1_capacidad portante

Dr. Ing. Jorge L. Crdenas Guilln [email protected]

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MODULO I: INGENIERA GEOTCNICA

CIMENTACIONES SUPERFICIALES: CAPACIDAD PORTANTE EN SUELOS

ASPECTOS TERICOS

Marzo, 2014

2 Ingeniera Geotcnica

INTRODUCCIN


ASPECTOS DE INTERS EN LA INGENIERA GEOTCNICA

Deformacin Resistencia al corte


CRITERIO DE DISEO EN CIMENTACIONES

Las cimentaciones deben cumplir las siguientes condiciones:

Segura contra fallas por corte.

Evitar asentamientos excesivos.

Superficie de falla generada

Asentamiento

NATURALEZA DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA


En suelos densos o rgidos

Falla de Corte General

B : menor dimensin de la cimentacin

Superficie de falla

Asentamiento

Carga



En suelos medianamente densos o semi-rgidos

Falla de Corte Local

Superficie de falla

Asentamiento

Carga



En suelos sueltos o blandos

Superficie de falla

Asentamiento

Carga

Falla por punzonamiento


EVALUACIN DE LA CAPACIDAD PORTANTE

TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI (1943)


Criterio de la superficie de falla:

Esquema de anlisis Cimentacin continua superficial

Contribucin de la sobre-carga

Contribucin del empuje pasivo

qNq

NB 2

1

Contribucin de la cohesin c

Nc

NBNqNcq qcu 2

1

1 fDq

:Capacidad de carga ultima

TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, SEGN TERZAGHI


Tipo de falla segn el grado de compactacin o rigidez del suelo

Falla de corte general

Falla de corte local

En suelos compactos

En suelos sueltos : criterio de reduccin de parmetros



Para la cimentacin corrida

Para fallas de corte general

Con:

1 fDq

NBNqNcq qcult 2

1

Donde:

c : cohesin del suelo

: peso especifico del suelo (debajo del nivel de cimentacin)

1 : peso especifico del suelo (encima del nivel de cimentacin)

fD : profundidad de empotramiento

NNN qc ,, : factores de capacidad de carga (depende del ngulo de friccin)

: sobre-carga




1cot1

245cos2

cot2

tan2432

qc Ne

N

245cos2 2

tan2432

eNq

tan1cos2

12

pKN

: coeficiente de empuje pasivo pK

Los factores de Capacidad de Carga se definen mediante las siguientes expresiones:

Ver tablas



Valores de los factores de carga: cN qN N




cN qN N


Valores de los factores de carga:



cN qN N





: cimentacin cuadrada NBNqNcq qcult 4.03.1

NBNqNcq qcult 3.03.1 : cimentacin circular

NBNqNcq qcult 5.00.1 : cimentacin corrida


En general, de acuerdo a la forma de la cimentacin, la ecuacin de capacidad portante es:



Los parmetros de resistencia son reducidos:

cc3

2*

tan3

2tan *

La ecuacin de capacidad portante es modificada:

*** 5.0667.0 NBNqNcq qcult



: cimentacin cuadrada

: cimentacin circular

: cimentacin corrida

Para fallas de corte local

Los factores de forma son modificados:

*** ,, NNN qc



*

cN*

qN*

N



FACTOR DE SEGURIDAD


Para anlisis de capacidad portante, el Factor de Seguridad adoptado es 3.

La capacidad de carga admisible es la capacidad de carga ultima reducida por un factor de seguridad:

El valor de la capacidad admisible es considerado como dato para el diseo estructural.

FS

qq ultadm

Se define como Carga Bruta, a la carga admisible que puede soportar el terreno de cimentacin.

LBqefectivaAreaqQ admadm

INFLUENCIA DEL NIVEL FRETICO


Se consideran tres casos, de acuerdo a la posicin del nivel fretico:

Caso I:

Caso II:

Caso III:

fw DH 0

wH

wHCaso I

Caso II

BHD wf

BHw fD

B

Caso III

Limite de influencia del nivel fretico



Caso I:

El valor de la sobre-carga es modificado por la siguiente expresin:

Donde:

sat1

fw DH 0

wsatwfw HDHq 11

: peso especifico saturado del suelo encima de la cimentacin

: peso especifico del agua

1 : peso especifico natural del suelo encima de la cimentacin

w



Caso I:

El valor del peso especifico debajo de la fundacin es modificado para:

wsatsub

fw DH 0

Donde:

sat : peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentacin

: peso especifico del agua w



Caso II:

El valor de la sobre carga es:

1 fDq

BHD wf

Donde:

1 : peso especifico natural del suelo encima de la cimentacin



Caso II:

BHD wf

El valor del peso especifico debajo de la fundacin es modificado para:

sub

fw

subB

DH

Donde:

sub : peso especifico sumergido del suelo debajo de la cimentacin

: peso especifico saturado del suelo debajo de la cimentacin

wsatsub Siendo:

sat

: peso especifico natural del suelo debajo de la cimentacin

Nota: Las modificaciones anteriores se basan en la hiptesis de que no existe fuerza de filtracin en el suelo.



Caso III:

El valor de la capacidad ultima no es afectada por el nivel de agua.

BHw

TEORA DE CAPACIDAD DE CARGA, ECUACIN GENERAL


Considera los efectos de:

o Profundidad de la cimentacin

o Forma de la cimentacin, e

o Inclinacin de la carga actuante



Capacidad de carga en cimentaciones corridas:

En fallas por corte general:

idSNBidSNqidSNcq qqqqccccu 2

1

NNN qc ,, : factores de capacidad de carga

SSS qc ,, : factores de forma de la cimentacin

ddd qc ,, : factores de profundidad de la cimentacin

iii qc ,, : factores de inclinacin de carga

Donde:



Factores de Capacidad de Carga:

tan22

45tan eNq

cot1 qc NN

tan12 qNN



*

cN*

qN*

N





Factores de Forma:

c

q

cN

N

L

BS 1

tan1

L

BSq

L

BS 4.01



Factores de Profundidad:

:1B

D f:1

B

D f

B

Dd

f

c 4.01

B

Dd

f

q

2sen1tan21

1d

B

Dd

f

c

1tan4.01

B

Dd

f

q

12 tansen1tan21

1d

Para Para



Factores de Inclinacin:

2

901

qc ii

2

1

i

: ngulo de inclinacin, en grados, de la carga sobre la cimentacin respecto a la vertical.

CIMENTACIONES CARGADAS EXCNTRICAMENTE


Cimentaciones sometidas a momentos y cargas verticales:

La excentricidad de la carga es definida como:

Q

Me



Distribucin de tensiones:

LB

M

LB

Qq

2max

6

LB

M

LB

Qq

2min

6

maxqminq

Q : Carga vertical total

M : momento sobre la cimentacin

Donde:



Considerando la ecuacin de la excentricidad:

Nota:

Ecuacin valida para:

B

e

LB

Qq

61max

B

e

LB

Qq

61min

6Be

6Be

0

maxqminq



Distribucin de tensiones:

eBLQ

q23

4max

Para: 6Be

maxq



rea de contacto efectiva:

eBB 2* Ancho efectivo:

LL *Largo efectivo:



Procedimiento para calculo de capacidad portante:

eBB 2*

1. Determine las dimensiones efectivas de la cimentacin

LL *

: ancho efectivo

2. Capacidad de carga ultima

: largo efectivo

idSNBidSNqidSNcq qqqqccccult *

2

1

3. Carga neta ultima

*** LBqQ ultult



Procedimiento para calculo de capacidad portante:

Q

QFS ult

*

4. Factor de Seguridad

5. Verificacin del Factor de Seguridad con respecto a:

maxq

qFS ult

maxq

BIBLIOGRAFA RECOMENDADA


Fundamentos de Ingeniera Geotcnica, Braja Das

Foundation Analysis and Design,

Bowles, J.,

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