Fundamentos de mecánica de Suelos y geotecnia.pdf

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL BENI “ JOSE BALLIVIAN”
ESCUELA BOLIVIANA DE POSGRADO
DIPLOMADO EN ANÁLISIS, DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PUENTES versión 1
MÓDULO II
MECÁNICA DE SUELOS Y GEOTÉCNIA
Docente: MSc. Ing. Jaqueline Arcos Casillas.

CONTENIDO CLASE 1
1. Propiedades elementales de los suelos.
2. Clasificación física del agua en el suelo.
3. Descripción y clasificación de suelos.
4. Esfuerzo efectivo.
J. ARCOS

EVALUACIÓN
• PRÁCTICAS – 60%
• EVALUACIÓN FINAL – 40%
J. ARCOS

QUE ES LA MECÁNICA DE SUELOS?
• LA MECÁNICA DE SUELOS DEFINE LA
ESTRUCTURA FÍSICA DEL SUELO SEGÚN
SU COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES.
J. ARCOS
…..?
Fundadores de la mecánica de suelos

QUE ES LA GEOMECÁNICA?
• LA GEOMECÁNICA O TAMBIEN
LLAMADA MECÁNICA DE
ROCAS, ESTUDIA EL
COMPORTAMIENTO Y
PROPIEDADES DE LA ROCA.
• LA GEOMECANICA ES
DEPENDIENTE DE UN ESTUDIO
GEOLOGICO.
J. ARCOS

QUE ES LA INGENIERIA GEOTÉCNICA?
• ES UNA CIENCIA ABOCADA AL
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN AL
COMPORTAMIENTO DEL
MATERIAL.
• LA GEOTECNIA SE PREOCUPA
POR EL COMPORTAMIENTO DE
SUELO Y ROCA DESDE UN
PUNTO DE VISTA INGENIERIL.
J. ARCOS

1. PROPIEDADES ELEMENTALES DE LOS SUELOS
J. ARCOS
1.1 MODELO DEL SUELO Y SUS PROPIEDADES BÁSICAS
El suelo depende del
comportamiento de tres fases,
ya que estas interactúan entre si:
- FASE SÓLIDA
- FASE GASEOSA
- FASE LIQUIDA

J. ARCOS
a) Suelo saturado
b) Suelo no saturado
c) Suelo seco

J. ARCOS
- RELACIÓN DE VACIOS
- GRADO DE SATURACIÓN
- RELACIONES DE VOLUMEN

J. ARCOS
- RELACIONES DE PESO
CONTENIDO DE HUMEDAD PESO UNITARIO GRAVEDAD ESPECÍFICA

2. CLASIFICACIÓN FÍSICA DEL AGUA EN EL SUELO
J. ARCOS
-AGUA
GRAVITACIONAL
-AGUA CAPILAR
-AGUA
HIGROSCÓPICA

3. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS
J. ARCOS
- ROCA
3.1 TAMAÑO DE PARTÍCULA
- GRAVA - ARENA

J. ARCOS
3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
- PARA LA CLASIFICACION DE LOS SUELOS SE REQUIERE DE DOS ENSAYOS
A) ENSAYO GRANULOMETRICO POR TAMIZADO ASTM D 422

J. ARCOS
3.2 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
- PARA LA CLASIFICACION DE LOS SUELOS SE REQUIERE DE DOS ENSAYOS
B) ENSAYO DE PLASTICIDAD LIMITES DE ATTERBERG
ASTM D 4318

J. ARCOS
3.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS – SISTEMA UNIFICADO DE
CLASIFICACION DE SUELOS (SUCS) – ASTM D 2487
- CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE
MATERIAL GRANULAR
(49% O MENOS DEL MATERIAL PASA EL TAMIZ Nro 200)

J. ARCOS
3.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS – SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION
DE SUELOS (SUCS) – ASTM D 2487
La denominación de material es:
GP – Grava pobremente graduada
SW – Arena Bien graduada
ML- Limo de baja plasticidad.
MH – Limo de alta plasticidad
CL – Arcilla de baja plasticidad
CH – Arcilla de alta plasticidad
O – orgánico
Pt – turba

J. ARCOS
3.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS – AASHTO (ASOCIACION AMERICANA DE
CARRETERAS ESTATALES Y TRANSPORTES OFICIALES) – AASHTO M 145
MATERIAL GRANULAR
(40% O MENOS DEL MATERIAL PASA EL TAMIZ Nro 200)

J. ARCOS
3.4 CARACTERISTICAS SUELOS GRANULARES
- COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (Cu)
𝐶𝑈 =
𝐷60
𝐷10
D 60 = El diámetro o tamaño por
debajo del cual queda el 60% del suelo
en peso.
D 10 = El diámetro o tamaño por
debajo del cual queda el 10% del suelo
en peso.

J. ARCOS
EJEMPLO DE CLASIFICACIÓN
Resultados del ensayo granulométrico

J. ARCOS
% que pasa el tamiz #200 = 10%
Limite liquido = 21%
Índice de plasticidad = 9.08%
A-2-4 Excelente a bueno
Tipo de suelo: grava
arena limo arcillosa

J. ARCOS
𝐶𝑈 =
𝐷60
𝐷10
𝐷60 = 0.2 mm
𝐷10 = 0.07 mm
𝐶𝑈 = 0.13
𝐶𝑈 < 2 𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝑝𝑜𝑏𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒
𝐶𝑈 < 6 𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜
𝑝𝑜𝑏𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑢𝑎𝑑𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒

J. ARCOS
3.4 ESTRUCTURA DE SUELOS MIXTOS
- Unión total con poca
presencia de finos
-Presenta
comportamiento de
suelo grueso
- Unión total con
presencia de finos
-Presenta
comportamiento de
suelo grueso, con
permeabilidad baja
- Suelo finos con un
porcentaje >30 %
-Presenta
comportamiento
suelo fino, menor
deformabilidad.

J. ARCOS
4. PESO UNITARIO
- Peso unitario
saturado (γsat).
-Peso unitario
húmedo (γ).
- Peso unitario seco
(γseco).
- Peso unitario sumergido
(γ’= γsat- γw)
𝛾𝑠𝑎𝑡
𝛾
A
𝛾𝑠𝑎𝑡 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑
𝛾𝑤

J. ARCOS
4. ESFUERZO EFECTIVO
𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜇 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝜎′ = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜
 = 𝜇 + ′
 = 𝜇 + ′
Estado no drenado
 = 𝜇 + ′
Estado drenado

CONTENIDO CLASE 2
1. Esfuerzo efectivo.
2. Incrementos de esfuerzo.
3. Bulbos de presión.
4. Estudios Geotécnicos aplicado a puentes.
J. ARCOS

J. ARCOS
𝜎 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜇 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠 𝜎′ = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜
 = 𝜇 + ′
 = 𝜇 + ′
Estado no drenado
 = 𝜇 + ′
Estado drenado
El esfuerzo efectivo, es el
contacto entre partículas.
El esfuerzo total es el esfuerzo
efectivo mas la presión de poros
ya que contempla todo el
material de suelo en conjunto a
la incidencia del agua.

J. ARCOS
𝜎 =  ∗ ℎ (kN/m2) ′ =  − μ (kN/m2)
TERZAGUI
• Todo efecto medible producto de un cambio de esfuerzo se debe
exclusivamente a un cambio en el esfuerzo efectivo.
μ = γw*h (kN/m2)
0
3.9 ∗ 15 = 58.5
58.5 + (1.1 ∗ 18) = 78.3
= 99.75
= 143.45
= 202.85
1.1 ∗ 9.81 = 10.79
0
(1.1+2.3)*9.81 = 33.35
= 68.67
= 58.5
= 78.3
= 88.76
= 110.10
= 134.18

J. ARCOS
• Cuando se realizan
ensayos en zonas no
conocidas se debe
realizar una medicion de
preciones al menos en
dos puntos. O determinar
si existe dos sistemas
diferentes.
• El peor estado de
esfuerzos que existe para
el suelo es cuando existe
flujo ascendente.
1
ℎ1
2
ℎ2

J. ARCOS
- Variación de esfuerzo efectivo en un suelo de baja permeabilidad

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 1
μ
′
=  − μ
𝑉
𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 1 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 2

J. ARCOS
5. INCREMENTO DE ESFUERZO
• La forma de calcular el incremento de esfuerzos o también podemos
llamarla distribución de carga es con el método de Boussinesq.
• Bousinesq (1885) idealizando un modelo donde se coloca una carga
puntual sobre un medio elástico semi infinito.
𝑟
𝐹 = 50 𝑁
𝑧
Donde geométricamente:
• Utilizando las definiciones y realizando las simplificaciones
respectivas, se puede expresar el incremento de esfuerzo vertical en
el suelo, de dos maneras:
ó:
• El incremento de esfuerzo en este caso es
dependiente de los datos geométricos y la magnitud
de la carga.

J. ARCOS
5. INCREMENTO DE ESFUERZO
• La solución de boussinesq implica dos asunciones:
1. Asume el suelo como medio elástico
2. Asume al suelo como homogéneo
3. Elástico – lineal la relación esfuerzo deformación es lineal.
4. Isotrópico el estrato de suelo en todas las direcciones es igual y por tanto homogéneo.
• se asume como suelo homogéneo solo para un tipo de estrato de suelo que se comporta de manera elástica.
La ecuación de Boussinesq es la siguiente:
∆𝜎𝑧 =
3𝑃
2𝜋𝑧2
(
1
1 +
𝑟
𝑧
2)5/2
∆𝜎𝑧 =
𝑃
𝑧2 𝐼𝑝
𝐼𝑝 =
3
2𝜋
(
1
1 +
𝑟
𝑧
2)5/2
• Donde :
r = radio de influencia. Z= profundidad de estudio Ip = factor de influencia respecto a r/z

J. ARCOS
5. INCREMENTO DE ESFUERZO 𝐹 = 100 𝑁
0.9
1
𝑧 = 0.5
0.8 𝑧 = 1
0.7 𝑧 = 1.5
0.6 𝑧 = 2

J. ARCOS
- Distribución de esfuerzos en el terreno debido a una carga circular
• Modelo de carga circular q sobre un medio elástico
semi infinito.
• Tenemos la siguiente ecuacion:
∆𝜎𝑧 = 𝑞 ∗ (1 −
1
1 +
𝑎
𝑧
2
3
2
)
• Donde :
a = radio de fundacion. Z= profundidad de estudio
• Solo se puede utilizar la ecuacion para calcular bajo el
eje, no puedo calcular en un punto fuera de área de
fundación.

J. ARCOS
- Distribución de esfuerzos en el terreno debido a una carga rectangular
• Método basado en la teoría de boussinesq.
• Modelo de carga rectangular q sobre un medio elástico semi
infinito
• Tenemos la siguiente ecuacion:
∆𝜎𝑧 = 𝑞 ∗ 𝐼(𝑚, 𝑛)
• Si:
• Si cumple utilizamos la siguiente ecuación:
𝑚 =
𝐵
𝑧
𝑛 =
𝐿
𝑧
𝑚2
+ 𝑛2
+ 1 < 𝑚2
𝑛2
• Si no cumple utilizamos la siguiente ecuación:
• El valor de factor de influencia I(m,n), siempre deberá estar
entre:
0 ≤ I(m,n) ≤ 0.25

J. ARCOS
- Distribución de esfuerzos en el terreno debido a una carga rectangular
• Valor de factor de influencia para diferentes valores de m y n.

J. ARCOS
- EJEMPLO - Distribución de esfuerzos en el terreno debido a una carga rectangular
∆𝜎𝑧=2.5 𝑚 = 𝑞 ∗ 4 ∗ 𝐼(𝑚, 𝑛)
• De tabla tenemos:
𝑚 =
𝐵
𝑧
=
1
2.5
= 0.4
𝑛 =
𝐿
𝑧
=
1
2.5
= 0.4
2 𝑚
2 𝑚
2 1
3 4
𝐴
𝑞 = 110 𝑘𝑃𝑎
2 𝑚
𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐴 𝑎 𝑧 = 2.5𝑚
𝑎𝑟𝑒𝑎 1 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 2 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 3 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 4
∆𝜎𝑧=2.5 𝑚 = 110 ∗ 4 ∗ 0.06 = 26.4 𝑘𝑃𝑎
I=0.06

J. ARCOS
6. BULBO DE PRESIONES
• Se considera que el bulbo de presiones llega a 2B.
• en una fundación circular llega casi hasta 2 veces la Base y
depende también de la geometría de la fundación la forma
que va disipando la carga en el suelo.
𝑞 = 100 𝑘𝑃𝑎
0.5 0.5
1 1
0
0.5
1
1.5
2
0.1 = 𝑧/𝑞
• Ejemplo

J. ARCOS
- Bulbo de presiones en fundaciones corridas
• Llamada también condición de deformación plana.
Fundación normal Fundación corrida

J. ARCOS
- Si tenemos por ejemplo
𝐵1
𝑞1
2𝐵1
h1
𝐵2
𝑞2
2𝐵2
h2
• Caso 1.
• Caso 2.

J. ARCOS
- Si tenemos por ejemplo
La influencia en el bulbo de presiones en zapatas cercanas es mayor se podria decir que la incidencia
llega a mayor profundidad como ser de 3.5 − 4.5 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒.

J. ARCOS
7. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS APLICADO A PUENTES
7.1. ENSAYOS DE CAMPO
• Ensayos Geofísicos
• la prospección geofísica no
tiene limitaciones

J. ARCOS
7. ESTUDIOS GEOTÉCNICOS APLICADO A PUENTES
A. TIPOS DE ENSAYOS GEOFISICOS
1. Ensayos Geofísicos eléctricos:
Se basan en el estudio de los materiales del subsuelo en función de su comportamiento
eléctrico, concretamente en función de su diferente resistividad.

J. ARCOS
2 Ensayos Geofísicos Sísmico:
Se basan en el estudio de los materiales del subsuelo en función de su comportamiento
ante el paso delas ondas sísmicas.
Ondas sísmicas: son odas acústicas que se genera mediante una perturbación en el
terreno y viajan por el subsuelo

J. ARCOS
B. ENSAYO DE PENETRACION ESTÁNDAR SPT
- Karl Terzagui presenta el ensayo de penetración estándar en su 7ma conferencia en mecánica de
suelos e ingeniería de fundaciones.
- La normativa utilizada para la determinación de este ensayo es la ASTM D1586-11
- Medimos el Numero de golpes
que se presenta por la
resistencia a la penetración del
suelo, este valor se ajusta a una
energía del 60% denominado
N60.
- El ensayo estima las condiciones
del subsuelo para el diseño de
fundaciones.
𝑁60 = 𝑁𝑆𝑃𝑇
𝐸𝑅𝑓
60

J. ARCOS
B. ENSAYO DE CONO ESTÁTICO (CPT)
- La normativa utilizada para la determinación de este ensayo es la ASTM D 5778
- Mediante la aplicación de carga estática mide de forma continua la resistencia necesaria para
penetrar en el suelo a una velocidad constante de 2cm/s.
• Peso unitario del suelo (γt)
• Densidad relativa (Dr)
• Ángulo de fricción interna (f)
• Cohesión (c’)
• Resistencia al corte no drenado (cu)
• Módulo de elasticidad (E)
• Parámetros de deformación
(asentamientos).

J. ARCOS
COMPARACION ENTRE LOS ENSAYOS SPT Y CPT
• Las ventajas del CPT sobre el SPT son las siguientes:
• Con el sondeo CPT se puede medir la resistencia del cono más la fricción lateral y la
presión del agua o presión de poros. Es en base a estos parámetros que se pueden
obtener los tipos de suelos como también estimar los parámetros geotécnicos de las
diferentes capas de los terrenos en estudio.
• El sondeo CPT obtiene datos continuos cada 2 centímetros a medida que se va
penetrando el suelo, MIENTRAS QUE EN el sondeo SPT obtiene sus datos
discontinuamente y a determinados intervalos pre determinados.
• El sondeo SPT requiere realizar ensayos de laboratorio para complementar su estudio.
• Con el sondeo CPT se tienen desarrolladas relaciones confiables entre la presión en la
punta (qc) y la fricción lateral en el fuste (fs) al igual que con los parámetros
geotécnicos.

J. ARCOS
C. ENSAYO DE PLACA ESTÁTICO
- Método de ensayo normalizado para la Capacidad Portante del suelo por carga Estática con placa circular rigida.
AASHTO T 222.
- El ensayo permite determinar las curvas, cargas y asientos. A partir de ellas, la deformabilidad y la capacidad portante
del suelo. De estas cruvas se puede determinar el modulo de elasticidad Ev y el modulo de reacción Ks.

J. ARCOS
C. ENSAYO DE PERMEABILIDAD IN SITU
- Determinación del coeficiente de permeabilidad de suelos granulares ASTM 2434
- El ensayo de permeabilidad es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar un
reconocimiento geotécnico. Existen diferentes formas de ensayo que pueden agruparse en
tres: ensayos de permeabilidad en calicatas, en sondeos y en pozos.

J. ARCOS
D. ENSAYO EN ROCAS
- ENSAYO DE CORTE UNIAXIAL

J. ARCOS
D. ENSAYO EN ROCAS
- ENSAYO DE PERMEABILIDAD EN
ROCAS

J. ARCOS
7.2. ENSAYOS DE LABORATORIO
Obtención de muestras para:
Ensayos de caracterización:
- Contenido de humedad
- Gravedad especifica
- Limites de atterberg
- Ensayo de permeabilidad carga variable y
constante
- Ensayo de proctor modificado
Ensayos para la determinación de parámetros
de diseño
- ensayo corte directo
- Ensayo de compresión no confinada
- Ensayo triaxial
- Ensayo de consolidacion

CONTENIDO CLASE 3
1. Capacidad portante.
2. Método de estado limite.
3. Tipos de capacidad portante.
4. Métodos de capacidad de carga.
5. Ejemplo de capacidad carga por medio SPT
J. ARCOS

J. ARCOS
8. 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.
• Es un parámetro de la mecánica de suelos. Es la capacidad de un suelo según su
resistencia a la deformación bajo cargas estáticas.
• En nuestro medio es difícil decir calcule la capacidad portante por que no se
conoce que (q) se debe calcular y para que se calcula, como ser:
o Capacidad portante ultima
o Capacidad portante segura
o Capacidad portante admisible

J. ARCOS
8.1. Capacidad portante ultima
Carga máxima: carga aplicada al suelo de manera que se produzca una
falla. en este caso vemos que la falla existe por que existe una ruptura en la
estructura de suelo.
Podemos decir que la capacidad portante ultima es un esfuerzo o una
presión que aplicada en gran magnitud va a generar falla en el suelo, es
cuando el suelo puede resistir en términos de presión por eso se llama
ultima.

J. ARCOS
8.2 Capacidad portante segura
𝐿𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑠𝑡𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑠 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟 𝐹𝑆 = 3
𝑞𝑠 =
𝑞𝑢
𝐹𝑆
Entonces podemos decir que para evitar la capacidad portante última, q u ,
se debe calcular la capacidad portante segura a través de del uso de un
factor de seguridad general (q s ).
Ejemplo

J. ARCOS
𝑞𝑠 =
𝑞𝑢
𝐹𝑆 Los edificios inclinados en este
caso no va a fallar por que no
presenta problema en relación al
esfuerzo cortante, pero si
tenemos asentamientos
diferenciales.

J. ARCOS
8.3 Capacidad portante admisible
La capacidad portante admisible es la presión aplicada admisible tomando
en cuenta la capacidad portante como el asentamiento generado.
q adm (diseño)= q s = q asentamiento admisible
La q adm tiene que controlar el asentamiento.

J. ARCOS
9. MÉTODO ESTADO LIMITE
• Existen dos estados limite que siempre se verifica para evitar llegar a estos
estados:
o Estado limite ultimo.
o Estado limite de servicio.
9.1 Estado límite ultimo ULS
• Quiere decir a la aplicacion de carga, este genere una falla por Resistencia
al cortante.
• Hay varias formas de estado limite ultimo, para zapatas la perdida de
estabilidad, deslizamiento, etc que tiene que ver con el estado limite
ultimo.

J. ARCOS
9.2 Estado límite de servicio SLS
• El estado limite de servicio se da cuando existe grandes asentamientos
diferenciales que hagan que el edificio se incline.
• El estado limite de servicio se da a través de un asentamiento o asentamientos
diferenciales es decir que una de las zapatas se asienta mas que las demás, y
genera problemas estructurales y en muchos casos la inclinación de las
estructuras.
𝑞 𝑎𝑑𝑚
𝑞 𝑠
𝑞 𝑢

J. ARCOS
10. CARGA NETA Y CARGA BRUTA
• Existen dos tipos de carga que nos interesa:
o Carga neta.
o Carga bruta.
10.1 Carga bruta
• Todo lo que se tiene a nivel de fundacion es carga bruta.
𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =
𝐹
𝐴𝑟𝑒𝑎

J. ARCOS
10.2 Carga neta
𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 120 𝑘𝑃𝑎
𝐹
𝐴𝑟𝑒𝑎
𝑞 𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 − 𝑞
• Donde:
𝑞 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 = 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
• Ejemplo:
𝐷𝑓 = 4
P𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜:
 = 17
𝑘𝑁
𝑚3
𝑞 = 17 ∗ 4 = 68 𝑘𝑃𝑎
𝑞 𝑛𝑒𝑡𝑎 = 120 − 68 = 52 kPa
Segundo 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜:
𝑞 = 17 ∗ 7 = 119 𝑘𝑃𝑎
𝑞 𝑛𝑒𝑡𝑎 = 120 − 119 = 1 kPa
𝐷𝑓 = 6

J. ARCOS
10.2 Carga neta
𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =
𝐹
𝐴𝑟𝑒𝑎
• Caso I:
𝑞 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 = 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐷𝑓
𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 𝐷𝑓
• Caso II: 𝑞 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 = 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑞 = 𝛾𝑠𝑎𝑡 ∗ 𝐷𝑓 − (𝛾𝑤 ∗ 𝐷𝑓) = ′ 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑞 = 𝜎 − 𝜇 = ′ 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐹
𝐴𝑟𝑒𝑎
− 𝜇
𝑞 𝑛𝑒𝑡𝑎 = (𝑞 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 − 𝜇) − (𝜎 − 𝜇)

J. ARCOS
11. CAPACIDAD DE CARGA
• 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.
11.1 Capacidad de carga del suelo

J. ARCOS
• 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.
11.2 Tipos de falla
11.2.1 Falla por corte general

J. ARCOS
• Se genera en un suelo dúctil, como ser arenoso suelto o arcillas
normalmente consolidadas en este caso existe rotación pero no es evidente
como la falla por corte general no saldrá no saldrá montículo de arena.
11.2.2 Falla por corte local

J. ARCOS
• Ocurre en suelos bastante sueltos, la zona de falla no se extiende como en
el corte general. La cimentación provoca la compresión inmediata del suelo
en un movimiento vertical, el suelo presenta falla por corte alrededor
de la cimentación y los movimientos del suelo junto con la cimentación no
son muy visibles por lo que el equilibrio vertical y horizontal de la misma se
mantiene
11.2.2 Falla por punzonamiento

J. ARCOS
12. CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACION SUPERFICIAL
• Se les conoce como cimentaciones superficiales a aquellas cuya
profundidad de desplante D f 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.
12.1 Cimentaciones superficiales

J. ARCOS
• La capacidad de carga admisible por medio del SPT se determina por las
siguientes ecuaciones:
12.2 Capacidad de carga por medio de SPT
• Donde:
N cor= valor de penetración estándar corregido.
q adm = Capacidad de carga admisible para un asentamiento de 1”=25mm
B puede estar en metros o pies dependiendo de los factores (F)

J. ARCOS
• F= Factores de SPT
• Donde:
SI = valores de los factores F para sistema internacional de medidas en metros.
Fps = valores de factores F para obtener resultados en sistema ingles (libras,pies,
segundos)
• Si N cor > 15

J. ARCOS
• Parry (1977) propuso la siguiente ecuación para suelos cohesivos.
• Donde:
Ncor= N55= Valor promedio del SPT a una profundidad de 0.75B debajo de
la base de la cimentación.

J. ARCOS
• Determinar la capacidad de carga del siguiente ensayo SPT:
EJEMPLO
• Datos:
Zapata: B=1.25 L=1.25
Zapata: Df=1.20
γ = 18 kN/m3 = 1.83 ton/m3

J. ARCOS
• Determinar la capacidad de carga del siguiente ensayo SPT:
EJEMPLO
𝐷𝑓
𝐵

J. ARCOS
• Solucion:
• El valor de N a utilizar en la
ecuacion de capacidad de carga es
el valor promedio corregido en una
zona B/2=1.25/2=0.625 entonces
por seguridad asumimos 0.60 m
para valores corregidos
• El bulbo de presiones de la zapata
será 2B = 2*1.25= 2. 50 m debajo
de la base
EJEMPLO
𝐷𝑓
𝐵
2𝐵 = 2.50 𝑚

J. ARCOS
EJEMPLO
𝐷𝑓
𝐵
2𝐵 = 2.50 𝑚

J. ARCOS
EJEMPLO
• Esfuerzos efectivo en los estratos para determinar el Fc factor de corrección.
• Para este ejemplo no existe nivel freático incidente, por lo tanto el esfuerzo efectivo es igual
al esfuerzo total.

J. ARCOS
EJEMPLO
• Determinar factor de corrección para el numero de penetracion.

J. ARCOS
EJEMPLO
• Al efectuar la corrección algunos valores son mayores a 15 se efectúa el
siguiente procedimiento:

J. ARCOS
EJEMPLO
• Determinar la capacidad de carga empleando N55 y N’70
• Utilizar N’70 para encontrar carga admisible

J. ARCOS
EJEMPLO
• Utilizar N’50 para encontrar carga admisible

J. ARCOS
13. ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA MAS UTILIZADAS
13.1 Capacidad portante de terzagui.
𝑞𝑢 = 𝑞𝑐 + 𝑞𝑞 + 𝑞γ
• La capacidad portante ultima esta en funcion de tres terminos:
𝑞𝑐 = 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.
𝑞𝑞 = 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.
𝑞 = 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.

J. ARCOS
13.1 Capacidad portante de terzagui.
• Donde:
c = cohesión del suelo
γ = peso específico del suelo
q = γ⋅D f
D f = profundidad de fundacion
de la cimentación.
N c , N q , Nγ = factores de
capacidad de carga (son
adimensionales y se
encuentran en función del
ángulo de fricción del suelo,φ)

J. ARCOS
• Para cimentaciones cuadradas o circulares la ecuación puede
modificarse:
• La capacidad de carga admisible, q adm , consiste una reducción de
la capacidad de carga última con la aplicación de un factor de seguridad
FS:

J. ARCOS
AJUSTES AL ANGULO DE FRICCION INTERNA
• Se ha encontrado que el Angulo de friccion interna determinado por
medio del ensayo triaxial(φ tr ) es por lo general de 1 a 5 grados menor
que el ángulo obtenido por el ensayo de corte directo.
• El Angulo de friccion interna obtenido por medio del ensayo triaxial
puede modificarse segun las dimensiones de la cimentacion:

J. ARCOS
EJEMPLO 4.1
• Determine la capacidad de carga admisible de la siguiente muestra de suelo,
utilizando los datos obtenidos por medio del ensayo triaxial:
Donde:
Descripción del suelo: limo areno arcilloso color café.
Ángulo de fricción interna = φ tr = 25.21º
Cohesión = c u = 1.4 ton/m 2
Peso específico natural: γ = 1.54 ton/m 3
Suponer:
B = 1.60 m
L =1.60 m
Profundidad de fundacion = D f = 1.50 m
Factor de seguridad = FS = 3
𝐷𝑓 = 1.5 𝑚

J. ARCOS
EJEMPLO 4.1
• Solución:
Ajuste del ángulo de fricción interna:
• El valor de φ debe convertirse a radianes al ingresarse a (3π/4 - φ/2).

J. ARCOS
EJEMPLO 4.1
• Por tratarse de una cimentación cuadrada se tiene:

J. ARCOS
12.2 Capacidad de carga de Meyerhof
• Meyerhof fue quien mejoro y unio los factores y realizo una mejora a la ecuacion
de terzagui
• Donde:
1 2 3
1. La primera parte esta relacionada con el termino de la cohesion.
2. La segunda con el termino de la sobrecarga.
3. La tercera depende de los factores del peso unitario y la base de fundación.

J. ARCOS
Factores de capacidad
de carga
Factores de forma

J. ARCOS
Factores de profundidad
Factores de inclinación de carga

J. ARCOS
12.3 Capacidad de carga de Hansen
Donde:
C = cohesion.
Nc,Nq y Ny = Factores de capacidad de carga.
Sc,Sq y Sy = Factores de forma.
dc,dq y dy = Factores de profundidad.
Ic,Iq y Iy = Factores de inclinación.
gc, gq y qy = Factores de terreno (cercana a un talud).
bc, bq y by = Factores de base (base inclinada).

J. ARCOS
Factores de capacidad
de carga Hansen
Factores de forma Hansen

J. ARCOS
Factores de profundidad Hansen
• Cimentacion superficial inclinada:

J. ARCOS
Factores base de terreno (base cercana a un talud)
Factores de base (base inclinada)
Factores de inclinación de carga

J. ARCOS
Ejemplo 4.2
• Determine la capacidad de carga por medio de las ecuaciones de
Meyerhof y Hansen para la misma situación del ejemplo 1, para los datos del
ensayo triaxial:
Datos:
Descripción del suelo: limo areno arcilloso color café (M2)
Ángulo de fricción interna = φ tr = 25.21º
Cohesión = c u = 1.4 ton/m 2
Peso específico natural = γ = 1.54 ton/m 3
Suponer:
B = 1.60 m
L =1.60 m
Profundidad de desplante = D f = 1.50 m
Factor de seguridad = FS = 3

J. ARCOS
Ejemplo 4.2
Solución:
Corrección del ángulo de fricción interna:

J. ARCOS
Ejemplo 4.2
• Comparacion de resultados

J. ARCOS
Recomendaciones para los métodos:
• La ecuación de Terzaghi se recomienda para suelos cohesivos donde
D f /B ≤ 1.
• Las ecuaciones de Hansen y Meyerhof pueden utilizarse en cualquier
situación dependiendo de la preferencia o familiarización que se tenga
con un método en particular. La ecuacion de Hansen es útil cuando
la base es inclinada o cuando D f /B > 1.

Fundamentos de mecánica de Suelos y geotecnia.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a Fundamentos de mecánica de Suelos y geotecnia.pdf

Similar a Fundamentos de mecánica de Suelos y geotecnia.pdf (20)

Último

Último (20)

Fundamentos de mecánica de Suelos y geotecnia.pdf