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CIMENTACIONES

Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezCAPACIDAD DE CARGA CAPACIDAD DE CARGA

La parte inferior de una estructura se denomina generalmente cimentacin o fundacin y su funcin es transferir la carga de la estructura al suelo en que sta descansa. GENERALIDADESUna cimentacin adecuadamente diseada es la que transfiere la carga a travs del suelo sin sobrepasar su capacidad de soporte.

FUNDACIONES SUPERFICIALESUn anlisis de cimentacin supone las siguientes fases:

Debe empezar por conocer el tipo y funcin de la estructura a cimentar. Por lo tanto debe tenerse informacin sobre las cargas o hacer un clculo aproximado de ellas.Debe conocerse el perfil del suelo y sus caractersticas geotcnicas, es decir, se debe realizar un estudio de suelos.

ESTUDIO DE SUELOSPerfil estratigrficoPosicin del nivel freticoProfundidad de cimentacinCapacidad de cargaAsentamientosNo. De sondeosProf. De sondeosMAGNITUD DE LA EXPLORACINNMERO Y PROFUNDIDAD DE SONDEOSNORMA NSR-10

GENERALIDADESPor esto, los ingenieros geotecnistas y estructurales deben disear cimentaciones teniendo en cuenta la capacidad de carga que pueden soportar los suelos.

Sobrepasar su capacidad DE soporte genera un asentamiento excesivo o bien a una falla cortante del suelo, provocando daos a la estructura. GENERALIDADESUna capacidad de carga segura es aquella que el suelo puede cargar de forma segura y sin deformarse demasiado; se conoce como capacidad de carga admisible y se determina por:

qqultqadmDonde: qu: es la mxima presin que se le puede transmitir al suelo sin que ste falle formando superficies de corte. qadm: Es la presin de soporte admisibleGENERALIDADESDependiendo de la estructura y de los suelos encontrados se usan varios tipos de cimentaciones.

Superficiales:Zapata aislada o corrida: Es simplemente una ampliacin de un muro de carga o columna que hace posible dispersar la carga de la estructura sobre un rea grande del suelo. GENERALIDADES

Losa de Cimentacin: En suelos con baja capacidad de carga, el tamao de las zapatas requeridas es grande y poco prctico, por tal razn es ms econmico construir toda la estructura sobre una losa de concreto, denominada losa de cimentacin.GENERALIDADES

Cimentaciones Profundas:

Pilotes y pilas perforadas: se usan para estructuras ms pesadas cuando se requiere gran profundidad para soportar la carga. Los pilotes son miembros estructurales hechos de madera, concreto o acero, que transmiten la carga de la superestructura a los estratos inferiores del suelo. GENERALIDADESSegn como transmiten sus cargas al subsuelo, los pilotes se dividen en dos categoras:

Pilotes de friccin y pilotes de punta. En el caso de los pilotes de friccin, la carga de la superestructura es soportada por los esfuerzos cortantes generados a lo largo de la superficie lateral del pilote. En los pilotes de punta, la carga soportada es transmitida por su punta a un estrato firme.GENERALIDADES

En el caso de pilas perforadas, se taladra un agujero en el subsuelo y luego se rellena con concreto.

Generalmente, el dimetro de una pila perforada es mucho mayor que el de un pilote. La distincin entre pilotes y pilas perforadas deja de ser clara para un dimetro de aproximadamente 1 m, y luego las definiciones y la nomenclatura son inexactas.CAPACIDAD DE CARGA LTIMA DE CIMENTACIONES SUPERFICIALESquqqult

Si la carga es aplicada gradualmente a la cimentacin, el asentamiento aumentar. La variacin de la carga por rea unitaria sobre la cimentacin q, junto con el asentamiento de la cimentacin tambin se muestra en la figura.

Si se considera una franja de cimentacin (es decir, una cuya longitud es tericamente infinita) descansando sobre la superficie de una arena densa o de un suelo cohesivo firme, como muestra la figura, con un ancho B.En un cierto punto, cuando la carga por rea unitaria es igual a qu tiene lugar una falla repentina en el suelo que soporta la cimentacin, y la superficie de falla en el suelo se extender hasta la superficie del terreno. A esta carga por rea unitaria qu se le denomina capacidad ltima de carga de la cimentacin.

A este tipo de falla repentina en el suelo se le llama falla por cortante general.

En este caso la superficie de falla en el suelo se extender gradualmente hacia afuera desde la cimentacin (lneas continuas).Si la cimentacin bajo consideracin descansa sobre arena o suelo arcilloso de compactacin media, un incremento de la carga sobre la cimentacin tambin estar acompaado por un aumento del asentamiento.

Cuando la carga por rea unitaria sobre la cimentacin es igual a qu(l), el movimiento de la cimentacin estar acompaado por sacudidas repentinas. Se requiere entonces un movimiento considerable de la cimentacin para que la superficie de falla en el suelo se extienda a la superficie del terreno (lneas de rayas en la figura).

La carga por rea unitaria a la que esto ocurre es la capacidad de carga ltima qu. Ms all de este punto, un aumento de la carga estar acompaado por un gran incremento de asentamiento de la cimentacin. La carga por rea unitaria de la cimentacin, qu(l), se llama carga primera de falla (Vesic, 1963).

Un valor pico de q no se alcanza en este tipo de falla, denominado falla por cortante local en el suelo.

Si la cimentacin est soportada por un suelo bastante suelto, la grfica carga Vs asentamiento ser como se muestra en la figura.

En este caso, la superficie de falla en el suelo no se extender hasta la superficie del terreno.

Ms all de la carga ltima de falla, qu la grfica carga Vs asentamiento ser muy empinada y prcticamente lineal.

Este tipo de falla en el suelo se denomina falla de cortante por punzonamiento.Con base en resultados experimentales, Vesic (1973) propuso una relacin para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones descansando en arenas.

Donde:

Cr = compacidad relativa de la arenaDf = profundidad de la cimentacin medida desde la superficie del terreno

Donde:B = ancho de la cimentacinL = longitud de la cimentacin(Nota: L es siempre mayor que B.)

Para cimentaciones cuadradas: B = L Para cimentaciones circulares: B = L = dimetro

Para cimentaciones superficiales (es decir, para Df / B*), la carga ltima ocurre con un asentamiento de la cimentacin de 4% a 10% de B.

Esta condicin ocurre con una falla cortante general en el suelo; sin embargo, con una falla local o por punzonamiento, la carga ltima llega a ocurrir con asentamientos de 15% a 25% del ancho de la cimentacin B.

TEORA DE LA CAPACIDAD DE CARGA LTIMATerzaghi sugiri que para una cimentacin continua o de franja (es decir, la razn de ancho a largo de la cimentacin tiende a 0), la superficie de falla en un suelo bajo carga ltima se supone similar a la de la figura. Este es el caso de la falla cortante general mostrada anteriormente.

El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentacin se supone reemplazado por el efecto de una sobrecarga equivalente:

q = * Df (donde = peso especfico del suelo).

La zona de falla bajo la cimentacin se separa en tres partes:

La zona triangular ACD inmediatamente debajo de la cimentacin.Las zonas de cortante radial ADF Y CDE, en que las curvas DE Y DF son arcos de una espiral logartmica.Dos zonas pasivas de Rankine triangulares AFH y CEG.Los ngulos CAD y ACD se suponen iguales al ngulo de friccin del suelo (es decir, = ).

Al reemplazar el suelo arriba del fondo de la cimentacin por una sobrecarga equivalente q, la resistencia cortante del suelo a lo largo de las superficies de falla GI y HJ es despreciada.

Usando el anlisis del equilibrio, TERZAGHI expres la capacidad ltima de carga en la forma:

Cimiento continuo o rectangularCimiento redondoCimiento cuadrado1.01.31.31.00.60.8

Donde: Nq, Nc y N corresponden a factores de capacidad de soporte En radianes En gradosSc y S son factores de formaFactores de capacidad de carga para las ecuaciones de Terzaghi: degNcNqNKp05.71.00.010.857.31.60.512.9109.62.71.214.71512.94.42.518.62017.77.45.025.02525.112.79.735.03037.222.519.752.03557.841.642.482.04095.781.3100.4141.045172.3173.3297.5298.050347.5415.11153.2800.0

Calcular la presin de soporte admisible usando la ecuacin de Terzagui para la zapata cuadrada y los parmetros de suelo mostrados. Use un factor de seguridad de 2.5. D = 1,5 m2,0 m =19 KN/ m3=25C=30 KPaEJERCICIO 1Como el cimiento es cuadrado, los valores de forma sonCimiento continuo o rectangularCimiento redondoCimiento cuadrado1.01.31.31.00.60.8

Con la calculadora en grados, se calculan los factores de capacidad de carga

Con todos los trminos calculados se calcula qultAHORA POR TABLAS degNcNqNKp05.71.00.010.857.31.60.512.9109.62.71.214.71512.94.42.518.62017.77.45.025.02525.112.79.735.03037.222.519.752.03557.841.642.482.04095.781.3100.4141.045172.3173.3297.5298.050347.5415.11153.2800.0Factores de capacidad de cargaFactores de formaCimiento continuo o rectangularCimiento redondoCimiento cuadrado1.01.31.31.00.60.8

AHORA POR TABLAS

Factores de capacidad portante (en grados)FACTORESVALORPARAFormaCualquier ProfundidadCualquier InclinacinCualquier FACTORES DE FORMA, PROFUNDIDAD E INCLINACIN Meyerhof(1951).

EJERCICIO 2Calcular la presin de soporte admisible usando la ecuacin de MEYERHOF, para la zapata y los parmetros de suelo mostrados. Use un factor de seguridad de 2,5.

D = 1,5 m2,0 m =19 KN/ m3=25C=30 KPaCarga vertical:

1) Factores de capacidad portante (en grados)2) Factores de FormaPrimero se calcula Kp

Como la zapata es cuadrada B=L= 2 metrosComo = 25, se usa la ecuacin para >10 3) Factores de profundidadPara cualquier valor de Como = 25, se usa la ecuacin para >10

cPROXIMA SEMANA 14 18 DE SEPTIEMBRE

INVESTIGAR LOS METODOS DE HANSEN Y VESIC

ESTUDIAR PARA QUIZ DE CAPACIDAD DE CARGA SEMANA 21 25 DE SEPTIEMBRE