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CALCULO DE CAPACIDAD
PORTANTE
SANDRA OSPINA LOZANO
ICMG GEOTECNIA
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Conceptos bsicos
Capacidad portanteCapacidad del terreno para soportar las
cargas aplicadas sobre l. Tcnicamente lacapacidad portante es la mxima presinmedia de contacto entre la cimentacin y el
terreno tal que no se produzcan un fallo porcortante del suelo o un asentamientodiferencial excesivo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo_(ingenier%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo_(ingenier%C3%ADa)7/23/2019 Calculo de Capacidad Portante
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Por tanto la capacidad portante admisible debeestar basada en uno de los siguientes criterios
funcionales:
Si la funcin del terreno de cimentacin essoportar una determinada tensinindependientemente de la deformacin, lacapacidad portante se denominar carga dehundimiento.
Si lo que se busca es un equilibrio entre latensin aplicada al terreno y la deformacinsufrida por ste, deber calcularse la capacidadportante a partir de criterios de asiento
admisible.
http://es.wikipedia.org/wiki/Cimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Asiento_admisible&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_hundimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cimentaci%C3%B3n7/23/2019 Calculo de Capacidad Portante
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qb, Tensin total bruta
Es la tensin vertical total que acta en la base del cimiento (cargatotal/rea del cimiento). Incluye todas las componentes verticales:sobrecargas,
peso de la estructura,
Peso del propio cimiento, etc.
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qneta, Tensin total neta.
Es la diferencia entre qb y la tensin total de tierras (sobrecarga) queacta a la cota de la base del cimiento.
Usualmente qneta es el incremento de tensin total vertical al nivel debase de la cimentacin.
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qb, Tensin efectiva bruta
Es la diferencia entre la tensin total bruta, qb y la presin intersticial alnivel de la cimentacin.
,
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qneta, Tensin efectiva
netaEs la diferencia entre qb y la tensin efectiva vertical Po debida a lasobrecarga de tierras al nivel de la cimentacin.
,
, ,
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qh, (qh) Tensin de
hundimientoEs la tensin vertical para la cual el terreno agota su resistencia alcorte. Puede expresarse en trminos de tensiones totales o efectivas,brutas o netas.
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qadm , (qadm) Tensin
admisibleEs la tensin de cimentacin para la cual existe un
coeficiente de seguridad adecuado frente alhundimiento. Puede expresarse en trminos detensiones totales o efectivas, brutas o netas.
Esta tensin no tiene por qu ser admisible para la
estructura, por lo tanto depende del tipo deestructura (estructuras
rgidas/flexibles).
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qadm,trabajo (qadm,trabajo) Tensin admisible
de trabajo
Es la tensin de cimentacin admisible para unadeterminada estructura teniendo en cuenta sutolerancia a los asientos. Obviamente puede ser
mucho menor que qadm. Puede expresarse entensiones totales o efectivas, brutas o netas.
Qtrabajo, Tensin de trabajo
Es la tensin vertical de cimentacin a la que estfuncionando una determinada cimentacin. Puedeexpresarse en tensiones totales o efectivas, brutas o
netas.
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Condiciones que debe
cumplir la cimentacin
Estabilidad global
Estabilidad frente al hundimiento
Estabilidad frente al deslizamiento
Estabilidad frente al vuelcoCapacidad estructural del cimiento
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Caractersticas de la
cimentacin Configuracin geomtrica
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Criterios de diseo
Tipos de criterios
Esfuerzo permisible
Factor de seguridad contra Falla por capacidad portante
Movimientos permisibles
Movimientos permisibles
Criterios de diseo
Relacin entre Asentamiento y Dao
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Asentamiento en
cimentaciones superficiales
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Modos de falla porcapacidadportante en
Zapatas(Vesc, 1963)
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Capacidad portante
en ZapatasCurvas tpicas carga-desplazamiento(Vesc, 1963)
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Frmula polinmica
es funcin de:
Resistencia del suelo (cu, c
d, )
Configuracin geomtrica (B)
Sobrecarga del suelo (D)
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Teora de capacidad
portante de Terzaghi (1943)
1
2
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Factores decapacidad de
carga de
Terzaghi.
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Factor de seguridad
Capacidad de carga bruta admisible
Incremento neto del esfuerzo en el
suelo
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El factor de seguridad contra la falla porcapacidad de apoyo es:
Verifique el FS respecto a
FS=
qmx, o, FS = qu/qmx.
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Factor de seguridad por
corte
FScorte de 1,4 a 1,6
Independiente del procedimiento por el cual seaplique el factor de seguridad, la magnitud de FSdebe depender de las incertidumbres y riesgos
implicados en las condiciones encontradas.
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Ecuacin general de la
capacidad de Carga
1
2
Donde:
c = Cohesin.
q = Esfuerzo efectivo al nivel del fondo de la cimentacin. = Peso especfico del suelo.b = Ancho de la cimentacin ( Dimetro para unacimentacin circular).
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Fundation Analysis and design Joseph E Bowles (5Th edition)
0.5
, 0
5.14 1 " " " "
2( 1) tan
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Factores de
forma,profundidad deinclinacin.
BRAJA M. DAS. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE COMENTACIONES, 4 EDICION
1
1
tan
1 0.4
1 0.4
1 2tan (1 sin)
1
1
90
1
1 (0.4)tan
1 2tan (1 sin)tan
1
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Factores de forma y profundidad de uso, yasea en el caso de Hansen (1970) o Vesic (1973,1975)
FACTORES DE FORMA. FACTORES DE PROFUNDIDAD.
BRAJA M. DAS. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE COMENTACIONES, 4 EDICION
"() 0.2"
( 0)
() 1.0
"
() 1.0
1.0
() 1.0 "
"sin
() 1.0
tan
() 1.0 0.4"
0.6
() 1.0 0.4
0.6
" 0.4 ( 0) 1.0 0.4
/ 1
tan
/ > 1
1 2 tan (1 sin )
1.00
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Tabla de inclinacin, suelo y factores debase para la Ec. Hansen (1970).
FACTORES DEINCLINACIN
FACTORES DEINCLINACIN (TERRENO)
FACTORES DEINCLINACIN (DE LA
BASE)
BRAJA M. DAS. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE COMENTACIONES, 4 EDICION
" 0.5 1
1 1
1 0.5
cot
2 5
1 0.7
cot
1 (0.7
450)
cot
2 5
"
147
1.0
147 (1 0.5 tan )
" 147 ( 0)
1
147 ( > 0)
exp(2 tan ) exp(27 tan )
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Nota: + 90 (Tanto y tienen signos (+)como se muestra:
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Capacidad de carga sobre
un talud.
BRAJA M. DAS. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE COMENTACIONES, 4 EDICION
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CASO I
Si el nivel fretico se localiza de maneraque 0 D1 Df, El factor q en las
ecuaciones de la capacidad de cargatoma la forma.
q= sobrecarga efectiva
D1 + D2 (Sat-w)
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CASO III
Cuando el nivel fretico selocaliza de manera que d B, elagua no afectara la capacidad de
carga ltima.
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2. El ndice de rigidez crtico Ir(cr) Seexpresa como:
Las variaciones de Ir(cr) para B/L = 0 Y
B/L = 1 se muestran en la siguiente tabla.
()
1
2 3.30 0.45
45
2
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Variacin del Ir(cr) Con y B/L1
BRAJA M. DAS. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE COMENTACIONES, 4 EDICION
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scrib qu l ecu cin.3. Si Ir Ir(cr)Entonces:
, , 1
Sin embargo si Ir < Ir(cr)
FC = Fqc = exp{(-4.4+0.6
) [
.
+ ]}
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Para = 0Fcc = 0.32 + 0,12
0.60 Ir
Para > 0
Fcc = Fqc- 1
tan
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CAPACIDAD DE CARGA DE SUELOSESTRATIFICADOS: SUELO MS FUERTE
La siguiente figura, muestrauna cimentacin corrida porun estrato de suelo ms
fuerte, sobre un suelo msdbil, extendida hasta unagran profundidad. Para losdos estratos de suelo, los
parmetros fsicos son lossiguientes:
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Para el caso del estrato superiorms fuerte:
Tenemos que:
Donde Nq(1) = Factor de capacidad de carga para = 1 yq = 1 Df
qu = qt = c1Nc(1)+q1Nq(1)+
2BN(1)
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Combinando:
Y
OBTENEMOS:
qu = qb+ 1 1
KpH
1
qu = qt = c1Nc(1)+q1Nq(1)+
2BN(1)
qu = qb+
1 1
1qt
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Para cimentaciones rectangulares, laecuacin anterior puede ampliarse a la
forma:
DONDE:
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3. El estrato superior es una arcilla saturada ms fuerte
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3. El estrato superior es una arcilla saturada ms fuerte(1 = 0), y el estrato inferior es arcilla saturada msdbil (2= 0). La capacidad de carga ltima puededarse por:
Para Este Caso:
1 0.2
5.14 1
2
1 0.2 5.14
5.145.14
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CIMENTACIONES CARGADASEXCNTRICAMENTE
La distribucin de la presin nominal es:
Donde Q = Carga vertical total.
M = Momento sobre la cimentacin.
Y
6
6
S tit d
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Sustituyendo:
De las anteriores ecuaciones,
Obtenemos:
y
qms = (1
)
qmn =
(1
)
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Cuando la excentricidad e toma el valor B/6,qmin, Es cero. Para e > B/6, qmin, sernegativa.
Entonces el valor de qmx, ser:
qmx =
()
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El factor de seguridad para tales tipos decarga contra la falla por capacidad de carga
se avala el procedimiento sugerido por Meyerhof (1953), denominado como elmtodo de rea efectiva.
B = Ancho efectivo = B- 2L = Largo efectivo = L
Note que, si la excentricidad es en direccin del largo de lacimentacin, el valor de L ser igual a L-2. El valor de Bes entonces igual a B. La menor de las dos dimensiones(es decirL y B) Es el ancho efectivo de la cimentacin.
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Excentricidades
B* = B-2BL* = L-2L
Pv =
CIMENTACIONES CON EXCENTRICIDAD
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CIMENTACIONES CON EXCENTRICIDADEN DOS DIRECCIONES
Anlisis de unacimentacin con
excentricidad en dosdirecciones.
B=
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CASO I
L/L
B/B
A =
B1L1
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CASO II
El ancho efectivo es:
El largo efectivo es:
L/L < 0,5 0 < B/B <
A =
(1+L2)B
B = ( )
L = L1 O L2 ( )
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rea efectiva para el caso de L/L<
0 < B/B < 0,5
(Segn Highter y Anders, 1985)
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CASO IV
ANCHO EFECTIVO LARGO EFECTIVO
B=
L = L
L/L
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ll
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Taller
3, Calcule carga mxima admisible usando FS=4.
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A,AE = ngulos de inclinacin para condiciones de empuje activo.
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Superficie de falla en el suelo para el anlisisssmico de capacidad de carga.
P,PE = ngulos de inclinacin para condiciones de empuje pasivo.
Condiciones estticas: qu = qNq +
Condiciones Ssmicas: quE = qNqE +
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