TALLER BÁSICO DE

MECÁNICA DE SUELOS

CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES

Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Civil

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Expositor: Diana L. Calderón Cahuana

Diapositivas: Zenon Aguilar Bardales

B

Suelo Granular Compacto o

Arcilla Firme

qu

Carga/área unitaria, q

Asentamiento

Superficie de Falla General

TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA

CORTANTE EN SUELOS

B

Suelo Granular Suelto o Arcilla Blando

qu (1)

Carga/área unitaria, q

Asentamiento

qu

Superficie de Falla Local

TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA

CORTANTE EN SUELOS

B

Suelo Granular muy Suelto

o Arcilla muy Blanda

qu (1)

Carga/área unitaria, q

Asentamiento

qu

qu

Zapata

superficial

Superficie de Falla por Punzonamiento

TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA

CORTANTE EN SUELOS

MODOS DE FALLA EN CIMENTACIONES

SOBRE ARENA

0

1

2

3

4

5

0.6 0.8 1.0 0.2 0.4

Df/B

*

Compacidad relativa, Cr

Falla de cortante

por punzonamiento

Falla de

cortante local

Falla de

cortante

general

B

Df

LB

BLB

2

Donde B = ancho de la cimentación

L = longitud de la cimentación

Para cimentaciones cuadradas:

B = L;

Para cimentaciones circulares:

B = L = diámetro

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE

CARGA ÚLTIMA

D F E

G G A B

B

45 -/2 45 -/2

45 -/2 45 -/2

J I

qu q =Df

B

Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua rugosa

BNqNcNq qCu2

1 (Cimentación en franja)

c = Cohesión del suelo

= Peso específico del suelo

q = Df

Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga adimensionales que son

únicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, .

tan2

245tan eNq

Factores de Capacidad de Carga

cot1 qc NN

tan12 qNN

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 2

1

Ecuación General de la Capacidad de Carga

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE

CARGA ÚLTIMA

Factor Relación Fuente

Forma*

c

q

csN

N

L

BF 1

tan1L

BFqs

L

BF s 4.01

De Beer (1970)

Donde L = longitud de la cimentación (L>B)

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE

CARGA ÚLTIMA

* Estos factores de forma son relaciones empíricas basadas en amplias

pruebas de laboratorio.

Factor Relación Fuente

Profundidad† Condición (a): Df / B≤1

B

DsenF

f

qd

21tan21

1dFHansen (1970)

B

DF

f

cd 4.01

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE

CARGA ÚLTIMA

† El factor tan-1 (df/B) esta en radianes.

Condición (b): Df / B>1

B

DF

f

cd

1tan4.01

B

DsenF

f

qd

12tan1tan21

1dF

Inclinación 2

901

qici FF

2

1

iF

Donde = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto

a la vertical

Meyerhof (1963); Hanna

Y Meyerhof (1981)

Factor Relación Fuente

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE

CARGA ÚLTIMA

cc3

2*

Parámetros de Resistencia Cortante Corregidos

tan

3

2* arctg

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFNcq 2

*

2

1

Ecuación General de la Capacidad de Carga

CORRECCIÓN POR FALLA LOCAL

Caso I

Nivel del agua

freática

B

Df

D1

D2

INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO

EN LA CAPACIDAD DE CARGA

BNNqcNq qCu 2

*

2

1

2111

* DDq m

’= peso específico sumergido

INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO

EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Caso II

B

Df

d Nivel del agua

freática

’= peso específico sumergido

B

BNqNcNq qCu

*

22

1

B

d

B

dm 122

*

FS

qq u

adm

El factor de seguridad debe ser por lo menos 3 en todos los casos.

qadm = Capacidad de Carga Admisible

Qu = Capacidad de Carga Última

FS = Factor de Seguridad = 3

CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE

Df

qadm

CIMENTACIONES CARGADAS

EXCÉNTRICAMENTE

LB

M

BL

Qq

2max

6

LB

M

BL

Qq

2min

6

Donde Q = carga vertical total

M = momento sobre la

cimentación

Q M

B

B X L

Para e B/6

qmax

qmax

Para e > B/6

1. La distancia “e” es la excentridad de la carga aplicada

Q

Me

B

e

BL

Qq

61max

y

B

e

BL

Qq

61min

eBL

Qq

23

4max

B

e

L’

2e B’

e

CIMENTACIONES CARGADAS

EXCÉNTRICAMENTE

2. Determinar las dimensiones efectivas de la cimentación como

B’ = ancho efectivo = B – 2e

L’ = longitud efectiva = L

CIMENTACIONES CARGADAS

EXCÉNTRICAMENTE

3. Usar la ecuación para la capacidad de carga última como

idsqiqdqsqcicdcscu FFFNBFFFqNFFFcNq '2

1'

4. La carga última total que la cimentación soporta es

)')('(' LBqQ uúlt

A’

5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es

donde A = área efectiva

Q

QFS últ

CIMENTACIONES CARGADAS

EXCÉNTRICAMENTE

TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE

CIMENTACIONES

Asentamiento Inmediato o elástico

Perfil del

asentamiento

Asentamiento Por Consolidación Primaria

Asentamiento Por Consolidación Secundaria

Cimentación

B X L

Asentamiento

de cimentación

rígida

Asentamiento

de cimentación

flexible

Suelo

s = relación de Poisson

Es = módulo de elasticidad

Roca

D1

ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE

CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS

2

1 2 S

s

oe

E

BqS (esquina de la cimentación flexible)

21 S

s

oe

E

BqS (centro de la cimentación flexible)

Donde

11

111

1

11

12

2

2

2

m

mnm

mm

mmn

m = L/B

B = ancho de la cimentación

L = longitud de la cimentaciòn

ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE

CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS

avs

s

oe

E

BqS 21 (promedio para una cimentaciòn flexible)

ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE

CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Para cimentación circular

r

= 1

prom = 0.85

r = 0.88

,

pro

m

r

L/B

prom

ESTIMACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DE LOS MATERIALES

Nf = número de penetración estándar

Módulo de Elasticidad de Arcillas Normalmente Consolidadas

Es = 250c a 500c

Es = 750c a 1000c

Módulo de Elasticidad de Arcillas Preconsolidadas

Donde c = cohesión no drenada de la arcilla

Es (kN / m2) = 766Nf

Usar métodos geofísicos

Ensayos de laboratorio

Correlaciones empíricas:

SEGÚN TERZAGHI:

Sadm = 25 mm

El Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsión angular

mayor que la indicada en la Tabla 8.

En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede

estimar como el 75% del asentamiento total.

ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN

CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES

El asentamiento promedio admisible de las cimentaciones de una

edificación convencional será:

SEGÚN LA NORMA E - 050:

ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN

CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES

DISTORSIÓN ANGULAR LÍMITE

RECOMENDADA POR LA NORMA E-050

TABLA 8 (NÓRMA E-050)

DISTORSIÓN ANGULAR =

= /L DESCRIPCIÓN

1/150 Límite en el que se debe esperar daño estructural en edificios

convencionales.

1/250 Límite en que la pérdida de verticalidad de edificios altos y rígidos puede ser

visible.

1/300 Límite en que se debe esperar dificultades con puentes grúas.

1/300 Límite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes.

1/500 Límite seguro para edificios en los que no se permiten grietas.

1/500 Límite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos de cimentación

de estructuras rígidas, altas y esbeltas.

1/650 Límite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre un solado con

espesor aproximado de 1,20 m.

1/750 Límite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a

asentamientos.