Unidad 3 y 4 Mecanica de Suelos Aplicada

 

CAPITULO 4

CAPACIDAD DE CARGA. 4.1 Introducción La capacidad de carga de un suelo, se puede definir como el estado límite de falla de un suelo en una cimentación. De acuerdo a los reglamentos de construcción el estado límite de falla se entiende, por la situación que corresponde al agotamiento de la capacidad de carga del terreno de cimentación o al hecho de que ocurran daños irreversibles que afecten significativamente la resistencia del suelo ante nuevas aplicaciones de carga. El Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (Publicado en la Gaceta Oficial del Distrito Federal el 29 de enero de 2004) en su Capitulo III DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL, en el Articulo 146, establece Toda edificación debe contar con un sistema estructural que permita el flujo adecuado de las fuerzas que generan las distintas acciones de diseño, para que dichas fuerzas puedan ser transmitidas de manera continua y eficiente hasta la cimentación. Debe contar además con una cimentación que garantice la correcta transmisión de dichas fuerzas al subsuelo.  Así mismo en el Artículo 147, di dice, ce, Toda estructura y cada una de sus pa partes rtes debe deben n diseñarse para cumplir con los requisitos básicos siguientes: I. Tener seguridad adecuada contra la aparición de todo estado límite de falla

posible ante las combinaciones de acciones más desfavorables que puedan presentarse durante su vida esperada En Mecánica de Suelos se define este estado límite de falla del suelo, como la capacidad de carga última de un suelo.

4.2 Teorías de capacidad de carga En el Capitulo IV del RCDF. DEL DISEÑO DI SEÑO DE CIMENTACIONES, en el artículo 169, establece: Toda edificación se soportará por medio de una cimentación que cumpla con los requisitos relativos al diseño y construcción que se establecen en las Normas. Las edificaciones no podrán en ningún caso desplantarse sobre tierra vegetal, suelos o rellenos sueltos o desechos. Sólo será aceptable cimentar sobre terreno natural firme o rellenos artificiales que no incluyan materiales degradables y hayan sido adecuadamente compactados. Las teorías para la determinación de la capacidad carga establecen modelos para el diseño de cimientos sobre suelos en estado natural, y aplicables a rellenos artificiales con un correcto control de calidad.

1

 

Existen diferentes Teorías para determinar la capacidad de carga de un suelo, Prandtl, Hill, Terzaghi, Skempton, Meyerhof, etc., todas en función de las propiedades y características del suelo; así como también en función de las características de la cimentación.

4.2.1 Terzaghi La Teoría de Terzaghi para determinar la capacidad de carga de un suelo cubre el caso más general, pues se aplica a suelos con cohesión y/o fricción, fricció n, y se considera la teoría más usada para determinar la capacidad de carga en cimientos poco profundos (aquellos en que el ancho del cimiento B, es igual o mayor a la distancia vertical entre el nivel del terreno y la base del cimiento, Df).

Fig. 4.1 Modelo de cimentación poco profunda de ancho b Terzaghi en su teoría desprecia la resistencia al esfuerzo cortante arriba del nivel de desplante del cimiento. Esta Teoría establece que una zapata continua descansa sobre una superficie de suelo, el terreno falla a través de tres zonas. Debido a la fricción y cohesión suelo y la base de parte la cimentación, la zona I actúael como una del cuña que se introduce entre en el el suelo como si fuera de la zapata formando los lados triangulo ángulos de (45o+ϕ /2); las zonas II son de deformación tangencial radial y las curvas de falla son espirales logarítmicas, cuyos centros se localizan en las aristas de la base de la cimentación; Las zonas III son zonas de estado plástico pasivo de Ranking y sus fronteras forman un ángulo de (45o-ϕ /2) con la horizontal. El mecanismo de falla se indica indic a en la siguiente figura par un cimiento cimient o poco profundo.

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Fig 4.2 Modelo de falla de cimentación infinita, poco profunda de ancho b, de Terzaghi

Por lo anterior se deduce que la capacidad de carga de un suelo, depende de:

  Resistencia al esfuerzo cortante (cohesión y/o fricción)   de la cimentac cimentación ión y del relleno arriba del nivel de desplante    Ancho Peso volumétrico del suelo   Profundidad del cimiento.

Por lo que Terzaghi propone la siguiente formula para determinar la capacidad de caga última de un cimiento continuo, poco profundo: 1 q    B   N  cN        D  N    c q  f q u    2

(4.1)

En donde se suma la capacidad de carga con la que contribuyen, la parte friccionante, la parte cohesiva y la parte relativa a la profundidad de desplante. B= Ancho de la cimentac cimentación ión γ= Peso volumétrico del suelo debajo de la cimentación   ϕ

= Ángulo de fricción interna del suelo debajo de la cimentación

c= Cohesión γq = Peso volumétrico del suelo arriba del nivel de desplante de la

Cimentación Df = Profundidad de desplante Nγ , Nc y Nq = Factores de carga en función del ángulo de fricción

interna del suelo debajo del desplante de la cimentación 3

 

Los factores de carga los determinan los diferentes códigos de construcción, según los tipos de suelos. Se pueden determinar a través de las siguientes formulas.  N

q

  

 e  tan   tan 2 (450   ) 

(4.2)

2

 N    2( N   N q 1) tan

(4.3)

 N q 1) / tan  N c  ( N 

(4.4)

 A continuación continuación se en listan los valores de los facto factores res de car carga ga  N   

 N c 

 N q 

0 

1 

1.09 1.20 1.31 1.43 1.57 1.72 1.88 2.06 2.25 2.47 2.71 2.97 3.26

0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13 

0.07 0.15 0.24 0.34 0.45 0.57 0.71 0.86 1.03 1.22 1.44 1.69 1.97

5.14 5.38 5.63 5.90 6.19 6.49 6.81 7.16 7.53 7.92 8.34 8.80 9.28 9.81

14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26 

2.29 2.65 3.06 3.53 4.07 4.68 5.39 6.20 7.13 8.20 9.44 10.88 12.54

10.37 10.98 11.63 12.34 13.10 13.93 14.83 15.81 16.88 18.05 19.32 20.72 22.25

3.59 3.94 4.34 4.77 5.26 5.80 6.40 7.07 7.82 8.66 9.60 10.66 11.85

27 28  29  30 

14.47 16.72 19.34 22.40

23.94 25.80 27.86 30.14

13.20 14.72 16.44 18.40 4

 

31 

25.99

32.67

20.63

5

 

32 33 34 35 36 37 38

30.21  35.19  41.06  48.03  56.31  66.19  78.02 

35.49 38.64 42.16 46.12 50.59 55.63 61.35

23.18 26.09 29.44 33.30 37.75 42.92 48.93

39 40

92.25   109.41

67.87 75.31

55.96 64.19

Tabla 4.1 valores de los factores de carga, de acuerdo al criterio de Terzaghi Estos factores de carga, aplicados en la formula de Terzaghi, representan el comportamiento de un suelo incompresible, hipótesis que se cumple en suelos compactos considerando este caso como falla general (Dr>70%), para suelos sueltos, como falla local (Dr70%) (70%