Este documento presenta la teoría de la capacidad de carga en suelos utilizando el modelo mecánico de la balanza de Khristianovich. Explica que la capacidad de carga admisible de una cimentación se determina aplicando un factor de seguridad a la carga crítica que produce un estado de equilibrio inestable. También extiende este modelo a cimentaciones, comparando la cimentación con un platillo de la balanza y el terreno natural con el otro platillo.

1. 2.2 TEORÍAS DE CAPACIDAD DE
CARGA

2. INTRODUCCIÓN
Las cimentaciones de estructuras o equipos que
soportan usualmente se diseñan para satisfacer
ciertos requerimientos de servicio y resistencia.
 Las condiciones de servicio establecen que la
cimentación debe comportarse satisfactoriamente,
bajo las condiciones normales de cargas de
operación que imponen la estructura o equipo que
soportan, de tal forma que se satisfagan los
propósitos de su diseño. Las limitaciones de
servicio se describen típicamente por el
asentamiento u otras limitaciones de movimiento.


3. PROBLEMA DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN
SUELOS

Para visualizar objetivamente el problema de la
capacidad de carga en suelos,
resulta útil
comprender el “modelo mecánico de la balanza de
Khristianovich”, que se describe a continuación:
considérese
una
balanza
ordinaria
cuyo
desplazamiento está restringido por fricción en las
guías de los platillos, tal como se muestra en la
figura 1.

4. PARA EJEMPLIFICAR LO DESCRITO ANTERIORMENTE,
CONSIDERE EL SIGUIENTE EJEMPLO:

Si la fuerza de fricción (f) desarrollada en cada guía de la
balanza es de 1 kg y en uno de los platillos se coloca una
carga P = 6 kg, entonces existe desequilibrio pues P – 2f = 4
kg; por lo anterior, surge la siguiente pregunta ¿cuál es la
carga Q que hay que colocar en el otro platillo de tal
forma que la balanza esté en estado incipiente de falla?. La
condición de carga buscada corresponde a dos casos:
1. Si Q = 4 kg, la balanza está en equilibrio pues
Q + 2f = 6 kg = P
2. Si Q = 8 kg, la balanza está en equilibrio pues
Q - 2f = 6 kg = P
Por lo anterior, la Qcrítica que produce un estado de equilibrio crítico
es 6 y 8 kg.

5. CONCEPTO DE CAPACIDAD DE CARGA
ADMISIBLE

La capacidad de carga admisible (qadm.) es la que
se obtiene al aplicar un factor de seguridad (FS).
En comportamiento de materiales, la carga
admisible (para diseño de un elemento estructural)
se determina como:

6. Por ejemplo:

Si se aplica dicho concepto a la balanza de
Khristianovich con un FS = 3, se tiene:
1. Qadm. = 4 kg / 3 = 1.33 kg
2. Qadm. = 8 kg / 3 = 2.67 kg
Con los pesos anteriores en el platillo de la balanza, determinar si se
presenta el equilibrio:
1. P – Qadm. = 6 kg – 1.33 kg = 4.67 kg > 2 kg (2f) No hay equilibrio
2. P – Qadm. = 6 kg – 2.67 kg = 3.33 kg > 2 kg (2f) No hay equilibrio

7. EXTENSIÓN DEL MODELO DE KHRISTIANOVICH
A LOS SUELOS

Considérese el caso de una cimentación (figura 2),
con ancho B, desplantado a una profundidad de
desplante Df dentro de un medio contiguo. El
problema de la capacidad de carga de la
cimentación consiste en encontrar la carga Q
máxima que puede aplicarse en el cimiento, sin
que se pierda la estabilidad del sistema; la
correspondencia con la balanza puede visualizarse
haciendo coincidir un platillo con el cimiento y el
otro platillo está dentro del terreno natural, tal como
se ve en la figura 2.

8. BIBLOGRAFIA

http://www.gruposimco.dmatus.com/conferencias/G
eotecnia/6Capacidadcarga.pdf