ACIMENTACIONES SESION JABXHSABX JBSA.pdf

MECANICADE SUELOS
APLICADA A
CIMENTACIONES Y VIAS DE
TRANSPORTE

Historia de la mecánica de
suelos
 En la dinastía Chou, 1000 A. C, se dan
recomendaciones para construir los
caminos y puentes. El siglo XVII trae las
primeros contribuciones literarias sobre
ingeniería de suelos y el siglo XVIII marca
el comienzo de la Ingeniería Civil, cuando la
ciencia se toma como fundamento del
diseño estructural.

 Vauban, 1687, ingeniero militar francés da
reglas y fórmulas empíricas para
construcción de muros de contención.
 Bullet, 1691, (francés), presenta la primera
teoría sobre empuje de tierras y a ella
contribuyen los franceses Couplet (1726),
Coulomb (1773), Rondelet (1802), Navier
(1839), Poncelet (1840) y Collin (1846).
Más adelante el escocés Rankine (1857) y
el suizo Culman (1866)

 En 1773, Coulomb (francés), relaciona la
resistencia al corte con la cohesión y
fricción del suelo. En 1857, Rankine
(escocés), presenta su teoría del empuje de
tierras. En 1856, se presenta la "Ley de
Darcy" (Francia) y la “Ley de Stokes”
(Inglaterra), relacionadas con la
permeabilidad del suelo y la velocidad de
caída de partículas sólidas en fluidos

 Culman (1866) aplica gráficamente la
teoría de Coulomb a muros de
contención. En 1871, Mohr (Berlín)
desarrolla el cálculo de esfuerzos
(una representación gráfica) en un
punto del suelo dado.

 1873, Bauman (Chicago) afirma que
el área de la zapata depende de la
carga de la columna y recomienda
valores de carga en arcillas.

 En 1885 Boussinesg (Francia) presenta
su teoría de distribución de esfuerzos y
deformaciones por cargas estructurales
sobre el terreno.

 En 1890, Hazen (USA) mide
propiedades de arenas y cascajo para
filtros.
 En 1906, Strahan (USA) estudia la
granulometría para mezclas en vía.

 En 1906, Müler, experimenta modelos de
muros de contención en Alemania.
 En 1908, Warston (USA), investiga las
cargas en tuberías enterradas.
 En 1911, Atterberg (Suecia), establece
los límites de Atterberg para suelos
finos.

 En 1913, Fellenius (Suecia),
desarrolla métodos de muestreo y
ensayos para conocer la resistencia al
corte de los suelos y otras
propiedades. Además, desarrolla el
método sueco del círculo para
calcular la falla en suelos cohesivos.

 En 1925, Terzagui, presenta en Viena el
tratado ERDBAUMECHANIK que hace de
la Mecánica de Suelos una rama
autónoma de la Ingeniería. El científico
de Praga, Karl Terzagui, es el padre de
la Mecánica de Suelos.

 En la Sede de Manizales cuando la
entonces Facultad de Ingeniería
creada en 1948, hacia 1952 se dictó
por primera vez el curso de M de S
por el Ingeniero Civil Julio Robledo
Isaza

El suelo es la desintegración de las rocas
o descomposición de rocas
 Rocas Ígneas
 Rocas Sedimentarios
 Rocas Metamórficas
ORIGEN Y FORMACION DE SUELOS

FACTORES DE FORMACION Y
EVOLUCION DEL SUELO

PROCESOS DE INTEMPERISMO
 Intemperismo Físico
Cambios térmicos, acción de agua y
fisuras internas, arrastre de
fragmentos erosionados, posible
acción directa por congelación, acción
de gravedad etc.

 Intemperismo Químico
Por fenómeno de hidratación,
(sulfatos sales) oxidación minerales
de hierro

 Intemperismo Biológico
Actividad bacteriana, induciendo
putrefacción de materiales orgánicos
y mezclando el producto con otras
partículas de origen físico químico,
actuando de elemento catalizador

EFECTOS DE TRANSPORTE
 Suelos residuales.- cuando el suelo
permanece insitu sin ser
transportados.
 Suelos transportados.- cuando han
sufrido un transporte, formando
depósitos coluviales aluviales

Horizontes del suelo
A A00 Hojas y residuos orgánicos sin descomponer
A0 Residuos parcialmente descompuestos
A1 Color oscuro por presencia de materia organica
A2 Color claro por efecto del lavado
A3-B1 Transición a A-B
B B2 Precipitación de sustancias lavadas de A
B3 Transición B-C
C C Fragmentos y restos de meteorización de la roca madre
D
D Roca madre sin alterar

IDENTIFICACION EN CAMPO
 Se evalua el área de estudio, origen o
procedencia, el tipo de suelos,
sedimentación, etc. Identificación en
campo corresponde al especialista, la
estructura de los suelos estan
conformado de la siguiente manera

 Grava.- se denomina grava a las partículas de:
(3” a Nº 4)
 Arena.- se denomina arena a las partículas de:
( Nº 4 a Nº 200)
 Limo.- se denomina limos a las partículas de:
(pasante Nº 200)
 Arcilla.- son partículas muy finas es el producto
final de la descomposición química, las arcillas se
clasifican en
 Montmorillonita
 Caolinita
 Illita
 Bentonita
 Material orgánico.- turba
 Roca.- macizo rocoso

ESTUDIO DE SUELOS PARA
CIMENTACIONES
No se debe cimentar sobre estratos:
• Débiles
• Sueltos
• Agrietados
• Orgánicos
• Rellenos
• No Clasificados
• Etc.

SUELOS INESTABLES COMO TERRENO DE
FUNDACION

 CIMENTAR EN ESTRATOS
 Duros
 Estables
 Rellenos tratados y compactado
 Consolidados

Descripción e Identificación de Suelos
Procedimiento Visual-Manual
La identificación visual, es el reconocimiento
preliminar del suelo sin necesidad de
empleo de equipos o ensayos de
laboratorio. Mas tarde, los ensayos de
laboratorio confirmarán y permitirán
precisar la información obtenida del
terreno.

DEFINICIONES
 La American Society for Testing and
Materials (ASTM) define los diferentes
tipos de suelos como:

Bloques: Partículas de roca mayores que 12”
(300 mm).
Boleos: partículas de roca menores que 12”
(300 mm), pero mayores que 3” (75 mm)
Grava- suelo que pasa la malla de 3" (75
mm) y es retenida en la malla No.4 (4.75
mm); tiene
las siguientes subdivisiones:
 grava gruesa: pasa la malla de 3" (75 mm) y
es retenida en la malla de 3/4" (19 mm).
 grava fina: pasa la malla de 3/4" y es retenida
en la malla No.4 (4.75 mm).

Arena: partículas de roca que pasan la malla
No.4 (4.75mm) y son retenidas en la malla
No.200 (75 μm), tiene las siguientes
subdivisiones:
 arena gruesa: pasa la malla No.4 (4.75mm)
pero se retiene en la malla No.10 (2mm).
 arena media: pasa la malla No.10 (2mm) pero
es retenida en la malla No.40 (425 μm).
 arena fina: pasa la malla No.40 (425 μm) pero
es retenida por la malla No.200 (75 μm).

Arcilla: suelo que pasa la malla No. 200 (75
μm) que presenta plasticidad dentro de un
rango de contenidos de humedad y que es
resistente en estado seco.
Arcilla orgánica: es una arcilla con suficiente
contenido orgánico como para influenciar
en las propiedades de suelo. Para su
clasificación, una arcilla orgánica es un
suelo que podría ser clasificado como
arcilla, excepto cuando el valor de su límite
líquido después del secado sea menor del
75% del valor de su límite líquido antes de
su exposición al secado.

Limo: suelo que pasa la malla No.200 (75
μm); no tiene propiedades plásticas o tiene
muy poca plasticidad, y que en estado seco
no tiene resistencia.
Limo orgánico: es un limo con suficiente
contenido orgánico como para influenciar
en las propiedades de suelo. Para su
clasificación, un limo orgánico es un suelo
que podría ser clasificado como un limo
excepto cuando su valor de límite líquido
después de su exposición al secado sea
menor del 75% de su valor de límite líquido
antes de su exposición al secado.

 Turba: es un suelo compuesto en
primer lugar por un tejido vegetal en
diferentes etapas de descomposición,
usualmente con un olor orgánico, de
color marrón oscuro a negro, de
consistencia y textura que varía de
fibrosa a amorfa.

El procedimiento visual-manual describe e
identifica los suelos con los siguientes
simbolos:
 G grava (gravel)
 S arena (sand)
 M limo (silt)
 C arcilla (clay)
 O material orgánico (organic)
 Pt turba (peat)
 W bien gradada (well graded)
 P pobremente gradada (poorly graded)

DESCRIPCIÓN E INFORMACIÓN DE
SUELOS
 En comparación a los suelos finos, los
suelos granulares son más fáciles de
identificar. En terreno se considera un
tamaño de 5 mm. para separar las
gravas de las arenas.

Angularidad
Describe la angularidad de la arena
(solamente de la arena gruesa), grava,
bolones y cantos. Los describe como
angular, subangular, subredondeado o
redondeado, de acuerdo con los criterios
de la tabla E1.1 y la foto E1.1.

Tabla E1.1 Criterios de
angularidad

 Forma Describe la forma de la grava, cantos
rodados y boleos como chatas, alargadas, o
chatas y alargadas si reúnen los criterios
 Color Describe el color. El color es una
propiedad importante para la identificación de
suelos orgánicos, y dentro de determinada
localidad, puede ser útil para la identificación
de materiales de origen geológico similar. Si la
muestra contiene estratos o fragmentos de
colores variados, esto debe anotarse y se
deben describir todos los colores
representativos. El color debe describirse para
muestras húmedas. Si el color representa una
condición seca, este hecho se debe establecer

 Olor
Describe si el olor es orgánico o inusual. Los
suelos que contienen una cantidad
considerable de material orgánico,
usualmente tienen un olor característico de
vegetación descompuesta.
 Esto aparece principalmente en muestras
frescas, pero si las muestras están secas, el
olor casi siempre podría revivirse
exponiendo a temperatura alta la muestra
humedecida. Se debe describir si el olor es
inusual (producto derivado del petróleo,
químicos y similares).

Condición de Humedad
 Describe la condición de humedad
como seca, húmeda o muy húmeda de
acuerdo a los criterios de la tabla E1.3.

 Consistencia
Para un suelo intacto de grano fino, se
describe la consistencia como muy
suave, suave, firme, dura y muy dura,
de acuerdo a los criterios de la tabla
E1.4. Esta observación es inapropiada
para suelos con cantidad considerable
de grava.

Tabla E1.4. Criterios para describir la
consistencia

REPORTE DE CAMPO
1. Nombre de grupo.
2. Símbolo de grupo.
3. Porcentaje de cantos rodados o boleos, o
ambos (por volumen).
4. Porcentaje de grava, arena o finos, o los
tres (por peso seco).
5. Rango del tamaño de la partícula:
 Grava - fina, gruesa.
 Arena - fina, media, gruesa.

6. Angularidad de la Partícula: angular,
subangular, subredondeada, redondeada.
7. Forma de la partícula: (si fuera apropiado)
chata, alargada, chata y alargada.
8. Tamaño o dimensión máxima de la
partícula.
9. Dureza de la arena gruesa y de las
partículas mayores.
10. Plasticidad de finos: no plástica, baja,
media, alta.
11. Resistencia en estado seco: nula, baja,
media, alta, muy alta.

12. Dilatancia: nula, lenta, rápida.
13. Tenacidad: baja, media, alta.
14. Color: (en condición húmeda).
15. Olor: (mencionar sólo si fuera orgánico o
inusual).
16. Humedad: seca, humedad baja, humedad
alta.
17. Reacción con HCl: nula, débil, fuerte.

18. Consistencia (sólo suelos de grano fino): muy
suave, suave, firme, dura, muy dura.
19. Estructura: Estratificada, laminada, fisurada,
de plano de resbalamiento, lenticulada,
homogénea.
20. Cementación: débil, moderada, fuerte.
21. Nombre local.
22. Interpretación geológica.
23. Comentarios adicionales: presencia de raíces
o agujeros de raíces; presencia de mica, yeso,
etc.; superficie revestida de partículas de
grano grueso, corrimientos o desprendimientos
de agujeros de las paredes de las
perforaciones, dificultad en la perforación o
excavación, etc.

 En los suelos se distinguen tres fases
constituyentes:
La sólida .- Partículas minerales
La liquida.- generalmente agua
La gaseosa.- generalmente aire
RELACIONES GRAVIMETRICAS Y
VOLUMENES DE LOS SUELOS

Entre estas fases es preciso definir un
conjunto de relaciones que se refieren
a sus pesos y volúmenes. Las cuales
sirven para establecer la necesaria
nomenclatura y para contar con
conceptos mensurables, a través de
cuya variación puedan seguirse los
procesos ingenieriles que afecten a los
suelos.
En la figura muestra el esquema de una
muestra de suelo separada en sus tres
fases y en ella se acotan los pesos y
volúmenes

A. AISLADAS
B. CONECTADAS
C. PLATEAS O LOSAS DE CIMENTACION
TIPOS DE CIMENTACIONES

C. PLATEAS O LOSAS DE CIMENTACION

PROFUNDIDAD DE CIMENTACION
1. NO SE DEBE CIMENTAR SOBRE ESTRATOS
DEBILES, SUELTOS, AGRIETADOS, ORGANICO,
RELLENOS NO CLASIFICADOS, ETC.
2. CIMENTAR SOBRE ESTRATO DURO, ESTABLE,
RELLENO ESTRUCTURAL.
3. CONSIDERAR PASO DE TUBERIAS O DUCTOS.
4. PROTECCION CONTRA INUNDACIONES O
HUMEDECIMIENTOS, INFLUENCIA DEL CLIMA.

5. CONSIDERAR ALTURA DE EDIFICACION.
6. PROFUNDIDAD DE CIMENTACION DESDE
0.20 A 0.50m EN PLACAS O LOSAS DE
CIMENTACION.
0.70 A 1.20m EN EDIFICACIONES DE 1-2
NIVELES O ESTRUCTURAS SECUNDARIAS.
1.20 A 2.50m PARA MAYORES NIVELES.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES
CAPACIDAD PORTANTE
INTRODUCCION
Es conocido el hecho de que cuando una
estructura se asienta en forma desigual
provocan deformación esto ocasionan grietas
que pueden ser perjudiciales a la estabilidad.
Un adecuado estudio del suelo sobre el cual se
pretende levantar una construcción facilita al
ingeniero los datos necesarios para determinar
el tipo y diseño mas apropiado y económico de
la cimentación, y es además una garantía
previa a la buena edificación

Existen la creencia muy generalizada de que
cualquier terreno puede soportar eficientemente
una construcción liviana y que por lo tanto no
requiere un estudio de suelos. Sin embargo, la
técnica moderna esta en completa desacuerdo
con esa creencia, y los hechos han demostrado
muy a menudo que casa residenciales y
construcciones similares han sido seriamente
afectados debido al desconocimiento

De las caracteristicas del suelo.

TIPOS DE FALLAS
Falla por corte general (arena densa)
Falla por corte local (arena medio densa)
Falla por punzonamiento (arena muy
suelta)

Falla por corte general
 Se tiene en arenas densas y arcillas
rigidas, en determinado punto, cuando la
presion alcanza un valor qu, sobreviene
una falla subita del suelo portante, y en la
superficie de falla en el mecanismo de
desplazamiento del suelo se extiende
hasta la superficie del manto, este
magnitud de la presion de fundacion qu,
comunmente recibe el nombre de
capacidad portante ultima de la fundacion

 La falla por corte general es usualmente
subita y catastrofica y al menos que la
estructura misma no permita la rotacion
de las zapatas, ocurre con cierta visible
inclinacion de la cimentacion provocando
un hinchamiento del suelo a los lados de
la cimentacion aunque el colapso final del
mismo se presenta de un solo lado

Falla por corte local
Se tiene en arenas medias y flojas y en arcillas
suaves, cuando la fundacion considerada
descansa ahora sobre un manto granular con
densidad media o un material cohesivo de
consistencia media, igualmente se presenta un
aumento de asentamiento con la carga pero, es
este caso la superficie de falla del suelo se va
extendiendo gradualmente desde el eje vertical
hacia afuera

Falla por punzonamiento
Si la cimentación es soportada por un suelo
bastante suelto, el grafico carga-
asentamiento es parecido a la forma de la
falla por corte local. Se caracteriza por un
movimiento vertical de la cimentacion
mediante la compresion del suelo
inmediatamente debajo de ella. La rotua del
suelo se presenta por corte alrededor de la
cimentación

DETERMINACION DE CAPACIDAD CORTANTE ADMISIBLE DE SUELO
TEORIA DE TERZAGHI
Esta teoría introduce al mundo de la mecánica de suelos dos tipos de fallas:
a) Falla por corte general y
b) Falla por corte local.
1.- FALLA POR CORTE GENERAL
Por experiencia y observaciones relativas al comportamiento de las cimentaciones concluyó que
la FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA ocurre como producto de una ruptura por corte del suelo
de desplante de la cimentación.
Se caracteriza por la presencia de una superficie de deslizamiento continuo dentro del terreno
que se inicia en el borde de la cimentación y que avanza hasta la superficie del terreno.
Este tipo de falla es súbita y catastrófica con inclinación de la zapatas provocando el hinchamien-
to del suelo adyacente a la cimentación, ocurre típicamente en materiales arenosos compactos ó
arcillosos duros.
cim entación
terreno levantado por la falla general
FALLA POR CORT E GEN ERAL

FORMULAS DE ESTE TIPO DE FALLA Y TEORIA
Para estimar la capacidad de carga última de cimentaciones corrida, cuadradas, circulares pueden modificarse.
Qult = cNc + q * Nq + 1/2*&2*B*N& Cimentacion Corrida
Qult = 1.3.cNc + q * Nq + 0,4*&2*B*N& Cimentacion Cuadrada
Qult = 1.3.cNc + q * Nq + 0,3*&2*B*N& Cimentacion Circular
Qult : Capacidad portante última del terreno (ton/m2)
c : Cohesión (ton/m2).
&2 : Peso volumétrico del terreno por debajo del nivel de fondo de zapata sumergido o
no (ton/m3).
B : Ancho del cimiento (m).
&1 : Peso volumétrico del terreno por encima del nivel de fondo de zapata sumergido o
no (ton/m3).
Df : Profundidad del cimiento (m).
Nc, N&, Nq : Factores de capacidad de carga que depende de Ø (adimensionales).
Ø : Angulo de fricción interna del suelo.
PROPUESTA PARA UNA CIMENTACION CUADRADA

Factores de capacidad de carga, Nc, Nq, N& se definen mediante las expresiones siguientes
Nq = e^2(3PI/4-tanØ)/2cos^2(45+Ø/2) Nq = 11,56
Nc = (Nq-1)/tanØ Nc = 23,58
N& = (Nq-1)*tanØ N& = 11,254
c = 0,00 ton/m2
Ø = 24,13 º Prueba de Corte Directo
&2 = 1,50 ton/m3 (densidad natural = D.nat.Y ´ => sumergido o no)
B = 1,80 m
Df = 2,00 m
Qult = 46,68 ton/m2
Qadm : Capacidad portante admisible del terreno (ton/m2)
Qadm = Qult/F.S.
F.S. : Factor de seguridad (2 - 6) adoptado : 3
(F.S. Cercano a 2 para suelos friccionantes)
(F.S. Cercano a 3 para suelos cohesivos)
Qadm = 15,56 ton/m2
Qadm = 1,56 Kg/Cm2

2.- FALLA POR CORTE LOCAL
Este tipo de falla se caracteriza por un mecanismo que solo puede apreciarse bajo la cimentación
y que consiste en una cuña y superficies de deslizamiento, que empieza en los bordes de las
zapatas, como en el caso de falla general, por que se pierden en algún punto por debajo del cimi-
ento, sin llegar a desarrollarse nítidamente hasta la superficie del terreno. En este tipo de falla
existe una marcada tendencia al hinchamiento del suelo adyacente a la cimentación, pero menor
que en la falla general acompañado claramente de un asentamiento del cimiento.
Este tipo de falla no es súbita y catastrófica ni inclinación del cimiento, ocurre típicamente en
materiales arenosos sueltos y arcillos blandos en la cual la deformación vertical crece mucho.
cimentación
terreno levantado por la falla local
FALLA POR CORTE LOCAL

FORMULAS DE ESTE TIPO DE FALLA Y TEORIA
Para cimentaciones que exhiben falla local por corte en suelos, Terzaghi sugirió modificaciones a las
ecuaciones anteriores como sigue.
Qult = 2/3 cNc + q* Nq + 0,5*&2*B*N& Cimentacion Corrida
Qult = 0.867cNc + q* Nq + 0,4*&2*B*N& Cimentacion Cuadrada
Qult = 0.867.cNc + q* Nq + 0,3*&2*B*N& Cimentacion Circular
c' : Cohesión con falla local (ton/m2).
&2 : Peso volumétrico del terreno por debajo del nivel de fondo de zapata (ton/m3).
B : Ancho del cimiento (m).

&1 : Peso volumétrico del terreno por encima del nivel de fondo de zapata (ton/m3).
Df : Profundidad del cimiento (m).
N'c, N'&, N'q :Factores de capacidad de carga que depende de O (adimensionales).
O : Angulo de fricción interna del suelo.
N'c, N'&, N'q son los factores de capacidad de carga modificada, estos se calculan reemplazando Ø angulo
de friccion interna por Ø' = tan-1 (2/3tanØ). Las ecuaciones de capacidad de carga de Terzaghi se modificaron
para tomar en cuenta los efectos de la forma de la cimentacion (B/L), profundidad de empotramiento (Df.), e
inclinacion de la carga.
PROPUESTA PARA UNA CIMENTACION CUADRADA
1.80 x 1.80m.
2.00m.

Nq = 5,16
Nc = 13,45
N& = 1,962
c' = 0,00 ton/m2
Ø' 24,13 º Prueba de Corte Directo
B = 1,80 m
Df = 2,00 m
Qult = 0.867cNc + q * Nq + 0,4*&2*B*N&
Qult = 17,597 ton/m2
Qadm : Capacidad portante admisible del terreno (ton/m2)
Qadm = Qult/F.S.
F.S. : Factor de seguridad (2 - 6) adoptado : 3
(F.S. Cercano a 2 para suelos friccionantes)
(F.S. Cercano a 3 para suelos cohesivos)
Qadm = 5,87 ton/m2
Qadm = 0,59 Kg/Cm2
SE ADOPTARA EL PROMEDIO ENTRE LA FALLA POR CORTE LOCAL Y GENERAL
Por tanto: Qadm = 1,071 Kg/Cm2

ACIMENTACIONES SESION JABXHSABX JBSA.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a ACIMENTACIONES SESION JABXHSABX JBSA.pdf

Similar a ACIMENTACIONES SESION JABXHSABX JBSA.pdf (20)

Último

Último (9)

ACIMENTACIONES SESION JABXHSABX JBSA.pdf