UAP UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CAPACIDAD PORTANTE DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Tacna - Perú2014

ESTUDIANTE : RONALD PAUCAR S.

TRABAJO DE : MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE : ING. ELVIRA ALVARADO

CIMENTACIONESDEFINICIÓN:

Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales, cuya misión es transmitir las cargas de la estructura al suelo, distribuyéndolas de forma que no superen su esfuerzo admisible ni produzcan concentraciones de cargas diferenciales.

CIMENTACIONES

CIMENTACIONES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES Son aquellas en las que, el plano de contacto

entre la estructura y el terreno está situado bajo el terreno que la rodea, a una profundidad que resulta pequeña cuando se compara con el ancho de la cimentación.

Para comportarse de modo aceptable las cimentaciones superficiales deben tener dos características elementales.

 

CIMENTACIONES SUPERFICIALES La cimentación debe ser segura frente a

una falla por corte general del suelo que la soporta

 

La cimentación no deber experimentar un asentamiento excesivo (el adjetivo excesivo

depende de varias consideraciones, como las estructurales

propias de la edificación).

CIMENTACIONES• Cuando una estructura transmite cargas al terreno a

través de la cimentación, producen inevitablemente deformaciones (fundamentalmente asentamientos).

• El arte de cimentar es partir de las características del terreno de la estructura, las condiciones más favorables de apoyo, de manera que los asientos no resulten perjudiciales.

CIMENTACIONES

La ingeniería de cimentaciones se define como el arte de transmitir cargas estructurales al terreno de manera eficiente, eficaz y económica, de forma que no se produzcan asentamientos perjudiciales.

MARCO TEORICODISEÑO DE CIMENTACIONES

Determinar la capacidad de carga inherente al tipo o tipos de cimentación posibles, dadas las condiciones del subsuelo y los requisitos estructurales del proyecto.

Reducir las capacidades últimas de carga calculadas multiplicándolas por un factor de seguridad de 2 a 3. El factor de seguridad más alto se utiliza donde se tiene menor certeza acerca de las condiciones del subsuelo.

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

CIMENTACIONES SUPERFICIALESZAPATAS AISLADAS

1. FACTORES QUE DETERMINAN EL TIPO DE CIMENTACION.

Su funcion.

Las cargas

que deba soportar.

Las condiciones del

subsuelo.

El costo de la

cimentacion

comparada con el costo

de la superestructura

.

ETAPAS DE SELECCIÓN DEL TIPO DE CIMENTACION.

Obtener información.

Determinar las condiciones del

subsuelo en forma general.

Analizar brevemente cada tipo de cimentación.

CLASES DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES.

ZAPATA COMPENSADA

ZAPATA AISLADA.

EM

PAR

RILLA

DO

.

ZAPATA CORRIDA BAJO

MURO.

LOSAZAPATA CORRIDA

.

ZAPATA MEDIANERA.

LIMITE DE PARCELA.

ZAPATA DE

ESQUINA.

ZAPATAS CORRIDAS.

Es aquella que recibe una carga lineal y eventualmente un momento flector transmitido por el muro.

Zapatas escalonadas.

Tienen una economía apreciable en hormigón, pero ya no se usa debido a que requieren encofrados y hormigonados costosos, que hacen que en conjunto resulten caras.

Canto variable.

Se emplea en hormigones relativamente secos, puede ser constituida sin encofrados, aunque la compactación de hormigón es siempre deficiente en estos casos y la vibración se vuelve imposible.

Canto constante o Zapata corrida como placa de cimentación.

Es siempre preferible, técnicamente y mejor económicamente más interesante, pues aunque presente mayor volumen de hormigón este se coloca en obra y compacta muy rápida y fácilmente.

CLASIFICACION DE LAS CIMENTACIONES PROFUNDAS CON

RESPECTO A LOS PILOTES. Pilote aislado.

Grupo de pilotes.

Zonas pilotadas.

Micropilotes.

Tipos Comunes de Cimentaciones con Losas

1. Losa plana. La losa es de espesor uniforme.2. Losa plana con mayor espesor bajo columnas

Secciónen A - A

Secciónen A - A

A A

Planta

A A

Planta

(a) losa plana (b) losa reforzada bajo columnas

Secciónen A - A

Secciónen A - A

A A

Planta

3. Vigas y losa. Las vigas corren en ambas direcciones, y las columnas se localizan en las intersección de las vigas

4. Losa con muros de sótano como parte de losa. Los muros actúan como rigidizadores de la losa.

A A

Planta

(d) losa con muros de sótano(c) vigas losa

LOSAS DE CIMENTACIÓN

TIPOS Y CAUSAS DE FALLAS MÁS COMUNES.

A) Falla por desplazamiento superficial.

B) Falla por movimiento del cuerpo del talud.

C) Fallas por erosión.

D) Falla por licuación.

E) Falla por falta de capacidad de carga en el terreno de cimentación.

Está sujeto a fuerzas naturales que tienden hacer que las partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo. Es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud.

Como una consecuencia de la zona mencionada puede quedar sujeta a un flujo viscoso hacia abajo, falla por desplazamiento superficial.

Este fenómeno es muy frecuente en laderas naturales. Se pone de manifiesto con los siguientes efectos notables, inclinación de árboles, por efecto del arrastre, producido por las capas superiores en que se enraízan, movimientos relativos y ruptura de muros, etc.

A) FALLA POR DESPLAZAMIENTO SUPERFICIAL.

B) FALLA POR MOVIMIENTO DEL CUERPO DEL TALUD.

Pueden existir en taludes movimientos bruscos que afectan a masas considerables de suelo. Con superficies de falla que penetran profundamente en su cuerpo.

Estos también reciben el nombre de deslizamientos de tierra. En estos existen tipos claramente diferenciados. La superficie curva.

Se define una superficie curva, a lo largo de la cual ocurre un movimiento del talud; esta superficie forma una traza con el plano del papel que puede asimilarse, por facilidad y sin error mayor a una circunferencia.

C) FALLAS POR EROSIÓN.

Provocada por los arrastres de vientos, aguas, etc., en los taludes. Este fenómeno es más

notorio cuanto más empinadas sean las laderas de los taludes. Una de las manifestaciones comunes son las irregularidades del talud, originalmente uniforme.

Desde lo teórico esta falla puede ser imposible de cuantificar detalladamente, pero existen normas que atenúan grandemente si se las aplica con cuidado.

D) FALLA POR LICUACIÓN.

Ocurre cuando en la zona de deslizamientos el suelo pasa de una condición más o menos firme a la correspondiente a una suspensión, con pérdida casi total a la resistencia del esfuerzo cortante.

Este fenómeno ocurre tanto en arcillas extra-sensitivas como en arenas poco compactadas.

TIPOS DE CIMENTACIONES • Superficiales.

• Profundas.

• Mixtas. 

Por la forma de fabricación pueden ser.

• Concreto simple.

• Concreto armado.

• Mampostería.

• In situ.

• Prefabricados,

CIMENTACIONES SUPERFICIALESCAPACIDAD DE CARGA ULTIMA

1. Terzaghi (1943) fue el primero en una teoría completa para evaluar una carga de capacidad ultima de cimentaciones superficiales rugosas

2. Cuando este tipo de falla es repentina y tiene lugar en el suelo se le denomina FALLA POR CORTE GENERAL, existen otras dos mas.

(a)

BFalla cortante general Carga/área unitaria, q

Asentamiento y falla súbita

(b)

B

Superficie de falla en suelo Arena medio densa o material cohesivo

qu (1)

Carga/área unitaria, q

Falla general

qu

Falla general

Ase

nta

mie

nto

Falla local

Superficie de falla En suelo Arenoso

Falla cortante local

Falla gradual con AsentamientoAcompañado de sacudidas repentinas

Abombamiento considerableEn la superficie por falla súbita

(c)

B

Superficie de falla no llega a la superficie no tiene valor pico de qu

qu (1)

Carga/área unitaria, q

Falla ocurre en asentamientos entr4e 15 A 25% de B

ququ

Zapatasuperficial Naturaleza de las fallas por capacidad

de carga en suelos: (a) falla de cortante general;(b) Falla de cortante local(c) falla de cortante por punzonamiento.

LB

BLB

2

Donde B = ancho de la cimentación L = longitud de la cimentación

(Nota: L es siempre mayor que B.)

Para cimentaciones cuadradas, B = L Entonces B* = Bpara cimentaciones circulares; B = L

Propuesta vesic-1973 PARA ZAPATAZ RECTANGULARES

C.-falla de cortante por punzonamiento

TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA DE TERZAGHI

DF E

G GA C

B

45 -/2 45 -/245 -/2 45 -/2

J I

quq =Df

B

ZONA TRIANGULAR -ACD: Esta ubicado debajo de la cimentación ZONA DE CORTE RADIAL-ADF y CDE: Son las curvas DE y DE

como arcos de una espiral logarítmica. ZONA PASIVAS DE RANKINE: Son los triángulos AFG y CEG.

(Cimentación en franja)

Por sobre carga de q` se desprecia la resistencia de corte del suelo a lo largo de la superficie de FALLA - GI y HJ.

FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA EN UN SUELO BAJO UNA CIMENTACIÓN RÍGIDA CONTINUA RUGOSA

BNqNcNq qCu 2

1

c = Cohesión del suelo = Peso especifico del suelo(gama) q = Df

Donde

Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga adimensionales y están en

funciones del ángulo de fricción del suelo, .

Factor de cohesión

Presión a nivel de fundación

Factor por fricción

CEFICIENTES DE CAPACIDAD DE CARGA

tan2

245tan eNq

cot1 qc NN

tan12 qNN

EXPRESION RECOPILADA POR PRANDTL (1920) QUE CORRESPONDE A LA PROPUESTA DE BRINCH HANSEN

En la siguiente tabla se recogen los valores de los coeficientes de carga para el rango de ángulos de rozamiento interno en los suelos. En función de fi

Zonas plásticas desarrolladas bajo una cimentacion continua en suelo no-cohesivo (Fröhlich, 1934).

FALLA GENERALIZADA

Prandtl (1920): Teoría de equilibrio plástico para determinar la capacidad de carga a la falla de áreas cargadas en forma continua. Teoría desarrollada para metales (material con cohesión y ángulo de fricción interna (teoría de Mohr-Coulomb) pero sin masa g=0)

B

qf

Zona II: Plástica

Espiral logarítmica

Prandtl: cimentación continua (corrida) de ancho B, con Df=0. Medio rígido plástico, homogéneo, cohesivo friccional, resistencia al corte según Mohr-Coulomb y sin peso (g=0).

SE PUEDEN DEFINIR TRES ZONAS:

Zona I - la fricción y adherencia, provocada por la rugosidad base- suelo, generan una cuña rígida que actúa como parte del elemento estructural

Zona II - zona plastificada por corte radial (planos radiales de falla). Parte curva de espiral

Zona III - zona plastificada empujada hacia arriba por el empuje pasivo provocado por la zona II

Todos los planos de falla están a (45°± f/2) de los planos principales.

ECUACIÓN GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA

 qu= c. Nc+ gsup. Df. Nq+ (1/2). ϒ´. B. Nϒ

 c. = cohesión del suelog sup.= peso específico del sueloD f = profundidad del nivel de cimentaciónB = ancho de la cimentación

Donde Nc, Nq y Ng son FACTORES DE CAPACIDA DE CARGA que dependen únicamente del ángulo de fricción (f).

Para que se produzca el mecanismo de FALLA GENERALIZADA, el suelo debe tener un comportamiento “rígido”, Válido para suelos granulares densos y arcillas firmes sobre consolidadas.

Para tener en cuenta la FALLA LOCALIZADA, en suelos granulares muy sueltos y arcillas blandas normalmente consolidadas, la ecuación general de capacidad de carga es:

La Ecuación General de Capacidad de Carga será:

qf = 2/3.c. Nc´ + gsup.Df. Nq´ + (1/2).g´.B. Ng´

los factores de capacidad son punteados en Figura.

Los factores de capacidad son punteados en figura:

FALLA GENERAL: TERZAGHI

CIMIENTOS CORRIDOS

qu = c. Nc + gsup. Df. Nq + (1/2). ϒ´. B. N ϒ

ZAPATA CUADRADA:

qf = 1,3.c.Nc + gsup.Df.Nq + 0,4. ϒ´.B.N ϒ

ZAPATA CIRCULAR:

qf = 1,3.c.Nc + gsup Df.Nq+ 0,6. ϒ´.B.N ϒ 

FALLA LOCAL: Terzaghi  CIMIENTOS CORRIDOS

qf = 2/3.c. Nc´ + gsup.Df. Nq´ + (1/2). ϒ´.BN´ϒ

ZAPATA CUADRADA:

qf = 0.867.c. Nc´ + gsup.Df. Nq´ + 0.4. ϒ´. BN´ϒ

ZAPATA CIRCULAR:

qf = 0.867.c. Nc´ + gsup.Df. Nq´ + 0.3. ϒ´. BN´ϒEn general, si se supone falla localizada hay que considerar los factores de capacidad

correspondiente.

DF

G GA B

B

45 - /2 45 - /245 - /2 45 - /2

J I

qu q = Df

B

TEORIA DE LA CAPACIDAD DE CARGA MEYERHOF

Las ecuaciones de Capacidad de Carga última presentada por Terzaghi son únicamente para cimentaciones continuas, cuadradas y circulares, esta no se aplica para cimentaciones rectangulares:

0 < B/L < 1

ECUACIÓN GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA

qu = C.Nc.Fcs.Fcd.Fci + q.Nq.Fqs.Fqd.Fqi + ½g B.Ng. Fgs .Fgd .Fgi

Donde:Q = Df. g (profundidad X p.e)C = cohesión g = peso específico B = ancho de cimentación (lado + corto)d=B= diámetro de cimentaciónFcs. Fqs. Fgs = Factores de formaFcd. Fqd. Fgd = Factores de profundidadFci . Fqi. Fgi = Factor por inclinación de la cargaNc, Nq, Ng. = Factor de Carga

ECUACIÓN PARA CARGAS NCLINADAS,RECTANGULARES Y CONSIDERA LA SUPERFICIE DE FALLA GI Y HJ DE LA FIG.ECUACIÓN PROPUESTA POR MEYERHOF (1963)

BNivel del aguafreática

B

Caso IDf

dNivel del aguafreática

Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de agua.

sat = peso especifico saturado

Caso II

El factor de Seguridad

FSq

q uadm

D1

tan2

245tan eNq

Se expresan com

o:

cot1 qc NN

tan12 qNN

idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 21

Capacidad de carga ultima neta

qneta(u) = qu – q

Donde qneta(u) = capacidad de carga ultima neta

Coeficientes de capacidad de carga adimensionales que son únicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, de

TERZAGHI

METODOS DE CALCULO DE FALLA Y ASENTAMIENTOS

TIPO DE

ASENTAMIENTO

METODO

PARÁMETRO BASE

APLICACIÓN

INMEDIATO

ELÁSTICO

PROPIEDADES ELASTICAS DEL

SUELO

ARENAS, GRAVAS, SUELOS NO SATURADOS, ARCILLAS DURAS Y ROCAS

INMEDIATO

MEYERHOF

N (SPT)

ARENAS, GRAVAS Y SIMILARES

INMEDIATO

PRUEBA DE CARGA

PRUEBA DE CARGA

ARENAS, GRAVAS, SUELOS NO SATURADOS, ARCILLAS DURAS Y ROCAS

CONSOLIDACIÓN

PRIMARIA

TEORIA DE LA CONSOLIDACIÓ

N

ENSAYO CONSOLIDACIÓN

ARCILLAS BLANDAS A MEDIAS SATURADAS

CONSOLIDACIÓN

PRIMARIA Y SECUNDARIA

IDEM.

IDEM.

ARCILLAS BLANDAS A MUY BLANDAS, TURBAS Y SUELOS ORGANICOS Y SIMILARES

Zapatas Combinadas Y Cimentación con Losas

Zapata Rectangular Combinada

1

3

2

4

Lindero de propiedad

Lindero de propiedad

1 Zapata rectangular combinada2 Zapata Trapezoidal combinada 3 Zapata en Voladizo4 Losa de Cimentación

(a)

Sección

Planta

Lindero depropiedad

(d)

Zapata Trapezoidal Combinada

Es a veces usada como una cimentación aislada para una columna que soporta una gran carga y donde el espacio es escaso.

BIBLIOGRAFIATEXTO BASE

 1.- Juárez Badillo y Rico Rodríguez. Mecánica de Suelos (tomo I y II). Ed. Limusa – México 1985.2.- J. Jiménez Solas. Geotecnia y Cimientos II. Ed. Rueda. Madrid. 1981.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 1.- Carl Terzaghi y Ralf Peck. Mecánica de Suelos en la Ingeniería práctica. Ed. Limusa – México 1987.2. - Henri Cambefort. Geotecnia del Ingeniero. Ed. Editores Técnicos Asociados S.A. Barcelona. 1975.3.- J. Bowles. Manual de Laboratorio de Suelos. Ed. UNI – Lima 1990.4. - William Lambe. Mecánica de Suelos. Ed. Limusa – México 1997. 

MUCHAS GRACIAS POR LA ATENCION

COMPAÑERO ESTUDIANTE