ERTYU

1. ING. EDGAR ACURIO CRUZ
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LOS ANDES
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: INGENIERIA DE FUNDACIONES (C)

2. 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)

3. FALLAS EN LAS CIMENTACIONES

4. FALLAS EN LAS CIMENTACIONES

5. 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 (SE GENERA EL
FENOMENO DE CONSOLIDACIÓN) . 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.

6. 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).
OJO : No se produce fallas en la cimentación
cuando la capacidad de carga es mayor o igual a la
presión que transmite la obra de ingeniería en la
cimentación.

7. 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.
CºAº) 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 o capacidad de carga
q = ɣ Df
ɣ = peso específico del suelo
Df = profundidad de cimentación

8. FALLAS O MECANISMOS
DE RUPTURA
DEL
SUELO POR CAPACIDAD
DE CARGA

9. 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.

10. Falla por corte general
• Si el suelo es poco compresible, el mecanismo de rotura se desarrolla sin cambio de volumen y las
deformaciones verticales de la cimentación solamente se producen si se moviliza una masa de terreno a lo
largo de una superficie de deslizamiento. Este mecanismo de rotura es el más general en cimentaciones
superficiales y es el que se va a analizar con más detalle en este tema.
• -Características de este mecanismo:
a) Superficies de deslizamiento bien definidas que afloran en la superficie del terreno.
b) Levantamientos del terreno a ambos lados. Aunque la teoría indica una rotura simétrica, pequeñas
irregularidades hacen que sea asimétrica con giros más o menos importantes.
c) La rotura puede ser repentina y catastrófica y se identifican de modo más o menos claro, en el terreno, las
zonas que se muestran en la Figura 4.8.
• -Suelos típicos: Este tipo de mecanismos suele producirse en suelos homogéneos de baja o media
compresibilidad: arenas densas o muy densas y arcillas saturadas, en condición de carga a corto plazo (sin
drenaje).

11. Falla por corte general: Secuencia del mecanismo
de rotura general en el terreno

12. Falla por punzonamiento
• 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. Falla por punzonamiento
Si el suelo es muy compresible, las deformaciones verticales de la cimentación pueden
producirse por la disminución del volumen del suelo debajo de la cimentación. Este
mecanismo de rotura es muy habitual en cimentaciones profundas.
Características de este mecanismo:
a) Superficies de deslizamiento bien definidas solamente debajo de la cimentación.
b) Se producen grandes desplazamientos verticales debido a la compresibilidad del suelo.
c) La rotura puede no ser catastrófica. No se producen levantamientos laterales del terreno ni
giros destacables.
-Suelos típicos:
• Suelos de alta compresibilidad: arenas muy sueltas, arcillas plásticas parcialmente saturadas,
arcillas normalmente consolidadas en condición de drenaje.

14. 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).

15. Falla por corte local
Con cierta compresibilidad del terreno, puede aparecer una situación
intermedia entre las dos anteriores que es la rotura local.
Características de este mecanismo:
a) Superficies de deslizamiento bien definidas solamente debajo de la
cimentación.
b) Se requieren grandes deformaciones verticales para que la superficie
de rotura aparezcan en la superficie del terreno.
c) A ambos lados de la cimentación, los levantamientos son escasos. No se
tiende a producir ningún giro en la cimentación y la rotura no suele ser
catastrófica.
-Suelos típicos:
• Suelos de compresibilidad moderada: arenas medianamente densas.
• En la siguiente Figura se muestra, en dos etapas, el mecanismo de
rotura local.

16. Ábaco esquemático Mecanismo de rotura-
Resistencia para un suelo homogéneo.
Los diferentes mecanismos de rotura pueden clasificarse en forma de ábaco
relacionándolos con la densidad relativa del suelo susceptible más probable. La
Figura adjunta muestra un ábaco esquemático tipo para un suelo homogéneo en
función del ancho de la cimentación B y de la profundidad de apoyo o
profundidad de la cimentación D.

17. 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

18. La teoría de Karl Von Terzaghi
Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría para evaluar la capacidad
de carga o 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.
Sin embargo, investigadores posteriores sugirieron que las cimentaciones con Df
igual a tres o cuatro veces su ancho se podían definir como cimentaciones
superficiales.
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 superficiales.

19. Terzaghi sugirió que para una cimentación continua o corrida: La superficie de falla en el suelo ante carga última se puede
suponer similar a la que se muestra en la figura 3.5. (Observe que este es el caso de falla general por corte. El efecto del suelo
arriba del fondo de la cimentación también se puede suponer que se reemplaza por una sobrecarga equivalente, q= ɣDf. La
zona de falla bajo la cimentación se puede separar en tres partes (consulte la figura 3.5):
1. La zona triangular ACD inmediatamente abajo de la cimentación.
2. Las zonas de radiales de corte ADF y CDE, con las curvas DE y DF como arcos de una espiral logarítmica.
3. Dos zonas triangulares pasivas de Rankine FHA y CEG.
Los ángulos CAD y ACD se suponen iguales al ángulo de fricción del suelo ø. Observe que, con el reemplazo del suelo arriba
del fondo de la cimentación por una sobrecarga equivalente q, se ignoró la resistencia cortante del suelo a lo largo de las
superficies de falla GI y HJ. Aplicando un análisis de equilibrio, Terzaghi expresó la capacidad de carga última con la
expresión:
La teoría de Karl Von Terzaghi

20. La teoría de Karl Von Terzaghi

21. La teoría de Karl Von Terzaghi

22. La teoría de Karl Von Terzaghi

23. La teoría de Karl Von Terzaghi

24. La teoría de Karl Von Terzaghi

25. MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE
CARGA POR NIVEL FREÁTICO
Las modificaciones anteriores se
basan en la suposición de que no
existe una fuerza de filtración
en el suelo.
Caso III. Cuando el nivel freático
se ubica tal que d $ B, el agua no
tendrá efecto sobre la capacidad
de carga
última.

26. 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.

27. Ecuación general de capacidad de
carga, Meyerhof (1963)

28. Ecuación general de capacidad de
carga, Meyerhof (1963)
DONDE

29. FACTORES 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 ø = 0, tenemos que los coeficientes de capacidad de carga
valen respectivamente:
Nq = 1 Nc = 5,14 Ng = 0

30. FACTORES DE DE INCLINACIÓN
Las expresiones que proporcionan los valores de los coeficientes de inclinación se
deben a Schultze (1952), Caquot , Odgaard , Meyerhof y Hanna (1981)
2
90
1 











qi
ci F
F
2
1 











i
F

31. Ecuación general de la capacidad de carga

34. EJEMPLO DE
CAPACIDAD DE
CARGA
UTILIZANDO LA
FORMULA
GENERALIZADA

35. 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)

37. • 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)

38. 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
)

39. • 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°

40. 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

41. 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

42. 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.

43. ENSAYOS DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LOS
PARAMETROS DE RESITENCIA DEL SUELO ( ø; c)
PARA CALCULAR LA CAPACIDAD PORTANTE
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.

44. 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.

45. 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.

46. 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.

47. CONCLUSIONES
• Los tipos de fallas que puede tener un suelo por su capacidad portante son: falla por
corte general, por punzonamiento y por corte local.
• Existen muchas teorías de capacidad de carga de las cuales Terzaghi 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).

48. “El Coeficiente de Balasto en la
Interacción Suelo Estructura”
ING. EDGAR ACURIO CRUZ

49. OBJETIVOS
• Obtener parámetros referenciales que sirvan en la
elección del tipo de cimentación
• Calcular el coeficiente de Balasto para las zapatas y
vigas de cimentación.
• Usar el coeficiente de Balasto en un modelo estructural
que agrupe tanto a la subestructura como a la
superestructura y compararlas con modelos
independientes entre sub estructuras y
superestructura.

50. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE
BALASTO
El módulo de balasto de una losa o zapata
se define a partir de el ensayo de placa de
carga realizado sobre el terreno, siendo
habitual que dicha placa sea cuadrada de
30x30 cm (1 pie x 1 pie), o bien circular de
diámetros 30, 60, 76.2 cm.
El coeficiente de balasto para una pequeña
superficie cargada en terreno homogéneo
se deduce directamente de la pendiente de
la curva presión-asiento en un ensayo de
carga con placa

51. Sin embargo, al aumentar la superficie cargada los asientos son
mayores para la misma presión, la carga afecta a un mayor
volumen de terreno y por tanto disminuye.

52. TIPOS DE ENSAYO DE
CARGA
ENSAYOS DE CARGA DIRECTA
Este ensayo consiste en aplicar una determinada carga
vertical a una placa circular y registrar el asentamiento
producido por la misma. Para cada valor de carga o descarga se
toman las lecturas de los asentamientos a intervalos de
tiempos específicos hasta que estas se estabilicen o su
variación sea pequeña.
A continuación se tiene el ensayo de carga con fines de
cimentación realizado en el laboratorio Geotécnico del CISMID
de la universidad nacional de ingeniería Lima (Estudio Nº LG
99021) .

54. CARGAvs ASENTAMIENTO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1 2 3 4 5
ASENTAMIENTO (mm)
CARGA
(kg/cm2)

55. Reemplazando los valores de asentamiento en la ecuación
lineal para x=1 y x=2 se tiene y= 1.7148 e y=3.7206 de
los cuales el valor del coeficiente de balasto será: K=20.06
kg/cm3
Carga vs Asentamiento
y = 2.0058x - 0.291
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Asentamiento (mm)
Carga
(kg/cm2)

56. ENSAYO DE CARGA
CICLICA
Este ensayo consiste en aplicar ciclos de carga y descarga el
objetivo es determinar la deformación elástica en carga y descarga,
por consiguiente determinar las propiedades dinámicas del terreno
de acuerdo a la norma ASTM D- 1194 con las modificaciones del
caso.
Este tipo de ensayo se realiza para determinar las características del
suelo donde se ubicaran la cimentación de maquinas

57. Calicata: C-1
Profundidad: 2.00 m
Placa cuadrada de 30x30 cm
Fecha: febrero de 2019
CARGA vs ASENTAMIENTO
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ASENTAMIENTO (mm)
CARGA
(kg/cm2)

58. Reemplazando los valores de asentamiento en la ecuación
lineal para x=2 y x=3 se tiene y= 0.2283 e y=0.5161
respectivamente de los cuales el valor del coeficiente de
balasto será: K=2.872 kg/cm3
Carga ciclica Vs Asentamiento
y = 0.2878x - 0.3473
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Asentamiento (mm)
Carga
(kg/cm2)