Cimentaciones - Unidad 1

1

UNIDAD I – CAPACIDAD DE CARGA DE LOS SUELOS

• Objetivos:

• Capacidad de carga de los suelos

• Calcular la capacidad de ruptura de un suelo según su uso y cargas que actúan

sobre el.

• Calcular la capacidad admisible o de trabajo de un suelo utilizando factores de

seguridad.

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Contenido

1. Introducción

2. Tipos de Fundaciones

3. Tipos de Fundaciones Superficiales

4. Fundaciones Profundas

5. Selección del Tipo de Fundación

6. Exploración del Subsuelo

7. Informes Geotécnicos

8. Capacidad de Carga en Fundaciones Superficiales

9. Tipos de Falla por Capacidad de Carga

10. Teoría de Capacidad de Carga de Prandtl

11. Teoría de Reissner

12. Teoría de Capacidad de Carga de Terzaghi

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Contenido (Continuación)

13. Modificación de las Ecuaciones por Nivel Freático

14. Ecuación General de la Capacidad de Carga

15. Fundaciones Cargadas Excéntricamente

16. Método del Area Efectiva

17. Excentricidad en Dos Direcciones (Aproximación)

18. Excentricidad en Dos Direcciones

19. Otros factores de Corrección

20. Variables y Factores de la Capacidad de Carga

21. Aplicabilidad de las Ecuaciones Anteriores

22. Suelos Estratificados: Suelo Fuerte sobre Suelo Débil

23. Estratos de Cualquier Tipo

24. Factores que Influyen en la Selección del Factor de Seguridad

25. Factores de Seguridad

26. Varios

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1.- Introducción

• Ingeniería de cimentaciones:

• Es el arte de seleccionar, diseñar y construir los miembros estructurales

(fundaciones) que transmiten la carga de la superestructura al suelo.

• Fundaciones:

• Elemento de transición entre la superestructura y el suelo, que se encarga de

repartir las cargas al mismo. Es un elemento integrado por la fundación

propiamente y el suelo, es decir tienen un componente natural y uno artificial.

• Ingeniero de cimentaciones debe asegurar que:

• La profundidad de la fundación debe ser la adecuada.

• Mantener los asentamientos dentro de los valores aceptables.

• Proporcionar un factor de seguridad adecuado capaz de resistir una falla

estructural de la fundación o del suelo que la soporta.

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2.- TIPOS DE FUNDACIONES

• Superficiales B ≥ Df

• Se desprecia el efecto de la resistencia al corte del suelo situado por encima dela cota de fundación en la capacidad del mismo para soportar la carga, pueseste efecto es relativamente pequeño.

• Se utilizan cuando las capas mas superficiales del subsuelo tienen unaadecuada capacidad de carga y una baja compresibilidad.

• Profundas B<Df

• No se desprecia el efecto de la resistencia al corte situado por encima de lacota de fundación, dado que es importante para obtener la capacidad de cargade las mismas.

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3.- Tipos de Fundaciones Superficiales

• Aisladas:

• Son las mas utilizadas, mas sencillas y económicas.

• De acuerdo a sus dimensiones pueden ser:

– Cuadradas: Son las de concreto armado

– Rectangulares: Son antieconómicas, se utilizan cuando la columna esmarcadamente rectangular y cuando son excéntricas.

– Circulares: Se utilizan en chimeneas y torres. Son poco utilizadas.

– Excéntricas: Se utilizan cuando no nos podemos extender en uno de losdos sentidos de la fundación.

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• Continuas:

• Sirven de fundación a paredes de carga o muros de contención de tierras. Unade sus dimensiones en planta es muchas veces mayor que la otra, se conocetambién como fundación en tira.

• Combinadas:

• Se origina cuando existen columnas muy cercanas que tengan una cargaapreciable. Pueden soportar dos o mas columnas ubicadas en un eje de unaedificación.

• Cuando hay un solape se hará una sola fundación. Si Q1=Q2 será rectangular.

• Cuando Q1>>Q2 con una diferencia notable se utilizará la solución trapezoidal.

• Cuando Q1>>>>Q2 pej= Q1=100 y Q2=20 se adopta una forma de te

• Las conectadas se utilizan a veces en linderos.

8


• Corridas o Losa de Fundación:

• Se utiliza en suelos con capacidad de soporte bajos o con problemas deasentamientos

• La presión debe ser menor que la qadm

• Cuando se cubre el área en planta en mas de un 50% con fundaciones

aisladas, se recomienda utilizar una losa corrida resulta mas económica.

• El encofrado y la excavación son mas fáciles.

• Disminuyen los asentamientos diferenciales, redistribuyen las cargas hacia

zonas mas resistentes.

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4.- Fundaciones Profundas

• Los tipos mas comunes son los pilotes y pilas (pilotes de gran diámetro)

• Columnas enterradas en el suelo, que sirven para transmitir las cargas aestratos profundos de mayor resistencia.

• Criterios de Clasificación

• Clasificación de acuerdo al material del pilote

• Madera: sin tratar o tratada

• Concreto: Prefabricado, fundido in situ

• Compuesto: Madera-acero (en la parte inferior del pilote)

Madera-concreto (en la parte superior)

• Acero: Pilote H (secciones laminadas)

Pilotes tubulares

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• Clasificación de acuerdo a como transmiten la carga al suelo.

a. Pilote de punta: Transmite cargas a través de agua o suelos blandos hastaestratos con suficiente capacidad portante, por medio del soporte en la puntadel pilote.

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b. Pilote de fricción (flotante): Transmite cargas a un cierto espesor de suelorelativamente blando mediante fricción desarrollada sobre la superficie lateraldel pilote, a lo largo de la longitud del mismo. Es aplicable cuando no seencuentran estratos que provean soporte significativo en la punta.

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c. Pilote de fricción (compactación): Compacta suelos granularesrelativamente sueltos incrementando su compacidad y, en consecuencia sucapacidad de carga por fricción.

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5.- Selección del tipo de Fundación

• La ingeniería de cimentaciones tiene mas de arte que de ciencia exacta y en laselección del tipo de fundación para una estructura se debe combinar laexperiencia y el análisis científico de los datos, tanto del suelo como de laestructura. Diseño de una fundación segura al mínimo costo

• Datos con que debemos contar para seleccionarla

• a.- Información sobre la estructura

• Función y dimensiones de la estructura

• Disposición de columnas, paredes, muros de carga y otros apoyos

• Cargas de la superestructura: concentradas, distribuidas, permanentes,vivas.

• Tipo de estructura: vigas simples, pórticos, arcos, etc...

• b.- Conocimiento general del terreno o suelo

• Estudio geológico de la zona: nos proporciona el origen de lascaracterísticas de las capas, fallas, peligrosidad sísmica.

• Estudio topográficos: presencia de cursos de agua, pendientes

• Tipo de construcciones adyacentes y condiciones en las cuales seencuentran.

• Condiciones generales del subsuelo: estudio del suelo.

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6.- Exploración del Subsuelo

• Definición:

• Determinación de las condiciones del subsuelo que afectan el diseño es una

de las etapas mas importantes en la solución de un problema de

fundaciones.

• Estudio de suelos o estudio geotécnico: son las investigaciones de campo y

de laboratorio.

• Factores que influyen en la exploración del subsuelo:

• La magnitud y tipo de obra a construirse. Hospitales, Centros comerciales

• El tipo de subsuelo del sitio. Suelos homogéneos o erráticos.

• El tiempo que se tenga para la investigación.

• Riesgo de pérdida de vidas humanas y económicas en caso de producirse

una falla en la obra.

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7.- Informes Geotécnicos

• Introducción

• Se establece el patrono, la estructura que se va a construir, ubicación

geográfica y finalidad del informe.

• Descripción del sitio y geología general del área

• Descripción del entorno topográfico y geológico del terreno.

• Origen de los suelos

• Presencia de cursos de agua

• Ubicación de la estructura con relación a edificaciones vecinas

• Vegetación natural del área

• Comportamiento de estructuras vecinas

• Zona sísmica

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• Exploración del subsuelo

• Justificación del programa de exploración

• Número y profundidad de las perforaciones

• Toma de muestras inalteradas

• Ensayos especiales de laboratorio

• Resultados de la exploración

• Ubicación de las perforaciones con relación a la estructura y linderos

• Profundidad y cota de la perforación

• Profundidad del nivel freático

• Columna estratigráfica

• Tipo y número de cada muestra recuperada

• Descripción y clasificación de cada estrato muestreado

• Numero de golpes del SPT

• Resultados de laboratorio: Límites de consistencia, contenido de humedad,

granulometría, peso unitario, compresión inconfinada y otros.

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• Solución de fundación y recomendaciones de diseño y construcción

• Finalidad del informe geotécnico

• Razonamiento para decidir el tipo y profundidad de las fundaciones

• Capacidad del suelo para soportar las cargas

• Posibles asentamientos.

• Aspectos constructivos

• Excavaciones

• Sostenimientos temporales y definitivos

• Abatimiento del nivel freático

• Achiques

• Compactación de terraplenes

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8.- Capacidad de Carga en Fundaciones Superficiales

8.1.- Introducción

Cuando una fundación aplica carga al subsuelo se producen asentamientos y si se

incrementa lo suficiente, se forman en el suelo superficies de deslizamiento, donde

se sobrepasa la resistencia al esfuerzo cortante, donde finalmente se produce el

colapso o falla por capacidad de carga.

8.2.- Representación de la aplicación de las cargas

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Forma de las curvas depende de:

• Tamaño, forma y profundidad de la fundación

• Composición del subsuelo

• Profundidad del nivel freático

• Tipo, Rata de aplicación y frecuencia de la carga

• En la mayoría de los casos se produce una carga última Qu la cual es una

carga pico (curva 1)

• O una carga a partir de la cual se obtiene una rata de penetración constante

(curva 2)

• Capacidad de Carga Ultima

Presión de contacto promedio que ejerce la fundación sobre el suelo

Af

QuqU

20


• Capacidad de Carga Admisible

Al diseñar se debe prever un margen de seguridad para evitar una falla por

capacidad de carga

• Factor de Seguridad:

Tipo de Suelo

Tipo y duración de las cargas

Tipo de Estructura

Vida útil de la obra

• Antes de producirse la falla por corte a presiones inferiores a qadm se producen

asentamientos intolerables por la estructura y es necesario reducir la capacidad

de carga admisible a un valor q’adm.

FS

qq U

ADM

21

9.- Tipos de Falla por Capacidad de Carga

9.1.- Falla General por Corte (Terzaghi, 1943)

Características:

a) Tiene un patrón de falla bien definido

b) Consiste de una cuña de suelo y

c) Dos superficies continuas de deslizamiento que van desde cada lado de la

fundación hasta la superficie

d) Superficie de terreno adyacente a la zapata se levanta

22


e) Si la zapata no está rígidamente atada a la estructura, esta puede rotar e

inclinarse.

f) Bajo las condiciones de trabajo, la falla es violenta y catastrófica

Tipos de Suelo en que ocurre

• Suelos incompresibles que tienen una resistencia al corte definida, tales como:

• Suelos granulares densos

• Suelos cohesivos de consistencia dura a rígida (preconsolidados)

• Arcillas normalmente consolidadas saturadas bajo condición f=0

• Arena densa o suelo cohesivo firme

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9.2.- Falla Local por Corte (Terzaghi, 1943)

Características:

• Patrón de falla bien definido

• Formación de una cuña y

• Dos superficies de deslizamiento que comienzan a cada lado de la zapata, pero

terminan en algún sitio dentro de la masa del suelo.

• Tendencia visible al levantamiento del terreno alrededor de la fundación.

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9.2.- Falla Local por Corte (Terzaghi, 1943) (Continuación)

Características:

• Existe una compresión vertical del suelo debajo de la fundación.

• No hay colapso catastrófico, ni rotación de la fundación

• Modo de transición entre la falla general y la falla por punzonado.

• No existe un valor máximo de q

• Solamente después de un gran desplazamiento vertical puede que aparezcan

las superficies de falla en la superficie.

• Se presentan en:

• Suelos Granulares Sueltos

• Suelos Cohesivos Blandos

25


9.3 Falla de Corte por Punzonado

Características:

• No es fácil de observar

• Incremento de carga se comprime el suelo debajo de la zapata

• Ocurre el desplazamiento vertical de la misma

• Fundación penetra en el suelo, se hace posible por el corte vertical alrededor de la misma

• Suelo de afuera permanece relativamente inalterado y prácticamente no hay movimiento alrededor de la zapata.

• Se presenta en arenas muy sueltas, suelos cohesivos blandos o muy blandos y en general en suelos bastante sueltos

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10.- TEORIA DE CAPACIDAD DE CARGA DE PRANDTL (1921)

Consideraciones:

a) Se supone una fundación rígida

b) Penetra un suelo blando

c) La fundación es lisa en el contacto suelo-fundación

d) Esta colocada en la superficie del terreno

e) El suelo es homogéneo, isotrópico y sin peso.

27

10.- TEORIA DE CAPACIDAD DE CARGA DE PRANDTL (1921)

Zonas que se forman en el suelo cuando se produce la falla:

• En el momento de la falla, la cuña I empuja y aparta las zonas II y III, lo que

desarrolla resistencia al esfuerzo cortante a lo largo de las superficies adef y

bde`f`

• Si se supone constante la cohesión la resistencia al corte a lo largo de las

superficies de falla es:

s=c + s Tan f

• Por lo que la capacidad de carga última para cualquier suelo es:

1

2452 ff

f

Tan

U eTanTan

cNccq

28

11. Teoría de Reissner (1924)

Fundamentos:

Agregó un factor de corrección a la ecuación de Prandtl para tomar en

consideración la resistencia al corte inducida por la sobrecarga

f

f

f f 1e

245Tan)2/45(Tan

2

B

Tan

cq Tan2

U

NqNccqU s

ff TaneTanNq

2452

fTan)Nq(Nc

11

29


• Extendió la teoría de Prandtl para tomar en consideración:

• El peso del suelo

• Fricción entre la fundación y el suelo

• Profundidad de la cota de fundación

• Terzaghi consideró una zapata contínua (L=∞) de superficie rugosa

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• Falla General por Corte:

• Arenas densas o suelo cohesivo firme

• Utilizando el análisis de equilibrio, Terzaghi expresó, la capacidad de carga

última como:

• Fundaciones Corridas o Losa de Fundación

NB2

1NqNcq qCU

donde:

C = Cohesión del suelo

= peso específico del suelo

q = Df

Nc, Nq, N = factores de capacidad de carga adimensionales

en función de f

31


)1Nq(ctg1)2/4/(Cos2

ectgNc

2

Tan)2/75.0(2

ff

fff

)2/45(Cos2

eNq

2

Tan)2/75.0(2

f

ff

f

f

Tan1

Cos

K

2

1N

2

p

Kp = Coeficiente de Empuje Pasivo

Se obtiene utilizando métodos numéricos o gráficos

de cálculo de empuje de tierras

32


• Fundaciones Cuadradas

NB4.0NqNc3.1q qCU

donde:

B = Diámetro de la fundación

NB3.0NqNc3.1q qCU

donde:

B = Dimensión de cada lado

• Fundaciones Circulares

33


• Falla Local por Corte:

• Suelos Granulares Sueltos, suelos cohesivos blandos

• c’ = 2/3 c

• Tan f’ =2/3 Tan f

'q'

C'

U NB2

1NqNc

3

2q

Donde:

N’c, N’q, N’ = factores de capacidad de carga modificados

• Fundaciones Corrida o Losa de Fundación

34


• Fundaciones Cuadradas

'q'

C'

U NB4.0NqNc867.0q

donde:

B = Diámetro de la fundación

'q'

C'

U NB3.0NqNc867.0q

donde:

B = Dimensión de cada lado

• Fundaciones Circulares

35

13. Modificación De Las Ecuaciones Por Nivel Freático

36

13. Modificación De Las Ecuaciones Por Nivel Freático

• CASO I: 0 ≤ D1 ≤ Df

• q = sobrecarga efectiva

• q = D1 + D2 (sat – w)

• donde:

• sat = Peso específico saturado del suelo

• w = Peso específico del agua

• pasa a ser ` en el último término de las ecuaciones

• ` = sat – w

• CASO II: 0< d ≤ B

• q = Df

• pasa a ser en el último término de las ecuaciones

• = ` + d/B ( - `)

• CASO III: d > B

• No afecta la capacidad de carga última

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• Ecuaciones anteriores son únicamente para fundaciones continuas cuadradas

y circulares.

• No se aplican a fundaciones rectangulares

• No toman en cuenta la resistencia al cortante a lo largo de la superficie de

falla en el suelo arriba del fondo de la fundación.

• Solo se está considerando cargas verticales y pueden ser inclinadas

• No se considera la excentricidad de las cargas

• Meyerhof (1963) propuso la siguiente ecuación:

qu= c Nc Fcs Fcd Fci + q Nq Fqs Fqd Fqi +1/2 B N Fs Fd Fi

• donde:

• c = cohesión

• q = esfuerzo efectivo al nivel del fondo de la fundación

• = peso específico del suelo

• B = ancho o diámetro de la fundación

38


• Fcs,Fqs,Fs = Factores de forma

• Fcd, Fqd, Fd = Factores de profundidad

• Fci, Fqi, Fi = Factores por inclinación de la carga

• Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga

• Factores de capacidad de carga

• Reissner (1924)

• Nc = (Nq-1) cot f Prandtl (1921)

• N 2 (Nq+1) Tan f Caqout y Kerisel (1953)

Vesiq (1973)

ff TanetanNq

2452

39


• Factores de Forma (DeBeer, 1970 y Hansen, 1970)

• Factores de Profundidad (Hansen, 1970)

Condición a: Df/B ≤ 1 ó Df ≤ B

Nc

Nq

L

BFcs 1 fTan

L

BFqs 1

L

B4.01sF

B

Df.Fcd 401

B

Df)Sen(TanFqd 2121 ff

1dF

40


• Condición b: Df/B > 1 ó Df >B

• Factores de Inclinación (Meyerhof, 1963 y Hanna y Meyerhof, 1981)

b = Inclinación de la carga sobre la cimentación con

respecto a la vertical

• Nivel Freático: se debe aplicar las mismas consideraciones vistas con

la teoría de Terzaghi.

B

DfTan4.01Fcd 1

B

DfTan)Sen(TanFqd 12121 ff

1dF

2

901

º

º

FqiFcib

2

1

º

º

iFf

b

41

15. Fundaciones Cargadas Excentricamente

• Ocurre cuando:

• Existe un momento aplicado

• La columna en sí esta fuera del centro de la base

• La distribución de presiones no es uniforme

42

15. Fundaciones Cargadas Excentricamente

• donde:

• Q = Carga Vertical Total

• M = Momento sobre la cimentación

• e = M/Q

• Distribución de la presión Nominal

• Caso I: e < B/6

• Caso II: e = B/6

qmin=0

• Caso III: e > B/6

qmin sería negativo qmin=0

)eB(L

QqMAX

23

4

B

e

LB

Q

LB

M

LB

QqMAX

61

62

B

e

LB

Q

LB

M

BL

QqMIN

61

6 -

2

LB

QqMAX

2

43

16. Método del Area efectiva (Meyerhof, 1953)

1.- Dimensión efectiva de la cimentación

B’ = ancho efectivo = B - 2e

L’ = largo efectivo = L

2.- Determinar la capacidad de carga última

q’u = c Nc Fcs Fcd Fci + q Nq Fqs Fqd Fqi + ½ B’ N Fs Fd Fi

Fcs Fqs Fs se calculan con las dimensiones efectivas (forma)

Fcd Fqd Fd se calcula con la dimensión B (profundidad)

3.- La carga última total que la cimentación puede soportar es:

Qult = q’u (B’) (L’)

donde A’ = B’ L’

4.- El factor de seguridad contra la falla por capacidad de apoyo es

FS = Qult / Q

5.- Verificar el factor de seguridad respecto a q max

FS = q’u / qmax

44

17. Excentricidad en dos direcciones (Aproximación)

1. Dimensión efectiva de la cimentación

B’ = ancho efectivo = B - 2eB

L’ = largo efectivo = L-2eL

2. Determinar la capacidad de carga última

q’u = c Nc Fcs Fcd Fci + q Nq Fqs Fqd Fqi + ½ B’ N Fs Fd Fi


Fcd Fqd Fd se calcula con la dimensión B y L (profundidad)

3. La carga última total que la cimentación puede soportar es:

Qult = q’u (B’) (L’)

donde A’ = B’ L’

4. El factor de seguridad contra la falla por capacidad de apoyo es

FS = Qult / Q

5. Verificar el factor de seguridad respecto a q max

FS = q’u / qmax

45

18. Excentricidad en dos direcciones

46


ult

y

BQ

Me

ult

xL

Q

Me ''

uult AqQ

ids

'

qiqdqsqcicdcsc

'

u FFFNB21FFFqNFFFcNq

''' LBefectivaAreaA


Fcd Fqd Fd se calcula con la dimensión B y L (profundidad)

Al determinar A’ B’ L’ pueden presentarse los siguientes casos:

Dimensión efectiva de la cimentación

B’ = ancho efectivo = B - 2eB

L’ = largo efectivo = L-2eL

47


Caso II : eL/L < 0.5 y 0<eB/B <1/6

B)LL()2/1('A 21

FiguraLyL 21

)mayorseaqueel(LoL

'A'B

21

)mayorseaqueel(LoL'L 21

48


B

e35.1BB B

1

Caso I : eL/L ≥ 1/6 y eB/B ≥ 1/6

El área efectiva es A’=(1/2) B1L1

B

e35.1LL L

1

'L

'A'B

11 LoBensionesdim

doslasdemayor'L

49


Caso II : eL/L < 0.5 y 0<eB/B <1/6

50


Caso III : eL/L < 1/6 y 0<eB/B <0.5

L)BB(2/1'A 21

FiguraByB 21

L

'A'B

L'L

51


Caso III : eL/L < 1/6 y 0<eB/B <0.5

52


Caso IV : eL/L < 1/6 y eB/B < 1/6

)LL)(BB)(2/1(BL'A 222

L

'A'B

L'L

FiguraLyB 22

53


Caso IV : eL/L < 1/6 y eB/B < 1/6

54


Caso V : Cimentación Circular

'B

'A'L Figura'By'A

55

19. Otros Factores de Corrección

f

TanN

F1FF

c

b

bcb

gbidsqgqbqiqdqsqcgcbcicdcscu FFFFFBN)21(FFFFFqNFFFFFcNq

Inclinación de la Base (α)

2

bqb )Tan1(FF f

Inclinación del terreno (D)

Válida para D ≤ f/2, si no se debe realizar un estudio de estabilidad del talud.

2

gqg )Tan1(FF fD

f

TanN

F1FF

c

g

gcg

D

56

20. Variables y Factores de la Capacidad de Carga

• Forma y tamaño de la fundación

• Profundidad de la cota de fundación

• Inclinación y excentricidad de las cargas

• Compresibilidad del suelo

• Posición del nivel freático

• Rata de aplicación de la carga

• Inclinación de la superficie del terreno

• Inclinación de la fundación

• Rugosidad de la base de la fundación

• Heterogeneidad del terreno

• Una solución que tome en cuenta todas estas variables no ha sido

desarrollada hasta la fecha.

57

21. Aplicabilidad de las ecuaciones anteriores

• Suelos incompresibles

• Falla General por capacidad de carga

• No existen soluciones en la ecuación general de carga que tomen en cuenta la

falla local o por punzonado.

• Falla por corte Terzaghi sugirió empíricamente

c`=(2/3)c Tan f`= (2/3)Tanf

• No se debe diseñar fundaciones que experimenten falla por corte local o de

punzonado especialmente en arenas.

• Se debe compactar el suelo hasta una densidad de modo que la falla por corte

sea general.

• Capacidad de carga última neta es qneta = qu-q donde q= Df

• Qneta = qneta x Area

58

22. Suelos Estratificados: Suelo Fuerte Sobre Suelo Débil

Caso I: La profundidad H es relativamente pequeña comparada con el ancho B

• Superficie de falla por cortante de punzonamiento en la capa superior

• Falla por cortante general en el estrato inferior

59


Caso II: La profundidad H es relativamente grande

• Superficie de falla en el estrato superior

60


donde B = ancho de la cimentación

Ca = fuerza adhesiva

Pp = fuerza pasiva por unidad de longitud de las caras aa’ y bb’

qb = capacidad de carga del estrato inferior de suelo

qt = capacidad de carga del estrato superior de suelo

d = inclinación de la fuerza pasiva Pp respecto a la horizontal

t1

pa

bu qHB

)SenPC(2qq

d

t11sf2

1a

bu qHB

tanK

H

D21

L

B1H

B

Hc2

L

B1qq

f

donde ca = adhesión

Ks = coeficiente de corte por punzonamiento

61


donde q1 = capacidad de carga ultima sobre un estrato homogéneo 1

q2 = capacidad de carga ultima sobre un estrato homogéneo 2

62


donde: Nc(1),N(1) = factores de capacidad de carga para el ángulo f1

Nc(2),N(2) = factores de capacidad de carga para el ángulo f2

Fcs(1), Fqs(1), Fs(1) = Factores de forma capa superior de suelo

Fcs(2), Fqs(2), Fs(2) = Factores de forma capa inferior de suelo

)2(s)2(2)2(qs)2(qf1)2(cs)2(c2b FBN)2/1(FN)HD(FNcq

)1(s)1(1)1(qs)1(qf1)1(cs)1(c1t FBN)2/1(FN)D(FNcq

Casos especiales

1. Estrato superior es arena fuerte (c1=0) y el estrato inferior es arcilla suave

saturada (f2=0)

2. Estrato superior es arena mas fuerte y el estrato inferior es arena mas débil

(c1=0, c2=0)

3. Estrato superior es arcilla saturada mas fuerte (f1=0) y el estrato inferior es

arcilla saturada mas débil (f2=0)

63


)HD(c14.5L

B2.01q f12b

)1(s)1(1)1(qs)1(qf1t FNB2

1FNDq

1. Estrato superior es arena fuerte (c1=0) y el estrato inferior es arcilla suave

saturada (f2=0)

tf11sf2

12u qDB

tanK

H

D21

L

B1Hc14.5

L

B2.01q

f

)1(1

2

1

2

NB5.0

c14.5

q

q

64


2. Estrato superior es arena mas fuerte y el estrato inferior es arena mas débil

(c1=0, c2=0)

)1(1

)2(2

1

2

N

N

q

q

t11sf2

1

)2(s)2(2)2(qs)2(qf1u

qHB

tanK

H

D21

L

B1H

FNB2

1FN)HD(q

f

)1(s)1(1)1(qs)1(qf1t FBN2

1FNDq

65


3. Estrato superior es arcilla saturada mas fuerte (f1=0) y el estrato inferior es

arcilla saturada mas débil (f2=0)

1

2

1

2

c

c

q

q

f11t Dc14.5L

B2.01q

tf1a

2u qDB

Hc2

L

B1c14.5

L

B2.01q

66

23. Estratos de Cualquier Tipo

i

nn2211prom

H

Hc.......HcHcc

i

nn22111

promH

TanH.......TanHTanHTan

ffff

BHi

donde: ci = cohesión del estrato de espesor Hi, puede ser cero

fi = ángulo de fricción interna del estrato i, puede ser cero

67

24. Factores que influyen en la selección del Factor de Seguridad

• Magnitud de los daños que se pueden ocasionar de ocurrir una falla (pérdidasde vidas, daños de la propiedad, etc) .

• Vida útil de la estructura a construirse (Temporal vs. Permenente)

• Tipo de Fundación

• Tipo de suelo (cohesivos vs. granulares)

• Grado de homogeneidad de las condiciones del subsuelo (homogéneo vs.Errático)

• Confiabilidad de los datos del suelo

• Precisión de los procedimientos utilizados en el análisis y diseño de lasfundaciones.

• Precisión y confiabilidad de las cargas que actuarán sobre las fundaciones

• Posibilidad de que se produzcan cambios ambientales después de laconstrucción, tales como inundaciones, fluctuaciones del nivel freático,etc

68

25. Factores de Seguridad

CategoríaEstructura

Típica

Características

de la categoría

Exploración

Completa Limitada

A

Puentes de

ferrocarril,

Almacenes,

Silos, Muros de

Contención

Carga máxima de

diseño ocurre con

frecuencia,

consecuencias

desastrosas si

falla

3,0 4,0

B

Puentes viales,

Edificios

livianos

industriales o

públicos

Carga máxima de

diseño puede

ocurrir

ocasionalmente,

consecuencias

serias si falla

2,5 3,5

CEdificios de

apartamento y

oficinas

Carga máxima de

diseño poco

probable de

ocurrir

2,0 3,0

69

26. Compresibilidad del Suelo

• Para considerar la falla local por corte Vesic (1973) tomo en cuenta la

compresibilidad del suelo, ya que representa el cambio en el modo de falla.

• La ecuación general de capacidad de carga para cargas verticales, en forma

simplificada se puede expresar de la siguiente forma:

• Donde Fcc, Fqc y Fc son los factores de compresibilidad del suelo

Pasos para calcularlos:

1.Calcular el Indice de rigidez Ir del suelo a una profundidad B/2 del fondo de la

cimentación

donde : G = Modulo de Cortante del suelo

q’= Presión efectiva de sobrecarga a una profundidad Df+B/2

cdsqcqdqsqcccdcscu FFFNB2

1FFFNqFFFNcq

f

Tanqc

GI

,r

70


2. Calcular el Indice de rigidez critico Ir(cr)

3. Si Ir ≥ Ir(cr) entonces Fcc= Fqc = Fc =1

Si Ir < Ir(cr)

f

245cot

L

B45.030.3exp

2

1I )cr(r

f

ff

Sen1

)I2)(logSen07.3(Tan

L

B6.04.4expFF r

qcc

71


72


Para f = 0

Para f > 0

)I(Log60.0L

B12.032.0F rcc

f

TanN

F1FF

q

qc

qccc

Cimentaciones - Unidad 1

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