CAPACIDAD DE CARGA-ING. DE CIMENTACIONES

CAPACIDAD DE CARGACAPACIDAD DE CARGACimentaciones SuperficialesCimentaciones Superficiales

DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA

FACTORES QUE INFLUYEN

Por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lazares

CAPACIDAD DE CARGACAPACIDAD DE CARGA

ETAPAS DE DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGAMétodo de BellMétodo de TerzaghiMétodo de Meyerhof

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGAMétodo de Brinch Hansen

INTRODUCCIONINTRODUCCION

- Diseño GeotécnicoDetermina, evalúa y define la geometría frente a los suelos presentes

- Diseño EstructuralDetermina y evalúa la cuantía de acero necesario

- Consideraciones ConstructivasSituaciones especiales de presencia de suelos blandos o NF.

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCIMENTACIONES SUPERFICIALES

- Método de Tensiones AdmisiblesAún usado en el Perú

- Método del Factor de Seguridad GlobalMás utilizado

- Método de los Estados LímitesTendencia mundial, próximos 5 años

QUQUÉÉ ES DISEES DISEÑÑO GEOTO GEOTÉÉCNICOCNICO

1. Tipo de base de cimentación (artificial o natural)

2. Tipo de cimentación (superficial, profunda, aislada, corrida, losas y otras)

3. Profundidad de cimentación

4. Dimensiones de la base de cimentación

REQUISITOS DE LA BASEREQUISITOS DE LA BASE

1. Profundidad adecuadaEvitar daños

2. Segura frente a la fallaEstabilidad de la cimentación

3. No AsentarseDaños en la construcción

COMBINACICOMBINACIÓÓN DE CARGASN DE CARGAS

1. D + L2. D + (W ó E)3. (D + L + (W ó E)) K

Usado en:- Tensiones Admisibles- Factor de Seguridad Global

Donde:D = carga muertaL = carga vivaW = carga de vientoE = carga de sismoK = coeficiente de

combinación > 0.75

COMBINACICOMBINACIÓÓN DE CARGASN DE CARGAS

1. 1.5 D + 1.8 L2. 1.25 (D + L + E)3. 0.9 D + 1.25 E

Usado en:- Estados Límites

Carga Muerta de Cálculo

1.4 (ACI)

1.5 (Norma Peruana)

0.9 (“D” a favor de la estabilidad)





DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA

Método de Brinch Hansen

Desarrollo de la Superficie de FallaDesarrollo de la Superficie de Falla

Deformación Elástica

Etapa de Distorsión Elásticay la combadura dentro de la

masa de suelo

Deformación Elástica

Zona de Cortante Local

CombaduraEtapa de Cortante Local

y de Agrietamiento

Zona de Cortante TotalEtapa de Falla General

por Cortante

CURVA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN

S(deformación)

σ(esfuerzo)

ARENA SUELTA O ARCILLA SENSIBLE

ARENA COMPACTA O ARCILLA NO SENSIBLE

Superficie de Falla en Diferentes SuelosSuperficie de Falla en Diferentes Suelos

ANANÁÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGALISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA

Método de Bell

Simple y conservadorAmpliado y modificado por TerzaghiActualmente no se usaDidáctico


Método de Bell


Método de Terzaghi

Primeros esfuerzos por adaptar a la mecánica de suelos los resultados de la mecánica del mediocontinuo.Cubre el caso más general de suelos con cohesióny fricción y su impacto en la mecánica de suelos.Hoy es muy utilizado para la determinación de la capacidad de carga.Terzaghi propuso el mecanismo de falla para un cimiento superficial de longitud infinita normal al plano del papel.

Mecanismo de falla de Terzaghi

Mecanismo de falla de cimiento continuo poco profundo, según una espiral logarítmica

qc = 1/2 γ B Nγ + C Nc + γ. d Nq


Modelo de falla asumido:

Método de Terzaghi


Modelo de falla asumido:

Mecanismo de falla de cimiento continuo poco profundo, según una espiral logarítmica

qc = 1/2 γ B Nγ + C Nc + γ. d Nq

Método de Terzaghi


Característica del modelo:

1. Cimiento de ancho B y longitud infinita L.

2. Distribución de tensionesactuantes uniforme.

3. Sobrecarga uniforme a ambos lados de la cimentación.

4. Estrato resistente a nivelde cimentación.

Método de Terzaghi


La expresión obtenida propuesta:

qbr =0.5 γ2b Nγ + cNc + q’Nq

Además: q’ = γ1. d

qbr = f (γ2, b, φ, c, γ1 , d)Nγ, Nc, Nq = f (φ)

q´=γ d

b

Pd

γ2

γ1

Método de Terzaghi


Los Valores de Nγ, Nc y Nq :

Método de Terzaghi


Falla Local

Método de Terzaghi






Método de Brinch – Hansen


Modelo de falla de Meyerhof

qc = C Nc + p0 Nq + 1/2 γ B’ Nγ

B´ = B– 2e

Meyerhof considera por primera vez la influencia de la Profundidad de cimentación en el terreno y la Excentricidad de la Cargas. Esta solución es aceptada por todas las teorías y códigos en la actualidad.


Método de Meyerhof

Similar características que Bell y Terzaghi, pero con unaforma diferente de las superficiales de falla, Meyerhofpropuso la expresión siguiente:

qbr = 0.5γ2b Nγ + c· Nc + q’·Nq

Nγ, Nc, Nq = f (φ) qbr = f (γ2, b, φ, c, γ, d)


Método de Meyerhof






Método de Brinch – Hansen

Influencia de la forma de la Cimentación

• Cimiento de cualquier rectangularidad.• Carga actuante centrada. • Carga actuante vertical.• Estrato resistente a nivel de la cimentación.• Sobrecarga uniforme a ambos lados de la

cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGACARGA

Factores de la forma del cimientoFactores de la forma del cimiento -- SSγγ, Sc, Sq, Sc, Sq

Para suelos ϕ y C-ϕ

Sγ = 1-0.4(B´/ L´ )

Sc = 1 + (Nq/Nc) (B´/ L´ )

Sq = 1 + (B´/ L´ ) tg ϕ

Para suelos C (ϕ = 0 )

Sc´ = 0.2 (B´/ L´ ) Donde:

L´ : Lado mayor entre l´ y b´.


• Cimiento de cualquier rectangularidad.• Carga actuante excéntrica. • Carga actuante vertical.• Estrato resistente a nivel de la cimentación.• Sobrecarga uniforme a ambos lados de la

cimentación.

Influencia de la excentricidad de la Carga


Influencia de la excentricidad de la carga

qbr* = 0.5γ2*·BB’’·Nγ·Sγ· + C*·Nc·Sc +q* Nq Sq

Donde:l’= l – 2*el , b’= b – 2*eb

B’= MenorMenor entre l’ y b’L’= MayorMayor entre l’ y b’


• Cimiento de cualquier rectangularidad.• Carga actuante excéntrica. • Carga vertical y carga horizontal actuantes.• Estrato resistente a nivel de la cimentación.• Sobrecarga uniforme a ambos lados de la

cimentación.

Influencia de la inclinación de la carga


Factores de inclinaciFactores de inclinacióón de la cargan de la carga -- iiγγ,, iic,c, iiqq

Estos factores son menores o iguales que la unidad, y se determinan:

Para suelos C - ϕiγ =

5

*cot*Cl´b*N*H7.01 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ+

−

iq = 5

*cot*Cl´b*N*H5.01 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ+

−

ic = i q -)1Nq(

)i1( q

−

−

Los factores iq, iγ tienen que cumplir la siguiente condición iq, iγ > 0.00

(ϕ = 0 ) ic´ = 0.5-0.5 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

*Clb*H1


Para suelos C

• Cimiento de cualquier rectangularidad.• Carga actuante excéntrica. • Carga vertical y carga horizontal actuantes.• Estrato resistente por encima del nivel de la

cimentación.• Sobrecarga uniforme a ambos lados de la

cimentación.

Influencia de la profundidad de la cimentación en el estrato resistente


Factores de la profundidadFactores de la profundidad -- ddγγ, ,dc, dq, ,dc, dq.

Suelos ϕ y C -ϕ :Cuando D ≤ b Cuando D > b dγ = 1.0 dγ = 1.0 dc = 1 + 0.4 (D/b) dc = 1 + 0.4 tg-1 (D/b)dq = 1 + 2tgϕ* (1 – sen ϕ* )2 (D/b) dq = 1 + 2tgϕ* (1 – sen ϕ* )2 tg-1 (D/b)

Suelos C (ϕ = 0)•Cuando D ≤ b dc´ = 0.4 (D/b)•Cuando D > b dc´ = 0.4 tg-1 (D/b)

En las anteriores expresiones la relación D/b se expresa en radianes. Donde

D : Profundidad del cimiento dentro del estrato resistente.


• Cimiento de cualquier rectangularidad.• Carga actuante excéntrica. • Carga vertical y carga horizontal actuantes.• Estrato resistente a nivel de la cimentación.• Sobrecarga no uniforme a ambos lados de la

cimentación.

Influencia de la inclinación del terreno


Factores de inclinaciFactores de inclinacióón del terrenon del terreno -- gγ, gq, gc

N’

H ML’ ψ o

d q*

L/2 L/2

Para suelos ϕ y C-ϕ

gγ = gq = (1 – 0.5 tgψ)5

gc = 1 – (ψ / 147 )

Para suelos C (ϕ = 0)

gc´ = ψ / 147

Donde: ψ: Angulo de inclinación del terreno. Se expresa en grados y tiene que ser menor o igual que ϕ.


Solución de Brinch Hansen

FactoresFactores de de capacidadcapacidad de de cargacarga -- NNγγ, , NNcc, , NNqq

Para suelos CPara suelos C-- ϕϕ

qbr* = 0.5γ2*·B’·Nγ·Sγ·iγ·dγ·gγ + C*·Nc·Sc i cd cg c +q* Nq Sq i qdq gq

Para suelos Para suelos ϕϕ

qbr* = 0.5γ2*·B’·Nγ·Sγ·iγ·dγ·gγ + q* Nq Sq i qdq gq

Para suelos C

qbr* = 5.14C*(1+S c’+dc’-ic’-gc’)+q*

Nq = eπtgϕ*· tg2 (45 +ϕ*/2)

Nc = (Nq-1)cot ϕ*

Nγ = 2.0 (Nq-1)tg ϕ*


• Tipo de Suelo y Estratigrafía

• Magnitud de las Cargas• Excentricidad de las

Cargas• Profundidad de

Cimentación• Forma de la base de la

Cimentación• Inclinación del Terreno.• Profundidad en el estrato

resistente.

¿¿Factores que influyen?Factores que influyen?

•• DiseDiseñño por Estabilidado por Estabilidad•• Chequeo del VuelcoChequeo del Vuelco•• Chequeo por Chequeo por

DeslizamientoDeslizamiento•• Comportamiento Lineal Comportamiento Lineal

del Suelo del Suelo •• CCáálculo de las lculo de las

Deformaciones de las Deformaciones de las basebase

•• DiseDiseñño Estructural del o Estructural del cimiento.cimiento.

METODOLOGMETODOLOGÍÍA DE DISEA DE DISEÑÑOO

Condiciones de diseCondiciones de diseñño por elo por el 11erer Estado LEstado Líímitemite::Capacidad de cargaCapacidad de carga: Debe de cumplirse que la presión

actuante sobre el terreno debido a las cargas impuestas por la estructura sea menor que la capacidad de carga del suelo donde se desplantó la misma.

VuelcoVuelco:: Se debe chequear que la combinación sea segura al posible vuelco garantizando que:

Σ Momentosestabilizantes≥ 1.5 Σ Momentos desestabilizantes

DeslizamientoDeslizamiento:: El terreno deberá lograr equilibrar la componente horizontal de la resultante de los esfuerzos trasmitidos al terreno oblicuamente sobre la superficie de contacto del cimiento y el terreno en 1.5 veces. El equilibrio se consigue por el rozamiento entre el cimiento y el terreno, en algunos casos, con el empuje pasivo del terreno.

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