Capacidad de Carga -Cimentaciones

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

Se denomina así , a la CAPACIDAD DEL TERRENO para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente, la capacidad por portante tante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno de tal manera que no se produzcan fallas por cortante cor tante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo.

La capacidad de carga o también denominado capacidad portante, nace a raíz de problemas planteados en la geotecnia de las cimentaciones, entre otros fundamentalmente dos de importancia: PRIMERO:: Qué esfuerzo puede comunicar el PRIMERO cimiento o conjunto de ellos, al terre terreno no sin sobrepasar la resistencia de este?, es decir sin provocar falla? SEGUNDO : SEGUNDO  : Que deformaciones sufrirá el suelo?, y también desde luego la cimentación?

Las teorías de la capacidad de carga y los métodos de análisis de los asentamientos o expansiones son la contribución de la Geotecnia al problema de las cimentaciones. Estas teorías se han desarrollado desde 192 1921 1 y continúan desarrollándose.

Las teorías de capacidad de carga disponibles suelen tener origen en el estudio de las matemáticas matemátic as y en soluciones a problemas de suelos . Todas tienen un punto de partida en la la teoría teoría desarrollada desa rrollada por PRANDTL en 192 1921 1 Luego extendido por REISSNER en 192 1924 4 que enuncia qc= (π +2)c

MECANISMO DE FALLA PROPUESTA POR PRANDTL

Problema de corte y solución de Prandtl para un medio sin peso , c ≠0 , φ = 0.

A partir par tir de 1943, Terzaghi Terzaghi extiende la teoría de Prandtl –Reissner hasta hacerlos aplicables a los problemas prácticos de geotecnia. Para lo cual se hace necesario conocer la resistencia al esfuerzo cortante dada por la expresión : S= c + σ tg φ

Mecanismo de falla propuesto por Terzaghi Terzaghi para una cimentación de longitud infinita ,de área de contacto con el suelo rugoso y uniformemente cargada.

La figura esta divida en dos partes: la izquierda muestra el estado de cosa antes de producida la falla del cimiento y la derecha cuando ya se produjo la falla.

Las principales hipótesis de Terzaghi en relación a su teoría, además de la sobrecarga lateral se refiere a la forma de las líneas que limitan las zonas II, que se postula como una espiral logarítmica y a la aceptación de que los estados de esfuerzo en la zona III puedan considerarse como los correspondientes correspondientes a estados pasivos de

También se acepta que la resistencia al esfuerzo cortante cor tante se moviliza simultáneamente a lo largo de toda la superficie de falla. Matemáticamente su modelo de falla Terzaghi obtuvo como valor limite de la carga que puede p uede transmitir el cimiento ; la expresión qc= cNc+ɣDfNq+1/2ɣBNɣ Donde: C= cohesión B= ancho de cimiento ɣDf= valor de sobrecarga que se puede considerar actuante al nivel de desplante , que depende en general de la profundidad del desplante

 = ´ ´c + qNq + 1/2ϒγ

Cimentación corrida

 = 1,3 1,3´´ +  + 0,4 Cimentación cuadrada

qu=1,3c´Nc´+qNq+0,3 ϒBNϒ

Cimentación circular

ECUACIONES DE TERZAGHI MODIFICADAS

Nc, Nq y Nɣ = factores de capacidad de carga de la teoría de Terzaghi. Puede demostrarse en dicha teoría que depende solo del ángulo de fricción interna del suelo y sus valores son adimensionales, que caracterizan la capacidad de carga de un suelo dado: Nc = Relaciona cohesión del suelos. Nq= con con la sobrecarga del nivel de desplante, Nɣ= peso del suelo que soporta sopor ta el cimiento.

Teniendo diferentes tipos de cimentaciones , plantea que para cada tipo tenga una formula distinta , considerando para ello distintos coeficientes a los fact factores ores de peso y ancho de las cimentaciones tales como: Para una zapata cuadrada 1.3cNc +ɣDfNq + 0.4 ɣBNɣ Para una zapata circular: 1.3cNc +ɣDfNq

EJEMPLO DE APLICACION

EJERCICO DE APLICACION Resuelva el ejemplo anterior suponiendo que ocurre una falla falla por cor corte te local en el suelo que que soporta la cimentación.  SOLUCION  De la ecuación   = 0, 0,86 86 ´ ´´ ´ +    + 0, 0,4 4   :  Tabla modificada de Terzaghi.  Rpta: 59,3kN/m2 

TEORIA DE MEYERFOF A partir de 1951 Meyerhof realizo importantes contribuciones al problema de capacidad de carga. Básicamente incorporo incorporo las consideraciones de que se pueda producir esfuerzos cortantes en cima del nivel de desplante que Terzaghi consideró como sobrecarga, para Meyer Meyerhof hof son medio de propagación de superficies de deslizamiento.

A poca profundidad

qc= cNc+ɣDfNq+1/2ɣBNɣ

A gran profundidad

qc= cNc+ɣDfNq

MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE LA CAPACID CAP ACIDAD AD DE CARGA POR EL NIVEL NIVEL FREA FREATICO TICO

MODIFICACION DE ECUACCIONES NIVEL FREATICO

CASOS DE CIMENTACION CON NIVEL FREATICO

ECUACION GENERAL DE LA CAPACIDAD DE CARGA

FACTORES DE FORMA

FACTORES DE CAP CAPACIDAD ACIDAD DE CARGA CARG A CON FACTORES DE FORMA DE MEYERHOF

FACTORES DE PROFUNIDAD

FACTORES DE INCLINACION

FACTORES DE CAPACIDAD CAPACIDAD DE CARGA, CARGA , FORMA, FORMA , PROFUNDIDAD E INCLINACION DE MEYERHOF

FACTORES DE CAPACIDAD CAPACIDAD DE CARGA, CARGA , FORMA, FORMA , PROFUNDIDAD E INCLINACION DE MEYERHOF

FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA

EJEMPLO DE APLICACION

Terzaghi no considera para tomar tomar el valor de Nc la profundidad del cimiento en el estrato de apoyo, lo cual es considerado por Skempton. Así mismo considera otros elementos para la cohesión del suelo.

Nc no es independiente de la profundidad de desplante. También encontró de acuerdo con la intuición que Nc crece al aumentar la profundidad de desplante del cimiento. Nc permanece constante a cierta profundidad de desplante en adelante

SKEMPTON propone adoptar para la capacidad de carga en suelos puramente cohesivos una expresión de forma totalmente análoga a la de Terzaghi.

La diferencia estriba en que ahora Nc ya no vale siempre 5.7 sino que varia con la relación D/B en que D es la profundidad de entrada del cimiento en el suelo resistente y B es el ancho del mismo elemento. La expresión a la que se llega finalmente al desarrollar la teoría de Meyerhof es:

Existen otras teorías, sin embargo e mbargo la mayoría están basadas en la teoría de Terzaghi Terzaghi con algunos cambios en los factores de capacidad de carga. Se puede citar: Brinch Hansen , Berezantzev, Berezantzev, Bell, Milovic y otros, que que sirven sir ven para comparaciones , de valores y permiten tomar consideraciones de esta naturaleza.

Con las formulas planteadas para hallar la capacidad portante por Terzaghi, Skepmton, Skepmton, Meyerhof y otros autores se realizan cálculos para la capacidad de carga o capacidad portante porta nte , estos pueden tener variaciones algunas de ellas mas conservadoras que otras y otras con mas criterios o factores , de manera que que se puede tener la posibilidad de comparar y utilizar el que este mas de acuerdo a la realidad en la que plantea trabajar una obra de cimentación.

TABLAS DE COMP COMPARACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE LA CAP CAPACID ACIDAD AD DE CARGA Los parámetros para hallar la capacidad de carga son varios, sin embargo donde se discute y se analiza es el ángulo de fricción y la cohesión .la cohesión, el Angulo de fricción y el peso especifico del material, dependerá de las condiciones de cimentación los valores de la saturación del suelos, las dimensiones del ancho y profundad de cimentación.

CAPACID CAP ACIDAD AD ADMISIB ADMISIBLE LE La capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios: Si la función del terreno de cimentación es soportar una determinada tensión independientemente independientemente de la deformación, la capacidad portante se denominará CARGA DE HUNDIMIENTO. HUNDIMIENTO. Si lo que se busca es un equilibrio entre la TENSION aplicada al terreno y la DEFORMACION sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir par tir de criterios de ASIENTO ASIENTO ADMISIBLE. De manera análoga, la se utiliza en las demás ramas de la ingeniería para referir referir a la capacidad de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma.

LA La TENSIÓN ADMISIBLE DEL TERRENO se determina en función de los parámetros que definen la resistencia a la rotura de los suelos para las cargas principales tales como el peso propio y sobrecargas; Por tanto las fórmulas de capacidad de carga se les incluye un coeficiente de seguridad igual o mayor de 3. Este valor se puede disminuir o subir, dependiendo de las normas de cada país y del tipo de cimentaciones o edificaciones.

Solo se pueden pueden disminuir en la practica los coeficientes coeficientes de seguridad especificados cuando el estudio geotécnico geotécnico se complementa con un análisis detallado de asentamiento o un programa adecuado de ensayos de carga.