9.-trabajo capacidad portante

8/18/2019 9.-Trabajo Capacidad Portante

1/33

UNIVERSIDAD CATÓLICA LOS ÁNGELES DE CHIMBOTE

FILIAL AYACUCHO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESCUELA PROFESIONAL DE EN INGENIERÍA CIVIL

CURSO : MECANICA DE SUELOS II

TEMA : CAPACIDAD PORTANTE

DOCENTE : Ing. MAXWIL ANTHONY MOROTE ARIAS

ESCUELA : INGENIERIA CIVIL

ALUMNO : CHALCO PILLPE, Rg!" M#n$!%

HUAMÁN RUI&, '(n

SOTO LEÓN, W)%*"!+

CICLO : VI

AYACUCHO-2014


2/33

CAPACIDAD PORTANTE

INTRODUCCION

En el presente informe del curso de M!-n)# +! S$!% II que tiene como título

C#/#)+#+ P"0#n0! +!% S$!% se mencionara en el 1#" 0!2") los conceptosbásicos que se debe tener presente para Analizar, comprobar, planear, calcular,describir, evaluar, formular, verificar, determinar y especificar la capacidad portantedel suelo.

También se mencionara los tipos de falla que presentan los suelos y las solucionesque la ingeniería propone a cada tipo de falla, esto se hará de manera detallada congráficos, figuras para su fácil entendimiento de cada método propuesto.

uando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o enmenor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de lacimentaci!n y por consiguiente de toda la estructura. "urante el dise#o se debencontrolar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.

El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecibleen su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelenutilizarse son al menos de $ con relaci!n a la resistencia. %a presencia de diferentestipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la e&istencia dedistintos tipos de cimentaciones.


3/33

OB'ETIVOS

• El ob'etivo es e&plicar los principios que se usan, para determinar la capacidad

portante de los suelos, para tener criterios de cálculo y dise#o locales. (onemos

énfasis en el ensayo de laboratorio de corte directo, para aplicar la teoría del "r.

)arl Terzaghi.

• Analizar, comprobar, planear, calcular, describir, evaluar, formular, verificar,

determinar y especificar la capacidad portante del suelo.


4/33

DIFINICIONES BASICAS:

3. CAPACIDAD PORTANTE

En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terrenopara soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portantees la má&ima presi!n media de contacto entre la cimentaci!n y el terreno tal queno se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferenciale&cesivo. (or tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en unode los siguientes criterios funcionales*+i la funci!n del terreno de cimentaci!n es soportar una determinada tensi!nindependientemente de la deformaci!n, la capacidad portante se denominarácarga de hundimiento.+i lo que se busca es un equilibrio entre la tensi!n aplicada al terreno y ladeformaci!n sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir decriterios de asiento admisible."e manera análoga, la e&presi!n capacidad portante se utiliza en las demásramas de la ingeniería para referir a la capacidad de una estructura parasoportar las cargas aplicadas sobre la misma.

3.3.C#/#)+#+ +! C#"g# # C"0 4 # L#"g P%#5

%as propiedades mecánicas de un terreno suelen diferir frente a cargas quevarían casi- instantáneamente y cargas cuasi permanentes. Esto se debe a quelos terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmentesaturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera más rígidafrente a cargas de variaci!n cuas instantánea ya que éstas aumentan la presi!n

intersticial, sin producir el desalo'o de una cantidad apreciable de agua. Encambio ba'o cargas permanentes la diferencia de presi!n intersticial entrediferentes partes del terreno produce el drena'e de algunas zonas.

En el cálculo o comprobaci!n de la capacidad portante de un terreno sobre elque e&iste una construcci!n debe atenderse al corto plazo caso sin drena'e- y allargo plazo con drena'e-. En el comportamiento a corto plazo se despreciantodo los términos e&cepto la cohesi!n ltima, mientras que en la capacidadportante a largo plazo caso con drena'e- es importante también en rozamientointerno del terreno y su peso específico.

3.6.C#/#)+#+ D! C#"g# L)1)0! 78+9.

/á&ima presi!n que se puede aplicar a la cimentaci!n, sin que ésta penetreen el suelo.

3..C#/#)+#+ D! C#"g# A+1));%! 78#+19Es la carga límite dividida entre un factor de seguridad. A este esfuerzo se lellama capacidad portante.


5/33

Terzaghi recomienda que 0+ no sea menor que $

3.


6/33

===..: -

%o que se puede representar en un diagrama de /ohr*

0ig, $-. "iagrama de /ohr.

%a teoría de oulomb, relaciona el esfuerzo cortante t, como funci!n delesfuerzo normal n, la tangente del ángulo de fricci!n interna, y la cohesi!n c*

0ig. >-. Esfuerzos normales y cortantes en un bloque se suelo, que siguenla teoría de oulomb.


7/33

0ig. 6-. Envolvente de /ohr yteoría de oulomb."e la figura 6- se obtiene*

=>-

"espe'ando se obtiene el esfuerzo horizontal, en una masa de suelo, enfunci!n del esfuerzo normal, el ángulo de fricci!n interna y la cohesi!n delsuelo*

=========..6-

==========.?-

+iendo*

%a ecuaci!n ?- representa la relaci!n de /ohr5oulomb, o el estado deesfuerzos en una masa de suelo, cuando hay fuerzas verticales yhorizontales. @elaciona los esfuerzos efectivos horizontales, con losesfuerzos verticales, a través de los parámetros, ángulo de fricci!n interna y

la cohesi!n


8/33

6. ENSAYOS PREVIOS PARA EL CALCULO DE CAPACIDADPORTANTE DEL SUELO

(ara determinar la capacidad portante del suelo se debe tomar en cuenta laresistencia cortante del suelo o falla de /ohr5oulomb, que viene hacer laresistencia interna por área unitaria que una masa de suelo como material ofrece

para resistir las fallas debido a una combinaci!n critica de esfuerzos má&imosnormales y cortantes a la que va estar sometidos.%os parámetros de la resistencia cortante de un suelo son determinados enlaboratorio, por distintos ensayos segn al tipo de suelo, entre los principalestenemos el ensayo de orte "irecto y la (rueba Tria&ial.

ásicamente necesitamos saber sus características del suelo y eso se comienzadesde la inspecci!n ocular hasta ensayos con máquinas muy especiales que tepueden brindar resultados con muy poco error, entre ellos podemos destacar*

(ara muestras alteradas e inalteradas*

Ensayos para caracterizar suelos*

• Branulometría

• %ímites de consistencia

• Cumedad natural

• lasificaci!n de suelos

• (esos específicos

• (orosidad

• Brado de saturaci!n

• @elaci!n de vacíos

Ensayos especiales

• Tria&iales

• ortes directos

• onsolidaci!n

• (esos unitarios

• "ensidad in situ


9/33

• Ensayo de la (laca

@esultados

• apacidad de soporte admisible

• /!dulo de reacci!n )

• Asentamiento en suelo +

6.3.CORTE DIRECTO:

Es un ensayo de cortante. onsiste en aplicar esfuerzos verticales yhorizontales, a tres muestras de suelo, y determinar el instante de falla acortante. uando se aplica un esfuerzo vertical fi'o de 7.6 8g9cm:, la primeramuestra falla con un esfuerzo horizontal o cortante t;, la segunda muestra essometida a un esfuerzo de ;.7 8g9cm:, y falla con un esfuerzo cortante t:. %atercera es sometida a un esfuerzo de compresi!n de ;.6 8g9cm:, y falla con uncortante D$. on estos tres pares ordenados se grafica el diagrama de

ruptura de /ohr También, se hace uso del análisis de regresi!n lineal, paraobtener el ángulo de fricci!n interna y la cohesi!n

fig. $-. "etalles del equipo de corte directo.


10/33

0ig. >-. "iagrama de ruptura de/ohr.

El ensayo consiste en aplicar fuerza vertical a una muestra de suelo de secci!ntransversal circular o cuadrada de :6&:6cm & :6mm de altura. %a fuerza cortantees aplicada perpendicular a la fuerza vertical moviendo una mitad de la ca'arespecto a la otra, generando así la falla del espécimen de suelo por corte.

on este ensayo se va determinar los parámetros de cohesi!n c- y el Angulo defricci!n - de los suelos, en funci!n a la fuerza normal, fuerza cortante obtenidaen laboratorio se determinan el esfuerzo normal F- y esfuerzo cortante en lafalla G-.Ƭ

δ = Fuerzanorma( KN )

Area del especimen(m2)

ƒƬ = Fuerza cortante( KN )

Area del especimen(m2)

%a resistencia de los esfuerzos cortantes de un suelo en funci!n de los esfuerzostotales, se determinan usando la %ey de oulomb.

G 1 cHF tan Ƭ

6.6.PRUEBA TRIAXIAL DE CORTE:

El ensayo consiste en aplicar esfuerzos laterales y verticales diferentes a laprobeta cilíndrica de la muestra de suelos de diámetros de $?mm & I?mm delargo. (ara generar la falla cortante en el espécimen se aplica un esfuerzo a&ial.


11/33

Es un método para determinar los parámetros de la resistencia cortante delsuelo, es una prueba que ofrece confiabilidad, por que proporciona elcomportamiento del esfuerzo 2 deformaci!n unitaria.

"e igual manera se determina los parámetros de cohesi!n c- y el Angulo de

rozamiento o fricci!n - de los suelosJ

Además tenemos otras pruebas y ensayos para determinar los parámetros desuelo*

(rueba consolidada drenada. (rueba consolidada no drenada. (rueba no consolidada no drenada (rueba de compresi!n simple sobre arcilla saturada. (rueba de cortante con veleta.

. CAPACIDAD DE CARGA..3.CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE.

%a capacidad de carga admisible q adm.- es la que se obtiene al

aplicar un factor de seguridad 0+-. A la capacidad de carga ltima qu- por lo que se deter mina como*

Ɋ ( Adm.)= Ɋ u

F . s .

.6.FACTOR DE SEGURIDAD 7FS9:

%os factores de seguridad o coeficientes de seguridad es el cociente entre elvalor calculado de la carga ultima entre el valor requerido esperado. %amagnitud del factor de seguridad depende principalmente de la fiabilidad delos datos de dise#o y la valoraci!n de la resistencia estructural.

%os factores de seguridad frente a una falla de corte mínimos estipulados porel @KE E5767 Art. ;?- es


12/33

a. (ara cargas estáticas $.7b. (ara solicitaciones má&imas de sismo o viento :.6.

También se puede tomar como referencia los valores del cuadro siguiente*

..CÁLCULO DE CAPACIDAD DE CARGA @LTIMA 7 qu 9 POR

TER&AGHI 73


13/33

1 ohesi!n del suelo.

γ 1 "ensidad del suelo.

" f 1 (rofundidad de cimentaci!n medido desde el terreno

natural

1 Ancho de cimentaci!n.

@ 1 @adio de cimentaciones circulares.

Kc, Kq, K γ 1 0actores de capacidad de carga adimensionales

que dependen del valor del ángulo de fricci!n interna -

.6H Ø

2 -eπanØ e 1

:.I;L

Kc 1 Kq H ;- ot

K γ 1 :Kq H ;- Tan

También se puede usar los valores de factores de capacidad de carga de lasiguiente tabla*

TA%A "E 0ATM@E+ "E A(AN"A" "E A@BA OA%M@E+ "E 7Kq, Kc,

K γ ¿ :


14/33


15/33


16/33

F cd=1+0.4 Df

B

1−sen" ¿2 Df

B

F qd=1+2an" ¿

F γd=1

b.5 (ara

Df

B >1

F cd=1+0.4tan−1(

Df

B )

1−sen" ¿2 tan−1(

Df

B )

F qd=1+2an" ¿

F γd=1

FACTOR DE INCLINACION:

1− $%

90 % ¿2

F ci= F qi=¿

1− $

" ¿2

F γ i=¿

"onde* $=¿ Nnclinaci!n de la carga sobre la cimentaci!n con respecto a

la vertical


17/33

75%) y arcillas medias bajo

cargas rápidas.

Patrón de falla bien definido. (cuña de suelo y dos superficies de deslizamiento).

La superficie del terreno a la zapata se levanta y puede rotar (inclinándose). La falla es violenta y catastrófica.

Generalmente ocurre en suelos “incompresibles” (suelos granulares densos y

cohesivos de consistencia dura a rígida)

4.2.FALLA POR CORTE LOCAL

Es un caso intermedio entre los casos 1 y 2. Se produce hinchamiento y asentamiento

del suelo. Se forma una cuña debajo de la cimentación como en el caso 1, pero las

superficies de la falla no son completas.


18/33

Es una situación intermedia, en que el terreno se se plastifica en los bordes y por debajo

de la zapata sin que lleguen a formarse fallas en la superficie.

Típico en limos blandos y arenas medias a sueltas (40%


19/33

Ojo: Cuando el suelo es incompresible, bajo el cimiento se desarrollará una falla por

cortantegeneral. Cuando el suelo es compresible, desarrollará una falla por punzonamiento.

4.4.Capacidad De Carga Limite (Qd)

El problema: Consiste en encontrar el esfuerzo (qd) que produce la falla del suelo.

Se conocen los siguientes datos:

Z = Df = Profundidad de desplante (m).

= !nc"o de la cimentaci#n (m).

$ = $ongitud de la cimentaci#n (m).

% = Peso &olum'trico del suelo (gm*).

C = Co"esi#n del suelo (del ensa+o de corte, gcm)

- =!ngulo de fricci#n interna (del ensa+o de corte)

=. SOLUCION A LOS TIPOS DE FALLANo es única. Varios investigadores han presentado soluciones. Entre ellos

tenemos:

=.3. PRANDTL (1920)

La solución de Prandtl. Prandtl en 1920 estudió el problema de la identación de un

medio semiinfinito, homogéneo, isótropo y rígido plástico perfecto, por un elemento

rígido de longitud infinita de base plana. Considerando que el contacto entre el elementoy el medio era perfectamente liso, propuso el mecanismo de falla que se ilustra en la

figura 5. El problema consiste en determinar la máxima presión que puede aplicarse al

elemento rígido sin que penetre en el medio semiinfinito; a este valor se le denomina

“carga límite”.

La superficie AB es un plano principal, por no existir en ella esfuerzos cortantes (plano

liso). Las superficies AC y BD son superficies libres, exentas de todo esfuerzo y, por lo


20/33

tanto, también son planos principales. Con base a lo anterior, más la intuición de que los

esfuerzos normales horizontales a lo largo de AC y BD, inducidos por la presión del

elemento, son de compresión, se deduce que para tener un estado de falla incipiente en

la vecindad de dichas superficies se requerirá que el esfuerzo de compresión

mencionado deba tener un valor de 2c. En efecto, siendo el medio un sólido de

resistencia constante igual a c, un elemento vecino a la superficie AC o BD está en

condición análoga a la que se tiene en una prueba de compresión simple, en la cual la

resistencia es qmáx. = 2c.

Haciendo uso de la teoría de los cuerpos perfectamente plásticos se encuentra que la

región ACE es una región de esfuerzos constantes, iguales a la compresión

horizontal mencionada en el párrafo anterior; igualmente, la región AGH es también de

esfuerzos constantes. La transición entre ambas regiones es una zona de esfuerzos

cortantes radial (AEH). Con estos estados de esfuerzos, Prandtl calculó que la presión

límite que puede ponerse en la superficie AB está dada por el valor:

qmáx .= (π + 2)c

Prandtl consideró que la región ABH se incrusta como cuerpo rígido, moviéndose

verticalmente como si fuera parte del elemento rígido. La solución anterior, es la base de

todas las Teorías de Capacidad de Carga que se han desarrollado para aplicarse a los

suelos.

Fig. 5. Solución de Prandtl


21/33

5.2.R. HILL (1941)

La solución de Hill. Hill presentó una solución alternativa a la de Prandtl, la cual se

describe a continuación:

En la figura 6 se muestra el mecanismo de falla propuesto, en el que las regiones AGC y

AFD son de esfuerzos constantes y la región AFG es de esfuerzos radiales. Se supone

que el elemento rígido desciende con velocidad unitaria, se puede demostrar que la

zona ACG debe desplazarse como cuerpo rígido en la dirección de CG; análogamente

los puntos de la región se mueven en la dirección FD; la zona radial se mueve en

todos sus puntos de manera tangente a los círculos de deslizamiento. Con base a en su

mecanismo de falla, Hill calculó la presión límite que el elemento rígido puede transmitir

sin identarse en el medio y obtuvo el mismo valor que Prandtl. En el caso de que la

superficie del medio no fuese horizontal, sino que adoptase la forma que aparece en la

figura V.8, la presión máxima es:

qmáx .=2 c (1 + θ)

La expresión anterior tiene como límites qmáx. = 2c, para θ = 0, caso de una prueba

de compresión simple y resultado de ella obtenido y qmáx. = (π + 2)c, para θ = 90°, que

corresponde a superficie horizontal en el medio semi – infinito.


22/33

Fig. 6. Cuña truncada sujeta a identación

5.3.G.G. MEYERHOF (1953)

Considera la excentricidad de la carga reduciendo el ancho B. El ancho efectivo es B́=

B -2.e, donde es la excentricidad. Si existe excentricidad en ambos sentidos, en zapatas

rectangulares, se disminuyen los dos lados según la excentricidad correspondiente (área

efectiva).

Meyerhof (1965): Considera factores de forma, profundidad e inclinación de la carga. Laecuación general con los factores de corrección es:


23/33

5.4.KARL TERZAGHI (1956)

El Dr.Terzagui asume que el mecanismo de falla, está formado por bloques, que actúan

como cuerpos rigidos, con movimientos diferentes.

I.- Cuña que se mueve como cuerpo rígido hacia abajo.

II.- Zona de cortante radial de Prandtl, que empuja a la zona III y trata de levantarla.

Asume que CD es arco de espiral logarítmica.

III.- Zona de estado plástico pasivo de Rankine. Trata de resistir al levantamiento, con el

peso del material de la misma.

Fig. 7.0 Modelo de falla usado por Terzaghi. 1943.

Fig. 6.1. Mecanismo de falla, según el Dr. Terzaghi. Las zonas II y III ocurren a ambos

lados de la zona


24/33

Usando las ecuaciones de equilibrio estático, sumado fuerzas:

Σ Fy = 0

qd*B = 2 Pp + 2C*sen φ

C = Fuerza de cohesión = c* (B/2*sec φ)

Pp se descompone en 3 componentes verticales: Ppc = Debido a la cohesión actuante

en CDE

Ppq = Debido a la sobrecarga γ*Z que actúa en AE Ppγ= Debido al peso propio de los

bloques de suelo.

qd*B = 2 (Ppc + Ppq + Ppγ) + 2*C*sen φ

qd*B = 2(Ppc+Ppq+Ppγ) + 2*c*(B/2*sec φ)*sen φ

Para Ppq (debido a la sobrecarga), este es su diagrama de fuerzas:


25/33

Fig(6.3). Diagrama de fuerzas para hallar Pqc.

El valor de Ppq resulta:

Para Ppg (debido al peso propio del suelo) este es su diagrama de fuerzas


26/33

Fig(6.4). Diagrama de fuerzas para hallar Ppg

El valor de Ppg resulta:


27/33


28/33

ECUACIONES DE TERZAGHI PARA DIVERSOS TIPOS DE CIMIENTOS

A. ZAPATA CORRIDA (o continua).-


29/33


30/33

EJEMPLO DE CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DEL SUELO

Calcular el valor de la capacidad de carga límite y la capacidad de carga

admisible, para un suelo sobre el que se va a cimentar una zapata rectangular de

1.2x1.7 m2 de ancho y que tiene las siguientes características:


31/33


32/33


33/33

BIBLIOGRAFIA:

;. Puárez adillo y @ico @odríguez. /ecánica de +uelos tomo N y NN-. Ed.

%imusa 2 /é&ico ;

9.-trabajo capacidad portante

Documents