CA PACI CAPA CIDA DAD D DE DE CA CA RG RGA A Cim ime ent nta aci cion one es Sup upe erf rfic icia iale les s Brin Br inch ch Hanse nsen n FACTORES QUE INFLUYEN
DESARROLLO DEL PROCESO DE FALLA
ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA CARGA Por: Ing . Wil Wilfr fredo edo Gutiérrez Guti érrez Lazares Lazares
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en Para determinar la capacidad de carga en cimentaciones superficiales se utiliza utilizará rá el métod método o de Brin Brinch ch Hansen Hansen,, según según el mode modelo: lo:
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en Para cimie cim ientos ntos recta rectangula ngulare res: s:
Qbr* = l´ l´b´ b´ (qbr qbr**) Siendo: Qbr* Qbr* : Capac Capacida idad d de car carga ga de la la base base del del cimi cimien ento to l´ : Lado efectivo en la dirección de l b´ : Lado efectivo en la dirección de b qbr* : Presión ión bruta de roturas resi sisstente ntes a la estab estabili ilidad dad de la base base l´ = l-2el* b´ = b-2eb*
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en
l´ = l-l-2e1* b´ = bb-2eb* La exce excent ntri rici cida dad d en este este caso caso se dete determ rmin ina a con con los los valo valore ress de cálc cálcul ulo o de las car cargas según gún el lado que se analice mediante: el* = ML* = M’L + H*· Hc = M’L + H*·Hc N* N’* +QCIM. + QRELL N’* +20bld eb* = Mb* = M’b + H*· Hc = M’b + H*·Hc N* N’* +QCIM. + QRELL N’* +20bld Donde: ML*, ML*, Mb*, Mb*, N* : Valo Valorr de las las soli solici cita taci cion ones es de cál cálcu culo lo actu actuan ante tess a nive nivell de solera
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en
Para cimientos cimientos circula circul ares res
En es este caso aso se sus sustitittuye uye el cimi imient ento real ci circular lar po por un cim cimie ient nto o rec rectang tangul ular ar efe efecctivo tivo equi equiva vale lent nte e con con dimensiones efectivas (lc’, bc’)
Qb r * = l c ’ ·b c ’ ·q b r * Donde: lc’:’: Lado lc Lado mayor mayor efect efectivo ivo del del ci cimie mient nto o rect rectang angula ularr equiv equivale alente nte bc’: bc’: Lado Lado meno menorr efec efectitivo vo del del ci cimi mien ento to rect rectan angu gula larr equi equiva vale lent nte e
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en bc’ =
R0 ( R0
− ec *)(sen2α )
senα
lc = bc’ R0 sen α R 0 – e*c Siendo: R 0 : Radio Radio de la base base del cimie cimiento nto circul circular ar R 0 = D0/2 ec* : Exce Excent ntri rici cida dadd de la la fuer fuerza za resu result ltan ante te ve vert rtic ical al a niv nivel el de sol soler eraa ec* : M*/N* α : Áng Ángul uloo ex expr pres esad adoo en radi radian anes es α : cos-1(e*c/R 0)
CAPACIDAD DE CARGA Para suelos C -
Soluc Solució ión n de de Bri Brinch nch Hans Hansen en
q br * = 0.5 γ2*·B’·N γ·Sγ·iγ·dγ·gγ + C*·N c·Sc i cd cg c +q* N q Sq i qdq gq Para suelos
q br * = 0.5 γ2*·B’·N γ·Sγ·iγ·dγ·gγ + q* N q S q i qdq gq Para suelos C
q br * = 5.14C*(1+S c’+dc’-ic’-gc’)+q*
Factore ctor es de capa capacida cidad d de carga carga - N , Nc, Nq
Nq = eπtgϕ*· tg2 (4 (45 + ϕ*/2) Nc = (Nq-1)cot (Nq -1)cot ϕ* Nγ = 2. 2.0 (Nq-1 (Nq-1))tg ϕ*
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en Esque Esquema ma:: par parám ámet etro ross que inter intervi vien enen en en el cálc cálcul ulo o de la qbr* qbr*
q’* = γ1* .d + qsc*
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en
CAPAC APACIIDAD DE DE CARG ARGA A / Br Brin inch ch Hans nse en
Apreciaciones sobre la influencia: 1. Predo edomina minant nte emen mente cohesivos (Suelo C > 25 kPa, φ < 25) 25) el térm términ ino o de mayo mayorr inf influ luen enci cia a es c.Nc.. (φ insignificantes) c.Nc 2. Puramente fricciónantes (Suelo φ > 25, C=0) el mayor aporte esta en: 0.5.b.γNγ y q.Nq q.Nq,, (cNc=0). Con un incremento pequeño de φ, aum aumenta enta nota notabl blem emen entte el ap aporte orte del del su suelo elo
CAPACIDAD DE CARGA
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA C A PACI PACIDAD DAD DE CA CA R GA CAPAC CAPA CID IDA A D DE RGA RG A
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA Méto Método do de Brin Brinch ch Hans Hansen en
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la forma for ma de la cime cim ent nta aci ó n
• Cimiento de cualquier rectangularidad • Carga Carga actuant actuante e centrad centrada a • Carga Carga actuan actuante te verti vertical cal • Estrato Estrato resistente resistente a nivel nivel de la cimentaci cimentación ón • Sobrecarga Sobrecarga uniforme uniforme a ambos lados lados de la cimenta cimentación ción
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Factor ct ore es de d e form fo rma a (Vesic ) - S , Sc, Sq Para suelos
yC-
S = 1-0. 1-0.4( 4(B´ B´// L´ ) Sc = 1 + (Nq/ (Nq/N Nc) (B´ B´// L´ L´ ) Sq = 1 + (B´/ L´ ) tg Para suelos C (
= 0)
Sc´ = 0.2 (B´ (B´/ L´ ) Donde: L´ : Lado Lado may mayor or ent entre re
l´ y b´ .
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
• Cimiento de cualquier rectangularidad • Carga actuante excéntrica • Carga Carga actua actuante nte verti vertical cal • Estrato Estrato resistente resistente a nivel nivel de la cimentaci cimentación ón • Sobrecarga Sobrecarga uniforme uniforme a ambos lados de la cimenta cimentación ción
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la exc exce ent ntri rici cidad dad de la carga carga carg a
qbr* = 0.5γ2*·B’·N ’·Nγ·Sγ· + C*·Nc·Sc +q* Nq Sq Donde: l’= l – 2*el
,
b’= b – 2*eb
B’= M enor entre l’ y b’ Menor L’= M ayor entre l’ y b’ Mayor
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Infl nflue uenc ncia ia de la incli inc lina naci d e la carg carga a incl in clin ina aci ó n de
• • • • •
Cimiento de cualquier rectangularidad Carga actuante excéntrica Carga vertical y carga horizontal actuantes Estrat Estrato o resi resiste stente nte a nive nivell de de la la cime cimenta ntació ción n Sobrec Sobrecarga arga uniforme uniforme a ambos ambos lados lados de la cime cimenta ntació ción n
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Factor ct ore es de d e incl in clin ina ación ci ón de la carg carga a - i , ic, iq Estos factores son menores o iguales que la unidad, y se determinan: Para suelos C -
i = 1
iq = 1
ic = i q -
5
0 .7 H * N*
b´ l´ C * cot
* 5
0 .5 H * N* (1 ( Nq
b´ l´ C * cot
*
iq ) 1)
Los factores iq , i tienen que cumplir la siguiente condición iq , i > 0.00 Para suelos C ( = 0)
⎛
⎞
H* ⎟ ic´ = 0.5 0.5-0.5 -0.5 1 − ⎜⎜ ⎟ ⎝ b ´l´ C * ⎠
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Inf nflu lue enc ncia ia de la pr prof ofun undi didad dad de la cimentaci ó n en en el estra rato to resis resistente tente el est strato
• Cimie Cimiento nto de cualqu cualquier ier rectangul rectangularida arida • Car Carga ga actuante actuante excén excéntri trica ca • Carga vertic vertical al y carga horizont horizontal al actuant actuantes es • Estrat Estrato o resistente resistente por encima encima del nivel de la cimentaci cimentación ón • Sobrecarga Sobrecarga uniforme uniforme a ambos lados lados de la cimentac cimentación ión
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA
q ue D < b •Situaci ó n en que
que D > b •Situaci ó n en qu
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Factor ct ore es de d e la profun prof undi dida dad d - d , ,dc, dq Suelos
yC- :
Cuando D
b
Cuando D > b
dγ = 1.0 dγ = 1.0 dc = 1 + 0.4 (D/b) dc = 1 + 0.4 tg-1 (D/b) dq = 1 + 2tgϕ* (1 – sen ϕ* )2 (D/b) dq = 1 + 2tgϕ* (1 (1 – sen ϕ* )2 tg-1 (D/b) Suelos C ( = 0)
•Cuando D b •Cuando D > b
dc´ = 0.4 dc´ 0.4 (D/ (D/b) b) dc´ = 0.4 tg 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
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Infl nflue uenc ncia ia de la incli inc lina naci d el te t err rre eno incl in clin ina aci ó n de
• Cimiento Cimiento de cualquier cualquier rectangula rectangularidad ridad • Carga Carga actuante actuante excén excéntri trica ca • Carga vertical vertical y carga horizontal horizontal actuantes actuantes • Estrato Estrato resistente resistente a nivel nivel de la cimentac cimentación ión • Sobrecarga Sobrecarga no uniforme uniforme a ambos lados de la cimentación cimentación
FACT FA CTOR ORES ES QUE QUE INFL INFLUY UYEN EN EN EN LA L A CA CAPA PACI CIDA DAD D DE CARGA Factor ct ore es de d e incl in clin ina ación ci ón del del te t erre rr eno - g , gq, gc Para suelos
y C-
g = gq = (1 (1 – 0.5 tg tg )5 gc = 1 – ( / 147 ) Para suelos C ( = 0) gc´ =
N’ H
ML’
d L/2
ψ o q*
L/2
/ 147
Donde: : Angulo de inclinación del terreno Se expresa en grados y tiene que ser menor o igual que ϕ
CAPACIDAD DE CARGA Lue Lu ego: go : La L a capaci capacidad dad de carg carga a según el
Método d de e Brinc Brinch h – Hansen Para suelos C – φ qbr* = 0.5γ2*. B’.Nγ. Sγ. iγ. dγ. gγ. + C*. Nc. Sc ic dc gc + q’* Nq Sq iq dq gq Para Suelos C. (φ = 0; Nc = 5.14) qbr* =5.14C* (1+Sc’ + dc’-ic’- gc’)+q’* donde: γ2* : Peso específico minorado por debajo del nivel de cimentación B’ : Lado me menor en entre l ’y b’ q’* : Presión efectiva a nivel de solera alrededor del cimiento Nγ, Nc, Nc, Nq : Fac Facto tore ress de Capa Capaci cida dadd de carg cargaa Sγ, Sc, Sq, iγ, ic, iq, dγ, dc, dq, gγ, gc, gq : Factore Factoress de influe influenci nciaa
CAPACIDAD DE CARGA
Para suelos C -
Solluc So uciión de Bri rin nch – Hansen
q br * = 0.5 γ2*·B’·N γ·Sγ·iγ·dγ·gγ + C*·N c·Sc i cd cg c +q* N q Sq i qdq gq Para suelos
q br * = 0.5 γ2*·B’·N γ·Sγ·iγ·dγ·gγ + q* N q S q i qdq gq Para suelos C
q br * = 5.14C*(1+S c’+dc’-ic’-gc’)+q*
Factore ctor es de capa capacida cidad d de carga carga - N , Nc, Nq
Nq = eπtgϕ*· tg2 (4 (45 + ϕ*/2) Nc = (Nq-1)cot (Nq -1)cot ϕ* Nγ = 2.0 (Nq-1)tg ϕ*
Factores ct ores que inf luyen yen qu e influ influy luye en ip o de d e Suelo y • Tipo
• • • • • •
Estratigrafía Magnit gn itud ud de las Carg Carga as Exc xce entri nt rici cidad dad de las las Cargas Profund rof undid ida ad de Cimentación Forma or ma de la base de la Cimentación Incli nc linación nación del Te Terreno Profund rof undidad idad en en el estrato st rato resi resist ste ente nt e
Metodolo tod olog gía de dise dis eñ o
• Diseño por Estabilidad • Chequeo del Vuelco • Chequeo por Deslizamiento • Comportamiento Lineal del Suelo • Cálculo de las Deformaciones de las base • Diseño Estructural del cimiento
Cond ondici ones s de dise eñ o por po r el el 1er Esta Est ad o L ímite: ondicio ondiicione cione nes d e dis Capacidad
de carga: 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 suelo donde donde se despl desplantó antó la misma misma..
Vuelco :
Se debe debe chequear chequear que la combi combinaci nación ón sea sea segura segura al posible vuelco garantizando que: Momentos estabilizantes 1.5
Momentos desestabilizantes
El terreno de 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.
Deslizamiento:
