31
Departamento: Ciencias de la Tierra INGENIERÍA CIVIL Mecánica de Suelos Aplicada Ricardo B. Cervantes Quintana Pág.| 1 Instituto Tecnológico de Zacatepec Unidad 4 Cimentaciones superficiales y profundas. 4 Cimentaciones superficiales y profundas 4.1. Clasificación de las cimentaciones 4.2. Factores que determinan el tipo de cimentación 4.3. Cimentaciones en taludes [pag. 195 Braja PIC] 4.4. Cimentaciones compensadas [pag. 433 Braja FIG] 4.5. Tipos de cimentaciones profundas 4.6. Desarrollo y uso de los pilotes 4.7. Hinca de pilotes 4.8. Grupos de pilotes 4.9. Pruebas de carga en pilotes 4.10. Deterioro y protección de pilotes. 4.11. Pilas, cilindros y cajones de cimentación. [Cajones de cimentaciones, pag. 715 Braja PIC] [Pilas pag. 553 Braja FIG], [Pilas pag. 674 Braja PIC]

Cimentaciones superficiales y profundas v3

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 1

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Unidad 4 Cimentaciones superficiales y profundas.

4 Cimentaciones superficiales y profundas

4.1. Clasificación de las cimentaciones

4.2. Factores que determinan el tipo de cimentación

4.3. Cimentaciones en taludes [pag. 195 Braja PIC] 4.4. Cimentaciones compensadas [pag. 433 Braja FIG]

4.5. Tipos de cimentaciones profundas

4.6. Desarrollo y uso de los pilotes

4.7. Hinca de pilotes

4.8. Grupos de pilotes

4.9. Pruebas de carga en pilotes

4.10. Deterioro y protección de pilotes.

4.11. Pilas, cilindros y cajones de cimentación. [Cajones de cimentaciones, pag. 715 Braja PIC] [Pilas pag. 553 Braja FIG], [Pilas pag. 674 Braja PIC]

Page 2: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 2

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Una aplicación simple del Análisis Límite al problema de la capacidad de Carga en suelos

puramente “cohesivos”.

La teoría de la elasticidad permite establecer la solución para el estado de esfuerzos en un medio semi-

infinito, homogéneo, isótropo y linealmente elástico, cuando sobre el actúa una carga uniformemente

distribuida, sobre una banda de ancho 2b y de longitud infinita. Fig. VII.1.

En efecto, puede demostrarse que para la condición de carga mostrada los máximos esfuerzos

cortantes inducidos en el medio valen q/ y ocurre en puntos cuyo lugar geométrico es el semicírculo

mostrado cuyo diámetro es 2b.

2 B

. .máx= c = q/

q

B

= 0°

Fig. VII.I Esfuerzos cortantes máximos bajo una banda de

longitud , según la teoría de la Elásticidad.

Fuente: Juárez Badillo, Rico Rodríguez, Mecánica de Suelos 2,

Noriega-Limusa, 2a Ed. México, 2001

qmáx = c/ (Ec. 7-1)

Page 3: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 3

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Skempton.

Aplicación a suelos puramente cohesivos

qu = c Nc + Df Ec. 7-19.

Page 4: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 4

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Cimentaciones poco profundas (401)

En general, estas refieren a aquellas a las cimentaciones en las que la profundidad de desplante no es

mayor que un par de veces el ancho del cimiento, sin embargo, es evidente que no existe un límite

preciso en la profundidad de desplante que separe a una cimentación poco profundad de una profunda.

Clasificación de las cimentaciones poco profundas (402)

Zapatas aisladas

Son elementos estructurales, generalmente cuadrados o rectangulares y más raramente

circulares, que se construyen bajo las columnas con el objeto de transmitir la carga de éstas al

terreno en una mayor área, para lograr una presión apropiada. En ocasiones las zapatas aisladas

soportan más de una columna. Las zapatas aisladas se construyen generalmente de concreto

reforzado.

Zapatas corridas

Son elementos en los que la longitud supera en mucho al ancho. Soportan varias columnas o un

muro y pueden ser de concreto reforzado o de mampostería, en el caso que transmiten cargas

no muy grandes. Se utilizan cuando el suelo tienen una resistencia baja, que obliga al empleo de

mayores áreas de repartición o en el caso en que deban transmitirse al suelo grandes cargas.

Losas de cimentación.

Se justifican cuando la resistencia del terreno es muy baja o las cargas sean muy altas, y las

áreas requeridas para apoyo de la cimentación deban aumentarse llegándose al empleo de losas

de cimentación que puedan llegar a ocupar toda la superficie construida.

Cimentaciones combinadas

Consisten en una combinación de los tres tipos básicos de cimentaciones donde se combinan los

factores estructurales con las características del terreno de la manera más ventajosa.

Si aún en el caso de emplear una losa corrida la presión transmitida al suelo sobrepasa la

capacidad de carga de éste, es evidente que habrá de recurrirse a soportar la estructura en

estratos más firmes, que se encuentren a mayores profundidades, llegándose así a las

cimentaciones profundas.

Factores que determinan el tipo de cimentación (403).

Relativos a la super-estructura, que engloban su función, cargas que trasmite al suelo, materiales

que la constituyen, etc.

Relativos al suelo, que se refiere a sus propiedades mecánicas, especialmente a su resistencia al

corte y compresibilidad, a sus condiciones hidráulicas, etc.

Factores económicos, que deben balancear el costo de la cimentación en comparación con la

importancia y aun el costo de la super-estructura.

Page 5: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 5

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

De hecho el balance de los factores anteriores puede hacer que diferentes proyectistas de experiencia

lleguen a soluciones ligeramente distintas para una cimentación dada, pues el problema carece de

solución única por faltar un criterio exacto para efectuar tal balance, que siempre tendrá una parte de

apreciación personal.

Debe observarse que al balancear los factores anteriores, adoptando un punto de vista estrictamente

ingenieril debe estudiarse no sólo la necesidad de proyectar una cimentación que se sostenga en el

suelo disponible sin falla o colapso, sino también que no tenga durante su vida útil asentamientos o

expansiones que interfieran con la función de la estructura. Será necesario calcular los asentamientos o

expansiones que el suelo va a sufrir con tales esfuerzos, cuidando siempre que estos queden en niveles

tolerables para la estructura de que se trate.

Page 6: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 6

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Consideraciones sobre el contacto suelo-estructura (405).

Es necesario analizar cómo afecta la rigidez de las áreas cargadas a la distribución de asentamientos y

presiones en el suelo sub-yacente.

Caso 1 Área uniformemente cargada y cimiento flexible.

Debido a su flexibilidad las presiones que el área cargada pasa al suelo serán idénticas a la presión

uniforme sobre el área. Por otra parte el asentamiento no será uniforme, sino que es máximo al centro

del área cargada y menor en la periferia para suelos arcillosos, adoptado una ley a similar a la mostrada

en la figura VIII-1.a, si es que el medio cargado se supone idealmente elástico

Q

a) Asentamiento de una cimentación

flexible sobre arcillas saturadas

b) Asentamiento de una cimentación flexible

sobre arenas y gravas.

La rigidez de estos suelos aumente con el confinamiento

Fig. VIII.1 Perfil del asentamiento inmediato sobre la superficie de un medio semi-infinito elástico

Q

Page 7: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 7

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Caso 2 Presión de contacto de un cimiento rígido.

Para el caso de la presión que trasmite un cimiento rígido se espera un asentamiento uniforme, por lo

que la presión de contacto entre el cimiento y el medio no podrá ser uniforme.

En la figura VIII.2 se observa que la presión en el medio homogéneo y elástico (arcillas) es mínima en el

centro y máxima en las orillas, puesto que para llegar al asentamiento uniforme éste deberá disminuir en

el centro y aumentar en las orillas. Un análisis análogo para el caso de las arenas y gravas indica que la

presión es máxima bajo el centro del área cargada y mucho menor bajo la periferia

a) Asentamiento de una cimentación rígida

Q

b) Arcillas

Q Q

Fig. VIII.2 Distribución de presiones bajo un cimento de rigidez infinita.

c) Gravas y arenas

La rigidez de estos aumenta con el

confinamiento

Page 8: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 8

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Cimentaciones compensadas (422).

El principio en que se basan estas cimentaciones es sencillo; se trata de desplantar a una profundidad

tal que el peso de la tierra excavada iguale al peso de la estructura, de manera que el peso de la tierra

excavada iguale al peso de la estructura, de manera que al nivel de desplante el suelo no experimente

un incremento de presión adicional a la originalmente existente.

Este tipo de cimentación exige, por supuesto, que las excavaciones efectuadas no se rellenen

posteriormente, lo que se logra con una losa corrida en toda el área de cimentación o construyendo

cajones huecos en el lugar de cada zapata. El primer tipo de cimentación es usual en edificios

compensados, el segundo en puentes entre otras obras.

Las cimentaciones compensadas han sido particularmente utilizadas para evitar asentamientos en

suelos altamente compresibles, pues teóricamente, los eliminan por no dar al terreno ninguna

sobrecarga.

Sin embargo, como el proceso de carga no es simultáneo con el de descarga, resultado de la

excavación, tienen lugar expansiones en el fondo de ésta, que se traduce en asentamientos cuando, por

efecto de la carga de la estructura, dicho fondo regrese a su posición original. Así, los problemas

principalmente de una cimentación compensada emanan de la excavación necesaria, generalmente

profunda.

Todo lo anterior se refiere a las cimentaciones denominadas de compensación total. En las que el peso

de la estructura es igual al de la tierra excavada. También existe, por supuesto la compensación parcial,

en donde el peso de la estructura, en tanto que el restante se toma con pilotes o descanso sobre el

terreno, si es que la capacidad de carga y la compresibilidad de éste lo permiten.

Page 9: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 9

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Falla de fondo en excavaciones de arcilla.

Cuando se construyen excavaciones para fines de cimentación se plantean una gran cantidad de

problemas prácticos. Una de las fallas más frecuentes y peligrosas en excavaciones abiertas en arcillas

es la falla de fondo.

En este tipo de falla ocurre un asentamiento del terreno vecino, acompañado por el levantamiento

general rápido del fondo de la excavación; lo que sucede es que el material vecino fluye hacia el centro

de la excavación, que se levanta correspondientemente. Este tipo de falla ha sucedido en zanjas para

tubos y drenajes en excavaciones relativamente profundas.

Las excavaciones para cimentaciones se realizan lo suficientemente rápidas como para que sean

despreciables los cambios en presión neutral dentro de la arcilla, por lo que todos los análisis de

estabilidad pueden hacerse con datos provenientes de pruebas triaxiales rápidas.

La capacidad de carga de una arcilla, a la profundidad Df está dada, por ejemplo según la fórmula se

Skempton por:

qu = c*Nc + *Df

Si sobre el suelo existe una sobrecarga de magnitud q, el valor de qu, pasa a ser

qu = c*Nc + *Df + q (Ec. 8-6)

En el segundo miembro de la ec. 8-6 el término c*Nc representa la resistencia del suelo a lo largo del la

superficie de falla, en tanto que el término*Df + q representa el esfuerzo al nivel de desplante debido al

peso del suelo suprayacente y a las sobrecargas que hubiere. En el caso de una excavación, en el

instante de falla de fondo incipiente (fig. VIII.6), la resistencia a lo largo de de la superficie de falla c*Nc

se opone al flujo del material del talud hacia el fondo de la excavación, a donde tiende a moverse por

efecto de la presión*Df + q . Es evidente que, en el instante de falla de fondo incipiente se tendrá:

c*Nc = *Df + q (Ec. 8-7)

La fórmula 8-7 da la profundidad máxima a que puede llevarse la excavación, sin que falle por fondo. En

realidad será necesario adoptar una preocupación adicional por medio de un factor de seguridad, así

q

*Df + qDf

Fig. VIII.6 Mecanismo de falla de fondo en excavaciones en arcilla.

Superficie de falla

Page 10: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 10

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

*Df + q = c*Nc/FS (Ec. 8-8)

De donde.

FS = c*Nc/(*Df + q) (Ec. 8-9)

Nc = 6.2 mín. para excavaciones cuadradas.

Nc = 5.14 mín. para excavaciones largas.

Nc: Fig. VII-11 Valores de Nc según Skempton, para suelos puramente cohesivos

La expresión 8-9 permite calcular la seguridad de la excavación contra falla de fondo. En la práctica un

valor de 1.5 para FS parece ser suficiente en todos los casos, pues la aproximación de los cálculos

resulta del orden de ± 20%, cuando se les compara con los resultados obtenidos de fallas reales.

Una observación de interés es que la falla de fondo es independiente de la falla de talud como tal y no

es causada por un mal ademado de los mismos. De hecho en una excavación no ademada la falla de

talud siempre ocurre antes que la de fondo, pues el número de estabilidad de un talud es como mínimo 4

y como máximo 5.3,

Así teóricamente, la falla de fondo sólo puede ocurrir en excavaciones ademadas, en que la falla de los

taludes está restringida; sin embargo, la distorsión que la falla de fondo implica, puede llevar a la

excavación a un colapso más general.

Page 11: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 11

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

4.3 Capacidad de carga de cimentaciones sobre talud.

Método de Meyerhof.

Page 12: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 12

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Meyerhof estudia el caso de cimientos poco profundos construidos en taludes, combinando su propia

teoría de capacidad de carga con los estudios referentes a la estabilidad de aquellos.

Se consideran dos casos diferentes para el cimiento.

1. El cimiento está colocado sobre la ladera del talud.

2. El cimiento está sobre la corona del terraplén, pero a distancia tal del borde del talud que éste

deja sentir su influencia.

Desde luego en ambos casos, la amplitud de las zonas plásticas es menor que la que se tiene en un

cimiento situado sobre un terreno horizontal, razón por la cual la capacidad de carga influenciada por el

talud siempre será mejor.

CASO 1

Cimiento alojado en el talud sobre suelos puramente cohesivos Fig. VIII-d.1

qc = c* Ncq + ½ *B* Nq Ec. 8.d.1 Capacidad de carga del suelo.

Ns = ( H)/c Ec. 8.d.2 Número de estabilidad del talud

Si B<H, use las curvas para Ns = 0

Si B H, use las curvas para el número Ns de estabilidad calculado

H: altura del talud

Ncq: depende de ángulo de inclinación y de la relación Df/B.

Nq: rige la capacidad de carga de un cimiento continuo colocado en el talud de un material puramente

friccionante. Este factor depende del ángulo de fricción , de la inclinación del talud, , y otra vez de la

relación D/B. En ambos casos la línea llena se refiere al valor Df/B=0 y la punteada a Df/B=1

Para Ns=5.53, se tiene un estado crítico en el talud; congruente con la capacidad de carga del cimiento

en tal caso es nula (Ncq=0). Analogamente si Ns=0, y =0 se tiene una superficie horizontal y el

factor Ncq resulta igual a 5.2, valor que coincide con el que, como se dijo resulta en la teoría de Prandtl

para un cimiento común largo en material cohesivo. En las gráficas se observa que para cierto valor de

Ns, la capacidad de carga disminuye con el ángulo del talud, y al crecer el valor de Ns por aumentar

la altura del talud, la capacidad de carga disminuye rápidamente.

Cimiento alojado en el talud sobre suelos puramente friccionantes Fig. VIII-d.2

En taludes de suelo puramente friccionante el factor Nq: disminuye al disminuir , lo cual es de

sentido evidente y disminuye también cuando , crece, observando que aun para el caso D/B=0,

desplantado el cimiento en un talud cuya inclinación sea crítica ( =0 ), el sistema conserva una

capacidad de carga.

Page 13: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 13

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

CASO 2.

Cimiento alojado en la corona de un talud Fig. VIII-d.2

Para un suelo puramente cohesivo cimientos largos. Ncq

El valor de Ncq depende del número de estabilidad, Ns, de su inclinación, , de la relación Df/B=0,

y de la distancia al borde del talud, b, expresada por la relación b/B o b/H. Las líneas llenas y

punteadas tienen el mismo sentido ya visto.

Para un suelo puramente friccionante cimientos largos. Nq

El factor Nq que rige la capacidad de cimientos sobre taludes friccionantes, depende del ángulo de

fricción , del ángulo del talud , de la relación Df/B y del la relación b/B.

Puede observarse en ambos casos que existe un valor de la distancia b tal que para valores mayores la

capacidad de carga del cimiento ya no se ve influida por la presencia del talud. Este valor, de gran

importancia práctica, oscila entre 2 y 6 veces el ancho del cimiento y depende de la relación Df/B y del

ángulo de fricción interna.

Comentarios finales.

Nótese que al colocar un cimiento en un talud, sea cual sea su posición (Talud o Corona), la estabilidad

de éste probablemente cambia, por lo que siempre deberá verificarse por los métodos usuales que el

talud sigue siendo estable, considerando la sobrecarga que el cimiento representa.

También debe insistirse que las soluciones antes descritas valen sólo para taludes en suelos puramente

cohesivos o puramente friccionantes según el caso. Así la formula 8-d.1 deberá aplicarse siempre

desglosada: el primer término del segundo miembro para suelos cohesivos y el segundo para

friccionantes.

Page 14: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 14

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

.

.

.

B

b

Df

Df

Fig. VIII.d.1 Cimiento en ladera de un talud

Fuente: Juárez Badillo, Rico Rodrígez, Mecánica de

suelos tomo 2, Noriega-Limusa, México, 2a Ed. 2001

Fig. VIII.d.2 Cimiento en la corona de un talud

.

E

d

aror

c

h

f

. 45+/245-/2

.

.

B

d

rorf

. 45+/245-/2

.

E

g

a

Q

Q

Page 15: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 15

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

0 1 2 3 4 5 6

1

510

25

50

100

200

300

400

40°

20°

20°30°

30°

40°

40°

30°

40°

30°

________ Df/B=0

_ _ _ _ _ Df/B=1

a) N q for granular soils

0 y c=0

N

q

Figura 4.14 Meyerhof bearing capacity factor N q, Ncq

for foundation on Top a Slope.

0 1 2 3 4 5

b/B for Ns=0; b/H for Ns>0

0

2

4

6

8

=0°

15°

30° 45° 60°

90°

60° 90°

30° 60° 90°

30°

60°

90°

Ns=0

Ns=2

Ns=4

Ns=0

_____ Df/B=0

- - - - - Df/B=1

b) Ncq for cohesive soils

=0 y c0

Ncq

b/B

1

3

5

7

Page 16: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 16

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

0° 10° 20° 30° 40° 60°

600

500

400

300

200

100

50

25

10

5

130° 40° 45°

30°

40°

45°

_ _ _ _ _ Df/B=1

_________ Df/B=0

' Ángulo efectivo de fricción interna

(Deg.)

N

q

30°

(Deg.)

40° 60° 80°0°0

4

6

8

3

2

1

0

4

5

5.53

0

Ncq

_ _ _ _ _ Df/B=1

_________ Df/B=0

Figura 4.18 Meyerhof bearing capacity factor N q, Ncq

for foundation on a Slope.

Ns=H/c

a) N q for granular soils

0 y c=0

b) Ncq for cohesive soils

=0 y c0

2

Page 17: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 17

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

3.16 Consideraciones finales cimentaciones sobre el talud o la corona

1. La cohesión predomina en un suelo cohesivo.

2. El factor q = Df puede ser tomado como sobrecarga efectiva, esfuerzo efectivo o presión

intergranular, en el caso de un nivel freático cercano, los métodos propuestos son una simplificación de

esta consideración.

3. El término de profundidad (qNq) predomina en suelos menos cohesivos.

Únicamente una profundidad de desplante pequeña (Df) incrementa la capacidad de carga última

sustancialmente.

4. El término del ancho de la base 0.5BN provee un incremento en la capacidad de carga tanto para

suelos cohesivos como para suelos no cohesivos. En casos conde B < 3 a 4 metros este término puede

ser despreciado con un pequeño margen de error.

5. Una cimentación no se colocará en una superficie de terreno no cohesivo.

6. La ecuación de Terzaghi es de fácil manejo, particularmente para bases con una carga vertical y Df/B

≤ 1, también puede utilizarse para cimentaciones profundas pero ajustando los factores N (factores de

capacidad de carga).

7. Vesic recomendó que los factores de profundidad no sean utilizados para cimentaciones superficiales

(Df/B ≤ 1) debido a la incerteza en la sobrecarga. Sin embargo dio los valores mostrados en su ecuación

a pesar de la recomendación.

Page 18: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 18

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 19: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 19

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

3.15.1 Ejemplo 10

Determine la capacidad de carga del siguiente suelo, por medio de los datos obtenidos en el ensayo de

triaxial (ver figura 52). Descripción del suelo: limo arenoso color café (M1)

Solución.

Caso 2. Cimiento alojado en la corona del talud.

Evaluación del Ns, como B < H. el número de estabilidad Ns = 0,

por lo que se determinan las siguientes relaciones:

Df/B = (1m/1.25m)=0.80

b/B = (1.55m/1.25m) = 1.24

Teniendo Df/B = 0.8, los valores de los factores Ni se encuentran en el rango de;

Df/B = 0 (líneas continuas) y.

Df/B = 1 (líneas discontinuas),

pueden tomarse los valores de Ncq y Nq para Df/B = 0 o realizarse una interpolación lineal de la

siguiente forma:

Evaluación de Nq __________________________________________________________

Para Df/B = 0 (líneas continuas, gráfico 4.14 a):

Las curvas para determinar los factores están dadas para valores de =30º y = 40º así que

también puede realizarse interpolación lineal:

Del gráfico 4.14 a), con:

b/B=1.24, para = 30º, β = 36º, ⇒ Nq ≅ 9

b/B=1.24, para = 40º, β = 36º, ⇒ Nq ≅ 44

1.25

1.55

B

Problema 10

Limo Arenoso color café.

= 1.77 Ton/m³

tr = 32.27°

Cu = 7.3 Ton/m²

FS = 3

1.00

2.45

36°

Page 20: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 20

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Para = 32.27º:

(44-9)/ (40º - 30º) = (Nq – 9) / (32.27º - 30º) Nq = 16.95, (Df/B = 0)

==========================================================================

Para Df/B = 1 (líneas discontinuas, gráfico 4.14 a):

Del gráfico 4.14 a), con:

b/B=1.24, para = 30º, β = 36º ⇒ Nq ≅ 26

b/B=1.24, para = 40º, β = 36º ⇒ Nq ≅ 110

Para = 32.27º:

(110-26)/ (40º - 30º) = (Nq – 26) / (32.27º - 30º) Nq = 45.07, (Df/B = 1)

Determinar entonces el valor de Nq para (Df/B = 1)

(44.07 – 16.95)/ (1 - 0) = (Nq – 16.95) / (0.8 - 0) Nq = 39.45 valor de diseño

Evaluación de Ncq (gráfico 4.14 b):____________________________________________

Para el número de estabilidad Ns = 0 y Df/B = 0 (líneas continuas).

b/B= 1.24

β = 36º ⇒ Ncq ≅ 5, (Df/B = 0)

Para el número de estabilidad Ns = 0 y Df/B = 1 (líneas discontinuas).

b/B= 1.24

β = 36º ⇒ Ncq ≅ 6.4, (Df/B = 1)

Determinar el factor Ncq para Df/B = 0.8:

(6.4 – 5)/ (1 - 0) = (Ncq – 5) / (0.8 - 0) Ncq = 6.12 valor de diseño.

Determinar la capacidad de carga última:_______________________________________________

qu = cNcq + ½BNq (Ec. 3.81)

qu = 7.3 (Ton/m2) *6.12 + 0.5*1.77 (Ton/m3)*1.25 (m)*39.45 = 88.32 Ton/m2.

Si se aplica un factor de seguridad de 3:

qadm = 88.32/3 = 29.44 ton/m2

Respuesta:

qu = 88.32 ton/m2

qadm = 29.44 ton/m2

Page 21: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 21

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Ejemplo 3.10

Para las condiciones que se muestran en la siguiente figura. Determine la capacidad de carga total

admisible para la cimentación indicada.

Solución:

Como B<H, supondremos el número de estabilidad Ns=0. De la ecuación (3.38)

qu = c*Ncq

si Df/B = 1.2/1.2=1

b/B=0.8/1.2=0.75

del gráfico 4.14 b), para =30°, Df/B = 1 (línea punteada) y b/B = 0.75, Ncq = 6.3. Por consiguiente,

qu = (50)(6.3) = 315 kN/m2.

qadm= qu /FS = 315/4 = 78.8 KN/m2.

1.20

0.80

1.20

6.20

30°B

2B

BArcilla

= 17.5 KN/m³

= 0°

C = 50.0 KN/m²

FS = 4

Page 22: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 22

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Problema 1 Cimentaciones profundas.

Calcule la capacidad de carga última qu y la admisible q adm con un FS=3, de un cajón de longitud

infinita, de 2 m de ancho, desplantado a 1 m de profundidad, en todos los casos siguientes.

CASO 1. y CASO 2.

a) En base al esfuerzo cortante máximo calculado con la teoría de la elasticidad.

b) Con la teoría de Terzaghi.

c) Con la teoría de Skempton.

d) Con la teoría de Meyerhof.

CASO 3.

a) Con la teoría de Terzaghi.

b) Con la teoría de Meyerhof.

2.00

1.00

Cajón

2 m x m CASO 1.

Arcilla blanda

qu = 4 Ton/m².

m = 1.70 Ton/m³.

2.00

1.00

Cajón

2 m x m CASO 2.

Arcilla firme

qu = 20 Ton/m².

m = 1.80 Ton/m³.

2.00

1.00

Cajón

2 m x m CASO 3.

Arena y grava seca

d = 1.60 Ton/m³.

= 32°

= 36°

Page 23: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 23

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

CASO 4.

En arcilla estratificada.

CASO 5.

En arcilla estratificada.

2.00

1.00

Cajón

2 m x m CASO 4.

Arcilla 1

c1 = 0.50 Kg/cm².

m = 1.80 Ton/m³.

CASO 4.

Arcilla 2

c2 = 1.00 Kg/cm².

m = 1.80 Ton/m³.

2.00

.

2.00

1.00

Cajón

2 m x m CASO 5.

Arcilla 1

c1 = 1.00 Kg/cm².

m = 1.80 Ton/m³.

CASO 5.

Arcilla 2

c2 = 0.50 Kg/cm².

m = 1.80 Ton/m³.

2.00

.

Page 24: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 24

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

CASO 6.

En arena y arcilla, con el nivel freático coincidiendo con la profundidad de desplante del cimiento y

considerando seco el material sobre dicho nivel..

2.00

1.00

Cajón

2 m x m

CASO 6.

Arena y grava seca

d = 1.60 Ton/m³.

= 36°N.A.F.

CASO 6.

Arena y grava seca

Sat = 2.00 Ton/m³.

= 36°

Page 25: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 25

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 26: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 26

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 27: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 27

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 28: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 28

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 29: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 29

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 30: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 30

Instituto Tecnológico

de Zacatepec

Page 31: Cimentaciones superficiales y profundas v3

Departamento: Ciencias de la Tierra

INGENIERÍA CIVIL

Mecánica de Suelos Aplicada

Ricardo B. Cervantes Quintana

Pág.| 31

Instituto Tecnológico

de Zacatepec