4.0 Capacidad Portante
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES:
CAPACIDAD PORTANTE EN SUELOS
ASPECTOS TEÓRICOS
1
ASPECTOS DE INTERÉS EN LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA
Resistencia al corteDeformación
Ingeniería Geotécnica 3
CRITERIO DE DISEÑO EN CIMENTACIONES
Las cimentaciones deben cumplir las siguientes condiciones:
Segura contra fallas por corte.
Evitar asentamientos excesivos.
•
•
Asentamiento
Superficie de falla generada
Ingeniería Geotécnica 4
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
En suelos densos o rígidos
Carga
Superficie de falla
Asentamiento
B : menor dimensión de la cimentación
Falla de Corte General
Ingeniería Geotécnica 5
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
En suelos medianamente densos o semi-rígidos
Carga
Superficie de falla
Asentamiento
Falla de Corte Local
Ingeniería Geotécnica 6
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
En suelos sueltos o blandos
Carga
Superficie de falla
Asentamiento
Falla por punzonamiento
Ingeniería Geotécnica 7
NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA
En suelos arenosos
Ingeniería Geotécnica 8
EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA
Según su desarrollo:
Teoría de Terzaghi, 1943
Teoría de Meyerhof - Formula General, 1963
Ingeniería Geotécnica 10
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI (1943)
Esquema de análisis – Cimentación continua superficial
Criterio de la superficie de falla:Contribución de la
sobre-cargaq Nq
q D f 1
Contribución de lacohesión c Nc
Contribución delempuje pasivo
1B
2N
1qu c Nc q Nq B N :Capacidad de carga ultima
2
Ingeniería Geotécnica 11
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Tipo de falla según el grado de compactación o rigidez del suelo
Falla de corte general
En suelos compactos•
Falla de corte local
En suelos sueltos : criterio de reducción de parámetros•
Ingeniería Geotécnica 12
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general
Para la cimentación corrida
1 c Nc q Nq B qult N
2
Con:q D f 1
: sobre-carga
Donde:
c
1
D f
: cohesión del suelo
: peso especifico del suelo (debajo del nivel de cimentación)
: peso especifico del suelo (encima del nivel de cimentación)
: profundidad de empotramiento
: factores de capacidad de carga (depende del ángulo de fricción)Nc , Nq , N
Ingeniería Geotécnica 13
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
Los factores de Capacidad de Carga se definen mediante las siguientes expresiones:
23 2tan4e
1 cot N 1N cot c
q 2 cos 2
45 2
2tan
e23 4
Nq Ver tablas2 cos 2
45
2
K 1 p
1 tanN 2 cos 2
K p : coeficiente de empuje pasivo
Ingeniería Geotécnica 14
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 15
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 16
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 17
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 18
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte general…
En general, de acuerdo a la forma de la cimentación, la ecuación de capacidad portante es:
1.0 c Nc q Nq 0.5 B
N
qult : cimentación corrida
: cimentación cuadrada 1.3 c Nc q Nq 0.4 B
N
qult
: cimentación circular 1.3 c Nc q Nq 0.3 B
N
qult
Ingeniería Geotécnica 19
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte local
Los parámetros de resistencia son reducidos:
2cc*
Los factores de forma son modificados:3
tan * 2
tan N * , N * , N *c q
3
La ecuación de capacidad portante es modificada:
: cimentación corridaq 0.667c N * q N * 0.5 B N *ult c q
: cimentación cuadradaq 0.867c N * q N * 0.4B N *
ult c q
: cimentación circularq 0.867c N * q N * 0.3B N *ult c q
Ingeniería Geotécnica 20
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte local…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 21
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte local…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 22
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte local…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 23
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGÚN TERZAGHI
Para fallas de corte local…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 24
FACTOR DE SEGURIDAD
La capacidad de carga admisible es la capacidad de carga ultima reducida por unfactor de seguridad:
•
qu ltadm q
FS
Para análisis de capacidad portante, el Factor de Seguridad adoptado es 3.•
El valor de la capacidad admisible es considerado como dato para el diseñoestructural.
•
Se define como Carga Bruta, a la carga admisible que puede soportar el terreno decimentación.
Q qadm Area efectiva qadm B L
•
Ingeniería Geotécnica 25
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Se consideran tres casos, de acuerdo a la posición del nivel freático:•
0 H w D fCaso I:
Df H w BCaso II:H w
Caso ID f BH wCaso III:
H w
B Caso II
Limite de influencia del nivel freático
Caso III
Ingeniería Geotécnica 26
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Caso I:•
0 H w D f
El valor de la sobre-carga es modificado por la siguiente expresión:
D H q Hw 1 f w 1 sat w
Donde:
1
1sat
w
: peso especifico natural del suelo encima de la cimentación
: peso especifico saturado del suelo encima de la cimentación
: peso especifico del agua
Ingeniería Geotécnica 27
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Caso I:•
0 H w D f
El valor del peso especifico debajo de la fundación es modificado para:
sub sat w
Donde:
sa t
w
: peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentación
: peso especifico del agua
Ingeniería Geotécnica 28
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Caso II:•
Df H w B
El valor de la sobre carga es:
q D f 1
Donde:
1 : peso especifico natural del suelo encima de la cimentación
Ingeniería Geotécnica 29
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Caso II:•
Df H w B
El valor del peso especifico debajo de la fundación es modificado para:
H D w f
sub sat w Siendo:
sub subB
Donde:
su b
sat
: peso especifico sumergido del suelo debajo de la cimentación
: peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentación
: peso especifico natural del suelo debajo de la cimentación
Nota: Las modificaciones anteriores se basan en la hipótesis de que no existe fuerzade filtración en el suelo.
Ingeniería Geotécnica 30
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
Caso III:•
H w B
El valor de la capacidad ultima no es afectada por el nivel de agua.
Ingeniería Geotécnica 31
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Considera los efectos de:•
Profundidad de la cimentación
Forma de la cimentación, e
Inclinación de la carga actuante
o
o
o
Ingeniería Geotécnica 32
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
En fallas por corte general:
Capacidad de carga en cimentaciones corridas:
1qu c Nc Sc dc ic q Nq Sq dq iq B N S d i
2
Donde:
: factores de capacidad de carga
: factores de forma de la cimentación
: factores de profundidad de la cimentación
: factores de inclinación de carga
Nc , Nq , N
Sc , Sq , S
dc ,dq ,d
ic , iq , i
Ingeniería Geotécnica 33
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Factores de Capacidad de Carga:•
N N 1cotc q
tan2 45
e
tan N
q 2
2N 1tanN q
Ingeniería Geotécnica 34
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Para fallas de corte general
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 35
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 36
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 37
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Para fallas de corte general…
Valores de los factores de carga: * * *
Nc N q N
Ingeniería Geotécnica 38
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Factores de Forma:•
B Nq Sc 1
L
N
c
B Sq 1 tan
L
B 1 0.4S
L
Ingeniería Geotécnica 39
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Factores de Profundidad:•
D f D fPara 1: Para 1:B B
D D f d 1 0.4 tan1 fdc 1 0.4
cB B
D 2 D f 1 2 tan1 sen2 tan1 f
ddq 1 2 tan1 sen
d 1
qB B
d 1
Ingeniería Geotécnica 40
TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIÓN GENERAL
Factores de Inclinación:•
2
ic iq 1
90
2
i 1
: ángulo de inclinación, en grados, de la carga sobre la cimentación respecto ala vertical.
Ingeniería Geotécnica 41
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Cimentaciones sometidas a momentos y cargas verticales:•
La excentricidad de la carga es definida como:•
Me
Q
Ingeniería Geotécnica 42
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Distribución de tensiones:•
Q 6M q
maxB L B2 L
Q 6Mq qmin min
B L B2 Lqmax
Donde:
Q
M
: Carga vertical total
: momento sobre la cimentación
Ingeniería Geotécnica 43
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Considerando la ecuación de la excentricidad:•
Q 6e qmax 1
B L B
Q 6e qmin 1
qmin B L Bqmax
e 0
Nota:
Ecuación valida para: e
Ingeniería Geotécnica 44
B6
B6
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Distribución de tensiones:•
e Para:
4Qq
3LB 2eqmax max
Ingeniería Geotécnica 45
B6
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Área de contacto efectiva:•
Ancho efectivo:
Largo efectivo:
B*
L*
B 2e
L
Ingeniería Geotécnica 46
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Procedimiento para calculo de capacidad portante:•
1. Determine las dimensiones efectivas de la cimentación
B* B 2e : ancho efectivo
: largo efectivoL* L
2. Capacidad de carga ultima
1 * c Nc Sc dc ic q Nq Sq dq iq B N S d iqult2
3. Carga neta ultima
B* L*Q* qult ult
Ingeniería Geotécnica 47
CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE
Procedimiento para calculo de capacidad portante:•
4. Factor de Seguridad
*Qu ltFS
Q
qmax5. Verificación del Factor de Seguridad con respecto a:
qu ltFS
qmax
Ingeniería Geotécnica 48