Capacidad de Carga Teoría Guía-Problemas

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

     s      e      n      o        i      c      a        d      n      u        F

Según la geometría

Superficiales Df/B  1,2 o 3

En sentido transversal Sentido longitudinal Según el número de columnas

+ntermedias 

3  Df/B  1-

Según el di0metro *rofundas Df/B . 1/D  1Según la interacci4n suelo 5 pilote Según la superficie de contacto

h/B/2! grande  h/B/2! pe#ue$a  '/B/2! grande  '/B/2! pe#ue$a   (islada )ontinua *latea

"ígida Fle%i&le Fle%i&le "ígida

*ilotín  *ilote  *ilote de gran di0metro  *ilar  )aones 

1 a 2- cm 2- a - cm - cm a 2 m 2m  2 m cuadrados!

6incados E%cavados +n7ectados

Directas 

Superficie de contacto continua

+ndirectas 

Superficie de contacto discontinua

"esistencia de punta Fricci4n lateral

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

TRABAJO PRÁCTICO Nº 9 – CAPACIDAD DE CARGA *ara comportarse en forma satisfactoria las fundaciones de&en tener dos características fundamentales8 195 De&e poseer una seguridad adecuada a la falla por corte general del suelo #ue la soporta9 295 De&e e%perimentar asentamientos o deformaciones dentro del rango de compati&ilidad con la funcionalidad de la estructura9  (m&os aspectos de&en ser verificados al reali:ar el dise$o de la fundaci4n9

1.- CAPACIDAD DE CARGA Se puede definir como capacidad de carga, a la carga por unidad de 0rea &ao la fundaci4n &ao la cual se produce la falla por corte, es decir, es la ma7or presi4n unitaria #ue el suelo puede resistir sin llegar al estado pl0stico9  (l cargar un suelo de fundaci4n su superficie sufre asentamientos #ue se pueden graficar en funci4n de la carga unitaria o presi4n media9 Si el suelo es compacto la curva es como ) 1 7 la presi4n #d1 representa su capacidad de carga9 Si el suelo es &lando, curva )2, las deformaciones ser0n m0s importantes en funci4n de la carga5 'a capacidad de carga en este caso no #ueda &ien definida9 6a7 varias teorías para determinar, en este caso, el valor de # d;< una de ellas es esta&lecer # d; en forma gr0fica como la intersecci4n de dos tangentes8 'a # d; # d1 #  =g/cm>! inicial 7 el punto de donde la curva ad#uiere la m0%ima pendiente9 'as curvas representadas se o&tienen con ensa7os de carga directa9 'a falla de la fundaci4n supone asientos importantes, giro 7 vuelco de la estructura, según la estructura 7 el tipo de suelo la falla puede producirse de tres formas8 a! Por rotura general:  Se produce una superficie de rotura continua #ue arranca en la &ase de la :apata 7 aflora a un lado de la misma a cierta distancia9 Esta es la rotura típica de arenas densas 7 arcillas &landas en condiciones de cargas r0pidas sin drenae9

)1 )2     !    m    m     

    S

&! Por un!ona"#ento:  'a cimentaci4n se hunde cortando el terreno en su periferia con un despla:amiento apro%imadamente vertical9 Esto se da en materiales mu7 compresi&les 7 poco resistentes9 c! Por rotura lo$al: Se plastifica el suelo en los &ordes de la :apata 7 &ao la misma, sin #ue lleguen a formarse superficies continuas de rotura hasta la superficie9 Esto es típico en arcillas 7 limos &landos 7 en arenas medias a sueltas9

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

*" "G"( ?EHE"('

SG*E"F+)+E DE "G"(

*"

*GHIH(J+EH

*" "G"( ')('

*'(HS DE )"E IH( *'(S+F+)(D(

'os modelos te4ricos desarrollados se aplican a la rotura general 7 por pun:onamiento, para la rotura local e%isten factores empíricos de correcci4n9 En la figura #ue sigue, se muestran los modos de falla en arena, según la densidad relativa del suelo de la misma )r . Dr !9 ?rafico de @ES+), según e%periencias, en el #ue BA . 2 B ' / B'! donde B . ancho de la cimentaci4n 7 '. 'ongitud de la cimentaci4n9

Caa$#%a% %e $arga <#"a neta8 Se define como la presi4n última por unidad de 0rea de la cimentaci4n soportada por el suelo, en e%ceso de la presi4n causada por el suelo alrededor al nivel de la cimentaci4n9 Si la diferencia entre el peso específcio del material #ue conforma la fundaci4n e9 6C(C! 7 el peso específico del suelo #ue rodea a sta se supone desprecia&le, entonces # neto . #u 5 #

'.- TEORIA DE TER(AG)I

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

Esta teoría se aplica a suelos con cohesi4n 7 fricci4n, cu7a le7 de resistencia al corte es8  



 c   . tg  

Se supone una carga de tipo repartida uniformemente 7 lineal :apata contínua!9 Se desprecia la resistencia al corte del suelo situado so&re la profundidad de fundaci4n Df, al #ue se considera como una so&recarga actuando so&re la fundaci4n8 . Df  

q

  

B

#c

# . 9 Df 

 C/2  C/2

E

III D

I II

II )

     f      D

E

III D

Se considera #ue la carga actuante es est0tica, vertical 7 centrada9 'a fundaci4n es del tipo superficial rígida 7 corrida9 El comportamiento del suelo en cuanto a sus asentamientos responde a la curva )1, es decir #ue se trata de arenas densas 7 arcillas compactas9 Se propone un mecanismo de falla para una :apata continua uniformemente cargada 7 el sector  de fallas se divide en tres :onas8 :onas I, II 7 III.  'a

!ona I es una cu$a #ue actúa como si fuese parte de la :apata estado activo!, sus limites

forman 0ngulos de KC /2 con la hori:ontal9  'a !ona II es una cu$a de corte radial, dado #ue las líneas de falla son rectas con origen en ( 7 espirales logarítmicas con centro en (9 'a frontera (D forma un 0ngulo de KC5 /2 con la hori:ontal9  'a !ona III, es donde se desarrollan las superficies de desli:amientos #ue corresponden al estado pasivo de "an=ine, pues sus límites forman 0ngulos de KC5 /29 )on esta hip4tesis la capacidad de carga resulta8

qc  c.Nc  q.Nq  1 / 2.γ. B. N   Donde qc es la carga de falla * c es la cohesi4n del terreno de cimentaci4n, q  es la so&recarga efectiva, B el ancho de la :apata corrida 7  Nc*  Nq +  N  son los factores de capacidad de carga9 Estos factores son adimensionales 7 son funci4n del 0ngulo de  fricci4n interna 9 El coeficiente  Nc est0 relacionado con la cohesi4n del suelo,  Nq con la so&recarga 7  N  con el peso de las :onas ++ 7 +++9

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

*ara arenas sueltas o arcillas 7 limos &landos, la deformaci4n crece mucho para cargas pr4%imas a la falla, alcan:0ndose niveles de asentamiento en el cimiento #ue e#uivalen a la falla de la estructura falla local!9 *ara este caso er:aghi corrigi4 su teoría introduciendo nuevos valores de c 7  en la f4rmula de capacidad de carga tg  ´ 2 / 3 tg  

c´ 2 / 3.c

Entonces la e%presi4n #ueda8

qc



2 / 3.c. N ´c



q. N ´q



1 / 2.  . B.N ´  

En esta e%presi4n, HLc, HL# 7 HLM, son los factores de capacidad de carga modificada9 Se calculan con las mismas e%presiones #ue , Hc, H# 7 HM, reempla:ando N por NL9 *ara cimientos cuadrados o circulares, er:aghi modific4 su e%presi4n original &as0ndose en resultados e%perimentales8 *ara I(*((S )G(D"(D(S8

qc



1,3.c. Nc  q. Nq  0,4.  . B.N   

*ara I(*((S )+")G'("ES8

qc



1,3.c. Nc  q. Nq  0,3.  . B.N   

*ara :apata cuadrada B . lado de la cimentaci4n 7 para la circular, B . di0metro de la :apata9 )omo se ha dicho m0s arri&a, estas f4rmulas son v0lidas para cimientos sometidos a carga vertical centrada9 *ara cargas e%cntricas las superficies de falla dean de ser simtricas, por lo #ue en la e%presi4n de er:aghi de&e considerarse un 0rea efectiva en lugar del 0rea real de la :apata, #ue tiene su centro de gravedad coincidente con el punto de aplicaci4n de la carga9 )uando la carga est0 inclinada la superficie de rotura de ma7or influencia es la #ue se contrapone a la direcci4n de la carga, para considerar este efecto ha7 factores de correcci4n9  ( partir de la f4rmula de er:aghi, diferentes investigadores fueron modificando sucesivamente tanto la f4rmula como los coeficientes de correcci4n9 6o7 en día, la f4rmula m0s empleada es la f4rmula generali:ada de BRINC) – )AN,EN.

'.1.- Inluen$#a %el n#el re/t#$o 'as ecuaciones citadas en el punto anterior, se han desarrollado suponiendo #ue el nivel fre0tico se encuentra situado por de&ao del nivel de fundaci4n, a una profundidad ma7or #ue el ancho de la &ase de modo tal #ue no ha7a afectaci4n del mismo en las superficies de falla generadas9 )uando la posici4n del nivel fre0tico es diferente, se de&en efectuar las correcciones siguientes8 

)aso 1 8 Si el nivel fre0tico se encuentra en la profundidad Df o intermedio entre la superficie 7 Df, el a$tor 0 toma la forma 8 #. so&recarga efectiva . D1 M  D2 Msat O MP!  (dem0s, en el último trmino de la f4rmula, el valor de M de&e ser reempla:ado por ML . Msat O MP



)aso 28 Si el nivel fre0tico est0 por de&ao de Df, pero a una profundidad inferior al ancho de la &ase B por de&ao de Df, una parte del suelo movili:ado estar0 en condici4n sumergida 7 otra parte no9 En ese caso, el factor M en el último trmino de la ecuaci4n de capacidad de carga, de&e reempla:arse por 8

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

M . ML  d / B M O ML! para c0lculo de la so&recarga, se de&e adoptar # . M A Df 



En este caso, la presencia del nivel fre0tico no afecta la capacidad de carga9 Se adopta el valor de 2 para el c0lculo de 0 so&recaraga!, 7 se considera el mismo peso específico en el trmino #ue corresponde a HM9

3.- CAPACIDAD DE CARGA AD4I,IB5E 'as capacidades de carga mencionadas corresponden a valores de falla9 En la pr0ctica se emplea

la $aa$#%a% %e $arga a%"#6#7le: qadm  qc /  Fs 9

Este coeficiente de seguridad cu&re las incertidum&res so&re las propiedades de los suelos 7 su determinaci4n, la teoría de capacidad de carga #ue se use, las desviaciones so&re la construcci4n, etc9 En el caso de :apatas este valor es de 2 a 39

8.- CAPACIDAD DE CARGA, EN P5ATEA, r"ula %e Ter!ag2# Se emplean las mismas f4rmulas vistas para :apatas con las mismas consideraciones en lo #ue respecta al nivel fre0tico9 *'(E(S )G(D"(D(S8

qc



1,2.c. Nc  q. Nq  0,4.  . B. N   

*'(E(S )+")G'("ES8

qc



1,2.c. Nc  q. Nq  0,3.  . B. N   

PROB5E4A, 1! )alcular la capacidad de carga de una &ase continua de 29K-m de ancho situada so&re un estrato de suelo homogneo con cohesi4n de -92 =g/cm 29 El 0ngulo de fricci4n interna es N. 1QC 7  .1R-- =g/m39 'a curva carga 5 asentamientos es semeante a )1 7 la profundidad de

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

fundaci4n es de 19-m9 El nivel fre0tico se encuentra a  m de profundidad con respecto al terreno natural9 Emplear f4rmula de er:aghi9 2! )alcular la capacidad de carga de una :apata cuadrada de 39--m de lado situada so&re arena densa  . 3QC 7  . 2--- =g/m 3, cuando la fundaci4n se encuentra a -9--m, 19-m 7 39--m9 Emplear f4rmulas de er:aghi 7 Brinch56ansen 7 comparar resultados9 3! En la superficie de un deposito de arena  . 19Q- t/m3, sin cohesi4n, se efectu4 un ensa7o de carga utili:ando una placa de -93-m de lado9 'a curva de asentamientos lleg4 a una tangente vertical al alcan:ar una carga de 1-- Tg U)u0l es el 0ngulo de fricci4n interna de la arenaV K! En una arena densa sin cohesi4n de  . 1--=g/m3 se efectu4 un ensa7o de carga una placa de -93-m de lado colocada dentro de un ca4n #ue esta&a rodeado por una so&recarga de -9-m de suelo9 'a rotura del suelo se produo al llegar la carga al valor de --- =g9 U)u0l sería la carga de rotura por unidad de 0rea de una :apata cuadrada de 19-m de lado situada a la misma cota 7 en el mismo materialV ! Gna estructura fue construida so&re una solera de fundaci4n de -93-m%-93-m9 'a solera descansa&a en la superficie del terreno so&re una capa uniforme de arcilla &landa #ue se e%tendía so&re hasta Km de profundidad 7 cuando el suelo soporta&a una carga de 292 =g/cm2 se produo la rotura del mismo9 U)u0l es el valor medio de cohesi4n ) de la arcillaV Dada la gran profundidad se puede despreciar la consolidaci4n de la arcilla producida antes de la rotura 7 suponer #ue  . -9 ! Gna &ase cuadrada de 19K m de lado apo7a so&re una arcilla arenosa suelta con las siguientes características8  . 2-C< ). -9 t /m2<  . 19Q-=g/m3  sat . 29---=g/m3< Df . 29K m9 Se pide hallar la tensi4n admisi&le en el suelo con un coeficiente de seguridad Fs . 3, si el nivel fre0tico se encuentra en las siguientes situaciones8 a! &! c! d!

a 19- m de la superficie del terreno a 29K m por de&ao del terreno natural a 39- m por de&ao del terreno natural a 9- m por de&ao del terreno natural

Q! )alcular el coeficiente de seguridad de una :apata circular fundada a la profundidad de 19Qm por de&ao del terreno natural9 'a :apata tiene 192 m de lado 7 transmite una carga vertical de 1 t /m29 @erificar la capacidad de carga del estrato de arcilla en la mitad de su espesor con la so&represi4n #ue eerce la fundaci4n so&re el mismo9 Emplear f4rmula de Brinch 6ansen

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL SANTA FE CÁTEDRA: GEOTECNIA

 (")+''( DE *'(S+)+D(D JED+( )'! ) . -93- =g/cm> . 1C  . 19- t/mW *"FGHD+D(D . 19Q-m HF .  (")+''( '+JS( DE *'(S9 JED+( ( B(X(  )'5J'! ) . -92 =g/cm> . 1-C S(  . 29-- t/mW *"FGHD+D(D . 29K-m  (")+''( B'(HD( )'!! ) . -91- =g/cm> . C S(  . 19R-t/mW *"FGHD+D(D . 39-m

 ("EH( *B"EJEHE ?"(DG(D( S*5SJ! ) . - =g/cm> . 3C S(  . 291- t/mW *"FGHD+D(D . K93-m