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Dr. Ing. Jorge L. Crdenas Guilln jorge.c.guillen@hotmail.com
1
MODULO I: INGENIERA GEOTCNICA
CIMENTACIONES SUPERFICIALES: CAPACIDAD PORTANTE EN SUELOS
ASPECTOS TERICOS
Marzo, 2014
2 Ingeniera Geotcnica
INTRODUCCIN
3 Ingeniera Geotcnica
ASPECTOS DE INTERS EN LA INGENIERA GEOTCNICA
Deformacin Resistencia al corte
4 Ingeniera Geotcnica
CRITERIO DE DISEO EN CIMENTACIONES
Las cimentaciones deben cumplir las siguientes condiciones:
Segura contra fallas por corte.
Evitar asentamientos excesivos.
Superficie de falla generada
Asentamiento
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
5 Ingeniera Geotcnica
En suelos densos o rgidos
Falla de Corte General
B : menor dimensin de la cimentacin
Superficie de falla
Asentamiento
Carga
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
6 Ingeniera Geotcnica
En suelos medianamente densos o semi-rgidos
Falla de Corte Local
Superficie de falla
Asentamiento
Carga
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
7 Ingeniera Geotcnica
En suelos sueltos o blandos
Superficie de falla
Asentamiento
Carga
Falla por punzonamiento
8 Ingeniera Geotcnica
EVALUACIN DE LA CAPACIDAD PORTANTE
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI (1943)
9 Ingeniera Geotcnica
Criterio de la superficie de falla:
Esquema de anlisis Cimentacin continua superficial
Contribucin de la sobre-carga
Contribucin del empuje pasivo
qNq
NB 2
1
Contribucin de la cohesin c
Nc
NBNqNcq qcu 2
1
1 fDq
:Capacidad de carga ultima
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
10 Ingeniera Geotcnica
Tipo de falla segn el grado de compactacin o rigidez del suelo
Falla de corte general
Falla de corte local
En suelos compactos
En suelos sueltos : criterio de reduccin de parmetros
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
11 Ingeniera Geotcnica
Para la cimentacin corrida
Para fallas de corte general
Con:
1 fDq
NBNqNcq qcult 2
1
Donde:
c : cohesin del suelo
: peso especifico del suelo (debajo del nivel de cimentacin)
1 : peso especifico del suelo (encima del nivel de cimentacin)
fD : profundidad de empotramiento
NNN qc ,, : factores de capacidad de carga (depende del ngulo de friccin)
: sobre-carga
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
12 Ingeniera Geotcnica
Para fallas de corte general
1cot1
245cos2
cot2
tan2432
qc Ne
N
245cos2 2
tan2432
eNq
tan1cos2
12
pKN
: coeficiente de empuje pasivo pK
Los factores de Capacidad de Carga se definen mediante las siguientes expresiones:
Ver tablas
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
13 Ingeniera Geotcnica
Valores de los factores de carga: cN qN N
Para fallas de corte general
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
14 Ingeniera Geotcnica
cN qN N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
15 Ingeniera Geotcnica
cN qN N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
16 Ingeniera Geotcnica
cN qN N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
17 Ingeniera Geotcnica
: cimentacin cuadrada NBNqNcq qcult 4.03.1
NBNqNcq qcult 3.03.1 : cimentacin circular
NBNqNcq qcult 5.00.1 : cimentacin corrida
Para fallas de corte general
En general, de acuerdo a la forma de la cimentacin, la ecuacin de capacidad portante es:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
18 Ingeniera Geotcnica
Los parmetros de resistencia son reducidos:
cc3
2*
tan3
2tan *
La ecuacin de capacidad portante es modificada:
*** 5.0667.0 NBNqNcq qcult
*** 4.0867.0 NBNqNcq qcult
*** 3.0867.0 NBNqNcq qcult
: cimentacin cuadrada
: cimentacin circular
: cimentacin corrida
Para fallas de corte local
Los factores de forma son modificados:
*** ,, NNN qc
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
19 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte local
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
20 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte local
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
21 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte local
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI
22 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte local
Valores de los factores de carga:
FACTOR DE SEGURIDAD
23 Ingeniera Geotcnica
Para anlisis de capacidad portante, el Factor de Seguridad adoptado es 3.
La capacidad de carga admisible es la capacidad de carga ultima reducida por un factor de seguridad:
El valor de la capacidad admisible es considerado como dato para el diseo estructural.
FS
qq ultadm
Se define como Carga Bruta, a la carga admisible que puede soportar el terreno de cimentacin.
LBqefectivaAreaqQ admadm
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
24 Ingeniera Geotcnica
Se consideran tres casos, de acuerdo a la posicin del nivel fretico:
Caso I:
Caso II:
Caso III:
fw DH 0
wH
wHCaso I
Caso II
BHD wf
BHw fD
B
Caso III
Limite de influencia del nivel fretico
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
25 Ingeniera Geotcnica
Caso I:
El valor de la sobre-carga es modificado por la siguiente expresin:
Donde:
sat1
fw DH 0
wsatwfw HDHq 11
: peso especifico saturado del suelo encima de la cimentacin
: peso especifico del agua
1 : peso especifico natural del suelo encima de la cimentacin
w
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
26 Ingeniera Geotcnica
Caso I:
El valor del peso especifico debajo de la fundacin es modificado para:
wsatsub
fw DH 0
Donde:
sat : peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentacin
: peso especifico del agua w
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
27 Ingeniera Geotcnica
Caso II:
El valor de la sobre carga es:
1 fDq
BHD wf
Donde:
1 : peso especifico natural del suelo encima de la cimentacin
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
28 Ingeniera Geotcnica
Caso II:
BHD wf
El valor del peso especifico debajo de la fundacin es modificado para:
sub
fw
subB
DH
Donde:
sub : peso especifico sumergido del suelo debajo de la cimentacin
: peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentacin
wsatsub Siendo:
sat
: peso especifico natural del suelo debajo de la cimentacin
Nota: Las modificaciones anteriores se basan en la hiptesis de que no existe fuerza de filtracin en el suelo.
INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO
29 Ingeniera Geotcnica
Caso III:
El valor de la capacidad ultima no es afectada por el nivel de agua.
BHw
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
30 Ingeniera Geotcnica
Considera los efectos de:
o Profundidad de la cimentacin
o Forma de la cimentacin, e
o Inclinacin de la carga actuante
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
31 Ingeniera Geotcnica
Capacidad de carga en cimentaciones corridas:
En fallas por corte general:
idSNBidSNqidSNcq qqqqccccu 2
1
NNN qc ,, : factores de capacidad de carga
SSS qc ,, : factores de forma de la cimentacin
ddd qc ,, : factores de profundidad de la cimentacin
iii qc ,, : factores de inclinacin de carga
Donde:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
32 Ingeniera Geotcnica
Factores de Capacidad de Carga:
tan22
45tan eNq
cot1 qc NN
tan12 qNN
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
33 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
34 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
35 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
36 Ingeniera Geotcnica
*
cN*
qN*
N
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga:
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
37 Ingeniera Geotcnica
Factores de Forma:
c
q
cN
N
L
BS 1
tan1
L
BSq
L
BS 4.01
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
38 Ingeniera Geotcnica
Factores de Profundidad:
:1B
D f:1
B
D f
B
Dd
f
c 4.01
B
Dd
f
q
2sen1tan21
1d
B
Dd
f
c
1tan4.01
B
Dd
f
q
12 tansen1tan21
1d
Para Para
TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL
39 Ingeniera Geotcnica
Factores de Inclinacin:
2
901
qc ii
2
1
i
: ngulo de inclinacin, en grados, de la carga sobre la cimentacin respecto a la vertical.
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
40 Ingeniera Geotcnica
Cimentaciones sometidas a momentos y cargas verticales:
La excentricidad de la carga es definida como:
Q
Me
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
41 Ingeniera Geotcnica
Distribucin de tensiones:
LB
M
LB
2max
6
LB
M
LB
2min
6
maxqminq
Q : Carga vertical total
M : momento sobre la cimentacin
Donde:
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
42 Ingeniera Geotcnica
Considerando la ecuacin de la excentricidad:
Nota:
Ecuacin valida para:
B
e
LB
61max
B
e
LB
61min
6Be
6Be
0
maxqminq
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
43 Ingeniera Geotcnica
Distribucin de tensiones:
eBLQ
q23
4max
Para: 6Be
maxq
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
44 Ingeniera Geotcnica
rea de contacto efectiva:
eBB 2* Ancho efectivo:
LL *Largo efectivo:
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
45 Ingeniera Geotcnica
Procedimiento para calculo de capacidad portante:
eBB 2*
1. Determine las dimensiones efectivas de la cimentacin
LL *
: ancho efectivo
2. Capacidad de carga ultima
: largo efectivo
idSNBidSNqidSNcq qqqqccccult *
2
1
3. Carga neta ultima
*** LBqQ ultult
CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE
46 Ingeniera Geotcnica
Procedimiento para calculo de capacidad portante:
Q
QFS ult
*
4. Factor de Seguridad
5. Verificacin del Factor de Seguridad con respecto a:
maxq
qFS ult
maxq
BIBLIOGRAFA RECOMENDADA
47 Ingeniera Geotcnica
Fundamentos de Ingeniera Geotcnica, Braja Das
Foundation Analysis and Design,
Bowles, J.,
48 Ingeniera Geotcnica