44778648 14 ejercicios resueltos
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FUNDACIONES
PROBLEMAS RESUELTOS
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INDICE
Pg.
I Fundaciones Superficiales......................................................................................3
- Capacidad de soporte del suelo..........................................................................4
- Dimensionamiento por Capacidad de soporte....................................................33
- Asentamiento y Giro.........................................................................................49
- Dimensionamiento por Asentamiento y Giro.....................................................67
- Capacidad de soporte con Asentamiento y Giro................................................71
- Dimensionamiento por C. de soporte , Asentamiento y Giro.............................78
II Dimensionamiento y diseo de zapatas aisladas..................................................93
III Dimensionamiento y diseo de zapatas combinadas..........................................121
IV Viga en medio elstico.........................................................................................156
V Fundaciones Profundas........................................................................................207
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I
FUNDACIONES SUPERFICIALES
-
CAPACIDAD DE SOPORTE
1.1.) Se desea fundar un muro sobre el terreno indicado.
a) Determine la carga mxima P ton por metro lineal de muro, en el corto plazo.
b) Idem, en el largo plazo
P
relleno de hormign pobre = 2.2 t/m3
relleno heterogneo
NF 2m = 1.7 t/m2
s = 2.7 t/m3
qadm
manto arcilloso saturado e = 0.5
B=1.2m de espesor indefinido qu = 2 kgf/cm2 (*)
= 25o
(*) Resistencia media a la compresin simple c= 1 t/m2
Desarrollo:
a) Carga por metro lineal de muro en el corto plazo.
qult =qhundimiento = cNc+qNq+0.5 BN
qNq= resistencia debido a la sobrecarga que rodea a la cimentacin
0.5 BN = resistencia por el peso del terreno (empuje pasivo)
El estado inicial de tensiones en una arcilla saturada se representa por un ensayo
triaxial
no consolidado sin drenaje (UU).
= 0o
C
resistencia al corte sin drenaje
c = u =1/2*qu resistencia a la compresin simple
c = 10 t/m2
= 0 Nq = 1 , Nc = 5.5 y N = 0
luego
qult = cNc+qNq qadm = qult/FS = cNc/FS1+qNq/FS2 ( )
FS1 = 3
FS2 = 1 q = *Df=1.7*2=3.4 t/m2
qadm = P/(B*1)+ horm*Df*1 ( )
donde
P/(B*1) es la presin mxima considerando 1 m lineal de muro
-
Igualando ( ) y ( ) se obtiene que:
P = 20.8 ton
b) Idem en el largo plazo.
c y obtenido de ensayo triaxial consolidado drenado.
Al disiparse las presiones de poros, tendremos un ngulo de roce:
c = 1 t/m2 , = 25o
qult = cNc+qNq+0.5 BN = 1*21+1.7*2*11+0.5* b*1.2*7.2
donde
b = sat.- w sat = (Ps+Pw)/Vt = (2.7+0.5)/1.5
= 2.13 t/m3
entonces b = 2.13-1=1.13 t/m3
qadm = qult / FS = 21/FS1+37.4/FS2+4.88/FS3
con FS1 = 3 y FS2 = FS3 = 1 qadm = 49.3 t/m2
qadm = P/B+ horm*Df*1 =49.3
P = (49.3-2.2*2)*1.2
P = 53.9 ton
1.2.) Dado un terreno con un material de fundacin conformado por un profundo estrato
arcilloso saturado. Determine la capacidad de soporte ltima para una zapata corrida,
puesta en la superficie.
Ensayos en condiciones no drenadas, sobre muestras tomadas en una profundidad
representativa, entregaron valores promedios de:
c = 6 t/m2
= 0o
Desarrollo:
qult = cNc+qNq+0.5 BN
puesto que en la superficie q = *H = 0
= 0o N = 0
qult = cNc = 6*5.14 = 30.84 t/m2
-
1.3.) Determine qult por capacidad de soporte en la fundacin corrida indicada en la figura
para : a) caso en que la presin de poros en la arena aumenta en 30% por sobre la presin
hidrosttica debido a un sismo y b) caso normal.
1.5m
Arena seca = 1.8 t/m2
1.5 m
qult=?
NF
Arena saturada
Zp sat = 2.2 t/m2
c = 0 = 35o
* P Presin de poros en P = 1.3 wZp
Desarrollo:
a) qult = 0.5 bBN +qsNq para = 35o N = 42
Nq= 41
b= Peso boyante equivalente= sat-1.3 w = 0.9 t/m2
qult = 0.5*0.9*1.5*42 + 1.8*1.5*41 = 28.4 + 110.7 139 t/m2
qult = 14 kgf/cm2
b) Para el caso normal.
qult = 0.5*(2.2-1)*1.5*42+1.8*1.5*41 = 37.8+110.7
= 148.5 t/m2 = 15 kgf/cm
2
1.4.) Un galpn de una estructura metlica de 50 metros de longitud, tiene en un extremo un eje resistente cercano a un talud. a) Determine capacidad de soporte del suelo para zapatas ubicadas en las vecindades del talud. b) Determine capacidad de soporte del suelo para zapatas ubicadas en el extremo ms alejado del talud. b B b = 4 m B = 2 m D = 1 m H=7 m do do= 0.5 m
NF
= 2.2 t/m3
= 40 c = 3 t/m
2
Desarrollo:
a) Determinacin de la carga ltima del suelo, zapata continua.
B = 2 m < H = 7m D/B = 1/2 = 0.5
-
= 40
do= 0.5 m
B H implica caso I de baco No =0
do B implica interpolar entre ecuacin (1) y (2)
Ecuacin (1) qult = cNcq+0.5 tBN q
Clculo de Ncq:
b/B = 2 = 40o
D/B = 1 Ncq = 6.6
D/B = 0 Ncq = 5.2
D/B = 0.5 Ncq = (6.6+5.2)/2= 5.9
Clculo de N q:
b/B = 2 = 40o
D/B = 1 N q = 120
D/B = 0 N q = 60
D/B = 0.5 N q = (120+60)/2= 90
En (1) do > B
qult = cNcq+0.5 bBN q
Ncq y N q no cambian qult = 3*5.9+(2.2-1)*2/2*90 = 126 t/m2
do = 2 qult = 216 t/m2
do = 0 qult = 126 t/m2
do = 0.5 qult = 149 t/m2
b) Idem sin efecto del talud, sacar un equivalente
qult = cNc+ DNq+0.5 eqBN
supuesto zapata continua
= 40o Nc = 85 Nq = 70 N = 100
eq*B = t*do+ b*(B-do) eq = 1.45 t/m3
qult = 3*85+2.2*1*70+1/2*1.45*2*100 = 554 t/m2
qadm = 185 t/m2
1.5.) Determinar la capacidad de soporte del suelo para las siguientes condiciones.
= 33o P = 60 ton
c = 0.9 t/m2 Mx = 15 t*m P
= 1.85 t/m3 My = 24 t*m My
Df = 2 m
2 m 35*40cm
L = 3 m
x
2.5m
-
Desarrollo :
qult = cNcScdc +qNqSqdq+0.5 BN S d
Como existe excentricidad:
A = B*L B = 2.5-2.24/60 = 1.7 m
L = 3-2.15/60 = 2.5 m
Se debe usar la ecuacin de Hansen, con B en vez de B, y los factores tambin,
excepto D/B
= 33o Nc = 38.6 Nq = 26.1 N = 35.2
Sc = 1+(Nq/Nc)*(B/L) = 1+(26.1/38.6)*(1.7/2.5) = 1.46
dc = 1+0.4*2/2.5 = 1.32
Sq = 1+(B/L)*tg = 1+(1.7/2.5)*tg33= 1.44
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*D/B = 1.22
S = 1-0.4*B/L = 1-0.4*1.7/2.5 = 0.73
qult = 0.9*38.6*1.46*1.32+2*1.82*26.1*1.44*1.22+0.5*1.85*1.7*35.2*0.73
= 66.95+169.65+40.41 = 277 t/m2
qadm = 277/3 = 92.34 t/m2
b) Vult = qult*B*L = 277*1.7*2.5 = 1177 ton
Vadm = 392 ton
1.6.) Se ensaya un suelo cohesivo a compresin no confinada, obtenindose los siguientes
valores:
qu : ensayo de compresin no confinada (unconfined)
= 3.93 4.34 3.72 4.48 4.83 4.27 4.07 t/m2
Estime la capacidad de soporte para una zapata corrida en la superficie.
Desarrollo:
qu(promedio) = 4.2 t/m2
= 0o
qult = capac. de soporte ltima = cNc en que:
c = qu/2 y Nc = 5.7 (Terzaghi)
qult = 12.1 t/m2
1.7.) Una zapata corrida se funda en un estrato de arcilla saturada.
c = 5.4 t/m2 Df = 2 m = 1.76 t/m
3
Determinar la capacidad de soporte ltima.
-
Desarrollo:
El peso del suelo a los lados de la zapata, incrementan la capacidad del suelo para
soportar la presin de la zapata sin que ocurra falla plstica.
qult = cNc+ ZNq
en que:
c= 5.4 t/m2 Nc( =0)= 5.7 = 1.76 t/m
3
Z=Df= 2 m Nq( =0)= 1
qult = 30.78+3.52 = 34.3 t/m2
1.8.) Estime la capacidad de soporte ltima para una zapata corrida de las siguientes
caractersticas:
B = 1.5 m = 1.76 t/m3 Df = 4 m c = 13.8 t/m
2 = 0
Desarrollo:
= 0 Nc= 5.7 Nq= 1 N = 0
qult = c*Nc+q*Nq en que q= *Df=1.76*4 =7.04 t/m2
qult = 78.7 + 7.04 = 85.7 t/m2
1.9.) Para la zapata corrida mostrada, determine las caractersticas de soporte a partir de la
teora de Terzaghi y compare los resultados con la teora de Meyerhof.
Datos: = 1.7 t/m3 B = 1.2 m
c = 2.6 t/m2 Df = 2 m
= 28 o
Desarrollo:
Cuando existe friccin entre partculas, el peligro de la falla por corte se reduce.
qult = cNc +qNq+0.5 BN
en que :
= 28o ( Terzaghi ) Nc = 34 Nq = 18 N = 18
qult = 88.4+61.2+194.4 = 344 t/m2
= 28o ( Meyerhof ) Nc = 28 Nq = 18 N = 14
qult = 72.8+61.2+14.3 = 148.3 t/m2
1.10.) Determinar la capacidad de soporte ltima para el siguiente caso:
B = 1.5 m c = 8.38 t/m2
Df = 9 m = 15o
= 1.84 t/m3 zapata corrida
Desarrollo:
-
qult = cNc +qNq+0.5 BN
q = *Df = 9*1.84 = 16.56 t/m2
= 15o ( Meyerhof ) Nc = 33 Nq = 9.5 N = 6.2
qult = 276.54+157.32+8.56 = 442 t/m2
1.11.) Determinar la capacidad de soporte ltima para el siguiente caso:
B = 1.2 m c = 0
Df = 7 m = 30o
= 1.71 t/m3 zapata corrida
Desarrollo :
Por tratarse de un suelo cohesivo el primer trmino de la ecuacin de soporte es
nulo (cNc = 0):
qult = ZNq+0.5 BN
Para suelos granulares Meyerhof combin los efectos de Nq y N e introdujo un
factor de soporte N q
q = 0.5 BN q
El valor de N q es directamente proporcional a la profundidad y al coeficiente de
empuje del suelo en reposo Ko
3000
Df/B = 7/1.2 = 5.8 6
2000
N q N q 300
1000
qult = 0.5*1.71*1.2*300 = 310 t/m2
0
10
20
30
40
Df/B
Factores de soporte para suelos
granulares ( = 30o)
1.12.) Determinar en que % disminuye la capacidad de soporte para la zapata corrida para
las condiciones de suelo seco y saturado por inundacin.
B = 1.5 m = 1.84 t/m3
Df = 0 m = 17o
Desarrollo:
La reduccin en la capacidad soporte debido a inundaciones temporales es propia
-
de suelos granulares. Para suelos cohesivos , debido a su baja permeabilidad el
proceso
de saturacin es muy lento y menor que el tiempo en que se produce la inundacin.
Para suelos granulares el agua no tiene un gran efecto en , pero si lo tiene en las
presiones efectivas que dan la resistencia al corte del suelo.
Como la fundacin est en la superficie Df= 0 *Df= 0
qult = 0.5 BN en que: N ( =17o) = 3
qultseco
=0.5*1.84*1.5*3 = 4.14 t/m2
Para suelo saturado:
b = 0.84 t/m2 qult
sat = 0.5*0.84*1.5*3 =1.89 t/m
2
4.14/100 = 1.89/x x = 45.6 % 46 %
hay una reduccin de un 54 %
En general la saturacin produce una disminucin de un 50 % en la capacidad de
soporte de un suelo granular.
1.13.) Determine el qadm de una zapata corrida para las siguientes condiciones :
Df = 0.9 m = 1.56 t/m3 c = 4.7 t/m
2
La edificacin no es sensible ante asentamientos diferenciales.
Desarrollo :
qult = cNc+ DfNq+0.5 BN
= 0o ( Meyerhof ) Nc = 5.53 Nq = 1.0 N = 0
Como la edificacin no es sensible ante asentamientos diferenciales es razonable
adoptar un F.S. = 3.
qadm = qult/3 = (cNc+ DfNq)/3 = (4.7*5.53+1.68*0.9)/3
qult = 8.66+0.50 = 9.2 t/m2
1.14.) Un ensayo (CU) entrega las siguientes propiedades para un suelo de fundacin.
c = 0.96 t/m2 = 1.93 t/m
3 = 20
o
Este suelo soporta una pila circular = 4.5 m a una profundidad de 2.4 m
La carga sobre la pila es concntrica P = 310 ton
Determinar el F.S. una vez que haya finalizado el proceso de consolidacin.
Desarrollo:
La consolidacin de un estrato de arcilla toma varios aos. Al final las propiedades
son las medidas en una probeta ensayada en condiciones CU
Para = 20o (Terzaghi) Nc = 18 Nq = 9 N = 4
Para una fundacin circular, los factores 1.3 y 0.3 se usan en el primer y ltimo
trmino en vez de 1.0 y 0.5 respectivamente.
-
qult = 1.3cNc+ ZNq+0.3 BN
La carga ltima neta es : qultn = 1.3cNc+ ZNq - Z+0.3 BN
= 1.3*0.96*18+1.93*2.4*9-2.4*1.93+0.3*4.5*1.93*4
= 22.46+41.69+4.63+10.42
qultn = 69.9 t/m
2
Agregando la friccin del suelo contra la superficie de la pila, en que la friccin es
aproximadamente c/2
Q = 69.9* /4*4.52+0.5*0.96*2 *4.5*2.4
= 1111.7+32.57 =1144.3 ton
La carga neta en la fundacin es :
Qn = P-2.4* /4*4.5
2*1.93 = 310-73.7 = 236.3 ton
FS 1144.3/236.3 =4.84 5
Un valor suficiente si el asentamiento est controlado.
1.15.) Determinar la capacidad de soporte admisible si el suelo es arcilla con un coeficiente
de compresibilidad:
mv = 0.000522 m2/0.1ton = 0.00522 m
2/ton
Se acepta slo un pequeo asentamiento.
c = 4.8 t/m2 = 1.8 t/m
3 = 8
o
Df= 2 m B = 1.2 m L = 6 m
Desarrollo:
Skempton propone:
Nc(rectang.)= (1+0.2B/L)Nc(corrida)
= (1+0.2*1.2/6)*Nc = 1.04*Nc
El recproco del producto de c y mv es :
(4.8*0.00522)-1
=39.9 40
esto coloca el material en el tipo de blando o N.C. y el F:S. para un asentamiento
de 1 est en la regin de 8.
Usando los coeficientes de Terzaghi:
= 8o Nc = 8 Nq = 3 N = 2
qult = 1.04cNc+ ZNq - Z+0.5 BN
= 4.8*8*1.04+1.8*2*3-1.8*2+0.5*1.8*1.2*2
= 39.9+10.8-3.6+2.2 = 49.3 t/m2
La capacidad de soporte admisible , considerando la sobrecarga de 2 m:
qadm = 49.3/8 + 1.8*2 = 9.8 t/m2
-
Si usamos valores aproximados de Meyerhof, para fundaciones profundas
(Df >B): Nc = 18 Nq = 3 N = 1.8 ref p195
La capacidad de carga neta:
qultn = cNc+ ZNq- Z+0.5 BN
= 4.8*18+1.8*2*3-1.8*2+0.5*1.8*1.2*1.8 = 86.4+10.8-3.6+1.94
qultn = =95.5 t/m
2
1.16.) Para los siguientes datos:
B = 28 ft = 8.5 m = 105 lb/ft3 = 1.68 t/m
3 = 0
o
L = 84 ft = 25.5 m Zw = 8 ft = 2.4 m
Df = 10 ft = 3.0 m cu = 0.22 ton/ft2 = 2.37 t/m
2
a) Determinar la capacidad de soporte si la velocidad de aplicacin de la carga es rpida
en relacin a la disipacin de la presin de poros.
Desarrollo:
= 0o Nc = 5.14 Nq = 1 N = 0
qult = cNc c+qNq q+0.5 BN
en que:
c = 1+(B/L)(Nq/Nc) = 1+(8.5/25.5)(1/5.14)
c = 1.06
q = 1
q = *D = 1.68*2.4 + (3-2.4)*0.68 = 4.44 t/m2
qult = 2.37*5.14*1.06+4.44*1 qult = 17.4 t/m2
b) Idem si la construccin es lenta y permite una disipacin de presin.
cd = 0.04 t/ft2 0.43 t/m
2 d = 23
o
qult = cNc c+qNq q+0.5 BN
Nc = 18.05 Nq = 8.66 N = 8.20
c = 1.16 q = 1.14 = 0.87
qult = 0.43*18.05*1.16+4.44*8.66*1.14+0.5*0.68*8.5*8.2*0.87
= 9.0+43.83+20.62 qult = 73.5 t/m2
1.17.) Resuelva el problema 1.16.) si ahora el suelo est constituido por arena
medianamente densa.
sat = 118 lb/ft3 = 1.89 t/m
3
hum = 100 lb/ft3 = 1.60 t/m
3
Se analizaron muestras, y se sometieron a ensayo triaxial:
= 1-5.5o*log( / 1)
-
en que :
1 = 38 o es el ngulo de friccin para un esfuerzo normal
medio 1 = 10.8 t/m2
Desarrollo :
qult = cNc c+qNq q+0.5 BN
en que :
c = 0 q = 1.60*2.4+0.89*(3-2.4) = 4.4 t/m2
Para determinar el esfuerzo normal medio, es necesario una estimacin preliminar
de la capacidad de soporte.
Para este anlisis preliminar suponemos :
= 34 o Nc =42.16 Nq = 29.44 N = 41.06
q = 1+(B/L)tg = 1+(8.5/25.5)*tg34
= 1.22
= 1-0.4B/L = 0.87
qult = 4.4*29.44*1.22+0.5*0.89*8.5*41.06*0.87
= 158+135 = 293 t/m2
El esfuerzo normal promedio a lo largo de la superficie de falla:
o = 1/4(qo+3q)(1-sen ) = 0.25*(293+3*4.4)*(1-sen34)
= 33.74 t/m2
entonces representativo:
= 38-5.5*log(33.74/10.8) = 35 o
se repite el anlisis con = 35 o:
Nq = 33.30 N = 48.03
q = 1.23 = 0.87
qult = 4.4*33.30*1.23+0.5*0.89*8.5*48.03*0.87
= 180+158 = 338 t/m2
Como difiere poco del valor anterior, se acepta este valor.
1.18.) Para las caractersticas del problema 1.16.) (condiciones no drenadas), determinar la
capacidad de soporte si el estrato de arcilla blanda est sobre un gran estrato de arcilla
rgida (cu = 0.53 t/ft2 = 5.7 t/m
2 ) que comienza a 4.9 m de profundidad.
Desarrollo:
qult= c1Nm+q
2.4m = 1.68 t/m2
en que: c1 = 2.4 t/m2 3.0m NF
Razn de soporte K B=8.5m
L=25.5m
1.9m Cu=2.4 t/m2
K = c2/c1 = 5.7/2.4 = 2.4 Cu=5.7 t/m2
B/H = 8.5/1.9 = 4.5 4 6
2 5.43 5.69
-
Nm = 5.72 3 5.59 6.00
2.4 5.49 5.81
qult = 2.4*5.72+4.44 = 18.2 t/m2
Nota: para el caso sin estrato rgido el qult = 17.4 t/m2
5 % de incremento
1.19.) Resuelva el problema 1.18.) suponiendo que la resistencia al corte del estrato
superior es cu = 5.7 t/m2 y el estrato inferior es 2.4 t/m
2
Desarrollo :
qo= c1Nm+q
en que :
Nm = 1/ +K cNc
= ndice de punzonamiento
= BL/ 2(B+L)H = 1.68
K = c2/c1 = 2.4/5.7 = 0.42
c = 1.06
Nc = 5.14
Nm = 1/1.68+0.42*1.06*5.14 = 2.88
qo = 5.7*2.88+4.44 = 20.9 t/m2
qo 21 t/m2
16 % de aumento con respecto al caso 1.18.)
1.20.) Para la siguiente situacin , determine qo.
= 1.60 t/m3 3 m 2m
= 1.89 t/m3 B=8.5 L=25.5 9 m
= 35 o H=6 m
Arcilla dura cu = 0.53 t/ft2 = 5.7 t/m
2
Desarrollo:
qo = qo*exp 0.67(1+B/L)(H/B)
qo = capacidad de soporte que tendra una fundacin similar desplantada
en la interfase de los estratos
qo = cNc c+qNq q = 5.7*5.14*1.06+(1.6*2.4+0.898(9-2.4))*1
= 31.06+9.71 = 40.8 t/m2
-
qo 41 t/m2
El espesor crtico del estrato superior:
(H/B)crt = 3ln(qo/qo)/(2(1+B/L))
en que qo = capacidad de soporte del estrato superior
= 338 t/m2 ( del problema 1.43.)
Hcrit = 3*ln(338/41)/(2*(1+8.5/25.5))*8.5 = 20.2 m
20 m > 9 m
qo = 41*exp 0.67*(1+8.5/25.5)*(6/8.5)
qo = 77 t/m2
1.21.) Problemas ( Terzaghi pgs.220-221)
1) Zapata continua B=2.4m c=2 t/m2 = 17
o
= 1.9 t/m3 Curva de asentamiento falla por corte general
Df = 1.8 m
qult = cNc+ DfNq+0.5 BN
= 17o ( Terzaghi ) Nc = 12.34 Nq = 4.77 N = 2.08
qult = 2*12.34+1.9*1.8*4.77+0.5*1.9*2.4*2.08
= 24.68+16.31+3.99 = 45 t/m2
2) Zapata cuadrada B=3.0 m = 37o
= 2 t/m3 Df = 0 , 0.6 , 1.5 , 3.0 , 4.5
qult = 1.3cNc+ DfNq+0.4 BN
= 37o ( Terzaghi ) Nc = 55.63 Nq = 42.92 N = 56.86
qult = 2*Df*42.92+0.4*2*3*56.86
= 85.84*Df+136.45 t/m2
Df 0 0.6 1.5 3.0 4.5
qult 13.6 18.8 26.5 39.3 52.3
3) = 1.76 t/m3
Ensayo de carga con una placa de 0.3*0.3 m2
La curva de asentamiento lleg a una tangente vertical para una carga
de Q = 1600 kgf = 1.6 ton
Determinar .
17.8 t/m2
q
qult = 0.5 BN = 17.8 t/m2
N = 67.3
38 o
-
4) Arena densa = 1.8 t/m2
Se efecta un ensayo de carga usando una placa de 0.3*0.3m
(sobrecarga = 0.6 m de suelo )
La rotura se produjo para P = 6 ton
Cual ser la carga de rotura por unidad de rea para una zapata cuadrada de 1.5 m
situada a la misma cota ? 0.3m
qult = DfNq+0.4 BN 6ton
0.6m
qult = 6/0.32 = 66.7 t/m
2
66.7 = 0.6*1.8*Nq+0.4*1.8*0.3*N
= 1.08*Nq+0.216*N
30o 35
o 37
o 40
o 38
o
Nq 18.4 33.3 42.9 64.2 48.93
N 18.1 40.7 56.9 95.5 67.41
qult 23.8 44.8 58.6 89.9 67.4
38o qult =1.08*48.9+0.4*1.8*1.5*67.4
= 52.81+72.79
= 126.6 t/m2
5) Losa de 30*30m
Capa uniforme de arcilla blanda de 45 m de espesor.
Para q= 22.5 t/m2 se produce la rotura del suelo.
Se desea saber cual es el valor medio de la cohesin c de la arcilla.
Dada la gran profundidad de la zona de equilibrio plstico se puede despreciar la
consolidacin de la arcilla producida antes de la rotura y suponer adems que = 0
qds = 6.2*c (Ec. 33.15)
c 0 3.6 t/m2
1.22.) Para la fundacin cuadrada de la figura, determine la capacidad de soporte admisible
usando las ecuaciones de :
a) Terzaghi V
b) Hansen
c) Meyerhof =1.76t/m3
Usar factor de seguridad igual a 3.0 =20o D=1.2m
c=1.95t/m2
Desarrollo: B
Nc Nq N Nc Nq N
Terzaghi 17.7 7.4 5.0 11.8 3.9 1.7
Hansen 14.83 6.4 2.9
Meyerhof 15 6.8 2.9
-
Frmula gral. de Terzaghi: qult = cNc+qNq+0.5 BN
para zapatas cuadradas: qult = 1.3cNc+qNq+0.4 BN
El 0.4 sale de un factor de correccin tabla 6.3, lect. Shallow Foundation (Sowers)
0.5*0.9 = 0.45 0.4
a) Terzaghi: qult = 1.3*1.95*17.7+1.76*1.2*7.4+0.4*1.76*B*5 t/m2
= 44.87+15.63+3.52*B = 60.5+3.52*B t/m2
qadm = qult/F.S. = qult/3 = 20.2+1.17*B t/m2
Si el suelo es suelto o muy blando c, Nc , Nq , N en que;(p220 Terzaghi.)
c = 2c/3 = 2*1.95/3 = 1.3
qult = 1.3*1.3*11.8+1.76*1.2*3.9+0.4*1.76*B*1.7
= 19.94+8.24+1.2*B = 28.2+1.2*B
qadm = qult/3 = 9.39 + 0.4*B t/m2 (corte local)
b) Hansen
qult = cNcScdcicgcbc +qNqSqdqiqgqbq+0.5 BN S d i g b
en que:
S : factor de forma
d : factor de profundidad
i : factor de inclinacin
g : ground factor, factor de inclinacin del suelo
b : factor de base
qult = 57.7+26.77/B+1.53*B (D B)
= 59.73+22.3*tg-1
(1.2/B)+1.53*B (D>B)
qadm = 19.2+8.9/B+0.5*B (D B)
c) Meyerhof : qult = 1.2cNc+ DfNq+0.4 BN
= 1.2*1.95*15+1.76*12.2*6.8+0.4*1.76*B*2.9
= 35.1+14.36+2.04*B = 49.5+2.04*B
qadm = 16.5+0.7*B
1.23.) Si la fundacin del problema 1.22.) es de 1.5*1.5m y se somete a un momento que da
una excentricidad de la resultante igual a 0.15 m, calcule la tensin de contacto admisible
usando:
a) el concepto de ancho til B y Meyerhof
b) usando Hansen
Usar un factor de seguridad igual a 3.0.
Desarrollo:
a) Concepto de ancho til. Calcular la tensin de contacto admisible.
B=B-2e = 1.5-2*0.15 = 1.2 m
qult = cNc(1+0.3B/L)+ DNq+0.4 BN
-
pero al usar el concepto de ancho til:
e V
V
B B
qult = cNc(1+0.3B/B)+ DNq+0.4 BN
ult
contacto =Vult/(BL) = qult
qult = 1.95*15*(1+0.3*1.2/1.5)+1.76*1.2*6.8+0.4*1.76*1.2*2.9
= 36.27+14.36+2.45 = 53.08 t/m2
qadm = 17.7 t/m2 (Meyerhof)
b) Concepto de ancho til usando Hansen
qult = cNcScdcicgcbc +qNqSqdqiqgqbq+0.5 BN S d i g b
ii=gi=bi=1
Para D B :
Sc = 1+(Nq/Nc)*(B/B) = 1+(6.4/14.83)*(1.2/1.5) = 1.35
dc = 1+0.4*D/B = 1+0.4*1.2/1.2 = 1.4
Sq = 1+(B/B)*tg = 1+(1.2/1.5)*tg20= 1.29
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*D/B = 1+2*tg20*(1-sen20)2*1.2/1.2=1.32
S = 1-0.4*B/B = 1-0.4*1.2/1.5 = 0.68
d = 1
qult = 1.95*14.83*1.35*1.4+1.76*1.2*1.29*1.32*6.8
+0.5*1.76*1.2*2.9*0.68*1 = 54.66+24.45+2.08
= 81.19 t/m2
qadm = 27.1 t/m2 (Hansen)
1.24.) Para las condiciones del problema 1.22.), pero para un = 22.5o calcular la capacidad
de soporte.
Desarrollo:
Se aplica una interpolacin lineal a los valores tabulados, de donde se obtienen los
siguientes datos:
= 22.5o Nc = 21.4 Nq = 10 N = 7.9
qult = 1.3*1.95*21.4+1.2*1.76*10+0.4*1.76*7.9*B
= 54.3+21.1+5.6*B = 75.4+5.6*B
qadm = 25.1+1.9*B
-
Este problema ilustra la alta sensibilidad del qadm al ngulo de friccin.
1.25.) De un ensayo a escala real, con los datos indicados, result un P = 186.3 ton.
Comprelo con el resultado terico, usando Hansen.
Datos:
: b = 0.9 t/m3 B = 0.5 m
c = 0 Df = 0.5 m
= 42.7 o (triaxial) L = 2.0 m
Desarrollo:
plane strain = 1.1*42.7 = 47o
Nq = 187
N = 300
qult = qNqSqdq+0.5 bBN S d
q= 0.93*0.5 = 0.47 t/m2
Sq = 1+(B/L)*tg = 1+(0.5/2)*tg47= 1.27
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*D/B = 1+2*tg47*(1-sen47)
2*0.5/0.5=1.15
S = 1-0.4*B/L = 1-0.4*0.5/2 = 0.90
d = 1
qult = 0.47*187*1.15*1.27+0.5*0.93*0.5*300*1*0.9
= 128.4+62.8 = 191.1 t/m2
Pult = 191.1*0.5*2 Pult = 190 ton
1.26.) Determine la carga ltima que transmite un muro a una zapata corrida considerando
el peso propio de la zapata,
a) en el corto plazo Pu(t/m)=?
b) en el largo plazo
Datos: B= 0.8 m Df= 1.5 m
d = 1.7 t/m3 (peso unitario seco)
= 10% sat = 2.1 t/m3 1 m
c= 1.5 t/m2 drenado = 25
o
no drenado = 0o
Desarrollo:
qult = cNc+qNq+0.5 BN
Corto plazo
1o) en el corto plazo tenemos un caso no drenado
= 0 Nc = 5.5 Nq = 1 N = 0
2o) qult = cNc+qNq
en que: q = h*Df = 1.7*(1+ )*1.5 = 1.7*(1+0.1)*1.5
= 2.81 t/m2
-
3o) qult = 1.5*5.5+2.81*1 = 11.06 t/m
2
qult = Pult/A A= 1*0.8 = 0.8 m2
Pult = 0.8*11.06 = 8.84 t/m2
4o) Considerando el peso propio, hay que descontar el q por peso propio de la zapata y
sumar el q por peso propio del suelo.
q(ppzapata)= (0.8*1.0*1.0*2.4)/(1*0.8) = 2.4 t/m2
q(ppsuelo) = (0.8*1*1)*1.7*1.1 /(1*0.8) = 1.87 t/m2
q = 1.87-2.4 = 0.53
5o) Tenamos qult = 11.06 t/m
2
qultneto
= 11.06-0.53 = 10.53 t/m2
6o) qult
neto = Pult/A = Pult/0.8 Pult=0.8*10.53 = 8.42 t/m
Largo plazo
1o) En el largo plazo, 0 aumento de la presin efectiva de contacto entre
partculas 0
= 25o Nc = 21 Nq = 11 N = 7
2o) qult = cNc+qNq+0.5 bBN
= 1.5*21+1.87*1.5*11+0.5*(2.1-1)*0.8*7
= 31.5+30.9+3.1 = 65.51 t/m2
3o) qult
neto = 65.5+1.87-2.4 = 64.95 65 t/m
2
4o) Pult = qult
neto*A = 65*0.8 Pult = 52 t/m
1.27.) Calcule la capacidad de soporte admisible para la fundacin indicada en la figura.
V
= 1.76 t/m3
= 20o
1.2 m c = 1.95 t/m2
1.5m
B
Desarrollo:
Ya que los parmetros del suelo se ajustan bien a la teora de Balla (cohesin baja),
se usar su ecuacin. Supondremos adems que los parmetros del suelo no cambian en
el suelo sumergido.
Ya que el mtodo de Balla requiere para su uso el conocer las dimensiones de la
fundacin, presentamos los resultados en curvas q v/s B , V v/s B, (V=qadmB2).
Para B = 1.2 m D/b = 2 , c/b = 1.95/(0.6*1.76) = 1.85
se obtiene = 3.8
-
para = 3.8 y = 20o :
Nc = 26 Nq = 10 N = 21
y para este caso se tiene W = 0.62 ya que d/B = 0.3/1.2 = 0.25
1 . 0
0 . 9
0 . 8
0 . 7
0 . 6
0 . 5
0
0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0
W
d / B
1 . 0
0 . 9
0 . 8
0 . 7
0 . 6
0 . 5
0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0
W
a / D f
V
D f
BB
a
d
F a c t o r e s d e r e d u c c i n p o r u b i c a c i n
d e l n i v e l f r e t i c o
qult = cNc+qNqW+ bN W W = 1
= 1.95*26+1.76*1.2*10+0.6*1.76*21*0.62
= 50.7+21.1+13.7 = 85.5 t/m2
qadm = 28.5 t/m2
Para B = 1.8 m:
D/b = 1.2/0.9 = 1.33 c/b = 1.95/(0.9*1.76) = 1.23
de los bacos, interpolando para D/b = 1 y 2 resulta = 3.5
con = 3.5 y = 20o :
Nc = 23 Nq = 9 N = 18
qult = 1.95*23+1.76*1.2*9+0.9*1.76*18*0.58 = 44.9+19+16.5
= 80.4 t/m2
qadm = 26.8 27 t/m2
-
Para B = 3 m:
D/b = 1.2/1.5 = 0.8 c/b = 1.95/(1.5*1.76) = 0.74
de los bacos, interpolando para D/b = 0 y 1 resulta = 2.8
con = 2.8 y = 20o :
Nc = 19 Nq = 8 N = 11
d/B = 0.3/3.0 = 0.1 W= 0.55
qult = 1.95*19+1.76*1.2*8+1.5*1.76*11*0.55 = 37.1+16.9+16
= 70 t/m2
qadm = 23.3 t/m2
B (m) qadm (t/m2) qadmB
2=V (ton)
1.2 28.5 41
1.8 27 87
3.0 23.3 210
2.0
3.0
2.5
0 2 31
qadm
(t/m )
B (m)
2
1.28.) Determine la longitud de la fundacin para una carga de 1000 ton, aplicada a una
inclinacin de 10o con respecto a la vertical.
Arcilla sobre-consolidada cepa de
= 1.72 t/m3 c = 1.34 kgf/cm
2 3 m puente
Desarrollo: B = 4 m
Para una inclinacin de 10o la capacidad de soporte se reduce.
Meyerhof desarroll una teora basada en resultados experimentales.
para 10o Ncq 6
Si suponemos que se trata de una zapata corrida:
qult = c*Ncq = 13.4*6 = 80.4 t/m2
-
Agregando la presin ejercida por 3 m de suelo, la capacidad de soporte ltima
queda:
qult = 80.4 +3*1.72 = 85.6 t/m2
Usando un F.S. = 6 (Skempton)
qadm = 80.4/6+3*1.72 = 18.56 t/m2
L = 1000/(18.56*4) = 13.5 m 14 m
La capacidad de soporte de una fundacin rectangular es mayor a la de una zapata
corrida en el factor (1+0.2B/L) (Skempton)
1+0.2B/L = 1+0.2*4/14 = 1.06
como se trata de un pequeo aumento nos quedamos con L = 14 m
1.29.) a) Determinar la capacidad de soporte para la situacin indicada:
L>>B
=27o
= 35o
c = 10 t/m2
w = 1.95 t/m3 1.5m
(Ref. fig.3a Navfac p.133)
1.2m
D/B = 1.5/1.2 1.0
qult = cNcq+0.5 BN q en que: Ncq = 3.3 y N q = 48
= 10*3.3+0.5*1.95*1.2*48
= 33+56.2 = 89.2 t/m2
qult 90 t/m2
b) Idem a a) pero carga vertical.
qult = cNc+ DNq+0.5 BN
en que : Nc = 52 Nq = 36 N = 40
qult = 10*52+1.95*1.5*36+0.5*1.95*1.2*40
= 520+105.3+46.8 = 672 t/m2
c) Usando la fig. 3a del Navfac resuelva.
B=1.2m qult = cNcq+0.5 BN q
en que:
Ncq = 6.1 y N q = 80
1.5m
qult=10*6.1+0.5*1.95*1.2*80
= 18o = 61+93.6 = 154.6 t/m
2
qult 155 t/m2
1.30.) Determinar la capacidad de carga del pilote de la figura:
c= 7.2 t/m2 = 1.73 t/m
3 = 10
o
-
Desarrollo :
Meyerhof propone frmulas
semi-empricas para Nc y Nq para pilas
pilas. 15 m
De fig. 8.15: Nc = 25 Nq = 3.2
qult = cNc+qNq
= 7.2*25+1.73*15*3.2
= 180+83 = 263 t/m2
40 cm
Experimentalmente se ha encontrado que para el caso de pilas de hormign
0.8c y para pilas de acero = 0.6 a 0.8c
Qu = 263*0.42+4*0.4*15*0.8*7.2 = 41.2+138.2
Qu = 180 ton
1.31.) Un grupo de pilotes: L = 9 m = 0.25 m 1m
c = 8.9 t/m2
= 5 o 1m
= 1.72 t/m3
Determinar F.S. mnimo para evitar tilting collapsepor falla por corte del grupo
Desarrollo :
= 5 Nc = 15 y Nq = 1.7 (fig.8.15 p207)
La carga ltima de cada pilote:
qult = cNc+qNq
= 8.9*15+9*1.72*1.7 =133.5+26.3 = 159.8 t/m2
Qult = D4/4*qult = 7.84 ton
Si agregamos el roce en el manto del pilote:
= 0.8c = 7.1 t/m2
Q( ) = 7.1* *0.25*9 = 50.3 ton = 58.1 ton
Q(grupo) = 58.1*25 = 1454 ton
Pero la capacidad de carga ltima de un grupo de pilotes se obtiene tratando al conjunto
como una fundacin cuadrada.
Nc = 8 y Nq = 1.6 (fig.8.15)
cNc+ ZNq = 8.9*8+1.72*9*1.6 = 71.2+24.8 =96 t/m2
Agregando la resistencia por friccin se tiene:
Qult = 96.0*c.s.rea del grupo+ *Asgrupo
= 96.0*42+7.1*4*9 = 1536+256 = 1792 ton
-
Terzaghi y Perk han sealado que la carga de diseo (carga admisible en cada pilote
multiplicada por el nmero de pilotes) debe ser 1/3 si se desea evitar el colapso.
1792/3 = 597
F.S.mn = 1454/597 = 2.4
1.32.) a) Determinar la carga ltima suponiendo que la zapata se carga rpidamente y que el
suelo est saturado.
= 47 % = 2.72 t/m3
Usar ecuacin de Hansen NF
suelo arcilloso saturado 1.5m
c = 11.4 t/m2
= 0o =3.0m
b) Suponga que la carga obtenida en a) se aplica muy lentamente. Se pide calcular el
F.S. para esta situacin considerando que ahora el suelo de fundacin posee:
c= 4.6 t/m2 = 20
o
Desarrollo:
a) Sr = 1 = 47 % P /Ps = 0.47 s = 2.72 t/m2
= P/V P
Vt
Vt = 1 m3 Ps
Vt = Vv+Vs
1= P / +Ps/ s = 0.47*Ps+Ps/2.72 0.837*Ps
Ps = 1.194 y P = 0.561
Vs = 1 m3 Ps = 2.72 ton P = 0.47*2.72 = 1.28
Vv = V = 1.28
sat = (2.72+1.28)/(1+1.28) = 1.755 t/m3
El suelo acta como si su densidad tuviera el valor de la densidad sumergida.
Para condiciones no drenadas la ecuacin de Hansen:
qult = 5.14*c*(1+Sc+dc-ic-bc-gc) + q
en que:
c = 11.4 t/m2
Sc = 0.2B/L = 0.2*1 = 0.2
dc = 0.4D/B = 0.4*1.5/3 = 0.2
ic = 0 (H=0)
bc = 0
gc = 0
qult=qhundimiento = 5.14*11.4*(1+0.2+0.2) = 82.03 t/m2
-
Phundimiento= 82.03*32 = 738 ton
b) 738*F.S./A = cNcScdc+qNqSqdq+0.5 BN S d
en que:
c = 4.6 t/m2
Nc = 82 Nq = 72 N = 100
Sc = 1+(Nq/Nc)*(B/L) = 1+(72/82)*(3/3) = 1.88
dc = 1+0.4*D/B = 1+0.4*1.5/3 = 1.4
Sq = 1+(B/L)*tg = 1+(3/3)*tg40= 1.84
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*Df/B = 1+2*tg40*(1-sen40)
2*1.5/3=1.11
S = 1-0.4*B/L = 1+0.4*3/3 = 0.6
d = 1
0.5 B = 0.5*(1.755-1)*3 = 1.13
sustituyendo:
738*F.S./(3*3)=4.6*82*1.88*1.4+0.755*1.5*72*1.84*1.11+1.13*100*0.6*1
82*F.S. = 992.8+166.5+67.8
F.S. = 15
c) Considere ahora que la arcilla est fisurada.
Desarrollo:
Es posible que a largo plazo las fisuras se abran y desaparezca la cohesin a
lo largo de ellas.
c = 0 738*F.S./9 = 166.5+67.8
F.S. = 2.9
1.33.) Calcule la mxima presin que puede transmitir la base de la zapata al terreno para
tener un coeficiente de seguridad al hundimiento igual a 3.
Suponga que todo el estrato tiene un grado de saturacin Sr = 30 %= cte.
Datos:
e = 0.5 = 35o = 1.83 t/m
3 s = 2.6 t/m
3
c = 0 Df = 0.8 m B = 2 m L = 2 m
Desarrollo:
= 35 o Nq = 35 N = 40
la ec. de Hansen: qult = qNqSqdq+0.5 BN S d
en que :
q = *D = 1.83*0.8 = 1.46
Sq = 1+(B/L)*tg = 1+(2/2)*tg35= 1.7
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*Df/B = 1+2*tg35*(1-sen35)
2*0.8/2=1.10
S = 1-0.4*B/L = 1-0.4*2/2 = 0.6
d = 1
qult = 1.46*35*1.7*1.1+0.5*1.83*2*40*0.6*1
= 95.82+43.92 = 139.7 t/m2
qadm(F.S.=3) = 46.58 47 t/m2
-
1.34.) a)Repetir el problema 1.33.) pero con la variacin que una vez construida se le coloca
un relleno compactado de 0.8 m de altura y = 1.8 t/m3.
b) Repetir el clculo anterior suponiendo que el nivel fretico sube hasta la base de la
zapata.
c) Repetir b) usando la Fig. 2 del Nafvac DM7.2 p132, con la napa a 0.4 m bajo el
sello de fundacin.
d) Suponer la napa a 0.5 m bajo la base de la zapata.
Desarrollo: (Nafvac p131)
qult = cNc(1+0.3B/L)+ DNq+0.4 BN
Determinacin de hum h=0.8m
Vt = Vo = Vv+Vs
e = Vv/Vs = 0.5 =1.8t/m3
2.0 m
Sr = V /Vv
Vs = 1 m3
Ps = 2.6 ton
Vv = 0.5 m3
V = 0.3*Vv = 0.15 m3
P = 0.15 ton
hum = Ptot/Vtot = (2.6+0.15)/1.5 = 1.83 t/m3
= 35 Nq = 35 N = 40
qhun = qult = 1DNq+0.4 2BN
en que:
1 = 1.8 t/m3 D = 0.8 m 2 = 1.83 t/m
3
qhun = 1.8*0.8*35+0.4*1.83*2*40 = 50.4+58.6
= 109 t/m2
qadm(F.S.=3) = 36.3 t/m2
Notas:
1) En arenas la carga admisible est dada por los asentamientos y no por el qult.
2) En terrenos blandos o muy sueltos, la rotura ser parcial. En terrenos densos la
rotura ser total ( = 40o). En nuestro caso asumimos rotura total.
b) qult = 1DNq+0.4 2BN = 50.4+0.4* b*2*40
Determinacin de b
sat = (Pa+P )/Vt = 2.07 t/m3 b = 1.07 t/m
3
qult = 50.4+0.4*1.07*2*40 = 50.4+34.2
= 84.6 t/m2
qadm(F.S.=3)= 28.2 t/m2
c) d = 0.4+0.8 = 1.2 m
d/B = 1.2/2 = 0.6
-
Identifiquemos las frmulas a usar en la figura 2:
1o) En una zapata cuadrada.
2o) Se cumple Df B 0.8 2.0
3o) Se cumple: Df
-
b) Hay que calcular el nmero por el cual hay que dividir la cohesin y la tangente de
para que el terreno est en equilibrio bajo la presin minorada.
qadm = 111.6/3 = 37.2 t/m2
hay que determinar F
c* = c/F tg
* = tg /F
qadm= DNq(*) + c
*Nc(
*)
como q = D = 0 qadm = c*Nc(
*) (A)
c* = 3/F
tg* = tg30/F = 0.58/F
* = arctg(0.58/F)
Nc = (228+4.3 )/(40- ) (
-
qult = 245 t/m2
qadm = 81.7 t/m2
1.37.) Repita el problema 1.36.) para = 25o y c = 27 t/m
2 (0.27 kgf/cm
2)
Desarrollo:
D/b = 2 , c/b = 2.7/(1.2*1.76) = 1.28 , = 25o
Usando bacos se obtiene :
= 4.04 4
y con = 4 y = 25o :
Nc = 33 Nq = 17 N = 39
qult = 2.7*33+2.4*1.76*17+1.2*1.76*39=89.1+71.8+82.4
= 243.3 t/m2
qadm = 81.1 80 t/m2
DIMENSIONAMIENTO POR CAPACIDAD DE SOPORTE
1.38.) Para el estanque de acero de la figura determine el ancho de la zapata considerando
que est ubicado en un talud con pendiente 1:3 . La altura del estanque es 10 metros con un
radio de 9 metros. El estanque almacena un lquido con una densidad de 1.1 ton/m3. El
anillo interior del estanque se apoya en una cama de arena suelta. Considere que el 60% de
la carga se transmite a la cama de arena y el 40% a las zapatas. Considere un sello de
fundacin promedio a 1.5 metros de profundidad.
planta elevacin = 27o
c = 2 ton/m2
r =1.9 ton/m3
e=1cm acero=7.9 gr/cm3
H =10 m horm=2.4 ton/m3
corte AA
talud
9 m eje sim.
0.9m
Corte A-A Usar Hansen o Nfac
V
Desarrollo:
Hiptesis: Como es un anillo
se resuelve considerando zapata Df=1.5m
corrida.
-
=arctg(1/3)=18.5o
- Determinacin de las solicitaciones sobre la zapata:
V = peso del manto + peso del contenido + peso de la zapata
Pmanto = 0.1dm*10*10dm*10dm*7.9kgf/dm3 =100dm
3*7.9kgf/dm
3
= 0.79 ton/m
Pcontenido = *Vol*0.4 = 1.1 t/m3
Vol= *D2/4*h = *18
2/4*10 m
3
= 2545 m3
Pcontenido =1.1*2545*.4=1120 ton que se reparten en la longitud del permetro
2* *r = 56.5 m por lo tanto
Pcontenido = 1120/56.5 = 19.8 ton/m
Pzapata = B*h*L* horm =B*0.9*1*2.4
= 2.16*B (ton/m)
luego
V = 0.79+19.8+2.16*B
Hay que darse un valor de B e iterar:
1a iteracin: B=1 m V = 22.75 t/m
-Determinar qadm usando Hansen
qult = cNcScdcgc +qNqSqdqgq+0.5 BN S d g
c=2 t/m2
Nc = 24 (Bowles p190)
Sc =1+(Nq/Ncd)*(B/L)=1+(13.25/24)*(1/56.5) 1.0
dc = 1+0.4*k (k=tg-1
(Df/B)=0.983)
= 1.39
gc = 1- /147o = 0.874
entonces: cNcScdcgc =2*24*1*1.39*0.847=58.3 t/m2
q = *H = 1.9*1.5 =2.85 t/m2
Nq= 13.25
Sq = 1+(B/L)*tg =1+(1/56.5)*tg27 1.0
dq = 1+2*tg27*(1-sen27)*0.983 = 1.55
gq = (1-0.5*tg18.5)5 = 0.40
entonces: qNqSqdqgq =2.85*13.25*1.0*1.55*0.40 = 23.6 t/m2
= 1.9 t/m2
N = (7.9*10.9)/2= 9.4
S =1-0.4*B/L = 1-0.4*1/56.5 = 0.99
d = 1.0
g = (1-0.5*tg18.4)5 = 0.40
entonces: 0.5 BN S d g = 0.5*1.9*1*9.4*0.99*1*0.4 = 3.54 t/m2
por lo tanto: qult = 58.3+23.6+3.54 = 85.44 t/m2
qadm = qult/3 = 85.44/3 = 28.48 t/m2
Verificacin de la capacidad de soporte
-
qsolic = V/(B*L) = 22.75/(1*1) = 22.75 t/m2
qadm = 28.5 t/m2
qsolic qadm O.K.
2a iteracin: B = 0.5 m V = 21.7 t/m
-Determinacin del qadm por Hansen
los parmetros que varan son:
Sc =1+(13.25/24)*(0.5/56.5) 1.0
dc = 1+0.4*1.25 = 1.5 k= tg-1
(1.5/0.5) = 1.25
entonces: cNcScdcgc =2*24*1*1.5*0.874 = 62.9 t/m2
Sq = 1+(0.5/56.5)*tg27 1.0
dq = 1+2*tg27*(1-sen27)*1.25 = 1.696
entonces: qNqSqdqgq = 2.85*13.25*1*1.696*0.40 = 25.6 t/m2
S = 1-0.4*0.5/56.5 1.0
luego: 0.5 BN S d g = 0.5*1.9*0.5*9.4*1*1*0.4 = 1.77 t/m2
por lo tanto:
qult= 62.9+25.6+1.77 = 90.27 t/m2
qadm = 30.1 t/m2
Verificacin de la capacidad de soporte
qsolic = V/(B*L) = 21.7/(0.5*1) = 43.4 t/m2
qadm qsolic no cumple
B = 1 m o ajustar realizando nuevas iteraciones
1.39.) Un silo de 5 metros de altura y 2 metros de dimetro externo, se apoya sobre una
zapata circular de 2.4 metros de dimetro. El espesor de las paredes de hormign es de
30 cm. El material a almacenar tiene un peso unitario de 1.5 ton/m2. Considere un evento
ssmico que tiene una aceleracin mxima de 0.25g que produce una fuerza horizontal a
2.5 metros de la superficie. Las caractersticas del suelo son similares a las del problema
1.2.).
Determine la profundidad del sello para:
a) asegurar la estabilidad del silo y
b) cumplir con las exigencias de soporte del suelo
Desarrollo:
Se modela como zapata de seccin circular. Considere que la zapata es rgida.
Asumiendo Df 1 m
- Solicitaciones
Carga vertical
V = Vsilo+Vrelleno+Vzapata
Vsilo = H* *(22-1.4
2)/4* horm = 5*3.85 =19.2 ton
Vrelleno = ( *1.42/4)*5*1.5 = 11.54 ton
Vzapata = ( *2.42/4)*1*2.4 = 10.86 ton
-
V = 19.22+11.54+10.86 = 41.6 ton
= V/A =41.6/( *2.42) = 2.3 ton/m
2
Momento
Sea Df = 1 m
M = H*(2.5+Df) H = 0.25*(19.22*11.54) = 7.96 ton
M = 26.92 t*m
e = M/V = 26.92/41.6 = 0.65 m B/6=2.4/6 = 0.40
e B/6
Reaccin del suelo: qM,m = V/A M/W
W = *D4/(64*R) = *2.4
4/(64*1.2) = 1.36 m
3
qM,m = 2.3 26.92/1.36 = 2.3 19.8 ton/m2
Ep,Ea
kp v = (1+sen27)/(1-sen27)*1.9*1 = 5.06 ton/m2
Ep =1/2*5.06*1 = 2.53 ton/m considerando los 2.4 m de ancho
= 2.53*2.4 =6.07 ton
ka = 1/kp = 0.38
Ea = 0.86 ton
Ea Ep
ka v kp v
a) Estabilidad del silo
Volcamiento M
M
R
V
2
MR = V*D/2+(Ep-Ea)*1/3*1 = 49.92+1.74 = 51.7 t*m
MV = 26.92 t*m
FSV = 51.7/26.92 = 1.92 2 O.K.
b) No cumple con las exigencias de soporte del suelo, ya que m es negativo.
Determinacin de la capacidad de soporte del suelo (Meyerhof).
Sea Df =1 m
qult (Meyerhof, carga inclinada, referencia p188 Bowles)
qult = cNcdcic+qNqdqiq+0.5 BN d i
= Fc + Fq + F
c = 2 t/m2
Nc = 23.9 Nq = 13.2 N = 9.5
dc =1+0.2*kp*D/B kp = 2.66
= 1+0.2*1.63*1/2.4 = 1.13
ic = (1-o/90
o)2 tg = 769/41.6 = 0.2 rad
-
ic = 0.78 = 10.5o
Fc = 2*23.9*1.13*0.78 = 42.1 t/m2
q = *D = 1.9*1 = 1.9 t/m2 V = 41.6 ton
dq = 1
iq = ic = 0.78 H = 7.69 ton
Fq = 1.9*13.2*1*0.78 = 19.56 t/m2
d = 1
i = (1-10.5/27)2 = 0.37 F = 0.5*1.9*2.4*9.5*1*0.37 = 8.01 t/m
2
qult = 42.1+19.56+8.01= 69.67 t/m2
qadm =69.67/3 = 23.2 t/m2
M = (2.3 + 19.8)*1.2 = 26 t/m2
M qadm
qult (Meyerhof, sin carga inclinada)
Sc = 1+0.2*kp*B/L = 1.51
Sq = 1+0.1*kp*B/L = 1.27
S = 1.27
qult = cNcScdc +qNqSqdq+0.5 BN S d
qult = 2*23.9*15.1*1.13*+1.9*13.2*1.27*1+0.5*1.9*2.15*9.5*1.27*1
= 81.56+31.85+24.64=138 t/m2
qadm = 46 t/m2 v/s 23.2 t/m
2
1.40.) Disee las fundaciones para el estanque de la figura considerando que :
a) la capacidad de soporte del suelo controla el diseo.
b) usar ecuacin de Hansen (Tablas 4.1 a 4.5 del Bowles).
c) estados de carga:
EC(1) = normal + viento + estanque vaco
EC(2) = normal + viento + estanque lleno
d) e/B < 0.3 (el estanque est ubicado en un campo abierto y su colapso no es
crtico)
e) puede usar mtodo alternativo propuesto por Meyerhof con un factor de
reduccin
Re = 1 - (e/B)0.5
5 m
t = 1.91 t/m3 vol=45 m3
c = 0.5 t/m2 = 3 m
= 23 pv=
120
kgf/m2
= 0.7m 9 m
-
Sr = 95 % 1.4 m
NF 1.1 m
Sr = 100 %
=B
Desarrollo:
- Determinacin de solicitaciones
H1 = 3*3m2*0.12t/m
2 = 1.08 ton
H2 = 0.7*9m2*0.12t/m
2 = 0.76 ton
H = 1.08+0.76= 1.84 ton
MSF = H1*(3/2+9+1.4+1.1)+H2*(9/2+2.5) =1.08*13 + 0.76*7
= 14.04+5.29 = 19.33 t*m
V = Vo + 1.1*B2* horm
Vo = 10.4*0.72*2.4+(5*3*3-4.9*2.9*2.9)*2.4 = 21 ton
V = 21 + 1.1*B2*2.4 = V(B)
- Determinacin de B tentativo:
e/B < 0.3 e = M/V = 19.33/V
B(m) V(ton) 19.33/V=e e/B (estanque vaco)
3 44.76 0.43 0.14
2.5 37.5 0.51 0.21 Tentar con
2.0 31.6 0.60 0.31>0.3 B = 2.1 m
2.1 32.64 0.59 0.28
-
Fc= cNcdcic = 10.4 t/m2 Fq = qNqdqiq= 52.8 t/ m
2
F = 0.5 BN d i =1.69 t/m2
qult = 64.9 t/m2 qadm = qult/3 = 21.6 t/m
2
Verificaciones:
M < qadm M = 4*V/(3*L*(B-2*e))
M(B=2.1m) = 4*32.64/(3*2.1*(2.1-2*0.59)) = 22.53 t/m2 > qadm
aumentar B B = 2.2 m
Volcamiento: FS = MR/MV = (V*B/2)/19.33
= (32.64*2.1/2)/19.33 = 1.77 < 2
aumentar B
Deslizamiento
FS = (c*A+N*tg )/H = (0.5*B*B+V*tg23)/1.84
= (0.5*0.92*2.1+32.64*tgt23)/1.84 = 14.82/1.84
FS = 8.1 O.K.
2a Iteracin B = 2.3 m
B = B-2*e = 2.3-2*0.55 = 1.19 m V = 35.0 ton
k = 0.83 dc = 1.33 ic = 0.87
dq = 1.43 iq = 0.89
d = 1.0 i = 0.84
Fc = 10.4 Fq = 52.5 F = 2.2
qult = 65.2 t/m2 qadm = 21.7 t/m
2
Verificar qadm e/B = 0.24 > 0.17
M = 4*35/(3*2.3*(2.3-2*0.55)) = 17.1 t/m2 < qadm O.K.
Volcamiento: (B = 2.3 m)
FS = MR/MV = (35*2.3/2)/19.33 = 2.1 > 2 O.K.
Con el estanque vaco B = 2.3 m
Controla el volcamiento !
EC(2) = N + V + estanque lleno:
B(m) V(ton) 19.33/V=e e/B
3 89.8 0.22 0.07 < 0.3
2.5 82.5 0.23 0.09 < 0.3
2.4 81.2 0.24 0.10 < 0.3
2.3 80.0 0.24 0.11 < 0.3
2.1 77.6 0.25 0.12 < 0.3
-
1a Iteracin B = 2.3 m
B = 1.82 m V = 80 ton
k = 0.83 dc = 1.33 ic = 0.94
dq = 1.43 iq = 0.95
d = 1.0 i = 0.93
Fc = 11.26 Fq = 56.17 F = 3.75
qult = 71.2 t/m2 qadm = 23.7 t/m
2
Verificacin qadm
e/B = 0.11 < 0.17 M = V/A*(1+6*e/B)
= 80/2.32*(1+6*0.11)
=25.1 t/m2 M > qadm no cumple
2a Iteracin B = 2.4 m
B = 1.92 m V = 81.2 ton
k = 0.81 dc = 1.32 ic = 0.94
dq = 1.42 iq = 0.95
d = 1.0 i = 0.93
Fc = 11.20 Fq = 55.80 F = 3.98
qult = 70.98 t/m2 qadm = 23.66 t/m
2
Verificacin qadm
M = V/A*(1+6*e/B) = 81.2/2.42*(1+6*0.1) = 22.56 t/m
2
M < qadm O.K.
Verif. Volcamiento:
FS = MR/MV = (81.2*2.4/2)/19.33 = 5.0 > 2 O.K.
Conclusin:
Usando Hansen EC(1) B 2.3 m controla volcamiento
EC(2) B 2.4 m adm del suelo
B = 2.4 m
3.b) Capacidad de soporte segn Meyerhof alternativo con un factor de reduccin
Re = 1-(e/B)0.5
Para carga inclinada:
qult = cNcdcic +qNqdqiq+0.5 BN d i (p188 Bowles)
kp ( =23) = 2.28 i = f( )
V
tg = H/V = 1.84/V
H
Estanque vaco :
1a Iteracin B = 2.3 m
B = 1.19 m V = 35 ton = 3.01o
-
Nc = 18 dc = 1.35 ic = 0.93
Nq = 8.7 dq = 1.16 iq = 0.93
N = 4.9 d = 1.16 i = 0.76
Fc = 11.17 Fq = 45.18 F = 4.51
qult = 60.85 t/m2
e/B = 0.24 1/6 zonas en traccin
M = 4*V/(3*L*(B-2*e)) = 4*35/(3*2.3*(1.19)) = 17.1 > 10.3 t/m2
M > adm hay que aumentar B
2a Iteracin B = 2.6 m
e = 0.50 B = 1.60 m V = 38.85 ton
e/B = 0.19 > 0.17 zonas en traccin
dc = 1.29 ic = 0.94 Fc = 10.92
dq = 1.15 iq = 0.94 Fq = 44.75
d = 1.15 i = 0.78 F = 5.11
qult = 60.79 t/m2 Re = 0.56 qult = 34.19 t/m
2
qadm = 11.4 t/m2
e/B = 0.24 > 1/6 zonas en traccin
M = 4*V/(3*L*(B-2*e)) = 4*38.85/(3*2.6*(1.6)) = 12.45 > 11.4 t/m2
no cumple se debe aumentar B
3a Iteracin B = 2.7 m
e = 0.48 B = 1.74 m V = 40.25 ton
e/B = 0.18 = 2.6o
dc = 1.28 ic = 0.94 Fc = 10.86
dq = 1.14 iq = 0.94 Fq = 44.64
d = 1.14 i = 0.79 F = 5.33
qult = 60.82 t/m2 Re = 0.58 qult = 35.17 t/m
2
qadm = 11.72 t/m2
Verif. qadm:
e/B > 0.166 = 1/6 zonas en traccin
M = 4*40.25/(3*2.7*(1.74)) = 11.42 < 11.72 t/m2 O.K.
El volcamiento ya est O.K. puesto que el FS (B = 2.3) = 2.1 > 2
B = 2.7 m para estanque vaco
Estanque lleno:
-
1a Iteracin B = 2.7 m
e = 0.23 B = 2.25 m V = 85.25 ton
e/B = 0.08 < 1/6 = 1.24o
dc = 1.28 ic = 0.97 Fc = 11.20
dq = 1.14 iq = 0.97 Fq = 46.06
d = 1.14 i = 0.90 F = 6.08
qult = 63.34 t/m2 Re = 0.71 qult = 44.48 t/m
2
qadm = 15.0 t/m2
Verificacin qadm
M = V/A*(1+6*e/B) = 82.25/2.72*(1+6*0.08) = 17.6 t/m
2 > 15 t/m
2
M > qadm aumentar B
2a Iteracin B = 2.8 m
e = 0.22 B = 2.35 m V = 86.70 ton
e/B = 0.0796 < 1/6 = 1.22o
dc = 1.27 ic = 0.97 Fc = 11.12
dq = 1.13 iq = 0.97 Fq = 45.88
d = 1.13 i = 0.90 F = 6.29
qult = 63.29 t/m2 Re = 0.72 qult = 45.43 t/m
2
qadm = 15.14 t/m2
Verificacin qadm
M = 86.7/2.82*(1+6*0.0796) = 16.34 t/m
2 > 15.14 t/m
2 no cumple
3a Iteracin B = 2.9 m
e = 0.22 B = 2.46 m V = 88.2 ton
e/B = 0.0755 < 1/6 = 1.20o
dc = 1.26 ic = 0.97 Fc = 11.04
dq = 1.13 iq = 0.97 Fq = 45.71
d = 1.13 i = 0.90 F = 6.50
qult = 63.25 t/m2 Re = 0.73 qult = 45.87 t/m
2
qadm = 15.29 t/m2
Verificacin qadm
M = 88.2/2.92*(1+6*0.0755) = 15.24 t/m
2 < 15.29 t/m
2 O.K.
Con el estanque lleno se requiere B = 2.9 m (usando Meyerhof alternativo)
1.41.) Disear Df y B , a la capacidad de soporte, de la zapata cuadrada de un pilar
sometido a una carga vertical de 250 ton y un momento de 25 t*m:
El suelo es una arcilla residual compuesta de dos estratos.
-
El primer estrato es arcilla residual CH de 1 m de profundidad, blanda y con material
orgnico.
El segundo estrato es arcilla residual CH consistente y dura.
c = 0.41 kgf/cm2 = 41 t/m
2 250ton
= 1.8 t/m3 = 19
o 25t*m
F.S.= 3
Df
Desarrollo:
Suponiendo que la carga se encuentra
dentro del tercio central, con un diagrama B
de tensiones del tipo:
m M en que M = V/BL+M/W
= V/BL+M/(BL2/6)
M=V/B2+6M/B
3 (zapata cuadrada)
= 250/B2+6*25/B
3 = (250*B+450)/B
3
Adems: F.S.=qult/ mx qult=3 mx =(750*B+450)/B3
Asi: qult = cNcFc+ DfNqFq+0.5 BN F
donde Fc , Fq y F son factores de correccin debido a la forma de la zapata.
qult= 4.1*Nc*1.2+1*1.8*Nq+0.5*1.8*B*N *0.6
se supuso Df = 1 m ya que a esta profundidad se encuentra un suelo mejor que
el primer estrato.
= 19o Nc = 16.74 Nq = 6.8 N = 4.5
qult = 82.36+14.69+2.43*B = 97.05+2.43*B t/m2
Igualando:
(750*B+450)/B3=97.05+2.43*B desarrollando .....
B4+39.94*B
3-308.6*B-185.2=0
tanteando con B=2.94 se tiene (-2.81=0)
B 3 m
Verificacin:
e = M/V = 25/250 = 0.1 m = 10 cm
B/6 = 3/6 = 0.5 m = 50 cm
carga coincide dentro del tercio central
mx= (250*3+150)/27 = 33.3 t/m2
qult = 97.05+2.43*3 = 104.34 t/m2 F.S.= 104.34/33.3 = 3.13
se acepta este valor ya que asegura el desconocimiento y la mala calidad del
primer estrato.
= V/A(1 6e/B) = 250/9(1 6*0.1/3)
V = 250 ton = 27.8(1 0.2)
A = B2 9 m
2 M = 33.36 t/m
2
-
e = M/V = 225/250 = 0.1 m m = 22.24 t/m2
1.42.) Hallar las dimensiones para que la zapata mostrada tenga un F.S.= 3, segn frmula
de Hansen.
Datos: N=1000ton corte AA
: b = 2.2 t/m3
c = 2 t/m2
= 30 o Df 1.4B
L = 1.4B m
A A
B
Desarrollo:
qult = cNcScdcicgcbc +qNqSqdqiqgqbq+0.5 BN S d i g b
Suponer Df B
Nq = tg2(45+ /2)e
tg =18.40
Nc = 30.14
Sc = 1+(Nq/Nc)*(B/L) = 1+(18.4/30.14)*(B/1.4B) = 1.44
dc = 1+0.4*Df/B = 1+0.4*1.5/B = 1+0.6B
ic =1
gc = 1 ( = 0)
bc = 1 ( = 0)
q = Df = 2.2*1.5 = 3.3 t/m2
Sq = 1+(B/L)*tg = 1+(B/1.4B)*tg30= 1.41
dq = 1+2*tg *(1-sen )2*Df/B = 1+2*tg30*(1-sen30)
2*1.5/B=1+0.433B
iq = 1 (H=0)
gq = 1 ( = 0)
bq = 1 (terreno horizontal)
N = 15.1
S = 1-0.4*B/1.4B = 0.714
d = 1
i = 1 (H=0)
g = 1 ( =0)
b = 1
sustituyendo:
qult = N*F.S./(B*L) = 1000*3/1.4B2
adems
qult=2*30.14*1.44*(1+0.6/B)+3.3*18.4*1.41*(1+0.433/B)+1.1B*15.1*0.714
luego : 2143/B2=86.8(1+0.6/B)+85.62(1+0.433/B)+11.86B
2143=86.8B2+52.08B+85.62B
2+37.07B+11.86B
3
11.86B3+172.42B
2+89.15B-2143=0