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TALLER BÁSICO DE
MECÁNICA DE SUELOS
CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Expositor: Diana L. Calderón Cahuana
Diapositivas: Zenon Aguilar Bardales
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B
Suelo Granular Compacto o
Arcilla Firme
qu
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
Superficie de Falla General
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA
CORTANTE EN SUELOS
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B
Suelo Granular Suelto o Arcilla Blando
qu (1)
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
qu
Superficie de Falla Local
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA
CORTANTE EN SUELOS
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B
Suelo Granular muy Suelto
o Arcilla muy Blanda
qu (1)
Carga/área unitaria, q
Asentamiento
qu
qu
Zapata
superficial
Superficie de Falla por Punzonamiento
TIPOS DE FALLAS POR RESISTENCIA
CORTANTE EN SUELOS
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MODOS DE FALLA EN CIMENTACIONES
SOBRE ARENA
0
1
2
3
4
5
0.6 0.8 1.0 0.2 0.4
Df/B
*
Compacidad relativa, Cr
Falla de cortante
por punzonamiento
Falla de
cortante local
Falla de
cortante
general
B
Df
LB
BLB
2
Donde B = ancho de la cimentación
L = longitud de la cimentación
Para cimentaciones cuadradas:
B = L;
Para cimentaciones circulares:
B = L = diámetro
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TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE
CARGA ÚLTIMA
D F E
G G A B
B
45 -/2 45 -/2
45 -/2 45 -/2
J I
qu q =Df
B
Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua rugosa
BNqNcNq qCu2
1 (Cimentación en franja)
c = Cohesión del suelo
= Peso específico del suelo
q = Df
Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga adimensionales que son
únicamente funciones del ángulo de fricción del suelo, .
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tan2
245tan eNq
Factores de Capacidad de Carga
cot1 qc NN
tan12 qNN
idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFcNq 2
1
Ecuación General de la Capacidad de Carga
TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE
CARGA ÚLTIMA
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Factor Relación Fuente
Forma*
c
q
csN
N
L
BF 1
tan1L
BFqs
L
BF s 4.01
De Beer (1970)
Donde L = longitud de la cimentación (L>B)
TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE
CARGA ÚLTIMA
* Estos factores de forma son relaciones empíricas basadas en amplias
pruebas de laboratorio.
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Factor Relación Fuente
Profundidad† Condición (a): Df / B≤1
B
DsenF
f
qd
21tan21
1dFHansen (1970)
B
DF
f
cd 4.01
TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE
CARGA ÚLTIMA
† El factor tan-1 (df/B) esta en radianes.
Condición (b): Df / B>1
B
DF
f
cd
1tan4.01
B
DsenF
f
qd
12tan1tan21
1dF
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Inclinación 2
901
qici FF
2
1
iF
Donde = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto
a la vertical
Meyerhof (1963); Hanna
Y Meyerhof (1981)
Factor Relación Fuente
TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE
CARGA ÚLTIMA
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cc3
2*
Parámetros de Resistencia Cortante Corregidos
tan
3
2* arctg
idsqiqdqsqcicdcscu FFFBNFFFqNFFFNcq 2
*
2
1
Ecuación General de la Capacidad de Carga
CORRECCIÓN POR FALLA LOCAL
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Caso I
Nivel del agua
freática
B
Df
D1
D2
INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
EN LA CAPACIDAD DE CARGA
BNNqcNq qCu 2
*
2
1
2111
* DDq m
’= peso específico sumergido
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INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO
EN LA CAPACIDAD DE CARGA
Caso II
B
Df
d Nivel del agua
freática
’= peso específico sumergido
B
BNqNcNq qCu
*
22
1
B
d
B
dm 122
*
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FS
qq u
adm
El factor de seguridad debe ser por lo menos 3 en todos los casos.
qadm = Capacidad de Carga Admisible
Qu = Capacidad de Carga Última
FS = Factor de Seguridad = 3
CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE
Df
qadm
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CIMENTACIONES CARGADAS
EXCÉNTRICAMENTE
LB
M
BL
2max
6
LB
M
BL
2min
6
Donde Q = carga vertical total
M = momento sobre la
cimentación
Q M
B
B X L
Para e B/6
qmax
qmax
Para e > B/6
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1. La distancia “e” es la excentridad de la carga aplicada
Q
Me
B
e
BL
61max
y
B
e
BL
61min
eBL
23
4max
B
e
L’
2e B’
e
CIMENTACIONES CARGADAS
EXCÉNTRICAMENTE
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2. Determinar las dimensiones efectivas de la cimentación como
B’ = ancho efectivo = B – 2e
L’ = longitud efectiva = L
CIMENTACIONES CARGADAS
EXCÉNTRICAMENTE
3. Usar la ecuación para la capacidad de carga última como
idsqiqdqsqcicdcscu FFFNBFFFqNFFFcNq '2
1'
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4. La carga última total que la cimentación soporta es
)')('(' LBqQ uúlt
A’
5. El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga es
donde A = área efectiva
Q
QFS últ
CIMENTACIONES CARGADAS
EXCÉNTRICAMENTE
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TIPOS DE ASENTAMIENTOS DE
CIMENTACIONES
Asentamiento Inmediato o elástico
Perfil del
asentamiento
Asentamiento Por Consolidación Primaria
Asentamiento Por Consolidación Secundaria
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Cimentación
B X L
Asentamiento
de cimentación
rígida
Asentamiento
de cimentación
flexible
Suelo
s = relación de Poisson
Es = módulo de elasticidad
Roca
D1
ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE
CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS
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2
1 2 S
s
oe
E
BqS (esquina de la cimentación flexible)
21 S
s
oe
E
BqS (centro de la cimentación flexible)
Donde
11
111
1
11
12
2
2
2
m
mnm
mm
mmn
m = L/B
B = ancho de la cimentación
L = longitud de la cimentaciòn
ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE
CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS
avs
s
oe
E
BqS 21 (promedio para una cimentaciòn flexible)
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ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE
CIMENTACIONES FLEXIBLES Y RÍGIDAS
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Para cimentación circular
r
= 1
prom = 0.85
r = 0.88
,
pro
m
r
L/B
prom
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ESTIMACIÓN DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD
DE LOS MATERIALES
Nf = número de penetración estándar
Módulo de Elasticidad de Arcillas Normalmente Consolidadas
Es = 250c a 500c
Es = 750c a 1000c
Módulo de Elasticidad de Arcillas Preconsolidadas
Donde c = cohesión no drenada de la arcilla
Es (kN / m2) = 766Nf
Usar métodos geofísicos
Ensayos de laboratorio
Correlaciones empíricas:
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SEGÚN TERZAGHI:
Sadm = 25 mm
El Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsión angular
mayor que la indicada en la Tabla 8.
En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede
estimar como el 75% del asentamiento total.
ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN
CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES
El asentamiento promedio admisible de las cimentaciones de una
edificación convencional será:
SEGÚN LA NORMA E - 050:
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ASENTAMIENTO ADMISIBLE EN
CIMENTACIONES DE EDIFICACIONES
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DISTORSIÓN ANGULAR LÍMITE
RECOMENDADA POR LA NORMA E-050
TABLA 8 (NÓRMA E-050)
DISTORSIÓN ANGULAR =
= /L DESCRIPCIÓN
1/150 Límite en el que se debe esperar daño estructural en edificios
convencionales.
1/250 Límite en que la pérdida de verticalidad de edificios altos y rígidos puede ser
visible.
1/300 Límite en que se debe esperar dificultades con puentes grúas.
1/300 Límite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes.
1/500 Límite seguro para edificios en los que no se permiten grietas.
1/500 Límite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos de cimentación
de estructuras rígidas, altas y esbeltas.
1/650 Límite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre un solado con
espesor aproximado de 1,20 m.
1/750 Límite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a
asentamientos.