MECÁNICA DE SUELOS

DOCENTE: ING. GUSTAVO A. AYBAR ARRIOLA

CIMENTACIONES SUPERFICIALES (MÉTODO DE VESIC)

CAPITULO I INTRODUCCIÓNCIMENTACIONES

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 Cuando una estructura transmite

sus cargas al terreno a través de la cimentación, se producen inevitablemente deformaciones (fundamentalmente asientos).

El arte de cimentar consiste en obtener, a partir de las características tanto del terreno como de la estructura, las condiciones más favorables de apoyo, de manera que los asientos no resulten perjudiciales.

TIPOS DE CIMENTACIONES Superficiales.

Profundas.

Mixtas. 

CIMENTACIONES SUPERFICIALESLas cimentaciones superficiales son conocidas también como poco profundas o someras. Debido a que en la práctica y de acuerdo los reglamentos, los cimientos deben tener una determinada profundidad de desplante, por razones de fuerzas laterales (viento, sismo, etc.), debiéndose evitar también, desplantarse sobre tierra vegetal, rellenos sueltos o desechos. Para comportarse de modo aceptable las cimentaciones superficiales deben tener dos características elementales:

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.

CLASIFICACIÓNDE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Zapatas Aisladas. Zapatas Combinadas. Zapatas Conectadas. Cimientos Corridos. Losa de Cimentación.

ZAPATAS AISLADAS

ZAPATAS COMBINADAS

ZAPATAS CONECTADAS

CIMIENTOS CORRIDOS

LOSA DE CIMENTACIÓN

CIMENTACIONES EN ARENA Y GRAVA

El diseño de una cimentación poco profunda construida sobre suelos “friccionantes” es particularmente complicado al tener en cuenta los asentamientos.

La capacidad de carga depende:

• La compacidad relativa de la arena.

• La posición del nivel de aguas freáticas.

• La profundidad de desplante.

• El ancho de la cimentación.

CIMENTACIONES EN ARCILLAS

En este tipo de suelos la capacidad de carga depende esencialmente de la “cohesión” del material y de la presión existente del nivel de desplante.

Un aspecto muy importante en las cimentaciones poco profundas en arcillas es el relativo a los cambios volumétricos que ocurren en el suelo al variar su contenido de agua.

En cimentaciones poco profundas en arcillas homogéneas el problema de asentamientos por consolidación suele ser el factor dominante en su comportamiento.

CAPITULO II

NORMATIVIDAD PERUANA RELACIONADO CON LAS CIMENTACIONES

SUPERFICIALES

2.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

DEFINICIÓNSon aquellas en las cuales la relación Profundidad / ancho (Df / B) es menor o igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma.Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación.

2.2. PROFUNDIDAD DE CIMENTACION

La profundidad de cimentación de zapatas y cimientos corridos, es la distancia desde el nivel de la superficie del terreno a la base de la cimentación, excepto en el caso de edificaciones con sótano, en que la profundidad de cimentación estará referida al nivel del piso terminado del sótano. En el caso de plateas o losas, la profundidad de cimentación será la distancia del fondo de la losa a la superficie del terreno natural.

2.3. PRESION ADMISIBLE

Se determina según lo indicado en el Capítulo 3. (De la Norma E.050 Suelos y Cimentaciones)

2.3.1.CIMENTACION SOBRE RELLENOS

Los rellenos son depósitos artificiales que se diferencian por su naturaleza y por las condiciones bajo las que son colocados.Por su naturaleza pueden ser:a) Materiales seleccionados: todo tipo de suelo compactable, con partículas no mayores de 7,5 cm (3”), con 30% o menos de material retenido en la malla ¾” y sin elementos distintos de los suelos naturales.b) Materiales no seleccionados: todo aquél que no cumpla con la condición anterior.Por las condiciones bajo las que son colocados:a) Controlados.b) No Controlados.

2.3.1.1.Rellenos Controlados o de Ingeniería

Los Rellenos Controlados son aquellos que se construyen con Material Seleccionado, tendrán las mismas condiciones de apoyo que las cimentaciones superficiales. Los métodos empleados en su conformación, compactación y control, dependen principalmente de las propiedades físicas del material.El Material Seleccionado con el que se debe construir el Relleno Controlado deberá ser compactado de la siguiente manera:

a) Si tiene más de 12% de finos, deberá compactarse a una densidad mayor o igual del 90% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141:1999, en todo su espesor.

b) Si tiene igual o menos de 12% de finos, deberá compactarse a una densidad no menor del 95% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141:1999, en todo su espesor.

b) Un ensayo con Cono de Arena, NTP 339.143:1999 ó por medio de métodos nucleares, NTP 339.144:1999, por cada 0,50 metros de espesor. Los resultados deberán ser: mayores a 90% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado, si tiene más de 12% de finos; o mayores al 95% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado si tiene igual o menos de 12% de finos.

2.3.1.2. Rellenos No Controlados

Los Rellenos No Controlados son aquellos que no cumplen con el numeral 4.4.1.Las cimentaciones superficiales no se podrán construir sobre estos Rellenos No Controlados, los cuales deberán ser reemplazados en su totalidad por materiales seleccionados debidamente compactados, como se indica en el numeral 4.4.1, antes de iniciar la construcción de la cimentación.

2.4. CARGAS EXCENTRICAS

En el caso de cimentaciones superficiales que transmiten al terreno una carga vertical Q y dos momentos Mx y My que actúan simultáneamente según los ejes x e y respectivamente, el sistema formado por estas tres solicitaciones será estáticamente equivalente a una carga vertical excéntrica de valor Q, ubicada en el punto (ex, ey) siendo:

ex =Mx/Q ey =My/Q

El lado de la cimentación, ancho (B) o largo (L), se corrige por excentricidad reduciéndolo en dos veces la excentricidad para ubicar la carga en el centro de gravedad del «área efectiva = B’L’ » B'= B - 2e x L' = L - 2eyEl centro de gravedad del «área efectiva» debe coincidir con la posición de la carga excéntrica y debe seguir el contorno más próximo de la base real con la mayor precisión posible. Su forma debe ser rectangular, aún en el caso de cimentaciones circulares. (Ver Figura 5).

2.5. CARGAS INCLINADAS

La carga inclinada modifica la configuración de la superficie de falla, por lo que la ecuación de capacidad de carga deber ser calculada tomando en cuenta su efecto.

2.6. CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN TALUDES

En el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de la cimentación, si la hubiera.Adicionalmente debe verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia de la estructura.El factor de seguridad mínimo del talud, en consideraciones estáticas debe ser 1,5 y en condiciones sísmicas 1,25.

CAPITULO III. CAPACIDAD DE CARGA

Es importante conocer que el suelo va fallar por: 1.- Capacidad de carga de corte .2.- Asentamientos excesivos.

Las fallas mas comunes se debe básicamente debido a asentamiento

excesivos.

Un a estructura es resistente si y solo si es capaz de resistir por corte y

evitar los asentamientos excesivos.

Los asentamientos excesivos dependenderán del tipo de estructura y del

proyecto .

NO es común observar el colapso total de una estructura debido a una falla

de la cimentación.

Definitivamente la estructura puede dejar de funcionar aunque no haya colapsado.

Las fallas recientemente reportadas han sido bajo rellenos, donde los factores de seguridad bajos son aceptables

Se deberá controlar el corte y asentamientos

El asentamiento es uniforme bajo la carga y por ello no puede llegar al colapso total.(hay rajaduras, levantamientos de pisos , vigas colgadas, etc.) al final ya no es funcional. Ejemplos en zona de extracción de aguas subterráneas en exceso de Perú.

Para un comportamiento satisfactorio, las cimentaciones superficiales deben satisfacer dos características principales:

•Debe ser segura contra una falla por corte del suelo de apoyo.

•Así mismo, no debe experimentar desplazamientos o deformación del suelo de manera excesiva, es decir por asentamiento.

La carga por área unitaria de la cimentación bajo la cual ocurre la falla por resistencia al cortante en el suelo se denomina capacidad de carga última, que se estudiará para diferentes condiciones del suelo de apoyo.

Para entender mejor el concepto de capacidad de carga, se debe tomar en cuenta que este puede ser un problema a corto o largo plazo dependiendo de las siguientes características

Condición a corto plazo

Condición a largo plazo

Presión total de sobrecarga inicial qo

Presión bruta q

Capacidad última de carga (qu)

Capacidad máxima admisible de carga qa

ESTADO LÍMITE ÚLTIMOqf – Tensión para lo cual se produce la falla por corte del suelo.

ESTADO LÍMITE DE SERVICIOqadm – Tensión admisible. Sin riesgo de falla o de asentamientos excesivos.

qadm = qu/FS

MODOS DE FALLA A CORTE EN EL SUELO

ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA

• Directas o Empíricas (ensayos de campo y laboratorio) y• Aproximaciones Indirectas o semi-empíricas

TEORÍAS DE LA CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO

MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA

1. TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN TERZAGHI

Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría completa para evaluar la capacidad de carga última en fundaciones superficiales rugosas

La ecuación de Terzaghi fue desarrollada para una fundación corrida (es decir, cuando la relación ancho entre longitud de la fundación tiende a cero ( B / L = 0 ).

Entonces para estimar la capacidad de carga última en fundaciones o cimentaciones cuadradas o circulares, la ecuación original puede modificarse a:

DF

G GA B

B

45 - /2 45 - /2

45 - /2 45 - /2

J I

qu q = Df

Df             

2. 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:

Tampoco considera la resistencia cortante a los largo de la superficie de falla en el suelo, arriba del fondo de la cimentación, asimismo no considera el que la carga pueda estar inclinada; Meyerhof toma en consideración estos factores

2.TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN MEYERHOFF

Meyerhoff (1951-1963) propuso una ecuación de capacidad última de carga similar a la de Terzaghi. Donde la principal característica de la ecuación de Meyerhoff es la inclusión del factor de forma Sq, factores de profundidad i d y además los factores de inclinación i i, para el caso en que la carga aplicada a la fundación se encuentre inclinada en el ángulo θ respecto a la vertical.

Factores de inclinación y correcciones debido a cargas excéntricasSegún Brinch Hansen•Carga inclinada y excéntrica

•Se definen previamente

Hansen (1970) propuso una ecuación general de capacidad última de carga. La ecuación de Hansen es una extensión al trabajo de Meyerhoff, siendo la principal diferencia con las ecuaciones anteriores lo siguiente:

Retuvo la formulación básica de Terzaghi • Introdujo factores de corrección por forma, profundidad e inclinación del sello de fundación, inclinación del terreno y de la carga

s: Factores de forma:d: Factores de profundidadi: Factores de inclinación

CAPITULO IV

4.1. TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN VESIC

En la práctica habitual de ingeniería geotécnica existen diversos métodos analíticos para calcular la carga de hundimiento de una cimentación superficial. Para verificar la seguridad, la fórmula empleada con más frecuencia es la de expresión polinómica propuesta por Brinch-Hansen (1961) basada en la teoría de la plasticidad para terrenos homogéneos.

Ahora para determinar los factores de capacidad de carga y los coeficientes que intervienen en la formula polinómica han sido propuestas diversas expresiones, mereciendo destacarse sobre todo las aportadas por VESIC (1975).

4.1.1. TIPOS DE FALLA O ROTURAS PROPUESTA POR VESIC (1973)

La falla en fundaciones superficiales y curvas carga-asiento es causado por 3 tipos de falla o rotura por corte A, B y C

A) ROTURA GENERAL

Se considera el caso de una fundación rectangular larga (es decir, una cuya longitud es teóricamente infinita) de ancho B, localizada sobre la superficie de arena densa o suelo arcilloso rígido como se muestra en la figura siguiente.

4.1.1. TIPOS DE FALLA O ROTURAS PROPUESTA POR VESIC (1973)

B) ROTURA LOCAL

Es una situación intermedia entre (a) y (c), en que el terreno se hunde plastificando el terreno hasta los bordes de la periferia de la cimentación y bajo la misma, sin que lleguen a formarse superficies continuas de rotura hasta la superficie.

4.1.1. TIPOS DE FALLA O ROTURAS PROPUESTA POR VESIC (1973)

C).ROTURA PUNZONAMIENTO

En este caso la cimentación se hunde cortando el terreno en su periferia, con un desplazamiento aproximadamente vertical y afectando poco al terreno adyacente.Este tipo de rotura se produce en cimentaciones esbeltas apoyadas en materiales muy comprensibles y poco resistentes o en zapatas sobre capas delgadas apoyadas en estratos blandos

4.1.2. FORMAS TIPICAS DE FALLA O ROTURA EN ARENA- VESIC (1963)

4.2. ESTIMACION DE LA CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA

4.2.1. CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN VESIC.

Para la estimación de la capacidad ultima de carga puede emplearse aproximaciones empíricas (ensayos de campo y laboratorio: como SPT, CPT y otros) y aproximaciones semi-empiricas, lo cual nos centraremos en la de semi-impirico.

Vesic (1963, 1969, 1973, 1975) aporto importantes contribuciones para el cálculo de la carga de hundimiento para cimentaciones superficiales, son esencialmente igual a la de propuesta por el método de Hansen (1961), salvo la introducción de algunos cambios que se especifica a continuación:

Vesic, propuso para Nc y Nq las mismas expresiones de Hansen (1961), mientras que para el factor de capacidad de carga del peso propio (Nγ) propuso la siguiente expresión:

4.2.1.1. PARAMETROS DE CAPACIDAD PORTANTE VESIC (1973)

4.2.1.2. FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA

4.3. FACTORES DE CORRECCION DE LA FORMULA GENERALIZADA

La fórmula de carga de hundimiento generalizada, propuesta por Brinch Hansen, que cierta manera ya había sido iniciada antes por Terzaghi con la introducción de sus factores de forma, fue posteriormente siendo ampliada por nuevas aportaciones de propio Hansen y otros autores, destacándose entre ellas las importantes contribuciones de VESIC.

4.3.1. FACTORES DE FORMA

Dónde: B y L son el ancho y la longitud del cimiento, respectivamente.

4.3.2. FACTORES DE PROFUNDIDADVesic (1975) propuso las siguientes expresiones:

a) Para los casos de D/B≤ 1

b) Para los casos de D/B >1:

Todavía, teniendo en cuenta el procedimiento ejecutivo de las cimentaciones superficiales (primero se excava, después se ejecuta la cimentación y finalmente se rellena la excavación), Vesic (1975) desaconseja la utilización de los factores de forma por ser frecuentemente dudoso el poder contar efectivamente con la resistencia al corte del suelo situado arriba del nivel de las cimentaciones.

4.3.3. FACTORES DE INCLINACION DE CARGAVesic (1975) propuso las siguientes expresiones para los factores de inclinación de carga (ic, iq, iy), siendo θ el ángulo de la inclinación de la carga con la dirección L

La componente horizontal (H) dela carga inclinada (R) no debe ocasionar el deslizamiento de la base sobre el terreno de cimentación. El deslizamiento, en una cimentación superficial, se daría cuando

Dónde:A* = área efectiva de la cimentación (B*x L*) ΦB y CB Son los valores de ángulo de rozamiento y de la adherencia entre el suelo y la cimentación.

4.3.3. FACTORES DE INCLINACION DE CARGA

4.3.3. FACTORES DE INCLINACION DE BASE

En algunos casos especiales puede ser conveniente inclinar la base de la cimentación para absorberse mejor valores elevados de la componente horizontal de una carga inclinada.

Vesic (1975) propuso para los factores de inclinación de la base de la cimentación(bc, bq, by) las expresiones indicadas en la tabla

4.4. EFECTO DE LA COMPRENSIBILIDAD DEL SUELO

Vesic (1973) propuso las siguientes modificaciones en la ecuación de capacidad última de carga:

Dónde: Cc, Cq, Cγ son factores de compresibilidad del suelo

Los factores de compresibilidad del suelo fueron obtenidos por Vesic por analogía de expansión de cavidades. De acuerdo con esa teoría, para calcular Cc, Cq, Cγ deben tomarse en cuenta los siguientes pasos:

1.- Calcular el índice de rigidez, Ir del suelo, a una profundidad aproximada de B /2 por debajo del nivel de fundación.

Ir: es el índice de rigidez del sueloG:módulo de deformación transversal

la resistencia al corte es (C+ q tg φ)siendo (q) la presión vertical de sobrecarga a Df+B/2

4.4. EFECTO DE LA COMPRENSIBILIDAD DEL SUELO

2.- El índice de rigidez crítico del suelo, Ir(cr) puede ser expresado como:

3.- Si Ir ≥Ir(cr), usar Cc, Cq, Cγ = 1 Sin embargo si Ir <Ir(cr),

Para φ =0

Para otros ángulos φ > 0

4.5. CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA PARA FUNDACIONES RECTANGULARES CARGADAS EXCENTRICAMENTE

La carga excéntrica en fundaciones superficiales ocurre cuando la carga vertical P es aplicada en un lugar distinto al centroide, es decir, fuera del centro de gravedad de la fundación, o cuando la fundación es sometida a un momento M además de la carga vertical como muestra la siguiente figura. Para cuya determinación existen distintos métodos, a continuación se desarrolla para el método de Hansen y Vesic.

4.6. METODO DE HANSEN Y VESIC

Hansen y Vesic también consideran el caso de aplicación de carga excéntrica.

Factores de forma, profundidad e inclinación recomendados por Das (2001) para la determinación de capacidad de carga para una fundación rectangular cargadas excéntricamente (cuando la carga es aplicada en un lugar distinto del centroide ).

4.6. METODO DE HANSEN Y VESIC

Factores de capacidad de carga recomendados por Das

4.7. MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE LA CAPACIDAD DE APOYO POR LA POSICIÓN DEL NIVEL FREÁTICO

4.7.1. Condiciones drenadas

4.7.2. Condiciones No drenadas

Para esta condición no es necesario realizar correcciones por efecto del nivel freático, ya que se trabaja con parámetros de esfuerzos totales, esta condición se presenta a corto plazo en depósitos de suelos de baja permeabilidad.

4.8. PROBLEMAS DE APLICACIÓN

Problema N°1La columna de una estructura metálica será apoyada sobre una zapata aislada cuadrada como se muestra en la figura. El nivel de fundación se encuentra a 1,22 m de profundidad y la superestructura transmite a la fundación una carga segura de 68032.62Kg, con un factor de seguridad de 3. Se ha determinado que el suelo se compone de una arena con peso unitario húmedo de 1682.98 kg/m3 y un peso unitario saturado de 1890.93 Kg/m3. El agua tiene un peso unitario de 998.98 Kg/m3 y el nivel freático se encuentra a 0.61 m de la superficie del terreno. Ensayos efectuados sobre muestras no disturbadas del suelo indican que c' = 0 y φ ′ = 34º.Se requiere encontrar la dimensión mínima de la zapata.

SOLUCION:

Datos:

Df =1.22m, FS=3, Q=68032.82kg, a=1682.98kg/m3, s=1890.93kg/m3, w=998.98kg/m3

Empleando la ecuación general de capacidad portante de Vesic.

qu =C.Nc.Sc.dc+q.Nq.Sq.dq+0.5B´N.S.d

Donde del ensayo triaxial, la resistencia al esfuerzo axial C´=0

Por lo tanto se tiene que:

qu =q.Nq.Sq.dq+0.5B´N.S.d

De la tabla 4.1.factores de capacidad de carga, con el ángulo de fricción =34° se tiene

Nc= 42.14, Nq =29.4, N=41.0 y 2.tg (1-sen) 2=0.262

Factores de forma

Sq=1+(B/L)*tg = 1+1.tg(34)=1.675

S=1-0.4(B/L)= 1-0.4.(B/B)=0.6≥0.6

Factores de profundidad

K=Df / B; Df/B≤1 y para Df/B>1

Asumiendo que:

Df/B≤1 K=Df/B= 1.22/B

Entonces se tiene que:

dq =1+ 2.tg (1-sen)2.K=

dq=1+(0.262x1.22)/B= 1+(0.32/B)

d=1

La corrección de sobrecarga por presencia de nivel freático

Caso I 0≤d1≤Df

q=D1. + D2. ( sat-w); por lo tanto 0≤0.61≤Df ok

q=0.61x(1682.98)+0.61x(1890.93-998.98)=1026.62+544.09

q=1570.7kg/m2

Además el término “” de la ecuación de capacidad portante debe ser reemplazado por el peso unitario sumergido

´=sat-w=1890.93-998.98=891.95kg/m3

Reemplazando en la ecuación de capacidad portante, se tendrá que:

qu =q.Nq.Sq.dq+0.5B´N.S.d

qu=(1570.71).(29.4).(1.675).(1+0.32/B)+0.5x(891.95).(B).(28.7).(41).(0.6).(1)

qu=77349.61(1+0.32/B)+ 314867.27(B) ……………

Por otro lado la carga segura actuante sera´:

qs=Qs/área= 68032.82/B2

Aclaracion

qs=((qu-qo)/FS)+ qo Donde: qn=qu-qo

Debe notarse también:

qn=qu´-qo´= qu-u1-(qo-u2)

Como el nivel freatico permanece en la misma posición, entonces u1=u2

q´=qn= qu-qo

qs=(qu-.Df)/FS+.Df

68032.82/B2=((qu-20.14)/3)+20.14

(204097.86)/B2-60.14=qu-20.14

qu=(204097.86/B2)-40 ……………..

Combinando las ec. y ec.

Combinando las ec. y ec.

77349.64x (1+0.32/B)+314867.27B=(204097.86/B2)-40

204097.86-40B2=77349.64B2+24751.88B+314867.27B3

314867.27B3+77349.64B2+24751.88B=204097.86-40B2

Ordenando la ecuación de 3° se tiene:

314867.27B3+77389.B2+24751.88B-204097.86=0

Y resolviendo la ecuación de 3°

B=1.326 =1.33=1.35

Como DfB, entonces la ecuacion supuesto para el factor K es la correcta.

Si 1.22≤1.35

Por lo tanto zapata de 1.35mx1.35m

DISEÑO DE CIMETACIONES METODO VESIC

La ecuación mantiene la misma forma de la de Terzaghi, lo único es que le adiciona varios factores:

El incorporó estos factores a la ecuación de capacidad soportante de la siguiente forma:

FACTORES ADICIONADOS A LA FORMULA DE TERZAGHI

Para zapatas corridas o sea cuando B/L → 0 los valores de s = 1

Para cimentaciones relativamente superficiales, cuando D/B ≤ 1 usar k = D/B.Para cimentaciones más profundas, D/B > 1 usar k = tan-1(D/B) (en radianes).

Factores de Inclinación de Carga: i

Para cargas inclinadas en la dirección L

Para cargas inclinadas en la dirección B:

Factores de Inclinación de la Base de Cimentación: b

Factores de Inclinación del Terreno: g

Si la superficie del terreno es horizontal (β =0), entonces g = 1

CASOS:

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

FACTORES:

CASO: ZAPATA RECTANGULAR:

CONCLUSIONES

• El objetivo de las cimentaciones es transmitir las cargas de la superestructura y el peso propio de ellas en el terreno. Pero además la de proporcionar apoyo a la estructura, distribuyendo las descargas considerando un factor de seguridad adecuado entre la estructura de cimentación y el suelo; limitar los asentamientos totales y diferenciales, con la finalidad de controlar los daños en la construcciones adjuntas.

• Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario conocer los factores relacionados a la superestructura, los factores económicos y materiales existentes, pero sobre todo desde el punto de vista de la mecánica de suelos la capacidad de carga del suelo y el asentamiento de suelo.

• De las anteriores ecuaciones, pueden desprenderse claramente algunas observaciones interesantes, las cuales podemos sintetizar como que el resultado de las mencionadas ecuaciones (la Capacidad del Carga Ultima del suelo), está formado por la suma de tres elementos básicos: En el primero de ellos podemos apreciar que se consideran las características cohesivas o friccionantes del suelo al involucrar el valor “c”; en el segundo elemento puede claramente apreciarse como influye en el resultado final la profundidad de desplante de la zapata así como el Peso Volumétrico del suelo y en el último elemento que compone la ecuación se involucra la forma de la cimentación al incluir la dimensión del ancho de la zapata (B).

CONCLUSIONES continuación…• Podemos establecer la confirmación de que un suelo no tiene una capacidad

de carga fija y única, como en algunos casos reales se pretende considerar, sino que ésta (la capacidad de carga) dependerá tanto de las características particulares del suelo (cohesión, fricción y peso volumétrico, básicamente), así como también dependerá de las características del proyecto mismo de la cimentación especifica que pretenda ser construida (profundidad de desplante y ancho B, en zapatas rectangulares y el radio en circulares.

• Varios investigadores han propuesto modificaciones a la teoría de Terzaghi, considerando que debe darse una mayor importancia a los aspectos de profundidad y forma de una cimentación (investigadores como Hansen, Chen, Vesic y otros más).

• No se debe olvidar la consideración que hace Terzaghi, en cuanto al tipo de material del suelo existente: Deben distinguirse los casos en los cuales es probable que se presente falla local, de aquellos en los que las probabilidades son de acusar un tipo de falla general. En materiales arenosos sueltos o arcillosos blandos la deformación puede crecer mucho al ser sometidos a cargas que se aproximen a la de falla, esto pudiese provocar que no se desarrolle un estado plástico completo, pero el asentamiento sería tal que obliga a considerar condición de falla. Este último caso sería el que Terzaghi define como de falla local.

• Existe además, un importante factor que también deberá ser tomando en cuenta, como es la posición que ocupa el N.A.F. (nivel de agua freática), en relación con la profundidad de desplante de la zapata propuesta.

• VESIC analizó el comportamiento de varias cimentaciones sobre arenas y verifico que el tipo de falla esta en relación a la compacidad relativa del material granular y propone una relación para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones apoyadas en arenas, considerando que:

Cr = compacidad relativa de la arenaDf = profundidad de desplante de la cimentación medida desde la superficie del terreno

Para una compacidad relativa (Cr) mayor al 70% se da generalmente FALLA GENERAL POR CORTE, para un Cr intermedio presentara una FALLA LOCAL POR CORTE y si tiene un Cr bajo, presentara una falla por Punzonamiento.

Para el caso de materiales finos, concluye lo siguiente:Si se tiene un material cuya consistencia es muy alta, muy firme y muy resistente, la falla va a ser del tipo frágil, es decir FALLA GENERAL POR CORTE y si el material es muy blando, la falla será por PUNZONAMIENTO y para materiales intermedios, la falla será por CORTE LOCAL

Finalmente, Vesic también determino que si se aumenta la relación de Df/B, es decir se incrementa Df, existe mayor posibilidad de que se produzca una falla por punzonamiento. Por lo tanto, las fallas generales por corte, se darán con mayor frecuencia en cimentaciones superficiales

Df