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CAPACIDAD DE CARGA Cimentaciones Superficiales FACTORES QUE INFLUYEN

DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA

Por: Ing. Wilfredo Gutiérrez Lazares

CAPACIDAD DE CARGA ETAPAS DE DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell Método de Terzaghi Método de Meyerhof FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

INTRODUCCION - Diseño Geotécnico Determina, evalúa y define la geometría frente a los suelos presentes. - Diseño Estructural Determina y evalúa la cuantía de acero necesario. - Consideraciones Constructivas Situaciones especiales de presencia de suelos blandos o NF

CIMENTACIONES SUPERFICIALES - Método de Tensiones Admisibles Aún usado en el Perú - Método del Factor de Seguridad Global Más utilizado - Método de los Estados Límites Tendencia mundial, próximos 5 años

QUÉ ES DISEÑO GEOTÉCNICO

1. Tipo de base de cimentación (artificial o natural) 2. Tipo de cimentación (superficial, profunda, aislada, corrida, losas y otras) 3. Profundidad de cimentación 4. Dimensiones de la base de cimentación

REQUISITOS DE LA BASE

1. Profundidad adecuada Evitar daños 2. Segura frente a la falla Estabilidad de la cimentación 3. No Asentarse Daños en la construcción

COMBINACIÓN DE CARGAS 1. D + L 2. D + (W ó E) 3. (D + L + (W ó E)) K Usado en: - Tensiones

Admisibles - Factor de Seguridad Global

Donde: D = carga muerta L = carga viva W = carga de viento E = carga de sismo K = coeficiente de combinación > 0.75

COMBINACIÓN DE CARGAS 1. 1.5 D + 1.8 L 2. 1.25 (D + L + E) 3. 0.9 D + 1.25 E

Carga Muerta de Cálculo

1.4 (ACI) 1.5 (Norma Peruana)

Usado en: - Estados

Límites

0.9 (“D” a favor de la estabilidad)

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

Desarrollo de la Superficie de Falla

Etapa de Distorsión Elástica y la combadura dentro de la masa de suelo

Combadura Etapa de Cortante Local y de Agrietamiento

Etapa de Falla General por Cortante

Deformación Elástica

Deformación Elástica Zona de Cortante Local

Zona de Cortante Total

Superficie de Falla Diferentes suelos CURVA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN σ(esfuerzo)

ARENA COMPACTA O ARCILLA NO SENSIBLE ARENA SUELTA O ARCILLA SENSIBLE

S(deformación)

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell Simple y conservador Ampliado y modificado por Terzaghi Actualmente no se usa Didáctico

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell

CAPACIDAD DE CARGA ETAPAS DE DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Bell Método de Terzaghi Método de Meyerhof

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi Primeros esfuerzos por adaptar a la mecánica de suelos los resultados de la mecánica del medio continuo. Cubre el caso más general de suelos con cohesión y fricción y su impacto en la mecánica de suelos. Hoy es muy utilizada para la determinación de la capacidad de carga. Terzaghi propuso el mecanismo de falla para un cimiento superficial de longitud infinita normal al plano del papel.

Mecanismo de falla de Terzaghi qc = 1/2  B N + C Nc + . d Nq

Mecanismo de falla de cimiento continuo poco profundo, segun una espiral logaritmica

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi Modelo de falla asumido:

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi Modelo de falla asumido:

qc = 1/2  B N + C Nc + . d Nq

Mecanismo de falla de cimiento continuo poco profundo, segun una espiral logaritmica

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi Característica del modelo: 1. Cimiento de ancho B y longitud infinita L. 2. Distribución de tensiones actuantes uniforme. 3. Sobre carga uniforme a ambos lados de la cimentación. 4. Estrato resistente a nivel de cimentación.

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi La expresión obtenida propuesta: b γ1

P

d

q´= d

γ2

qbr =0.5 γ2.b Nγ + cNc + q’Nq Además:

qbr = f (γ2, b, φ, c, γ1 , d) Nγ; Nc, Nq = f (φ)

q’ = γ1. d

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi Los Valores de Nγ, Nc y Nq :

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Terzaghi

Falla Local

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Modelo de falla de Meyerhof qc = C Nc + p0 Nq + 1/2  B’ N

B´ = B– 2e

Meyerhof considera por primera vez la influencia de la Profundidad de cimentación en el terreno y la Excentricidad de la Cargas. Esta solución es aceptada por todas las teorías y códigos en la actualidad.

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Meyerhof Similar características que Bell y Terzaghi, pero con una forma diferente de las superficiales de falla, Meyerhof propuso la expresión siguiente:

qbr = 0.5γ2b Nγ + c· Nc + q’·Nq Nγ, Nc, Nq = f (φ) qbr = f (γ2, b, φ, c, γ, d)

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Meyerhof

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch – Hansen

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la forma de la Cimentación •Cimiento de cualquier rectangularidad. •Carga actuante centrada. •Carga actuante vertical. •Estrato resistente a nivel de la cimentación. •Sobrecarga uniforme a ambos lados de la cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Factores de la forma del cimiento - S, Sc, Sq Para suelos j y C-j. S = 1-0.4(B´/ L´ ) Sc = 1 + (Nq/Nc) (B´/ L´ )

Sq = 1 + (B´/ L´ ) tgj Para suelos C (j = 0 ) Sc´ = 0.2 (B´/ L´ ) Donde: L´ : Lado mayor entre l´ y b´.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la excentricidad de la Carga. •Cimiento de cualquier rectangularidad. •Carga actuante excéntrica. •Carga actuante vertical. •Estrato resistente a nivel de la cimentación. •Sobrecarga uniforme a ambos lados de la cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la excentricidad de la carga. qbr* = 0.52*·B’·N·S· + C*·Nc·Sc +q* Nq Sq Donde:

l’= l – 2*el

,

b’= b – 2*eb

B’= Menor entre l’ y b’ L’= Mayor entre l’ y b’

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la inclinación de la carga.

•Cimiento de cualquier rectangularidad. •Carga actuante excéntrica. •Carga vertical y carga horizontal actuantes . •Estrato resistente a nivel de la cimentación. •Sobrecarga uniforme a ambos lados de la cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Factores de inclinación de la carga - i, ic, iq Estos factores son menores o iguales que la unidad, y se determinan: Para suelos C - j

  0 .7 H *  i =  1 N * + b´ l´ C * cot j *  

5

  0 .5 H *  iq =  1 N * + b´ l´ C * cot j *  

5

ic = i q Los factores iq, i

(1 - i q )

( Nq - 1)

iq, i > 0.00

tienen que cumplir la siguiente condición

Para suelos C(j = 0 )





H*  ic´ = 0.5-0.5 1 -    b ´l´ C * 

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la profundidad de la cimentación en el estrato resistente.

•Cimiento de cualquier rectangularidad. •Carga actuante excéntrica. •Carga vertical y carga horizontal actuantes. •Estrato resistente por encima del nivel de la cimentación. •Sobrecarga uniforme a ambos lados de la cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Factores de la profundidad - d, ,dc, dq. Suelos j y C -j : Cuando D  b Cuando D > b d = 1.0 d = 1.0 dc = 1 + 0.4 (D/b) dc = 1 + 0.4 tg-1 (D/b) dq = 1 + 2tgj* (1 – sen j* )2 (D/b) dq = 1 + 2tgj* (1 – sen j* )2 tg-1 (D/b)

Suelos C (j = 0) Cuando D  b Cuando D > b

dc´ = 0.4 (D/b) dc´ = 0.4 tg-1 (D/b)

En las anteriores expresiones la relación D/b se expresa en radianes. Donde D : Profundidad del cimiento dentro del estrato resistente.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Influencia de la inclinación del terreno. •Cimiento de cualquier rectangularidad. •Carga actuante excéntrica. •Carga vertical y carga horizontal actuantes. •Estrato resistente a nivel de la cimentación. •Sobrecarga no uniforme a ambos lados de la cimentación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA

Factores de inclinación del terreno - g, gq, gc Para suelos j y C-j

g = gq = (1 – 0.5 tg)5 gc = 1 – ( / 147 ) Para suelos C (j = 0)

N’ ML’

H d L/2

o q*

L/2

gc´ =  / 147 Donde: : Angulo de inclinación del terreno. Se expresa en grados y tiene que ser menor o igual que j.

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPACIDAD DE CARGA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Método de Brinch Hansen

CAPACIDAD DE CARGA Para suelos C-j

Solución de Brinch Hansen

qbr* = 0.5 2*·B’·N·S·i·d·g + C*·Nc·Sc i cd cg c +q* N q Sq i qdq gq

Para suelosj qbr* = 0.5 2*·B’·N·S·i·d·g + q* N q S q i qdq gq Para suelos C. qbr* = 5.14C*(1+S c’+dc’-ic’-gc’)+q*

Factores de capacidad de carga - N, Nc, Nq Nq = e

ptgj*

· tg2 (45 +j*/2)

Nc = (Nq-1)cot j* N = 2.0 (Nq-1)tg j*

Condiciones de diseño por el 1er Estado Límite: Capacidad de carga: Debe de cumplirse que la presión actuante sobre el terreno debido a las cargas impuestas por la estructura sea menor que la capacidad de carga del suelo donde se desplantó la misma.

Vuelco: Se debe chequear que la combinación sea segura al posible vuelco garantizando que:  Momentosestabilizantes 1.5  Momentos desestabilizantes Deslizamiento: El terreno deberá lograr equilibrar la componente horizontal de la resultante de los esfuerzos trasmitidos al terreno oblicuamente sobre la superficie de contacto del cimiento y el terreno en 1.5 veces. El equilibrio se consigue por el rozamiento entre el cimiento y el terreno, en algunos casos, con el empuje pasivo del terreno.