Tema 8 Capacidad de Carga y Asentamientos de Suelos

Tema 8Tema 8Capacidad de Carga de Capacidad de Carga de Suelos y Asentamientos Suelos y Asentamientos

Elsticos enCimentaciones Superficiales

CURSO: MECANICA DE SUELOS II

PROFESOR: Ing. OSCAR DONAYRE CRDOVA

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERALABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y ASFALTO

Este captulo trata la determinacin de la capacidad de Este captulo trata la determinacin de la capacidad de carga o soporte del suelo aplicado a las cimentaciones superficiales y los posibles asentamientos. superf c ales y los pos bles asentam entos. Considerando que cimentacin superficial es toda estructura que descansa sobre el terreno situado inmediatamente debajo de la misma. Las zapatas aisladas, generalmente de planta rectangular,

tit l i t i fi i l constituyen la cimentacin superficial ms comn para pilares o columnas, mientras que los cimientos corridos o contnuos se utilizan bajo muros portantes As o contnuos, se utilizan bajo muros portantes. As mismo, en algunos casos las estructuras transmitirn sus cargas al suelo de apoyo por medio de placas o sus cargas al suelo de apoyo por medio de placas o losas de cimentacin.


Para un comportamiento satisfactorio, lasi t i fi i l d b ti fcimentaciones superficiales deben satisfacer

dos caractersticas principales:Debe ser segura contra una falla por cortegeneral del suelo de apoyogeneral del suelo de apoyo.As mismo, no debe experimentardesplazamientos o deformacin del suelo demanera excesiva es decir por asentamientomanera excesiva, es decir por asentamiento.


La carga por rea unitaria de laLa carga por rea unitaria de lacimentacin bajo la cual ocurre la falla

i i l l lpor resistencia al cortante en el suelo sedenomina capacidad de carga ltima, quep g qse estudiar para diferentes condicionesdel suelo de apoyodel suelo de apoyo.


Concepto generalSi la cimentacin superficial se apoya sobre un Si la cimentacin superficial se apoya sobre un suelo arenoso o cohesivo compacto, de ancho B. Si la carga es aplicada gradualmente a la g p gcimentacin, el asentamiento se incrementar. En cierto momento la carga por unidad de rea q alcanzar un valor qu lo que provocar una falla repentina en el suelo que soporta la i t i l d f ll t d

Falla general por corte

B

cimentacin y la zona de falla se extender hasta la superficie del terreno. Esta carga por rea unitaria q se denomina generalmente

Superfice de falla en el suelo

qu

Carga/unidad de rea, q

rea unitaria qu, se denomina generalmente capacidad de carga ltima de la cimentacin. Cuando se produce este tipo de falla repentina Cuando se produce este t po de falla repent na en el suelo, se denomina falla general por corte.


Falla general o generalizada por corte

B

f d qu


Superfice de falla en el suelo

qu

Asentamiento


Si la cimentacin superficial descansa sobre un suelo arenoso o cohesivo medianamente suelo arenoso o cohesivo medianamente compacto, y en este se produce un incremento de carga sobre la cimentacin tambin ser gacompaado por un aumento del asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla

l l d d l h i en el suelo se extender gradualmente hacia fuera desde la cimentacin, como las lneas discontinuas de la figura Por lo que cuando la

Falla local por corte

B

discontinuas de la figura. Por lo que cuando la carga sea igual a qu(1) el movimiento estar acompaado por sacudidas repentinas

Superfice de falla qu


qu(1)

acompaado por sacudidas repentinas, denominndose esta carga como carga primera de falla (Vesic, 1963). Note que un valor mximo ( , ) qde q no se presenta en este tipo de falla, llamada falla local por corte.


Falla local a localizada por corte

B

f d


Superfice de falla qu

qu(1)

Asentamiento


Si la cimentacin superficial es soportada por un suelo muy suelto o suelto, la grfica carga y g gasentamiento ser como se muestra en la figura siguiente. En este caso, la zona de falla en el suelo no

d h l fi i d l E se extender hasta la superficie del terreno. Este tipo de falla en suelos, se denomina falla de corte por punzonamientopunzonamiento.

Falla de corte por punzonamiento

B

S fi d


Superfice de falla

ququ

qu(1)



B

f d


Superfice de falla

qq

qu(1)qu

Asentamiento

qu


Basado en la experiencia de Vesic se propone una relacin para el modo de falla por capacidad de carga p m f p p gde cimentaciones apoyadas en arenas, considerando que:

Cr = compacidad relativa de la arenaD f did d d d l t d l i t i Df = profundidad de desplante de la cimentacin medida desde la superficie del terreno.

LBLBB +=

2*

Siendo: B=ancho de la cimentacin y

L=longitud de la cimentacin (siempre L>B)

En zapatas cuadradas B* = B


p

FALLAS EN CIMENTACIONES SOBRE ARENA

Compacidad relativa Cr

(VESIC, 1973)

00.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1

Falla local de corte

Falla general de corte

2

3


Df/B*3

4

5


Teora de la capacidad de carga de Terzaghi

Para evaluar la capacidad de carga ltima de cimentaciones superficiales Considerado as cuando la cimentaciones superficiales. Considerado as cuando la profundidad Df de la cimentacin es menor o igual que el ancho de la misma Sin embargo investigaciones el ancho de la misma. Sin embargo, investigaciones posteriores consideran como cimentacin superficial cuando Df es igual a 3 o 4 veces el ancho de la f gcimentacin.

Terzaghi sugiri que una cimentacin corrida o Terzaghi sugiri que una cimentacin corrida o continua (es decir, cuando la relacin ancho/longitud tiende a cero), la superficie de falla en el suelo bajo la ), p jcarga ltima puede suponerse como la figura mostrada.


El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentacin es reemplazado por una sobrecarga efectiva q= Df(donde g es el peso especfico del suelo). La zona de falla bajo la cimentacin puede separarse en:falla bajo la cimentacin puede separarse en:

1. La zona triangular ACD debajo de la cimentacin

2. Zonas de corte radiales ADF y CDE, con curvas DE y DF como arcos de una espiral logartmicay p g

3. Dos zonas pasivas de Rankine triangulares AFH y CEGCEG.

Desprecindose la resistencia de corte del suelo a lo largo de las superficies GI y HJlargo de las superficies GI y HJ.


Mecanismo de falla por capacidad de car a en suel s baj una cimentacin carga en suelos bajo una cimentacin corrida - Terzaghi


Usando el anlisis de equilibrio Terzaghi expres la Usando el anlisis de equilibrio, Terzaghi expres la capacidad de carga ltima en la forma, para cimentaciones corridas:c mentac ones corr das

NBNqNcq 1++= NBNqNcq qCu 2++=D dDonde:c = cohesin del suelo = peso especfico del suelo de cimentacin = peso especfico del suelo de cimentacinq = DfNc Nq N = factores de capacidad de carga Nc, Nq, N factores de capacidad de carga adimensionales que estn en funcin del ngulo de friccin del suelo.


Los factores de capacidad de carga Nc, Nq, N se d fi di t l s si s:definen mediante las expresiones:

t)2/4/3(2 ( )1cot124

cos2cot

2

tan)2/4/3(2

=

+=

qC N

eN

24

t)2/4/3(2

+=

245cos2 2

tan)2/4/3(2

eNq

2

11 pKN tan1cos2 2

= pN


Para estimar la capacidad de carga ltima de ara t mar a capac a carga t ma cimentaciones cuadradas o circulares, la ecuacin anterior se puede modificar a:

NBNqNcq qCu 4.03.1 ++=Cimentacin cuadrada NDNqNcq qCu 3.03.1 ++=Cimentacin circular qq qCucircular


Para cimentaciones que presentan falla localizada por t i t s s i difi l s corte o por punzonamiento, se sugiere modificar las

ecuaciones anteriores como:12

21

32 NBNqNcq qCu ++=Cimentacin corrida

4.0867.0 NBNqNcq qCu ++=Cimentacin cuadrada 3.0867.0 NDNqNcq qCu ++=Cimentacin circular qq qCucircular

Donde Nc, Nq y N son los factores de capacidad de difi d l l d l i carga modificada, calculndose con las mismas

ecuaciones, pero reemplazando por = tan-1 (2/3 tan)


Las ecuaciones anteriormente explicadas consideran que el Influencia del Nivel Fretico en la Capacidad de CargaLas ecuaciones anteriormente explicadas consideran que el Nivel Fretico (N.F.) est muy profundo con respecto al fondo de cimentacin. Sin embargo, si el N.F. est cercano ga la profundidad de cimentacin, ser necesario modificar las ecuaciones de capacidad de carga, es as que:Caso ICuando el N.F. se localiza

t 0 D D l d D0 entre 0 Do Df el segundo trmino de la capacidad de carga, que tiene como factor

N.F.

D1

Df

Bg qq toma la forma:

)(10 wsatDDefectivargasobrecaq +==Adems el valor de en el ltimo trmino de la ecuacin de capacidad tiene que ser = sat w


Influencia del Nivel Fretico en la Capacidad de CargaCaso IISi el N.F. est ubicado de manera que 0 D2 B entonces el factor q= D adems el factor en el ltimo trmino el factor q= Df adems el factor en el ltimo trmino de las ecuaciones debe reemplazarse por:

D )( 2 +=BD

Las consideraciones expuestas se basan en la hiptesis Las consideraciones expuestas se basan en la hiptesis que no existe fuerzas de filtracin en el suelo de cimentacin.

Caso IIIPara un N F ubicado de manera que D B el agua no Para un N.F. ubicado de manera que D2 B, el agua no afectar la capacidad de carga ltima.


Factor de Seguridad

Para obtener la capacidad de carga admisible (qadm) de cimentaciones superficiales requiere aplicar un factor de seguridad (F ) a la capacidad de carga ltima (q ) definido seguridad (Fs) a la capacidad de carga ltima (qu), definido como:

uqqs

uadm F

qq =

Independientemente del procedimiento por el cual se aplique el factor de seguridad, la magnitud depende de las aplique el factor de seguridad, la magnitud depende de las incertidumbres y riesgos implicados en las condiciones encontradas para la cimentacin; comnmente el Fs exigido p s gen nuestro medio es de 3.


Aplicacin de la Teora de Terzaghi a suelos puramente cohesivoscohesivosComo puede observarse en la grfica de Terzaghi, para suelos puramente cohesivos en el caso de un cimiento de pbase rugosa, los factores de capacidad de carga resultan:

7.5=Nc

0

0.1

==

NNq

0NPor lo que la capacidad de carga ltima en este caso queda definida como:definida como: qcqu += 7.5Y en trnimos de resistencia a la compresin simple del p pmaterial qcs = 2c queda:

qqq csu += 85.2


csu

Teora de SkemptonDe lo expuesto en la teora de Terzaghi aplicada a suelos De lo expuesto en la teora de Terzaghi aplicada a suelos puramente cohesivos, no toma en cuenta para el factor Nc la profundidad de desplante Df del cimiento en el c p f p f mestrato de apoyo. Por lo que, en trminos de superficie de falla al corte, cuanto ms profundo sea la ubicacin del i i t s t d s fi i d d s ll cimiento se tendra una superficie de mayor desarrollo, en

el cual la cohesin trabajar ms, lo que corresponder a un aumento al valor real de Nc.un aumento al valor real de Nc .Skempton propone adoptar para la capacidad de carga ltima en suelos puramente cohesivos una expresin de p pforma muy anloga a la de Terzaghi:

qNcq += qNcq cu +La diferencia estriba en que Nc no siempre es 5.7, sino que vara con la relacin D/B


que vara con la relacin D/B.

Teora de MeyerhofComo en la teora de Terzaghi no se considera los Como en la teora de Terzaghi no se considera los esfuerzos cortantes desarrollados en el suelo arriba del nivel de desplante del cimiento, la cual es slo reemplazado p m , mppor una sobrecarga perfectamente flexible.Meyerhof observa esta deficiencia alcanzando una yexpresin de la capacidad de carga ltima donde la diferencia no slo esta en el factor p0 sino tambin en los valores de N N y N y en los factores adimencionales los valores de Nc, Nq y N y en los factores adimencionales de forma, profundidad e inclinacin.Correspondiendo la ecuacin general de la capacidad de Correspondiendo la ecuacin general de la capacidad de carga para cimentaciones continuas:

1idsqiqdqsqcicdcscu FFFNBFFFNpFFFNcq 2

10 ++=


Teora de MeyerhofLos valores de los factores de capacidad de carga N N y Los valores de los factores de capacidad de carga Nc, Nq y N son evaluados de la siguiente manera:

+= tan2q e)245(tanN 2= cot)1N(N = cot)1N(N qc

+= tan)1N(2N q


Teora de MeyerhofSiendo:Siendo:

ncimentacifondodelnivelalefectivoEsfuerzop =0 fffp0formadeFactoresFFF cicdcs =

ldi li idFFFF

dprofundidadeFactoresFFF qiqdqs =acladeninclinacideFactoresFFF ids arg=

Basados en datos experimentales como los mostrados en la tabla siguiente:tabla siguiente


Asentamientos Elsticos Ci t i S fi i lCimentaciones Superficiales


El asentamiento elstico de una cimentacin superficial flexible aplicando la ley de Hooke teoricamente para flexible, aplicando la ley de Hooke, teoricamente para cuando Df =0 y el espesor del estrato (H) tiende al infinito, se puede calcular considerando:

2)1(

EqBS 2o = Para esquinas de cimentacin

2E

= )1(qBS 2o Para el centro de cimentacin= )1(E

S Para el centro de cimentacin

Donde: Para

+++

++= 1m1lnmmm1ln1

22

Donde: Para

Lm =

+

+ +

=1m1

lnmmm1

ln22 B


El asentamiento elstico promedio:

Bprom

2o )1(EqBS =

El asentamiento elstico de una cimentacin rgida:

2 )1(qBS

El asentamiento elstico de una cimentacin rgida

r2o )1(

EqBS =


El asentamiento elstico de una cimentacin superficial flexible aplicando la ley de Hooke teoricamente para flexible, aplicando la ley de Hooke, teoricamente para cuando Df =0 y el espesor del estrato (H) es finito (H

E-mail:odonayre@urp edu [email protected]


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