UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA CIVILCapacidad de Carga y Asentamientos ElsticosCimentaciones Superficiales

Es importante conocer que el suelo va fallar por: 1.- Capacidad de carga de corte .2.- Asentamientos excesivos.INTRODUCCION

Las fallas mas comunes se debe bsicamente debido a asentamiento excesivos Un a estructura es resistente si y solo si es capaz de resistir por corte y evitar los asentamientos excesivosLos asentamientos excesivos dependendern del tipo de estructura y del proyecto .NO es comn observar el colapso total de una estructura debido a una falla de la cimentacin

Definitivamente la estructura puede dejar de funcionar aunque no haya colapsado.Las fallas recientemente reportadas han sido bajo rellenos, donde los factores de seguridad bajos son aceptablesSe deber controlar el corte y asentamientosEl asentamiento es uniforme bajo la carga y por ello no puede llegar al colapso total.(hay rajaduras, levantamientos de pisos , vigas colgadas, etc.) al final ya no es funcional. Ejemplos en zona de extraccin de aguas subterrneas en exceso de Per.

Este captulo trata la determinacin de la capacidad de carga o soporte del suelo aplicado a las cimentaciones superficiales y los posibles asentamientos. 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, constituyen la cimentacin superficial ms comn para pilares o columnas, mientras que los cimientos corridos 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 losas de cimentacin.UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

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Para un comportamiento satisfactorio, las cimentaciones superficiales deben satisfacer dos caractersticas principales:Debe ser segura contra una falla por corte general del suelo de apoyo.As mismo, no debe experimentar desplazamientos o deformacin del suelo de manera excesiva, es decir por asentamiento.UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

La carga por rea unitaria de la cimentacin bajo la cual ocurre la falla por resistencia al cortante en el suelo se denomina capacidad de carga ltima, que se estudiar para diferentes condiciones del suelo de apoyo.

Concepto generalSi la cimentacin superficial se apoya sobre un suelo arenoso o cohesivo compacto, de ancho B. Si la carga es aplicada gradualmente a la cimentacin, 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 cimentacin y la zona de falla se extender hasta la superficie del terreno. Esta carga por rea unitaria qu, se denomina generalmente capacidad de carga ltima de la cimentacin. Cuando se produce este tipo de falla repentina en el suelo, se denomina falla general por corte.

Segn VESIC (1973) se distinguen tres tipos de fallas bajo cimentaciones superficiales:

Falla por corte general

Falla por corte local

Falla por punzonamiento.

CAPACIDAD DE CARGA POR CORTE

Incremento de esfuerzos hasta la falla es mximo El incremento de asentamientos inicialmente son pequeos Si se incrementa gradualmente la carga sobre una cimentacin el asentamiento incrementara hasta ocurrir una falla repentina y la superficie de falla se extender hasta la superficie del terreno. La carga pro unidad de rea qu se denomina capacidad de carga ultima del terreno Cuando se produce el tipo de falla repentina y subita se denomina falla general por corte

FALLA POR CORTE GENERAL

Una falla general por corte se produce de manera tal que los asentamientos son pequeos antes de alcanzar qu y luego se incrementan considerablemente.Es un tipo de falla frgil con una carga mxima correspondiente a un asentamiento pequeo y de ah en adelante crece sustancialmente la deformacin y disminuye la carga. A los lados de la cimentacin se observa un levantamiento de suelo aunque en la realidad esto ocurre a un solo lado. La estructura giraEste tipo de fallas ocurre principalmente en suelos granulares densos y cohesivos firmes

Falla general o generalizada por corteBSuperfice de falla en el suelo quCarga/unidad de rea, qAsentamiento

FALLA POR CORTE LOCAL

Una falla pro corte local se produce de manera tal que los asentamientos son mayores que en la falla general antes de alcanzar qu y luego se incrementan considerablemente Luego de alcanzar qu la carga por unidad de are sigue incrementndose pero los asentamientos son excesivos. Sucede en suelos poco compactos

Si la cimentacin superficial descansa sobre un suelo arenoso o cohesivo medianamente compacto, y en este se produce un incremento de carga sobre la cimentacin tambin ser acompaado por un aumento del asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla en el suelo se extender gradualmente hacia fuera desde la cimentacin, como las lneas discontinuas de la figura. Por lo que cuando la carga sea igual a qu(1) el movimiento estar acompaado por sacudidas repentinas, denominndose esta carga como carga primera de falla (Vesic, 1963). Note que un valor mximo de q no se presenta en este tipo de falla, llamada falla local por corte.

Falla local a localizada por corteBSuperfice de falla quCarga/unidad de rea, qAsentamientoqu(1)

FALLA POR PUNZONAMIENTO

Una falla punzonamiento en suelo arcilloso se va hundiendo Si el suelo que soporta una estructura es bastante suelto o muy dbil la grafica para el asentamiento ser de la forma que se indica

En este caso la zona de falla llegara hasta la superficie del terreno luego de la carga ultima el grafico carga asentamiento se inclinara

Si la cimentacin superficial es soportada por un suelo muy suelto o suelto, la grfica carga asentamiento ser como se muestra en la figura siguiente. En este caso, la zona de falla en el suelo no se extender hasta la superficie del terreno. Este tipo de falla en suelos, se denomina falla de corte por punzonamiento.

Falla de corte por punzonamientoBSuperfice de falla quCarga/unidad de rea, qAsentamientoququ(1)

Basado en la experiencia de Vesic se propone una relacin para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones apoyadas en arenas, considerando que:Cr = compacidad relativa de la arenaDf = profundidad de desplante de la cimentacin medida desde la superficie del terreno.

Siendo: B=ancho de la cimentacin yL=longitud de la cimentacin (siempre L>B)En zapatas cuadradas B* = B

Falla de corte por punzonamientoFalla local de corteFalla general de corteDf/B*FALLAS EN CIMENTACIONES SOBRE ARENA (VESIC, 1973)

FALLAS EN CIMENTACIONES SOBRE ARENA (VESIC, 1973)

Teora de la capacidad de carga de TerzaghiPara evaluar la capacidad de carga ltima de cimentaciones superficiales. Considerado as cuando la profundidad Df de la cimentacin es menor o igual que 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 cimentacin.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 carga ltima puede suponerse como la figura mostrada.

El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentacin es reemplazado por una sobrecarga efectiva q=g Df (donde g es el peso especfico del suelo). La zona de falla bajo la cimentacin puede separarse en: La zona triangular ACD debajo de la cimentacin Zonas de corte radiales ADF y CDE, con curvas DE y DF como arcos de una espiral logartmica Dos zonas pasivas de Rankine triangulares AFH y CEG.Desprecindose la resistencia de corte del suelo a lo largo de las superficies GI y HJ.

Mecanismo de falla por capacidad de carga en suelos bajo una cimentacin corrida - Terzaghi

Usando el anlisis de equilibrio, Terzaghi expres la capacidad de carga ltima en la forma, para cimentaciones corridas:Donde:c = cohesin del suelog = peso especfico del suelo de cimentacinq = g DfNc, Nq, Ng = factores de capacidad de carga adimensionales que estn en funcin del ngulo f de friccin del suelo.

Los factores de capacidad de carga Nc, Nq, Ng se definen mediante las expresiones:

Factores de Capacidad de Carga de Terzaghi

Factores de Capacidad de Carga de Terzaghi

Para estimar la capacidad de carga ltima de cimentaciones cuadradas o circulares, la ecuacin anterior se puede modificar a:Cimentacin cuadradaCimentacin circular

Para cimentaciones que presentan falla localizada por corte o por punzonamiento, se sugiere modificar las ecuaciones anteriores como:Cimentacin cuadradaCimentacin circularCimentacin corridaDonde Nc, Nq y Ng son los factores de capacidad de carga modificada, calculndose con las mismas ecuaciones, pero reemplazando f por f= tan-1 (2/3 tanf)

Factores de Capacidad de Carga Modificados de Terzaghi

Las 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 a la profundidad de cimentacin, ser necesario modificar las ecuaciones de capacidad de carga, es as que:Influencia del Nivel Fretico en la Capacidad de CargaCaso ICuando el N.F. se localiza entre 0 Do Df el segundo trmino de la capacidad de carga, que tiene como factor q toma la forma:Adems el valor de g en el ltimo trmino de la ecuacin de capacidad tiene que ser g= gsat gw

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= g Df adems el factor g en el ltimo trmino de las ecuaciones debe reemplazarse por: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 D2 B, el agua no afectar la capacidad de carga ltima.

Factor de SeguridadPara obtener la capacidad de carga admisible (qadm) de cimentaciones superficiales requiere aplicar un factor de seguridad (Fs) a la capacidad de carga ltima (qu), definido como:Independientemente del procedimiento por el cual se 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 en nuestro medio es de 3.

Aplicacin de la Teora de Terzaghi a suelos puramente cohesivosComo puede observarse en la grfica de Terzaghi, para suelos puramente cohesivos en el caso de un cimiento de base rugosa, los factores de capacidad de carga resultan:Por lo que la capacidad de carga ltima en este caso queda definida como:Y en trnimos de resistencia a la compresin simple del material qcs = 2c queda:

Teora de SkemptonDe 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 estrato de apoyo. Por lo que, en trminos de superficie de falla al corte, cuanto ms profundo sea la ubicacin del 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.Skempton propone adoptar para la capacidad de carga ltima en suelos puramente cohesivos una expresin de forma muy anloga a la de Terzaghi:La diferencia estriba en que Nc no siempre es 5.7, sino que vara con la relacin D/B.

Factor de Carga Nc de Skempton

Teora de MeyerhofComo 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 por una sobrecarga perfectamente flexible.Meyerhof observa esta deficiencia alcanzando una expresin de la capacidad de carga ltima donde la diferencia no slo esta en el factor p0 sino tambin en los valores de Nc, Nq y Ng y en los factores adimencionales de forma, profundidad e inclinacin.Correspondiendo la ecuacin general de la capacidad de carga para cimentaciones continuas:

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

Factores de capacidad de Carga (Meyerhof)

Teora de MeyerhofSiendo:Basados en datos experimentales como los mostrados en la tabla siguiente:

Factores Forma, Profundidad e Inclinacin de Carga (Meyerhof y otros)

Asentamientos Elsticos Cimentaciones Superficiales

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

Valores del factor a, a prom, y ar

El asentamiento elstico promedio:El asentamiento elstico de una cimentacin rgida:

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

Valores del factor F1

Valores del factor F2

*