Este documento describe conceptos clave relacionados con la capacidad portante de los suelos y cimentaciones. Explica que la capacidad portante es la máxima presión que puede soportar el suelo sin fallar, y que depende de factores como la cohesión, ángulo de fricción, forma y profundidad de la cimentación. También presenta la teoría de Terzaghi para calcular la capacidad de carga límite, usando factores de capacidad de carga que varían según el tipo de suelo y falla esperada.

1. CONCEPTOS PRELIMINARES
Capacidad portante
En cimentaciones se denomina capacidad portante a la
capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre
él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión
media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se
produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento
diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible
debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales:
Si la función del terreno de cimentación es soportar una
determinada tensión independientemente de la deformación, la
capacidad portante se denominará carga de hundimiento.
Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al
terreno y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la
capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.
De manera análoga, la expresión capacidad portante se utiliza
en las demás ramas de la ingeniería para referir a la capacidad
de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la
misma.

2. Capacidad de carga a corto y a largo plazo
Las propiedades mecánicas de un terreno suelen diferir frente a
cargas que varían (casi) instantáneamente y cargas cuasi
permanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros
pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los
terrenos se comportan de manera más rígida frente a cargas de
variación cuasinstantánea ya que éstas aumentan la presión
intersticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de
agua. En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presión
intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de
algunas zonas.

3. Capacidad portante a corto plazo o no-drenada.
En este caso se puede tomar y se puede despreciar el peso del terreno, pero debe tomarse como cohesión como la
resistencia al corte no drenada
Capacidad portante a largo plazo o drenada.
En este caso se toma la cohesión como resistencia al corte drenado, y debe considerarse las variables como
función del ángulo de rozamiento interno
CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS
CAPACIDAD DE CARGA LIMITE (qd). Máxima presión que se puede aplicar a la
cimentación, sin que ésta penetre en el suelo.
CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (qadm). Es la carga límite dividida entre un
factor de seguridad. A este esfuerzo se le llama capacidad portante.
Terzaghi recomienda que FS no sea menor que 3.

4. ESFUERZO NETO (q neta).
Es el esfuerzo útil, que queda para la superestructura, después de quitarle
el esfuerzo que va a utilizar el peso del relleno del suelo y la sobrecarga de
piso:
q neto = qadm – γ * Df - sobrecarga de piso
Dónde:
γ = peso específico Del relleno
Df = Profundidad de cimentación
Sobrecarga de piso = 500 kg/m2

5. PRESION DE CONTACTO (qc). Es producida por la carga muerta y viva de la
superestructura, y actúa debajo de la zapata, en el encuentro zapata-suelo.
En el diseño de cimentaciones, se busca que qc sea menor o igual aq neto
ECUACION DE MOHR-COULOMB.
Mohr presentó en 1900, una teoría sobre la ruptura de materiales, según la cual,
la falla de un suelo se presenta debido a la combinación crítica de esfuerzos
verticales y horizontales.

6. EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Es un ensayo de cortante. Consiste en aplicar esfuerzos verticales y
horizontales, a tres muestras de suelo, y determinar el instante el instante de
falla a cortante

7. Diagrama de ruptura de Mohr.

8. TIPOS DE FALLA DE LOS SUELOS.
Los suelos fallan por cortante. Se han clasificado tres tipos de falla de los suelos,
debajo de las cimentaciones:
FALLA POR CORTANTE GENERAL.
Es súbita y catastrófica. Es característico de las arenas compactas. El suelo se
hincha a ambos lados de la cimentación.
FALLA POR PUNZONAMIENTO
Se produce movimiento vertical de la cimentación, mediante la
compresión del suelo debajo de ella. La rotura del suelo se produce por
cortante alrededor de la cimentación. La superficie del suelo en torno al
cimiento casi no se altera, por lo que no se observan movimientos
previos a la rotura

9. FALLA POR CORTANTE LOCAL
Es un caso intermedio entre los casos 1 y 2.
Se produce hinchamiento y asentamiento del suelo. Se forma una cuña debajo de la
cimentación como en el caso 1, pero las superficies de la falla no son completas.

10. CAPACIDAD DE CARGA LIMITE (qd)
Es una caracteristica de cada sistema de suelo y no solo una cualidad intrinseca del
suelo. Los distintos de suelo difieren en capacidad de carga, pero tambien ocurre que
en un suelo especifico dicha capacidad vaia con el tipo,forma tamaño y profundidad
del elemento de ciemntacion que aplica la presion, puede ser determinado
utilizandose una teoria en la cual se postula un mecanismo de falla y se determina la
tension (qu) en terminos de la resistencia al corte del suelo movilizada en la falla y de
la geometria del problema.El problema Consiste en encontrar el esfuerzo (qd) que
produce la falla del suelo.

11. Se conocen los siguientes datos:
Z = Df = Profundidad de desplante (m).
B = Ancho de la cimentación (m).
L = Longitud de la cimentación (m).
Γ = Peso volumétrico del suelo (kg/m3).
C = Cohesión del suelo (del ensayo de corte, kg/cm2)
Ф =Angulo de fricción interna (Del ensayo de corte)
La solución.-
No es única. Varios investigadores han presentado soluciones pero nosotros
resolveremos por TERZAGHI:

12. TEORIA DE TERZAGHI:
El Dr. Terzaghi asume que el mecanismo de falla, está formado por
bloques, que actúan como cuerpos rigidos, con movimientos
diferentes.
I- Cuña que se mueve como cuerpo rígido hacia abajo.
II.- Zona de cortante radial de Prandtl, que empuja a la zona III y
trata de levantarla. Asume que CD es arco de espiral logarítmica.
III.- Zona de estado plástico pasivo de Rankine. Trata de resistir al
levantamiento, con el peso del material de la misma.
Fig. 6.1. Mecanismo de falla, según Terzaghi. Las zonas II y III Ocurren a ambos lados de la zona I.

13. La ECUACION DE TERZAGHI
Nc, Nq, Nγ, se llaman, factores de capacidad de
carga, debido a la cohesión, sobrecarga y al
peso del suelo. Sus expresiones

14. Nc, Nq, Nγ, se llaman, factores de capacidad de carga, debido a la cohesión,
sobrecarga y al peso del suelo. Sus expresiones

15. Para N”c, N””q, N” Y las expresiones son las mismas, pero hay que cambiar φ por φ” un ángulo tal que:
Los factores Nc, Nq,Nγy, N’c,N’q, N’y, se han graficado en función del ángulo
de fricción interna del suelo (φ):

16. Cuando la falla es por corte general (N del SPT mayor o igual a 15):
Cuando la falla es por corte local, o punzonamiento (N del SPT MENOR A15):
Dónde:
qd = Capacidad de carga limite en kg/m2.
c= cohesión del suelo en kg. /m2.
Z= profundidad de desplante de la cimentación en m.
B= ancho de la zapata (o dimensión menor de la zapata rectangular)
en m.
γ= peso unitario del suelo en kg/m3
Nc, Nq, Nγ = factores de capacidad de carga. Se obtienen de la figura siguiente. Dependen
solo del ángulo de fricción interna ф.
c’,= (2/3)*c.
Por ejemplo: Cuando ф=27.5º.
De la gráfica obtenemos:

17. ZAPATA CUADRADA O RECTANGULAR
Siendo la nomenclatura la misma del caso anterior
Falla por corte general.
qd = 1.3cN c + ZN d + 0.4BN .................… (B.1)
Corte local o punzonamiento.

18. FORMULA BASICA DE TERZHAGUI Y MEYERHOF

19. FORMULA BASICA DE TERZHAGUI
qu=CNc+qNq+(1/2)ϒBNϒ
ϒ=DENSIDAD SECA DE CAMPO
C=COHESION
CNc, Nq, N ϒ=FACTORES DE CARGA ADIMENCIONALES
B= ANCHO DE ZAPATA

20. Nq=tan2(45+φ/2)eπtanφ
Nc=(Nq+1)cotφ
Nϒ=2(Nq+1)tanφ
q= ϒh(Df)
ϒh= peso especifico seco
La tabla muestra la variacion
de los factores de capacidad
de carga procedentes con los
amgulos de friccion del suelo.

21. La capacidad de carga admisible en una cimentacion es aquella que puede aplicarse sin
producir desperfectos en la estructura teniendo un margen de seguridad dado por el
coeficiente de seguridad
La capacidad de carga depende del tipo de suelo (gravas, arenas, arcillas o
combinaciones de ella), de las caracteristicas de cimentacion y de la estructura y del
coeficiente de seguridad adoptado.
La teoria de terzaghi es uno de los primeros esfuerzos por adaptar a la mecanica de
suelos los resultados de la mecanica del medio continuo. La teoria de terzaghi cubre el
caso mas general de suelos con “cohesion”y “friccion”y su impacto en la mecanica de
suelos ha sido de tal trascendencia que aun hoy es posiblemente la teoria mas usada
para el calculo de capacidad de carga de los suelos en proyectos practicos.
Especialmente en el caso de cimientos poco profundos.
Es importante que la cimentacion se apoye en suelos que no esten sujetos cambios
fuertes en su volumen por variacion de la humedad (suelos colapsables, expansivas,
cohesivas, etc) de forma de no generar asentamientos no previstos.