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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL

ALUMNA:

GUTIERREZ PATIÑO MITZY GPE. N. DE CONTROL: 13500936

INGRIA. CIVIL

DOCENTE: ING. SERGIO EMMANUEL ARRIETA OSORIO

MATERIA: MECANICA DE SUELOS APLICADA

UNIDAD 3 “CAPACIDAD DE CARGA”

INTRODUCCION

La capacidad de carga o capacidad portante del suelo es un tema amplio y del cual se cuenta con una gran cantidad de información, sin embargo esta información puede variar de un texto a otro ya sea en el proceso de cálculo o en la determinación de los factores utilizados, algunos autores utilizan gráficas y otros tablas, en el caso de esta guía se opta en la mayoría de los casos el uso de ecuaciones; la importancia de conocer los diferentes métodos es que el suelo no es un material del cual se dispongan las condiciones físicas y mecánicas según lo desee el constructor, varía de un lugar a otro por lo que al conocer sus propiedades pueden estimarse su capacidad admisible, la carga máxima que puede ser soportada y la cimentación adecuada, lo que proporciona un buen margen de seguridad. Debido a que algunos métodos se basan en resultados experimentales y otros en modelos matemáticos en algunos casos pueden obtenerse resultados muy variables, por lo que el valor de capacidad a ser elegido depende de la experiencia y criterio del calculista. Al conocer la base teórica de los ensayos y por medio de los resultados se obtiene un indicador del comportamiento del suelo bajo carga lo que también puede ser utilizado para tomar las precauciones necesarias y un adecuado factor de seguridad, como en el caso de suelos arcillosos o suelos sin cohesión como algunas arenas. No se pretende abarcar todos los métodos sino hacer una introducción al tema de capacidad de carga y analizar que no es un factor obtenido en tablas o supuesto en muchos casos.

3.1 TEORIAS DE CAPACIDAD DE CARGA TEORIA DE TERZAGHI Esta teoría cubre el caso más general de suelos con cohesión y fricción; es la teoría más usada para el cálculo de la capacidad de carga en cimientos poco profundos. Se aplica a cimentaciones en las que el ancho B es mayor o igual a la profundidad de desplante Df . De la parte superior se desprecia la resistencia al esfuerzo cortante τ, haciendo la equivalencia del suelo, arriba del nivel de desplante, como una sobrecarga q. Con base en los estudios de Prandtl en suelos cohesivos, Terzaghi los extendió a suelos cohesivo-friccionantes, proponiendo el mecanismo de falla. En este mecanismo la zona I es una cuña que se mueve como cuerpo rígido con el cimiento, verticalmente hacia abajo. Una zona II es de deformación tangencial radial. La zona III es una zona de estado plástico pasivo de Rankine. Para que el cimiento penetre deberá de vencer las fuerzas resistentes, como son la cohesión en las superficies AC y la resistencia pasiva en esas mismas superficies. En el caso de la falla incipiente, estos empujes forman un ángulo φ, la dirección es vertical.

La ecuación anterior es la fundamental de la teoría de Terzaghi y permite calcular, en principio, la capacidad de carga última de un cimiento poco profundo de longitud infinita, con carga vertical. Los valores de los factores de capacidad de carga se obtienen a partir de la fig. 8. Puede observarse en dicha figura curvas de línea llena y curvas de línea punteada. Las primeras corresponden al mecanismo de falla general representado por la fig. 7, que supone que al ir penetrando el cimiento en el suelo se produce cierto

desplazamiento lateral, de modo que los estados plásticos desarrollados inicialmente se amplían hasta los puntos E y E’, de tal manera que en el instante de falla, toda la superficie trabaja al esfuerzo límite. En materiales arenosos sueltos o arcillas muy blandas donde la deformación crece mucho cerca de la carga de falla, el cimiento penetra, pero no logra desarrollarse el estado plástico hasta los puntos E y E’, sino que la falla ocurre antes, a carga menor, al llegar a un nivel de asentamiento que para el cimiento equivale a la falla del mismo. A este mecanismo se le conoce como falla local. Para tomar en cuenta la posibilidad de una falla local, la capacidad de carga última del sistema suelo-cimiento se puede calcular empleando la misma ec. 4 pero adoptando factores de capacidad de carga reducidos, esto es, N’c, N’q y N’γ. El decidir si el sistema suelocimiento podrá experimentar una falla general o local depende fundamentalmente de la geometría del cimiento y de la compacidad o consistencia del suelo de apoyo. En la fig. 8’ se muestra un gráfico, reportado por Vesic, que permite pronosticar el tipo de falla, en el caso de arenas.

TEORIA DE SKEMPTON Esta teoría se desarrolló para suelos puramente cohesivos, en donde Nc es dependiente de la profundidad de empotramiento del cimiento en el estrato firme, creciendo conforme aumenta D hasta un valor máximo para D/B>4.5 ( fig. 9). La expresión correspondiente es:

qc = c Nc + γ Df

TEORIA DE MEYERHOF En la teoría de Terzaghi no se toman en cuenta los esfuerzos cortantes desarrollados en el suelo arriba del nivel de desplante del cimiento. El suelo arriba del nivel de desplante se toma en cuenta únicamente como una sobrecarga perfectamente flexible; pero no como un medio a través del cual puedan propagarse

superficies de deslizamiento o en el cual pueda desarrollarse resistencia al esfuerzo cortante. Meyerhof trató de cubrir esta deficiencia con una teoría de capacidad de carga que ha alcanzado amplia difusión en épocas recientes. En este caso, para cimientos largos, se supone que la superficie de deslizamiento con la falla del cimiento tiene la forma que se muestra en la fig. 11.

3.2 INTERACCION SUELO- ESTRUCTURA

3.3 CALCULO DE LA CAPACIDAD EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES Ejemplo 1 Determine la capacidad de carga admisible de la siguiente muestra de suelo, utilizando los datos obtenidos por medio del ensayo triaxial: Descripción del suelo: limo areno arcilloso color café (M2) Ángulo de fricción interna = φtr = 25.21º Cohesión = cu = 1.4 ton/m2 Peso específico natural: γ = 1.54 ton/m3 Suponer: B = 1.60 m L =1.60 m Profundidad de desplante = Df = 1.50 m Factor de seguridad = FS = 3 Solución: Ajuste del ángulo de fricción interna: L/B = 1 < 2 ⇒ usar φtr 25.21º < 34º ⇒ usar φps = φtr ⇒ φps = φ = 25.21º Encontrar los factores de capacidad de carga:

Nq:13.08 Nc: 25.529 Ny: 10.403 Por tratarse de una cimentación cuadrada se tiene:

3.4 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACIONES PROFUNDAS Determinar la capacidad de carga de punta de un pilote de sección HP14×89 (ver figura 72), por medio de los datos obtenidos en el ensayo de corte directo (algunos de los datos de laboratorio han sido modificados por cuestiones de ejemplo). Estrato superior Descripción del suelo: arena arcillosa color café (M3) Ángulo de fricción interna = φcd = 10.31º Cohesión = cu = 3.05 ton/m2 Peso específico natural = γ1 = 1.75 ton/m3 (valor supuesto) Peso específico saturado = γsat(1) = 2.02 ton/m3 (valor supuesto) γw = peso específico del agua = 1 ton/m3

Estrato inferior Descripción del suelo: arena pómez limosa color café claro (M5) Ángulo de fricción interna = φcd = 34.14º Cohesión = cu = 7.37 ton/m2 Peso específico natural = γ2 = 1.78 ton/m3 (valor supuesto) Peso específico saturado = γsat(2) = 2.01 ton/m3 (valor supuesto) Suponer: Longitud del pilote: L = 10 m Nivel freático 1.50 metros bajo la superficie del terreno

solución: Determinar el área de la punta incluyendo el tapón de suelo, utilizar dimensiones del anexo 4 para el ancho y largo de la sección.: Ap = 13.83 × 14.70 = 203.301 plg2 = 0.131 m2

Como R1 < 0.5R2 y φ > 30º , utilizar curvas reducidas superiores para determinar los factores de capacidad de carga: ⇒ Nq ′ = 90 y Nc ′ = 110 η = 1 (método de Meyerhof)

3.5 SOFTWARE DE APLICACIÓN http://www.rentauningeniero.com/programa-paracapacidad-ultima-de-carga.html

Programa para Calcular Capacidad Ultima de Carga, Teoria de Terzaghi Cálculo de un ejemplo de Capacidad Ultima de Carga, para un caso general de cimentación formado por una zapata aislada, ya sea rectangular o cuadrada. Considerando las características indicadas en los siguientes pasos. En el recuadro de “Datos del suelo por calcular”, que aparece abajo, coloque los valores del problema en las casillas amarillas, las cuales se encuentran sin proteger. En la “TABLA DE VALORES RESULTANTES”, aparecerán los valores para aplicar el criterio de K. TERZAGHI. Coloque la información correspondiente sólo en las casillas Amarillas:

CECAP CE.CA.P. es un paquete de programas completo, flexible y de fácil manejo para el cálculo de las obras de cimentación, que se ha revelado como un instrumento fundamental en cualquier tipo de proyecto geotécnico. Para calcular la capacidad portante de cimentaciones se pueden utilizar los siguientes métodos de cálculo: Terzaghi, Meyerhof, Hansen y Vesic. Estos métodos están basados en diferentes hipótesis de mecanismos de rotura y resulta interesante poder comparar los distintos resultados. En general, puede determinarse la carga admisible en función de la estratigrafía y de la forma de la cimentación (cuadrada, rectangular, circular o lineal). El factor de seguridad en las condiciones de carga efectivas se determina efectiva. Es posible determinar los asentamientos de las cimentaciones superficiales sometidas a cargas verticales y a momentos. El cálculo se efectúa en los puntos más significativos y por consiguiente se puede determinar también la rotación debida a asentamientos diferenciales. Pueden valorarse asentamientos para cimentaciones cuadradas, rectangulares, circulares y lineales. La utilización de una metodología de tipo numérico permite determinar separadamente los componentes de deformación elástica inmediata y los de consolidación a largo plazo.Grácias a la metodología utilizada también es posible valorar la influencia de las cimentaciones circundantes sobre la cimentación en examen. Esto permite después que pueda realizarse la modelación de cimentaciones de cualquier geometría, y de cimentaciones asentadas sobre culaquier secuencia estartigráfica, aunque esté sujeta a variaciones laterales. Grácias a la flexibilidad numérica se pueden efectuar los cálculos utilizando las teorias más conocidas (Boussinesq, Terzaghi, Skempton). La capacidad portante de los pilotes de cimentación de pequeño, medio o gran diámetro puede ser calculada en terrenos estratificados, coherentes o incoherentes, tanto si están en condiciones de drenaje o no.

Se utilizan fórmulas distintas para los pilotes a hinca (en acero o cemento) y para los pilones perforados, con tal de tener en cuenta los efectos generados por la perforación o por el hincado de los pilones. Es posible realizar el análisis en condiciones de riesgo sísmico. Se utilizan formularios y curvas experimentales propuestas por varios autores, permitiendo de esta manera comparar los resultados obtenidos por los distintos métodos. La resistencia en punta y la resistencia lateral (cuya suma constituye la carga límite) se determinan por separado, y a continuación se determina el factor de seguridad para la carga prevista. El programa ejecuta los cálculos por famílias de diámetros y de longitudes. Los diagramas resultantes permiten la selección de la combinación diámetrolongitud óptima, teniendo en cuenta también el punto de vista económico.

http://www.geoandsoft.com/espanol/geotecnica_program a_calculo_capacidad_portante_asentamientos_cimentaci ones_pilotes.htm

CONCLUSION Dependiendo de la ecuación de capacidad de carga utilizada, el factor de seguridad varía en función de la cantidad de datos disponibles y utilizados, a mayor cantidad de datos utilizados, el factor de seguridad debe disminuirse.