mecanica de suelos

Sede Regional en Estelí

MODALIDAD ESPECIAL SABATINO

Ingeniería Civil

Cuarto Año

Primer Semestre

Mecánica de Suelos II.

Estelí, 2010.

Mecánica de Suelos II

Mecánica de Suelos II

I.- Índice. I.- Índice.........................................................................................................................................

2

II.- Presentación.............................................................................................................................

3

III.- Introducción ............................................................................................................................

4

IV.- Objetivos Generales ............................................................................................................

5

V.- Orientaciones Generales .....................................................................................................

5

VI. Guías de Aprendizaje de cada encuentr ..........................................................................

6

VII. ANEXOS ....................................................................................................................................... 21

Ing. Moisés Suárez Campos.

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Mecánica de Suelos II

I.- Índice. I.- Índice.........................................................................................................................................

2

II.- Presentación.............................................................................................................................

3

III.- Introducción ............................................................................................................................

4

IV.- Objetivos Generales ............................................................................................................

5

V.- Orientaciones Generales .....................................................................................................

5

VI. Guías de Aprendizaje de cada encuentr ..........................................................................

6

VII. ANEXOS ....................................................................................................................................... 21

Ing. Moisés Suárez Campos.

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II.- Presentación. Bienvenidos estudiantes de cuarto año de Ingeniería Civil de la modalidad sabatina, al curso de Mecánica de Suelos II. El material que tienes en tus manos corresponde al Dossier de la asignatura mencionada. El presente documento constituye una herramienta de gran interés y utilidad en tu proceso de obtención de conocimientos y competencias para identificar aspectos preponderantes en el comportamiento mecánicos de los suelos ante la acción de las cargas provenientes de la superestructura. Como Ingeniero Civil estás obligado a dominar algunos problemas que tienen que ver con cimentaciones, así como las causas comunes y no comunes que la generan, de esta manera podrás dar respuesta inmediata  y oportuna cuando te encuentres en una situación situación semejante. Como estudiante de la modalidad sabatina debes tener en mente que ésta es semipresencial, es decir que sólo una vez a la semana y por un período de tiempo limitado dispones de tu maestro para profundizar en aquellos aspectos complejos. Lógicamente treinta y tres horas que dura el módulo no es suficiente para abarcar un extenso y complejo programa, por eso es  justo y necesario que desarrolles una actitud autodidacta. Para facilitar tu estudio independiente se te proporciona esta guía que contiene toda la temática y actividades de aprendizaje que a su vez son evaluativas, correspondientes a cada encuentro. De acá se desprenden las principales ventajas que te proporcionará, la primera consiste en que podrás estudiar con anticipación aquellos aspectos que abordarás en tu siguiente encuentro, lo cual te permitirá recolectar un sinnúmero de inquietudes alrededor de los contenidos, las cuales serán aclaradas por mí persona durante la clase. Asimismo podrás ir preparando con anterioridad todas aquellas investigaciones o tareas, por lo que te evitará el congestionamiento o sobre recargo de actividades que muchas veces se vuelven insostenible cuando se juntan con las de otras asignaturas que cursas. Finalmente te invito a que uses este material y no lo dejes olvidado en alguna gaveta de tu casa u oficina, pues éste representa una gran inversión de tu universidad para que adquieras las competencias y conocimientos necesarios en tu desempeño profesional. Ing. Moisés Suárez Campos.

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III.- Introducción El curso de Mecánica de Suelos II implica los conocimientos que te permitirán planificar e interpretar una investigación del sub-suelo así como sus alcances y limitaciones, lo descrito cobra importancia en el reconocimiento de situaciones de peligro y así establecer las medidas correctivas pertinentes. Básicamente el módulo se cimienta sobre cinco pilotes de conocimientos los cuales implican determinar la capacidad de carga de las cimentaciones, estabilidad de taludes, presiones del suelo, tipos de cimentaciones y los asentamientos debido a diversas causas. El propósito de la asignatura consiste principalmente en que el estudiante al final del curso esté capacitado para emitir su apreciación respecto al comportamiento de mecánico de un determinado suelo en una región cualquiera, con el fin de concluir si dicho suelo de cimentación presta las condiciones para resistir el edificio a construirse. Para el estudio de esta área el estudiante requiere de materiales como: lápiz, cuaderno, calculadora científica, borrador, lapto, data show, pizarra, etc. Los últimos recursos son facilitados por la universidad. Respecto a conocimientos previos es necesario que haga un refrescamiento de las bases adquiridas en Mecánica de Suelos I. Mecánica de Suelos II corresponde a las áreas del ejercicio de la profesión, el pre-requisito de la misma es Mecánica de Suelos I, la cantidad de créditos corresponde a cinco. En el presente documento encontrarás el programa de la asignatura debidamente distribuido en los once sábados que contempla el curso. En la sección de anexos se adjuntan apuntes de interés, link de fuentes de información, etc. Los objetivos generales de esta asignatura se muestran a continuación:

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IV.- Objetivos Generales 

Dotar al estudiante de los conocimientos generales que brinda la Mecánica de Suelos, aplicada y de su importancia con relación a los los proyectos de construcción de obras de ingeniería civil.



Que el estudiante conozca las características físico-mecánicas de los suelos con relación al diseño de los diferentes tipos de obras a construir.



Brindar al estudiante de conocimientos que le permitan planificar e interpretar una investigación del sub-suelo así como sus alcances y limitaciones.

V.- Orientaciones Generales Es de gran preponderancia que participes en la dinámica de presentación maestro-estudiantes para procurar lazos de compañerismo y amistad. Además es necesario que tengas muy presente la asistencia, puntualidad y sobre todo el respecto a tus compañeros y maestro. Con el objeto de evitar interrupciones durante las clases te invito cordialmente a que apagues tu celular o lo pongas en vibrador si es que esperas una llamada llamada urgente. El desarrollo de los encuentros consistirá principalmente en conferencias y clases prácticas dirigidas a cargo del profesor con tu participación continua y sistemática, es muy importante que adoptes la costumbre de participar voluntariamente para así obtener aprendizajes significativos y duraderos. Respecto a la entrega de las actividades de aprendizaje las mismas debes hacerla en tiempo y forma y de ser posible es conveniente que las vallas preparando con antelación.

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VI. Guías de Aprendizaje de cada encuentro

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Encuentro Nº1 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 

Analizado el Método de Terzaghi para el análisis de capacidad de carga de las cimentaciones, resuelvo ejemplos de cimentaciones superficiales relacionados con la vida cotidiana.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 1.1

Introducción

1.2

Estabilidad de cargas

1.2.1

Método de TERZAGHI

1.2.2

Cimentaciones Superficiales (Clase Práctica)

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales Respondo a las preguntas exploratorias formuladas por el profesor, dichas interrogantes podrían ser: ¿Reflexione sobre la importancia de la Mecánicas de Suelos en el campo de la construcción? ¿Qué entiende por capacidad de cargas de l as cimentaciones?  ¿Ejemplifique los casos de carga que pueden actuar directamente en el  terreno?  ¿Cómo considera que se transmiten las cargas provenientes de la  estructura hacia el suelo?  ¿Desde su oficio como Ing. Civil qué recomendaciones puede emitir a un  cliente que desea cimentar su casa de dos pisos sobre un suelo blando (limo-  arcilloso)? 

6.3.2 Actividades de desarrollo 

Atiendo la conferencia a cargo del docente y participo activamente emitiendo mis puntos de vistas y a la vez compartiendo mis experiencias previas.

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



 Tomo notas de los aspectos más relevantes mencionados durante la ponencia. Participo en la solución de ejemplos prácticos.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 1: Resuelve los ejercicios propuestos para trabajo independiente, los mismos debes presentárselos al profesor en el próximo encuentro. Esta tarea será tomada en cuenta dentro del puntaje destinado a tareas en casa. 6.4 Resultados Esperados Saber aplicar el método de Therzaghi en problemas relacionados con capacidad de carga de cimentaciones superficiales.

6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com (Suelos)   Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

Encuentro Nº2 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 

Identificado el comportamiento de las cimentaciones profundas y sus respectivas ecuaciones, resuelvo ejemplos de aplicación.

6.2 Contenidos a Desarrollar:  

Comportamiento de cimentaciones profundas. Clase Práctica.

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales:  

Presento al docente la evidencia de la actividad de aprendizaje 1. Comparto con mis compañeros y docente los resultados de los ejemplos y las inquietudes alrededor de los mismos.

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6.3.2 Actividades de desarrollo 

 

Atiendo la explicación del docente respecto al funcionamiento de los pilotes y la forma en que se calcula la carga última en los mismos.  Tomo notas y subrayo los aspectos que consideren pertinentes. Identifico las obras de ingeniería donde se aplican cimentaciones profundas.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 2: Investigo acerca del uso y construcción de pilotes en Muelles o puertos marítimos y edificios de varios niveles. En la próxima clase expondrás a través de un conversatorio los puntos más preponderantes de tu investigación.



6.4 Resultados Esperados Saber discernir en qué tipo de obras se debe recurrir al uso de pilotes.

6.5 Bibliografía  

moisessuarez.wordpress.com  Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

Encuentro Nº3 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: Analizado el comportamiento de los taludes ante los agentes naturales, identifico los métodos de estabilización de los mismos. 6.2 Contenidos a Desarrollar: 2.1

Introducción

2.2

Tipos y causas de fallas

2.3

Métodos racionales de análisis

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2.3.2

Métodos de las Dovelas o Rebanadas (FELLEHIUS).

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales: 

Participo en el conversatorio sobre la aplicación de los pilotes en muelles y edificios de varios niveles.

6.3.2 Actividades de desarrollo: 



 Tomo notas sobre las principales tipos de fallas en taludes y sus respectivos métodos de análisis. Resuelvo ejemplos prácticos relacionados con los tipos de fallas de taludes.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 3: 

 Junto a tu equipo de trabajo elabora una maqueta en la cual plasmes los distintos tipos de fallas en taludes. Dichas maquetas debes presentarla ante tus compañeros y maestro a primera hora del cuarto encuentro.

6.4 Resultados Esperados Dominar el proceso de cálculo pertinente para el cálculo de las fuerzas que actúan sobre los taludes, las cuales son las generadoras de las fallas.

6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com   Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

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Encuentro Nº4 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 



Analizado el método de las dovelas, resuelvo ejemplos de aplicación. Estudiados los métodos mecánicos para la estabilización de taludes, identifico el más conveniente de acuerdo a las condiciones donde se vaya a ejecutar.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 

Clase Práctica sobre el Método de las Dovelas

2.4.1

Empleo de bermas

2.4.2

Empleo de materiales estabilizantes

2.4.3

Precauciones de drenaje

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales: 

Expongo ante mis compañeros y maestro la maqueta elaborada relacionada con los distintos tipos de fallas de taludes.

6.3.2 Actividades de desarrollo: 



Participo pasando al pizarrón a resolver ejemplos de taludes aplicando el método de las dovelas.  Tomo notas sobre los aspectos más interesantes respecto a los métodos mecánicos para estabilizar taludes.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 4: Elabora un mapa conceptual sobre los métodos mecánicos más usados para el mejoramiento de taludes. Dicha tarea debes enviarla al correo electrónico del docente un día antes del quinto encuentro.

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6.4 Resultados Esperados Valorar la importancia que implica la estabilización de taludes como una medida de seguridad y estética. Asimismo tener presente el bienestar que se produce en el Medio Ambiente cuando se reforestan los taludes, puesto que así se evitan los fenómenos de la erosión y el transporte.

6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com   Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

Encuentro Nº5 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 



Analizado los métodos para el diseño de muros de contención, identifico la acción de las presiones de tierra sobre la estabilidad de los mismos. Realizo primera evaluación parcial para medir las competencias adquiridas hasta la fecha.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 3.1

Introducción

3.2

Tipo de muros

3.3

Método de cálculo para determinar las presiones de tierra que actúan sobre un muro de contención

3.3.1

Método de RANKINE (Teoría Plasticidad)



Primer Examen Parcial.

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales: 

Respondo a las siguientes preguntas exploratorias:

¿Qué entiende por muro de contención?¿Cómo afectan el comportamiento de  los muros las presiones de tierra?¿Cuál es la importancia de considerar en 

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mecánica de suelos el funcionamiento de los muros de contención?¿En qué  tipo de condiciones usted consideraría construir un muro de retención? 

6.3.2 Actividades de desarrollo: 



Atiendo conferencia a cargo del profesor y realizo las preguntas que considero pertinentes. Asimismo tomo notas de los aspectos más relevantes. Resuelvo primera evaluación parcial.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 5: Investiga acerca de muros de contención y la forma en que se diseñan por vuelco y deslizamiento. Dicha investigación debes plasmarla en tu cuaderno y presentarla a tu maestro en el próximo encuentro, además debes estudiar lo investigado para que participes en el conversatorio acerca de lo indagado. 6.4 Resultados Esperados Identificar los tipos de muros de contención.

6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com   Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

Encuentro Nº6 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: Investigados los aspectos acerca del diseño de muros de contención por vuelco y deslizamiento, resuelvo ejemplos prácticos.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 3.4

Diseño de muros de contención

3.4.1

Diseño por vuelco

3.4.2

Diseño por deslizamiento

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6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales: Participo en el conversatorio acerca del diseño de muros de contención y presento al maestro la evidencia de la actividad de aprendizaje cinco.

6.3.2 Actividades de desarrollo: Resuelvo ejemplos prácticos acerca de muros de contención atendiendo las situaciones de vuelco y deslizamiento.

6.3.3 Actividades Finales: Actividad de Aprendizaje 6: Investiga con tu grupo de trabajo casos de proyectos donde se han ejecutado o se están ejecutando excavaciones y se ha recurrido a entibaciones y el uso de tabla estaca. Puedes apoyar tu investigación con fotografías, videos, documentales, etc. Envía dicha evidencia al correo del docente un día antes del próximo encuentro. En el próximo encuentro dos de los miembros de tu grupo pasará ante el auditorio a exponer lo investigado haciendo uso de los medios audiovisuales necesarios. 6.4 Resultados Esperados Capacidad para resolver casos prácticos de dimensionamiento de muros.

6.5 Bibliografía  

moisessuarez.wordpress.com  Juárez Badillo/Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos. Tomo 2.

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Encuentro Nº7 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 



Investigados los aspectos sobre excavaciones, entibaciones y tabla estaca, expongo ante el auditorio los aspectos más relevantes de mi labor investigativa. Estudiadas las cimentaciones sobre placas, torres y muros, determino sus respectivas áreas de aplicación.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 3.5

Tipos de drenaje en muros de retención

3.6

Excavaciones

3.6.1

Excavaciones poco profundas

3.6.2

Excavaciones profundas

3.6.3

Entibación de excavaciones

3.7

Tabla estaca

4.1.4

Cimentaciones sobre placas

4.1.5

Cimentaciones sobre torres

4.1.6

Cimentaciones sobre muros

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales: 

Expongo ante excavaciones.

el

auditorio

los

aspectos

investigados

sobre

6.3.2 Actividades de desarrollo  Tomo nota de los aspectos más preponderantes relacionados con excavaciones y cimentaciones. Durante las conferencias de mis compañeros y maestro participo activamente emitiendo mis sugerencias, opiniones, críticas constructivas, etc.

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6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 7: Elabora un mapa conceptual sobre los aspectos abordados en clase. En la próxima sesión debes mostrar esta evidencia al profesor durante las actividades iniciales. 6.4 Resultados Esperados Dominar los casos donde se pueden aplicar las otras formas de cimentación estudiadas.

6.5 Bibliografía 

moisessuarez.wordpress.com

Encuentro Nº8 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 

Analizados los efectos del hincado de pilotes en el suelo y los efectos de las vibraciones en las sedimentaciones, determino las medidas de acción para corregir o evitar daños.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 4.2.5.3

Hinca de pilotes y sus efectos en el suelo

4.2.6

Anclajes

4.2.7

Efectos de las vibraciones en las cimentaciones

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales 

Entrego al docente la evidencia de la actividad de aprendizaje 7.

6.3.2 Actividades de desarrollo 

Atender la conferencia a cargo del docente y tomar notas de los apuntes más importantes.

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6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 8: Realiza un informe investigativo en el cual reflejes el proceso de construcción de cimientos en los puertos. Puedes basar tu trabajo en los puertos que se han construido en Nicaragua en los últimos años. Por ejemplo: El puerto Salvador Allende ubicado en el malecón de Managua. Manda tu informe al correo electrónico de tu maestro un día antes del encuentro diez. Recuerda que un informe técnico debe contener: Portada, Índice, Introducción, Objetivos, Desarrollo, conclusiones, recomendaciones, anexos y bibliografía.

6.4 Resultados Esperados  Tener conocimientos acerca de los daños que pueden causar a las cimentaciones las vibraciones en el suelo.

6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com

Encuentro Nº9 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: Visitados los puertos Salvador Allende y Carlos Fonseca Amador ubicados en el Malecón Managua y San Francisco Libre respectivamente, elaboro un documental sobre la gira realizada. 6.2 Contenidos a Desarrollar: 

Gira de campo a los Puertos Lacustres Salvador Allende y Carlos Fonseca Amador ubicados en el Malecón-Managua y San Francisco Libre.

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales 

Preparo mi cámara de video y fotográfica para disponerme a guardar las memorias de la gira de campo, así como mi libreta de apuntes.

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6.3.2 Actividades de desarrollo Identifico la aplicación de los pilotes profundos en la construcción de muelles lacustres y reflexiono sobre la importancia de la ingeniería en el desarrollo de nuestros pueblos.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 9: Elabora un documental sobre la gira de campo realizada con base en la guía correspondiente. La guía de la gira de campo será subida al blog de tu maestro una semana antes de la actividad. Dicho documental deberás entregarlo durante el encuentro once. 6.4 Resultados Esperados Estar consciente de la importancia del conocimiento sobre cimentaciones en el quehacer del Ingeniero Civil. 6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com

Encuentro Nº10 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: 

Discutidas las causas que provocan los asentamientos, valoro las medidas de acción a tomar ante esas circunstancias.

6.2 Contenidos a Desarrollar: 5.1

Asentamientos debido a procesos constructivos

5.2

Asentamientos debido a la depresión de la capa freática

5.3

Asentamientos por vibraciones

5.4

Asentamientos causados por el deterioro de la fundación

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6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales Entrego al docente el informe sobre construcción de cimentaciones en puertos.

6.3.2 Actividades de desarrollo Atiendo la conferencia del profesor y participo activamente aportando mis puntos de vista y experiencias. Tomo notas de los aspectos que considere necesarios.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 10: Realizo un cuadro sinóptico sobre los aspectos abordados en clase. Esta actividad deberás entregarla en el próximo encuentro. 6.4 Resultados Esperados Estar consciente del daño que causan los asentamientos a las estructuras de las edificaciones. 6.5 Bibliografía 

moisessuarez.wordpress.com

Encuentro Nº11 6.1 Objetivo Particular del Encuentro: Realizo la última evaluación de la asignatura de Mecánica de Suelos II. 6.2 Contenidos a Desarrollar: 

Examen Final de Mecánica de Suelos II

6.3 Actividades a desarrollar 6.3.1 Actividades Iniciales Participo en el repaso de los contenidos a evaluarse.

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6.3.2 Actividades de desarrollo Contesto y resuelvo los puntos que conforman la última evaluación.

6.3.3 Actividades Finales Actividad de Aprendizaje 11: Realiza una autoevaluación muy personal sobre las competencias que adquiriste en este curso. 6.4 Resultados Esperados Excelentes calificaciones. 6.5 Bibliografía  moisessuarez.wordpress.com

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VII. ANEXOS

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Apuntes de Clase de Mecánica de Suelos II Unidad I: Capacidad de carga de las cimentaciones Introducción Concepto:  Un cimento es la base de soporte de una estructura, la cual

constituye la interface a través de la cual se transmiten las cargas al suelo a roca adyacente. La mayoría de los cimientos están construido de concreto simples o reforzados. El funcionamiento general y viabilidad de un cimiento depende en gran parte de la interacción entre la unidad estructural que esta arriba y la unidad de suelo y roca que está abajo. El comportamiento del cimiento depende de la naturaleza del suelo. (Arena, roca, arcilla, etc). Clasificación:  Se clasifican en superficiales y profundas. La diferencia

básica entre ambos radica en la forma en que liberan al suelo la carga transmitida por la estructura.

Cimientos Superficiales

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Cimientos Profundos

Tipos de Cimentaciones Superficiales 1. 2. 3. 4. 5.

Zapatas rectangulares Zapatas cuadradas Zapatas corridas Zapatas combinadas Losas

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Factores en el diseño de las cimentaciones superficiales 



Profundidad adecuada:  la cual se desplantan una zapata, es decir

la profundidad desde la superficie hasta su lado interior. Puede ser importante la profundidad correcta cuando los cimientos están sujetos a cargas horizontales. Asentamiento limite:  La magnitud del asentamiento que se puede tolerar los daños por asentamientos son de carácter arquitectónico (recubrimiento y acabado).

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

Factor de seguridad contra fallo al cortante:  se tiene cuando el

suelo se divide en bloque o zonas separados que se mueven completa o parcialmente y tangencial mente entre si, a lo largo de la superficie de desplazamiento. Las cimentaciones que son mas susceptibles a fallas por contante son las que tienen altas relaciones de carga viva a muerta, por ejemplo: estructuras pesadas, silos, puentes, etc. Falla General por esfuerzos cortantes A medida que se incrementan ´´P´´, la zapata junto con la cuña 1, se introduce en el terreno desplazando lateralmente a los zonas 2. Las zonas 2 a su vez empujan a las zonas 3 levantándolas. Este modo de fallas se asocia con las suelos densos o pre-consolidados de baja compresibilidad (arenas densas o cohesivos). Las arcillas y limos son de alta compresibilidad.

Teoría de capacidad de carga (Teoría de Terzaghi) Capacidad ultima de carga (q últ): es el valor de la intensidad de la carga neta con la cual el suelo falla al corte. Para identificar la capacidad de carga del suelo se necesita conocer los parámetros de corte:  Ø Angulo de fricción interna (resistencia al corte)  C cohesión

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qúlt= (C.Nc.Sc) + (γ1.df.Nq) + [(1/2)γ2. B.Nγ.Sγ]

C: Cohesión de suelo cimentado Nc,Nq y Nγ: Factores de carga que dependen de Ø (Tabla 11.2; Juárez Badillo; Tomo 2; Página 485) Sc, Sγ: Factores de forma γ1: Peso específico (Suelo sobre carga) df: Nivel de desplante γ2: Peso específico (Suelo de cimentación) B: Ancho del cimiento Factores de Forma Tipo de zapata Corrida

Sc

Sγ

1

1

Cuadra o rectangular

1.3

0.8

Circular

1.3

0.6 – 0.8

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Ejemplo 1 Calcular la capacidad de carga de un suelo de cimentación que presenta condiciones normales. Dicho suelo se caracteriza por ser de naturaleza rocoso.

Ejemplo 2 Diseñe el ancho de cimiento que soportará la carga de cimiento. El suelo de cimentación constituye un lecho rocoso.

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Ejemplos para estudio independiente Calcule la capacidad de carga de los cimientos.

Cimientos sobre arenas y gravas En los suelos de alta permeabilidad se pueden presentar rápidos cambios en el nivel (freático) del agua subterránea, con los efectos consecuentes sobre la densidad del suelo.

Ejemplo N0. 3 Para una zapata cuadrada, calcular la capacidad de carga admisible si: B= 1m; Df = 0.5m; ф = 20°; C = 30 KN/m 2; γ= 17.6 KN /m3;  γ sat =19.5 KN/m3. Usar un Factor de Seguridad igual a 3, sabiendo que el suelo de cimentación presenta alta permeabilidad. a) Nivel freático a 3m b) Nivel freático a 0.5m c) Nivel freático a 0.25m

q últ = C Nc Sc dc + Df  γ Nq Sq dq + ½ γ B Nγ Sγ dγ Si = factores de forma di = factores de profundidad

Sc = 1 + (B/L) (Nq/Nc) Ing. Moisés Suárez Campos.

dc = 1 + 0.4(Df /B) Página 28

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Sq = 1 + (B/L) tanф

dq= 1 +2 tan ф (1- senф)2 (df/B)

S γ = 1 – 0.4 (B/L)

d γ= 1

Nota: Para zapata corrida Sc = Sq = Sγ = 1

a) Nivel freático a 3m

No afecta el agua  q últ = C Nc Sc dc + Df  γ Nq Sq dq + ½ γ B Nγ Sγ dγ q últ = 30 KN/m2*14.8*1.43*1.2 ) + (0.5m*17.6 KN/m 3 *6.4*1.16*1.36) +

(0.5* 17.6* 1* 3.54 * 0.6 * 1)= 869.45 KN/m 2

q

admisible=

869.45 KN/m2/3= 290 KN/m2

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b) Nivel freático a 0.5m

γ ´ = γsat – γw

 γw= 62.5 lb/pie3 = 9.81 KN/m3 = 1000 Kg / m3 = 1 gr/cm3  γ ´ = (19.5 – 9.81)KN/m3= 9.69 KN/m3 q últ = (30 KN/m2*14.8*1.43*1.2 ) + (0.5m*17.6 KN/m 3 *6.4*1.16*1.36)

+ 1)= 861.04 KN/m2

q

admisible=

(0.5* 9.69 KN/m2* 1m* 3.54 * 0.6 *

287.02 KN/m2

c) Nivel freático a 0.25m

q últ =(30 KN/m2*14.8*1.43*1.2 )+ [(17.6 KN/m 3 *0.25m) + (9.69

KN/m3*0.25m ) ]*6.4*1.16*1.36+ (0.5* 9.69 KN/m 2* 1m* 3.54 * 0.6 * 1)= 841.08 KN/m2 Ing. Moisés Suárez Campos.

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q

admisible=

280.4 KN/m2

Cimientos Profundos Desde el punto de vista del diseño y la construcción, los pilotes se clasifican en dos tipos: a) Pilotes Hincados o de desplazamiento, que por lo general están prefabricados antes de ser hincados o martillados en el terreno. b) Pilotes de perforación o de reemplazo, se realiza una perforación en la cual se forma el pilote, por lo general con concreto reforzado. La capacidad última de carga de un pilote individual es la suma de sus resistencias de punta y de fuste. El uso de cimentaciones en pilotes cuando se tienen terrenos malos o saturados de agua. Algunos problemas de cimentaciones se resuelven con pilotes: 









Cuando la capa de suelo con la capacidad de carga adecuada está situada a demasiada profundidad para el uso económico de cimentaciones convencionales. Cuando una o varias capas de suelo situados justo debajo de una estructura son blandas o de mala compactación. En lugares donde los estratos del suelo y en algunos cuando las superficies están inclinadas. En laderas de ríos o costas donde la acción de los oleajes, producen socavación lo cual varía la cantidad de material cerca de la superficie. Para estructuras que transmiten cargas horizontales o inclinadas significativas.

Ing. Moisés Suárez Campos.

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Tipo de material usado para la construcción de pilotes   

Concreto Madera Acero

Métodos de Instalación  

Pre – excavado Hincado con martinete

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Valores de αu y β para pilotes

Tipo de suelo Arcilla

Ecuación

Factores

fs= αu* Cu

αu= 1

Cu≤25 Kpa

fs =ρ*σz´

αu= 0.5

Cu≥70 Kpa

αu= 1 – ( Cu-25 )/10 β= ( 1- sen ф´)tanф´(OCR)0.5

Arena

fs =β*σz´

0.15-0.35 (Compresión) 0.10-0.24 (Tensión)

Qp=f b*Ab= (Cu)b*Nc*Ab f b= Resistencia de la base Nc= Coeficiente de capacidad de carga (Cu)b= Resistencia por cortante no drenado del suelo en la base del pilote Ab= Área de sección transversal del pilote Factor Nc

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Ejemplo Un pilote de concreto de 16" * 16" de sección transversal a como se muestra en la figura. Determine la carga permisible que puede soportar el pilote (Fs = 4).Emplee los coeficientes de α para determinar la resistencia friccionante.

Ø= 0 Pascal (Pa)= N/m² Cu= 1800 lb/ft3 * 0.04778 KN/m² = 86.16 KPa αu= 0.5 Ϫ= 120 lbs/ft³

fs= αu* Cu = (0.5)* (1800lb/pies²) = 900 lb/pies² Qf = fs* p * L

Por tanto:

P= (16in*4)/ 12in/ft = 5.33 ft Qf= (900 lb/ft² * 5.33ft * 40ft) = 191,800 lbs Q p = fb * Ab

Por tanto:

  (9 * 1800 lb/ft²) = 16200 lb/ft²  Nc = 9   3     7  fb= Nc

Ing. Moisés Suárez Campos.

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Ab = (1.33 * 1.33) ft² = 1.77 ft² Qp= (16200 lbs/ft² * 1.77 ft² = 28674 lbs Q u= (191880 + 28674) lbs. = 220554 lbs. Q perm =

         UNIDAD II: Estabilidad de taludes

Concepto: un talud es una masa de suelo o rocas cuya superficie es inclinada (no horizontal), los taludes son los resultados de la acción de los agentes naturales (sismos, viento, etc.) o bien construidos por el hombre.  Todos los taludes se caracterizan por tener la tendencia inherente a degradarse a una forma más estable, es decir a una superficie horizontal. La inestabilidad en los taludes es la tendencia que poseen a moverse, en tanto la falla es el movimiento real de las masas. En un talud actúan dos tipos de fuerzas las cuales son: 



Las formas que contribuyen a la inestabilidad como: la gravedad y la infiltración. Las fuerzas ofrecen resistencia a la falla como la geometría del talud, la resistencia al corte de rocas y suelo.

El movimiento de masas puede darse como resultado de una falla al corte a lo largo de cierta superficie interna, o bien cuando ocurre una disminución general del esfuerzo efectivo entre las partículas causa una licuación total o parcial.

Clasificación de taludes:

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TIPOS DE FALLAS

El análisis de estabilidad de taludes consiste en determinar el factor de seguridad para las superficies de falla posible.

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 FS= 

     

     

R= Fuerza resistente a la falla  T= Fuerza actuante Cuando el coeficiente o factor de seguridad es igual a la unidad se produce deslizamiento del talud.

Análisis de estabilidad de cuña. Los parámetros de resistencia al corte que se utilizan son:  

Cohesión (C) Angulo de corte (ø)

El peso de la masa de suelo (W) y sus componentes T y N, tienden a. deslizamiento  T= W * SENα y

N= W * COS α

Resistencia al deslizamiento R= τ * L por tanto τ= c + σ tan Ф (No drenado) )* L  σ=

R= (C + N/L * tan Ф

 

τ= c + (σ –  u) * tan Ф (Drenado, el agua disminuye la resistencia a la falla) Ing. Moisés Suárez Campos.

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U= Zw * γw

(Presión de los poros)

Ejemplo 1. Aplicación de Talud Tipo Cuña Determine el Factor de seguridad del talud mostrado para concluir si es estable o no, con base en la siguiente información.

Datos

         

Ing. Moisés Suárez Campos.

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   

                                      

         Ing. Moisés Suárez Campos.

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     

      

           

          

                   = Es Estable     1.41

Análisis de estabilidad en falla circular (Rotacional) Método de las dovelas o rebanadas (Fellehius) 

Cuando el agua incide existe presión de poro.

 ^          

Ing. Moisés Suárez Campos.

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Cuando la falla es circular el problema radica en que no se conoce de antemano el Centro de Gravedad (CG), por tal razón se usan franjas o dovelas.

Análisis de estabilidad en falla circular (Rotacional) Método de las dovelas o rebanadas (Bishop) 

Las dovelas o franjas se usan cuando no se conoce el centro de gravedad de la masa con la que se está trabajando.

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  

Se toma un ancho Unitario

Bishop asume que las fuerzas entre las dos caras de la dovela con las que está en contacto son iguales y opuestas, por lo que se anulan entre sí. Para cada dovela:

Ing. Moisés Suárez Campos.

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

Para el cálculo del factor de seguridad contra el deslizamiento se utilizará la siguiente tabla: Dovela hi W Xi WiXi α° Tc Nº



(mt) (KN) (m)

(KN.m)

(KN)

La formula a utilizar es:

     R=radio T=cortante resistente (WiXi)=momento ejercido por el peso respecto a la distancia (0-X).

Ing. Moisés Suárez Campos.

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Ejemplo 2. Método de las Dovelas Determine el Factor de Seguridad del talud mostrado, mediante el método de las dovelas.

Suelo 1:

      

=29º         Suelo 3: =33º         Suelo 2:

Ing. Moisés Suárez Campos.

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                                                  

Dovela(Nº)

h1(m)

h2(m)

h3(m)

W(KN)

X(m)

WiXi

αº

T(KN)

1

0.0

0.0

0.6

21.6

6.6

142.56

33.56

11.94

2

0.0

0.6

1.2

64.2

4.8

308.16

24.62

26.75

3

0.0

2.0

1.8

134.8

2.8

377.44

24.62

56.16

4

0.0

3.4

2.0

191

0.6

114.6

24.62

19.57

5

0.4

4.0

2.0

225.6

1.2

270.72

24.62

93.98

6

2.0

4.0

1.6

265.6

3.2

849.92

24.62

110.65

7

3.2

4.0

1.0

284.8

5.2

1480.92

24.62

118.65

8

4.0

4.0

0.0

276

7.4

2042.4

24.62

114.98

9

4.0

2.8

0.0

234

9.2

2152.8

39.72

149.53

10

4.0

1.0

0.0

171

11.2

1915.2

51.32

133.49

Ing. Moisés Suárez Campos.

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11

1.8

0.0

0.0

61.2

13.2

807.84 ∑=10462.6

61.56

53.81 ∑=949.51

                    



Talud Estable

Ejemplo #3 Analice las condiciones de estabilidad para los taludes y planos de deslizamientos mostrados y determine cual es el más crítico.

a)

b)

  

      

Ing. Moisés Suárez Campos.

c)

          Página 46

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Donde:

  

       

Datos

      Ecuaciones

                               Soluciones a)

 

  



 

  

                         Fs = 6.74

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b)

                                                       Fs = 3.03

c)

     

 

  

     



      

10

  

 Ing. Moisés Suárez Campos.

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X                                     

  

  

Fs = 2.02

El mas criticó es el que tiene el menor factor de seguridad es decir la condición “C”.

Ejemplos prácticos de Muros de Retención Resuelva 1

Un muro de contención que tiene una superficie vertical posterior lisa retiene a un suelo a una profundidad de 12mt. La masa de suelo consiste de dos capas horizontales: Capa superior:

c= 0

Ǿ =28˚

γ=18 kn/m³

Capa inferior:

c =0

Ǿ =34˚

γ =20 kn/m³

El nivel freático esta bajo la base del muro. Calcular solamente la magnitud del empuje activo resultante

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Ks = tan² (45˚-28˚/2)=0.36

k inferior = tan² (45˚-34˚/2)= 0.283

Presiones de la capa superior H=Z=0 Pa =0 H=7m Pa= 0.361*7m*18kn/m³ Pa= 45.50 kn/m² Presiones de la capa inferior 

H=7m

Pa= 0.283*7m*18kn/m ³ Pa = 35.7 kn/m²

H=12 m

σv = ( 7*18)kn/m²+(5*20)kn/m²= 226 kn/m²

Pa: 0.283*226kn/m²=64kn/m² Ea =[(½*45.50*7)+(5*35.7)+(½*5*28.3)]kn/m²*m Ea=(159.25+178.5+70.75)kn/m²=409kn/m Resuelva 2 Un muro de contención con pared vertical lisa retiene a una masa de suelo con superficie horizontal, hasta una profundidad de 8 mt. Sobre la superficie del suelo descansa una sobrecarga igual a 60 kn/m².

C= 0

Ǿ=20º

γ= 28 kn /m³

Ka= tan² (45˚-20/2)= 0.490 Ing. Moisés Suárez Campos.

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