutor: ING. Villena Ortega, Luís Albert...
El criterio de resistencia tiene el propósito
de asegurar que la cimentación tenga la suficiente
resistencia para soportar...
Llegar a conocer el tipo de falla que presenta
nuestro suelo e interpretarla de acuerdo a lo visto
en campo y de este modo...
Se llama resistencia al corte de un suelo a la tensión de corte
o cizallamiento sobre un plano determinado en el momento d...
La capacidad de carga de un suelo está en función
de su comportamiento ante fuerzas de corte, la
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Se denomina como capacidad de carga admisible de una
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Modelo de Khristianovich, Q < P
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Ahora se lleva a cabo el mismo análisis para una cimentación.
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la profundidad crítica, lo que indica que al tratar de
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Se les conoce como cimentaciones superficiales a aquellas cuya profundidad de
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La capacidad de carga admisible, qadm, consiste una reducción de la capacidad
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Cuando el nivel freático está por debajo de la cimentación
aproximadamente a una distancia de 0.5B⋅tan(45+φ/2) los efectos...
Las fallas por capacidad de carga se presentan debido a la rotura por corte
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1. Una adecuada extracción y tallado de la muestra de suelo para el ensayo triaxial y el
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1. Realizar una exploración del suelo mediante pozos a cielo abierto para obtener perfiles estratigráficos del terreno y
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Capacidad de carga

  1. 1. “CAPACIDAD DE CARGA DE UNA CIMENTACIÓN” Curso: Ingeniería de cimentaciones Docente Tutor: ING. Villena Ortega, Luís Alberto Alumno: CHINCHAY HUAMÁN, Miguel
  2. 2. El criterio de resistencia tiene el propósito de asegurar que la cimentación tenga la suficiente resistencia para soportar grandes cargas que ocasionalmente puedan producirse debido a fuerzas ambientales extremas o de otras fuentes. En la mayoría, pero no en todos los casos, el criterio de servicio o asentamiento y el criterio de resistencia, pueden tratarse independientemente. INTRODUCCIÓN
  3. 3. Llegar a conocer el tipo de falla que presenta nuestro suelo e interpretarla de acuerdo a lo visto en campo y de este modo determinar nuestro terreno. Conocer y determinar el factor de seguridad adecuado para nuestras construcciones efectuadas en nuestro tipo de terreno. objetivos
  4. 4. Se llama resistencia al corte de un suelo a la tensión de corte o cizallamiento sobre un plano determinado en el momento de falla. (Coulomb 1736 – 1806). Dicha teoría establece que el material falla cuando el esfuerzo cortante que actúa en un plano alcanza un valor límite máximo. Los suelos en algunos casos bajo ciertos parámetros suelen comportarse como materiales elásticos, aunque a veces pueden producirse deformaciones mayores a las normales, debiendo realizarse cálculos que tomen en cuenta el comportamiento plástico. Cuando una muestra de suelo se somete a una fuerza cortante esta causa el desplazamiento de partículas entre si o de una parte del suelo con respecto al resto de la misma. Pueden darse los siguientes comportamientos: RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO
  5. 5. La capacidad de carga de un suelo está en función de su comportamiento ante fuerzas de corte, la resistencia al corte depende del esfuerzo normal ejercido sobre el suelo y las propiedades del mismo, una presión ejercida sobre el suelo puede provocar una falla por medio del deslizamiento de las partículas, el cual es contrarrestado también por la cohesión. RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA AL CORTE Y LA CAPACIDAD DE CARGA
  6. 6. Se denomina como capacidad de carga admisible de una cimentación, aquella carga que al ser aplicada no provoque falla o daños en la estructura soportada, con la aplicación de un factor de seguridad. La capacidad de carga no solo está en función de las características del suelo sino que depende del tipo de cimentación y del factor de seguridad adoptado. Una forma de analizar la capacidad de carga es por medio del modelo mecánico de Khristianovich. Se tiene una balanza ordinaria, cuyo movimiento está limitado por la fricción en las guías de los platillos, si se coloca un peso lo suficientemente pequeño en uno de los platillos, la balanza permanece en equilibrio debido a que la fricción de las guías lo contrarresta, si se coloca un peso mayor que la fricción de las guías, se requiere entonces de un segundo peso en el otro platillo. Cuando la balanza pierde el equilibrio por el incremento de peso en uno de los platillos por muy pequeño que sea, se conoce como equilibrio crítico de la balanza. La capacidad de las cimentaciones puede ejemplificarse siguiendo con el modelo de la balanza. CAPACIDAD DE CARGA
  7. 7. Modelo de Khristianovich, Q < P Modelo de Khristianovich, Q > P En el platillo derecho se tiene un peso P y se quiere determinar el valor de Q a colocar en el platillo izquierdo para que la balanza se encuentre en equilibrio crítico, existen dos soluciones posibles para esta situación, una es con Q < P y la otra Q > P.
  8. 8. Ahora se lleva a cabo el mismo análisis para una cimentación. Se tiene una cimentación de ancho B a una profundidad Df, que se supone continúa. En el caso de la cimentación debe encontrarse la carga q, última que puede colocarse en el cimiento sin que se desestabilice el conjunto, sustituyendo el cimiento y colocándolo en uno de los platillos del modelo de análisis, el terreno natural estaría sobre el otro. Puede verse que la presión q que puede colocarse en el platillo del cimiento es mayor que la carga del otro platillo (p = γ⋅ Df). Esto se debe a que la resistencia del suelo equivalente a la fricción en las guías está trabajando a favor de q, lo que corresponde al caso en el que Q > P. Modelo de Khristianovich aplicado a cimentación
  9. 9. Si la profundidad sigue aumentando, existe entonces la profundidad crítica, lo que indica que al tratar de profundizar más, el fondo de dicha excavación se levantará como el platillo de la balanza, este fenómeno es conocido como falla de fondo. Si una carga es aplicada en un área limitada ubicada en la superficie del suelo o debajo de ella, el área cargada cede y si la carga se aumenta de forma continua, los asentamientos que se grafican en el eje vertical en un sistema de coordenadas dan lugar a la llamada curva de asentamientos. Un suelo resistente equivale a guías con mucha fricción y viceversa.
  10. 10. CIMENTACIONES SUPERFICIALES Se les conoce como cimentaciones superficiales a aquellas cuya profundidad de desplante Df es menor o igual que el ancho de la misma, pero también se sugiere que se tomen como cimentaciones superficiales aquellas cuya profundidad de desplante sea menor o igual a tres o cuatro veces el ancho de la cimentación. Entre este tipo de cimentaciones se encuentran las zapatas aisladas, las cimentaciones corridas y las losas de cimentación, cuyo procedimiento de cálculo de capacidad de carga se trata en el cuarto capítulo. Las zapatas aisladas son elementos estructurales, por lo general de forma cuadrada o rectangular, a veces circular, que se construyen para poder transmitir la carga de las columnas hacia el suelo por medio de una mayor área para disminuir la presión. Los cimientos o zapatas corridas son elementos análogos a los anteriores, en el caso de éstos la longitud del cimiento es grande en comparación con el ancho. Soportan varías columnas o muros de mampostería, es una forma derivada de la zapata aislada, debido al caso en el que el suelo sea de baja resistencia que cree la necesidad de un mayor área de repartición o en caso de que se deban transmitir mayores cargas hacia el suelo. CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES
  11. 11. La capacidad de carga admisible, qadm, consiste una reducción de la capacidad de carga última con la aplicación de un factor de seguridad FS: q u q adm = FS La capacidad de carga última neta es la carga última, qu, menos el exceso de presión de sobrecarga producida por el suelo alrededor de la cimentación y puede utilizarse en caso que la diferencia entre el peso específico del suelo y el concreto sea considerada pequeña: qneta(u) = qu − q Donde: qneta(u) = capacidad de carga última neta q = γ⋅Df Por lo tanto: qadm(neta) = qu − q FS El factor de seguridad para todos los casos puede ser de 3. Factor de seguridad
  12. 12. Cuando el nivel freático está por debajo de la cimentación aproximadamente a una distancia de 0.5B⋅tan(45+φ/2) los efectos del agua pueden ser ignorados para la capacidad de carga. Si la capa freática se encuentra dentro de esta zona, entonces en algunos casos se puede ignorar para una solución conservativa. A pesar de ello se puede realizar una corrección al peso específico del suelo que debe ser tomado como1: Ye = (2 ⋅ H − dw) dw H y2 + y, H . (H − dw) Donde: H = 0.5 ⋅ B ⋅ tan(45 + φ/2) dw = profundidad del nivel freático debajo de la base de la cimentación γh = peso específico húmedo del suelo a la profundidad dw γ’ = γsat - γw = peso específico sumergido γsat = peso específico saturado del suelo γw = peso específico del agua (9.807 kN/m3 Método alternativo para capacidad de carga afectada por nivel freático
  13. 13. Las fallas por capacidad de carga se presentan debido a la rotura por corte del suelo bajo la cimentación, existen tres tipos de falla: falla por corte general, falla por punzonamiento y falla por corte local. Se tiene una cimentación corrida con un ancho B la cual es soportada por un suelo denso o cohesivo firme, si la carga que soporta dicho suelo es incrementada de forma gradual, habrá un aumento en el asentamiento llegando al punto en el cual la carga por unidad de área es igual a la capacidad de carga última, ocurrirá entonces una falla repentina en el suelo, esta falla es llamada falla por corte general. Se presenta en arenas densas y arcillas rígidas. FALLAS POR CORTE GENERAL Su principal característica es una superficie de falla continua que comienza en el borde de la cimentación y llega a la superficie del terreno, es una falla frágil y súbita, llegando al punto de ser catastrófica, y si la estructura no permite la rotación de las zapatas, puede ocurrir con cierta inclinación visible de la cimentación, lo que provoca hinchamiento del suelo a los lados, el colapso final se presenta en un solo lado TIPOS DE FALLAS
  14. 14. 1. Una adecuada extracción y tallado de la muestra de suelo para el ensayo triaxial y el ensayo de corte directo permite obtener resultados confiables, para determinar la capacidad de carga y observar el comportamiento del mismo en estado natural. 2. Dependiendo de la ecuación de capacidad de carga utilizada, el factor de seguridad varía en función de la cantidad de datos disponibles y utilizados, a mayor cantidad de datos utilizados, el factor de seguridad debe disminuirse. 3. 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. 4. El valor N base utilizado en las ecuaciones de capacidad de carga puede variar de un texto a otro, el subíndice indica la proporción entre la energía real del martillo y la energía de ingreso del muestreador (N60, N55, etc.). 5. Las ecuaciones de Meyerhof, Hansen y Vesic para cimentaciones superficiales proporcionan la mayoría de veces resultados muy cercanos entre si. 6. Los factores de capacidad de carga modificados por sismo disminuyen en gran medida la capacidad de carga estática. 7. En el caso de carga de punta de pilotes, los métodos de Vesic y de Janbu pueden utilizarse para analizar el comportamiento del suelo haciendo variar el índice de rigidez y el ángulo de falla del suelo respectivamente. 8. El método α para el cálculo de resistencia por fricción en pilotes puede dar un valor un tanto diferente a los métodos β y λ, debido a que éstos están planteados para suelos arcillosos de condición φ = 0 y no toman en cuenta el ángulo de fricción entre el pilote y el suelo δ, etc. CONCLUSIONES
  15. 15. 1. Realizar una exploración del suelo mediante pozos a cielo abierto para obtener perfiles estratigráficos del terreno y llevar a cabo un muestreo de los materiales, esto permite elegir el estrato o los estratos más adecuados para cimentar dependiendo del tipo de subsuelo. La muestra extraída no debe contener raíces o material orgánico y debe estar impermeabilizada con parafina; es recomendable una profundidad de extracción de al menos cinco metros, ya que en el caso de arcillas pueden tener un elevado contenido de humedad si se extraen a una profundidad relativamente pequeña. 2. Generalmente, 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 en el capítulo 3 con el factor de seguridad en corte (FScorte). 3. Utilizar el valor de la capacidad de carga admisible, obtenido por medio del ensayo de penetración estándar como un valor de referencia, esto se debe a que las muestras obtenidas en el mismo son muestras alteradas. 4. Verificar el valor N base del equipo para SPT utilizado antes de proceder a calcular la capacidad de carga. 5. Utilizar el valor de la capacidad de carga obtenido por medio de la ecuación de Terzaghi para cimentaciones superficiales como un cálculo estimado, de referencia o valor máximo, debido a que por lo general proporciona valores de capacidad de carga mayores a las ecuaciones de los demás autores y no toma en cuenta factores como la forma del cimiento y otros. 6. Debido a la cercanía entre los valores de capacidad de carga para cimentaciones superficiales, el uso de una ecuación en especial queda a criterio del diseñador, en dado caso puede hacerse un promedio de los valores obtenidos y tener la referencia de la ecuación de Terzaghi. 7. Debido a las características geológicas de nuestro país y la reducción de capacidad de carga causada por sismo, tomar en cuenta la zona sísmica de la que se extrajo la muestra. 8. Determinar la capacidad de carga para diferentes cimentaciones y el área ocupada por cada una, posteriormente determinar los costos respectivos, funcionalidad, etc. y elegir la más adecuada. 9. Para los métodos de Vesic y Janbu de capacidad de carga de punta de pilotes, en el método de Vesic deben llevarse a cabo ensayos de laboratorio, para determinar el índice de rigidez del suelo y utilizar los valores proporcionados en algunas tablas como referencia; en el caso de la ecuación de Janbu realizar varios cálculos haciendo variar el ángulo ψ de falla del suelo o tener un buen criterio en cuanto a su elección. 10. Tomar el menor de los valores de capacidad por fricción en pilotes y pilas perforadas como el valor de la capacidad de carga a utilizar o realizar un promedio de los valores de los diferentes métodos; utilizar el método de cálculo más accesible, según los datos de laboratorio disponibles, si se asumen datos por medio de tablas utilizar un factor de seguridad elevado. 11. Realizar los ensayos de corte directo, ensayo triaxial, SPT o CPT de tal forma que se tenga un rango de valores a manera de envolvente utilizando las diferentes ecuaciones, posteriormente tomar un valor promedio como el valor a emplear en el diseño de la cimentación. RECOMENDACIONES

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