Instituto universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Porlamar
Factores que influyen en la Factores capacia portante el suelo
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INTRODUCCION La ingeniería de cimentaciones puede definirse como el arte de transmitir de manera económica cargas estructurales al terreno, de forma que no se produzcan asentamientos excesivos. Cuando se diseñan cimentaciones ya sean estas superficiales o profundas hay que tener en cuenta lo siguiente: tipo de suelocohesivo, granular, granular con finos, de alta o !a"a plasticidad#, variación de estratos, consistencia !landa, media, dura#, las propiedades físicas y mec$nicas cohesión, $ngulo de fricción interna, índice de compresión, módulo de elasticidad, coeficiente de !alasto#, u!icación del nivel fre$tico, supresión de agua, empu"e de agua so!re la su!estructura y superestructura, socavación, erosión eólica e hidr$ulica, empu"e, expansión y licuación del suelo, profundidad de cimentación, capacidad portante por resistencia, capacidad portante por asentamiento m$ximo permisi!le, esfuerzo neto, asentamientos diferenciales, totales y rotaciones, agentes agresivos sales, cloruros, sulfatos#, fuerza expansiva del suelo, esta!ilidad del talud de la excavación, procedimiento deconstrucción, especificaciones del %eglamento &acional de 'dificaciones, (C), 'uro código, efecto de fenómenos naturales como inundaciones, sismos, *eligro de derrum!es y daños, que va a representar la excavación de la cimentación propuesta. +ólo si conocemos esto procedemos a diseñar la cimentación y determinar si esta ser$ superficial o profunda., en caso contrario el diseñador se convierte en un peligro p!lico. -&o hay gloria en las cimentaciones, di"o el /r. 0erzagui, pero si repudio para el ingeniero si falla una edificación. 1ueda claro que las condiciones del suelo so!re el que se apoya la estructura, y los par$metros geot2cnicos del mismo, afectan el diseño de las cimentaciones.
DESARROLLO
CAPACIDAD DE CARGA Cuando una fundación *roduce carga al su!suelo se producen asentamientos y, si la carga se incrementa lo suficiente, se forman en el suelo superficies de deslizamiento, a lo largo de las cuales se so!repasa la resistencia al esfuerzo cortante y finalmente se produce un colapso o falla por capacidad de carga.
4ipos e fallas por capacia e carga : 3.4 5alla general por corte 0erzagui 3678#: 44*atrón de falla !ien definido, cuña de suelo y dos superficies de deslizamiento. 44La superficie del terreno a la zapata se levanta y puede rotar inclin$ndose#. 44La falla es violenta y catastrófica. 449eneralmente ocurre en suelo -incompresi!les suelos granulares densos y cohesivos de consistencia dura a rígida. ;.4 5alla local por corte 0erzagui 3678, /e ?#. 44*atrón de falla solo est$ !ien definido de!a"o de lazapata. 440endencia visi!le a levantamiento del terreno alrededor de la zapata. 44&o se producir$ un colapso catastrófico de la zapata ni una rotación de la misma. 44Constituye un modo transicional entre falla general y fallapor punzonamiento. 8.4 5alla por corte *unzonado /e ?@=esic, 36A8#. 44*atrón de falla en este caso no es f$cil de o!servar -a medida que se incrementa la carga, se comprime el suelo inmediatamente de!a"o de la zapata produciendo desplazamiento vertical. 44 'l +uelo fuera del $rea permanece pr$cticamente inalterado y no se produce rotación. 44La fundación se asientan mediante pequeños movimientos verticales repentinos. +e produce en arenas muy sueltas o en suelos cohesivos !landos o muy !landos.
4E$!I5 6E 4E!7589I 'sta teoría se aplica a suelos con cohesión y fricción, cuya ley de resistencia al corte es:
τ
=
c + σ . tg ϕ
+e supone una carga de tipo repartida uniformemente y lineal zapata continua#. +e desprecia la resistencia al corte del suelo situado so!re la profundidad de fundación /f, al que se considera como una so!recarga actuando so!re la fundación: q =γ . Df
< f /
qc
q D γ . /f
45 B+ϕ; 45 B−ϕ;
'
III
I II
/
II C
'
III /
+e considera que la carga actuante es est$tica, vertical y centrada. La fundación es del tipo superficial rígida y corrida. 'l comportamiento del suelo en cuanto a sus asentamientos responde a la curva C 3, es decir que se trata de arenas densas y arcillas compactas. +e propone un mecanismo de falla para una zapata continua uniformemente cargada y el sector de fallas se divide en tres zonas: zonas I, II y III.
La zona I es una cuña que acta como si fuese parte de la zapata estado activo#, sus límites forman $ngulos de 7>BE
ϕ;
con la horizontal.
La zona II es una cuña de corte radial, dado que las líneas de falla son rectas con origen en ( y espirales logarítmicas con centro en (. La frontera (/ forma un $ngulo de 7>B4 ϕ; con la horizontal. La zona III, es donde se desarrollan las superficies de deslizamientos que corresponden al estado pasivo de %anFine, pues sus límites forman $ngulos de 7>B4ϕ;. Con esta hipótesis la capacidad de carga resulta:
qc
=
c.Nc + q.Nq + 1 / 2.γ. B. N γ
/onde qc es la carga de falla, c es la cohesión del terreno de cimentación, q es la so!recarga efectiva, < el ancho de la zapata corrida y &c, &q y &g son los factores de capacidad de carga. 'stos factores son adimensionales y son función del $ngulo de fricción interna ". 'l coeficiente &c est$ relacionado con la cohesión del suelo, &q con la so!recarga y &g con el peso de las zonas )) y ))). *ara arenas sueltas o arcillas y limos !landos, la deformación crece mucho para cargas próximas a la falla, alcanz$ndose niveles de asentamiento en el cimiento que equivalen a la falla de la estructura falla local#. *ara este caso 0erzaghi corrigió su teoría introduciendo nuevos valores de c y " en la fórmula de capacidad de carga c´=
tg ϕ ´= 2 / 3 tg ϕ
2 / 3.c
qc
=
2 / 3.c. N ´c + q. N ´q + 1 / 2.γ . B.N ´γ
'ntonces la expresión queda:
'n esta expresión, &Gc, &Gq y &GH, son los factores de capacidad de carga modificada. +e calculan con las mismas expresiones que , &c, &q y &H, reemplazando I por IG.
*ara cimientos cuadrados o circulares, 0erzaghi modificó su expresión original !as$ndose en resultados experimentales: qc = 1,3.c. Nc + q. Nq + 0,4.γ . B.N γ
*ara J(*(0(+ CK(/%(/(+: qc = 1,3.c. Nc + q. Nq + 0,3.γ . B.N γ
*ara J(*(0(+ C)%CKL(%'+: *ara zapata cuadrada < D lado de la cimentación y para la circular, < D di$metro de la zapata. Como se ha dicho m$s arri!a, estas fórmulas son v$lidas para cimientos sometidos a carga vertical centrada. *ara cargas exc2ntricas las superficies de falla de"an de ser sim2tricas, por lo que en la expresión de 0erzaghi de!e considerarse un $rea efectiva en lugar del $rea real de la zapata, que tiene su centro de gravedad coincidente con el punto de aplicación de la carga. Cuando la carga est$ inclinada la superficie de rotura de mayor influencia es la que se contrapone a la dirección de la carga, para considerar este efecto hay factores de corrección. ( partir de la fórmula de 0erzaghi, diferentes investigadores fueron modificando sucesivamente tanto la fórmula como los coeficientes de corrección. oy en día, la fórmula m$s empleada es la fórmula generalizada de <%)&C (&+'&.
FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO
:a profunia e la cimentación' La profundidad de cimentación de zapatas y cimientos corridos, es la distancia desde el nivel de la superficie del terreno a la !ase de la cimentación, excepto en el caso de edificaciones con sótano, en que la profundidad de cimentación estar$ referida al nivel del piso del sótano. 'n el caso de plateas o losas de cimentación
la profundidad ser$ la distancia del fondo de la losa a la superficie del terreno natural. La profundidad de cimentación quedar$ definida por el *% y estar$ condicionada a cam!ios de volumen por humedecimiento4secado, hielodeshielo o condiciones particulares de uso de la estructura, no de!iendo ser menor deM,?M m en el caso de zapatas y cimientos corridos. Las plateas de cimentación de!en ser losas rígidas de concreto armado, con acero en dos direcciones y de!er$n llevar una viga perimetral de concreto armado cimentado a una profundidad mínima de M,7M m, medida desde la superficie del terreno o desde el piso terminado, la que sea menor. 'l espesor de la losa y el peralte de la viga perimetral ser$n determinados por el *rofesional %esponsa!le de las estructuras, para garantizar la rigidez de la cimentación. +i para una estructura se plantean varias profundidades de cimentación, de!en determinarse la carga admisi!le y el asentamiento diferencial para cada caso. /e!en evitarse la interacción entre las zonas de influencia de los cimientos adyacentes, de lo contrario ser$ necesario tenerla en cuenta enel dimensionamiento de los nuevos cimientos.
Influencia el nivel fre;tico Las ecuaciones citadas en teoría de 0erzaghi, se han desarrollado suponiendo que el nivel fre$tico se encuentra situado por de!a"o del nivel de fundación, a una profundidad mayor que el ancho de la !ase de modo tal que no haya afectación del mismo en las superficies de falla generadas. Cuando la posición del nivel fre$tico es diferente, se de!en efectuar las correcciones siguientes: •
Caso 3 : +i el nivel fre$tico se encuentra en la profundidad /f o intermedio entre la superficie y /f, el factor q toma la forma : qD so!recarga efectiva D /3 H E /; Hsat HN# (dem$s, en el ltimo t2rmino de la fórmula, el valor de H de!e ser reemplazado por HG D Hsat HN
•
Caso ;: +i el nivel fre$tico est$ por de!a"o de /f, pero a una profundidad inferior al ancho de la !ase < por de!a"o de /f, una parte del suelo movilizado estar$ en condición sumergida y otra parte no. 'n ese caso, el factor H en el ltimo t2rmino de la ecuación de capacidad de carga, de!e reemplazarse por : H D HG E d < H HG#
*ara c$lculo de la so!recarga, se de!e adoptar q D H O /f
•
'n este caso, la presencia del nivel fre$tico no afecta la capacidad de carga. +e adopta el valor de Hh para el c$lculo de q so!recaraga#, y se considera el mismo peso específico en el t2rmino que corresponde a &H.
fuerza normal PpP aplicada a dicho plano. Los valores de este $ngulo llamada P$ngulo de fricción internaP f, varían de pr$cticamente MB para arcillas pl$sticas, cuya consistencia este próxima a su límite líquido, hasta 7>B o m$s, para gravas y arenas secas, compactas y de partículas angulares. 9eneralmente, el $ngulo f para arenas es alrededor de 8MB
