INTRODUCCIÓN La capacidad de carga admisible en una cimentación es aquella que puede aplicarse sin producir desperfectos en la estructura, teniendo un margen de seguridad dado por el coeficiente de seguridad. La capacidad de carga depende del tipo de suelo (gravas, arenas, limos, arcillas o combinaciones de ellas), de las características de la cimentación y de la estructura, y del coeficiente coeficiente de seguridad seguridad adoptado. El conocimiento conocimiento de la presencia o ausencia ausencia del nivel de las aguas freáticas es muy importante porque cambia las condiciones de resistencia. La teoría de Terag!i es uno de los primeros esfueros por adaptar a la mecánica de suelos los resultados de la mecánica del medio continuo. La teoría de Terag!i cubre el caso mas general de suelos con "co!esión" y "fricción" y su impacto en la mecánica de suelos !a sido de tal trascendencia que aun !oy, es posiblemente la teoría mas usada para el cálculo de capacidad de carga de suelos en proyectos prácticos, especialmente en el caso de cimientos poco profundos. Es importante que la fundación se apoye en suelos que no est#n su$etos a cambios fuertes de volumen por variaciones de la !umedad (suelos colapsables, arcillas e%pansivas, rellenos, etc.) de forma de no generar asentamientos no previstos. qult =
qa =
Qult Af
qult FS
&onde' ult' arga *ltima q ult' apacidad de carga *ltima +f' rea de la fundación qa' apacidad +dmisible de carga -' -actor de seguridad. En muc!os casos, antes de producirse una falla por corte, a presiones presiones de contacto inferiores de qa, se producen asentamientos intolerables para la superestructura, por lo que en estas circunstancias se !ace necesario reducir la capacidad de carga a un valor q/a que corresponde a la má%ima presión de contacto para limitar los asentamientos a valores tolerables permisibles.
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TIPOS DE FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA 0. Falla General por corte: uando la carga por unidad de área, es igual a qu, tendrá lugar una falla repentina en el suelo que soporta la cimentación y la ona de falla en el suelo se e%tenderá !asta la superficie del terreno. Esta carga por área unitaria qu, se denomina generalmente capacidad de carga *ltima. uando este tipo de carga onsiste en una cu1a de suelo y dos superficies de desliamiento que se e%tienden desde cada lado de la apata !asta la superficie del terreno. La superficie del terreno adyacente a la apata se levanta, y si la apata no está rígidamente atada a la estructura, #sta rotará y se inclinará. Este tipo de falla se presenta generalmente en suelos incompresibles, que tienen una definida resistencia al corte, tales como los suelos granulares densos y los co!esivos de consistencia dura a rígida. Tambi#n puede darse esta falla en arcillas normalmente consolidadas saturadas si la carga es aplicada tan rápidamente que prevalece la condición no drenada.
2. Falla Local por corte: onsiste en la formación de una cu1a y dos superficies de desliamiento que comienan a cada lado de la apata, pero que al contrario de la falla general por corte, terminan en alg*n sitio de la masa del suelo. E%iste una tendencia visible al levantamiento del terreno alrededor de la apata y e%iste una compresión vertical del suelo ba$o la misma.
3. Falla por Punzonado: + medida que se incrementa la carga, se comprime el suelo inmediatamente deba$o de la apata y se produce el desplaamiento 2
vertical de la misma. La penetración continua de la apata en el suelo se !ace posible por el corte vertical alrededor del perímetro de la apata. El suelo alrededor de la apata permanece relativamente inalterado y prácticamente no se produce movimiento del suelo alrededor de la apata. La fundación se asienta mediante peque1os movimientos verticales repentinos, pero sin producir el colapso o la rotación de la apata. Este tipo de falla se produce en arenas muy sueltas o en suelos co!esivos blandos o muy blandos cuando la carga se aplica lentamente ba$o condiciones drenadas. Tambi#n puede ocurrir esta falla cuando la apata está soportada por un estrato de arena densa que suprayace a un suelo co!esivo blando compresible.
FALLA POR CORTE GENERAL. TERZAGHI Terag!i fue el primero en presentar una teoría de capacidad de carga *ltima de cimentaciones superficiales. ugirió, que para una cimentación corrida, es decir, cuando la relación anc!o entre longitud de la fundación tiende a cero, la superficie de falla en el suelo ba$o la carga *ltima puede suponerse similar a la figura mostrada.
El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación tambi#n puede suponerse reemplaado por una sobrecarga equivalente efectiva 456.&f donde 6 es el peso específico del suelo. La ona de falla ba$o la cimentación puede separarse en tres partes' 0. La ona triangular +& inmediatamente ba$o la fundación. 2. Las onas de cortes radiales +&- y &E con las curvas &E y &- con arcos de una espiral logarítmica. 3. &os onas pasivas de 7an8ine triangulares +-9 y E: e supone que los ángulos +& y +& son iguales al ángulo de fricción del suelo ;. Terag!i e%presó la capacidad de carga *ltima en la siguiente forma' 3
qult = cNc + σNq +
1 2
BN Parazapatascorridas
qult =1.3 cNc + σNq + 0.4 BN Parazapatas cuadradas qult =1.3 cNc + σNq + 0.3 BN Para zapatas circulares
&onde' c5 co!esión del suelo 65
&onde >p 65 al coeficiente de empu$e masivo.
1
3
2
qult = c N ´ c + σN ´ q +
BN ´ Para zapatas corridas
qult = 0.867 cN ´ c + σN ´ q + 0.4 BN ´ Para zapatascuadradas qult = 0.867 cN ´ c + σN ´ q + 0.3 BN ´ Para zapatas circulares
&onde =/c, =/q, =/6 son los factores de capacidad de carga modificada
Ф " # $"
Nc ?.@ @.3 D.B
Nq 0.A 0.B 2.@
N A.A A.? 0.2
N!c ?.@ B.@ .A
N!q 0.A 0.C 0.D
N! A.A A.2 A.? 4
$# %" %# &" &# '" '#
02.D 0@.@ 2?.0 [email protected] ?@. D?.@ [email protected]
C.C @.C 02.@ 22.? C0.C 0.3 [email protected]
2.? ?.A D.@ 0D.@ C2.C 0AA.C 2D@.?
D.@ 00. 0C. 0D.A 2?.2 3C.D ?0.2
2.@ 3.D ?.B .3 02.B 2A.? 3?.0
A.D 0.@ 3.2 ?.@ 0A.0 0. 3@.@
(ODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE LA CAPACIDAD DE CARGA POR NI)EL DE AGUA FRE*TICO La posición del nivel freático tiene un efecto significativo en la capacidad de carga de todo suelo, especialmente en los granulares, ya que afecta directamente el segundo y el tercer t#rminos de todas las ecuaciones utiliadas para el calculo de la misma. Esto se debe a que el peso unitario efectivo de un suelo sumergido es, apro%imadamente, la mitad del peso unitario !*medo del mismo suelo.
Ca+o I i el nivel freático se localia de manera que AF&0F&f el factor q en las ecuaciones de capacidad de carga toma la forma' q 5 sobrecarga efectiva 5 &0 6G &2 ( 6satG6 H) &onde' 6sat5
Ca+o II
Ca+o III uando el nivel freático se localia de manera que dKI, el agua no afectará la capacidad de carga *ltima. 5
Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de aguas freáticas.
ECUACIÓN GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA +l !ablar de la capacidad de carga del suelo, !ay que tener en cuenta diferentes factores que intervienen en la misma. Estas variables que intervienen se refieren a' • • • • • • • • • •
-orma y tama1o de la fundación
uedando la ecuación :eneral de apacidad de arga de esta forma' qult = cNc.sc.dc.ic.bc.gc + σNq . sq. dq. iq. bq. gq +
1 2
.B.N .s .d .i .b . g
&onde' s 5 orrección por forma d 5 orrección por
6
+ continuación se describen las ecuaciones que se utiliarán para los diferentes factores de corrección' 1. Factores por Capacidad de Carga (Nc, Nq y N 6 ): θ= 45 +
θ 2
Nc= ( Nq −1 ) .
1
tgθ
2 45 +
Nq=e
θ ¿
π .tgθ
.tg2 ¿
Nγ =2. ( Nq + 1 ) tg θ
2. Factores por corrección por fora (!c, !q, ! 6 ): Sc =1 +
Nq. B Nc . L
Sq =1 +
()
B .tgθ L
Sγ =1 −0,4
B L
(
θ= 1,1− 0,1
)
B θtria L
3. Factores de corrección por "rofundidad (dc, dq, d 6 ): Pa,a Df - dc =dq −
1 −dq
Nc . tgθ
7
1 −se!θ
¿ ¿ dq =1 +2. tgθ ¿ dγ =1
Para co/,0c01/ /o ,re/a,a 234"5 dc =1 + 0.4
"f B
Para Df 6 se propuso cambiar &fJI por'
−1 "f
tg
B
on la finalidad de evitar una discontinuidad entre los valores de &f K I, se recomienda !acer los factores de corrección por profundidad no inferiores al valor correspondiente a &fJI 50 de la siguiente manera' 2
−1 "f
dq =1 +tgθ ( 1− se!θ ) tg
B
2
# 1 + 2 tgθ (1 −se!θ )
on el valor de dq, así obtenido se determina dc, que para N 5 A toma la siguiente e%presión' −1
dc =1 +
0.4 tg "f
B
# 1.4
C. Factores de Corrección por #nclinación de la Carga (ic, iq, i 6 ): =
T
7T ma% La falla puede producirse por corte general o por falla de desplaamiento de la fundación. La fuera de corte má%ima que se puede desarrollar en la interfase sueloOfundación puede calcularse mediante la siguiente e%presión' $%&a= N . tg ' + caAf
&onde' +f' rea de la fundación 8
' ' ngulo de fricción
a' +d!erencia entre sueloOfundación uando se vacía concreto directamente sobre el suelo, se debe tomar ' =θ , mientras que la ad!erencia es nula en condiciones drenadas y para arcillas blandas es igual a la resistencia no drenada. La fundación no deslia si TF 7T. El factor de seguridad contra una falla de desliamiento se puede calcular' FS desl= $%&a / %
La inclinación de la carga tiene el efecto de reducir la capacidad de carga *ltima del suelo 1−iq ic=iq − Nc . tgθ
iq =
% 1− N + (a . Af .ctgθ
[
]
[
% 1− N + (a . Af .ctgθ
]
iγ =
&
& +1
m5depende de la dirección de la carga
#. Factores de corrección por la inclinación de la base (bc, bq, b 6 )
)
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= &f
T M bc =bγ −
1−bγ
Nc .tg θ
1 −*.tgθ
¿ ¿ bq =bγ =¿ &onde M es el ángulo de inclinación con la !oriontal. &ebe ser menor a C?P y se e%presa en 7+&+=E B. Factores de corrección por inclinación del terreno (gc, gq, g 6 ): El ángulo de terreno con la !oriontal es ) (LQ +=:RLQ E= 7+&+=E) i
)
es menor a NJ2 entonces'
gc =gγ −
1− gγ
Nc . tgθ
θ 1 − ) . tg ¿
¿
gq= gγ =¿
i ) K NJ2 se debe utiliar el estudio de estabilidad de la ladera, ya que el efecto de los esfueros de corte inducidos por la fundación sobre el talud no son tomados en consideración por los factores arriba indicados
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