INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CINTALAPA

EQUIPO DE TRABAJO :

• CESAR AUGUSTO AGUILERA LÓPEZ.• LESLIE JAQUELINE CAMACHO

PACHECO.• REYNA GPE. CARRILLO ESCOBAR.• ARELI ESTRELLA CRUZ PÉREZ. • ARTURO LÓPEZ MELGAR.• GUADALUPE PADILLA ROMERO.• ALEXIS GUILLERMO PÉREZ CHACÓN.• NOEMI PÉREZ PÉREZ.• MITCHEL RAMOS CRUZ.• GABRIEL ROMAN MORENO.

CATEDRATICO:ING. JOSÉ MANUEL DÍAZ MÉNDEZ.

MATERIA:“MECANICA DE SUELOS APLICADA”.

CAPACIDAD DE CARGA

La máxima resistencia del suelo ante la presencia de esfuerzo cortante, es así a lo que se conoce como la capacidad de carga última.

Este estado límite nos indica todos los esfuerzos que el suelo puede aguantar antes de presentar daños irreparables; la manera de calcular la capacidad de carga es:

Ecuación general de la capacidad de carga: TEORÍA TERZAGHI

FACTORES DE LA CAPACIDAD DE CARGA PUNTEADAS EN LA FIG.

a) FACTORES QUE DETERMINAN LA CAPACIDAD DE CARGA

Es importante mencionar que existen fenómenos que alteran la capacidad de carga del suelo, como los que se comentan a continuación: 

TIPO DE SUELO:

Clasificar al suelo de acuerdo a sus propiedades índice es muy importante, ya que, no solo son indicadores sobre la teoría a utilizar para el cálculo de capacidad de carga, sino proporciona una idea del tipo comportamiento que puede presentar el suelo.

En esta se consideran:

Arcillas como suelos puramente cohesivos:

Totalmente saturados:

Nos referimos a este tipo de suelo a los suelos que tienen el parámetro =0, con la condición de Sr cercano 100%. Si el suelo a analizar persiste la condición de totalmente saturado observamos que la condición más desfavorable para la resistencia al corte ocurre cuando ( ) provocando que el esfuerzo cortante se calcule así:

Parcialmente saturados:

Los suelos cohesivos presentan valores de 0 en el ángulo de fricción interna. De acuerdo a Fredlund y Rahardjo (1993) proponen la siguiente ecuación para calcular el esfuerzo cortante de la siguiente manera:

Arenas como suelos puramente friccionantes: Se considera a suelos totalmente friccionantes a limos y arcillas, esto por tener el parámetro c=0 y poder calcular el esfuerzo cortante de la siguiente manera:

Otro efecto a considerar en suelos friccionantes es el nivel de agua freática en área en que se presenta la cimentación, esto porque las arenas tienen un coeficiente elevado de permeabilidad ocasionando que se expulse el agua con relativa facilidad, en otras palabras, se consolide prácticamente en cuanto se le aplique una carga externa.

Por lo antes mencionado el calculo de capacidad de carga para suelos friccionantes, más la capacidad de carga resistente bajo el efecto del agua resulta en la siguiente ecuación:

FORMA DE LA CIMENTACIÓN.

El efecto que tiene la forma de la cimentación recae directamente en los valores de Nc, Nq, Nγ, fc, fq y fγ, que a su vez toman valores distintos de acuerdo a la teoría que se utilice para el calculo mismo de capacidad de carga.

FACTORES DE RESISTENCIA.

ELEMENTOS MECÁNICOS

FORMULAS

SOLUCION DE PRANDTL:

qmáx .= (π + 2) c

Donde:

= Carga máxima. 

c= Esfuerzo de compresión.

SOLUCIÓN DE HILL.

qmáx .= 2 c (1 + θ)

Donde:

qmáx. = 2c, para θ = 0, caso de una prueba de compresión simple y resultado de ella obtenido.

qmáx. = (π + 2) c, para θ = 90°, que corresponde a superficie horizontal en el medio semi – infinito.

KHRISTIANOVICH:

Donde:

= Carga admisible.

= Sobrecarga a nivel de desplante.

FS= Factor de seguridad.

Si FS = 1, se tiene una condición de crítica.

Si FS = ∞, se tiene una condición de equilibrio óptima.

FS > 1 implica condición de equilibrio y FS < 1 implica inestabilidad.

Dependiendo del valor de qadm. pueden presentarse los siguientes casos:

 Cimentación totalmente compensada: el suelo no

aporta resistencia para soportar la carga aplicada.

qadm. = γDf

Cimentación sobrecompensada: en esta situación puede ocurrir una falla de fondo (expansiones).

qadm. < γDf

Cimentación subcompensada: en esta situación pueden ocurrir asentamientos.

qadm. >γDf

TEORÍA DE TERZAGHI:

• TEORIA DE SKEMPTON

• TEORIA DE MEYERHOF

b) EVOLUCIÓN DE LAS TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA

SOLUCIÓN DE PRANDTL:

Prandtl en 1920 estudió el problema de la identación de un medio semiinfinito, homogéneo, isótropo y rígido plástico perfecto, por un elemento rígido de longitud infinita de base plana. Considerando que el contacto entre el elemento y el medio era perfectamente liso, propuso el mecanismo de falla que se ilustra en la figura 5. El problema consiste en determinar la máxima presión que puede aplicarse al elemento rígido sin que penetre en el medio semiinfinito; a este valor se le denomina “carga límite”.

SOLUCIÓN DE HILL.

En la figura se muestra el mecanismo de falla propuesto por Hill, en el que las regiones AGC y AFD son de esfuerzos constantes y la región AFG es de esfuerzo radial.

Otro tanto puede decirse de las zonas simétricas, en el lado derecho de la figura. Los esfuerzos en estas regiones son los mismos que se presentan en las correspondientes del mecanismo de Prandtl, pero las velocidades de desplazamiento son diferentes.

Fig. 6.Cuña truncada sujeta a identación.

KHRISTIANOVICH: 

El “modelo mecánico de la balanza de Khristianovich”, para visualizar objetivamente el problema de la Capacidad de Carga en Suelos.

Considérese una balanza ordinaria, cuyo desplazamiento está restringido por fricción en las guías de los platillos, tal como se muestra en la figura 3.1.

Considérese ahora el caso de una cimentación.

Un cimiento de ancho B, esta desplantado a una profundidad D, dentro de un medio continuo, Figura 3.2.El problema de una cimentación seria encontrar la carga q, máxima, que puede ponerse en el cimiento, sin que se pierda la estabilidad del conjunto.

TEORÍA DE TERZAGHI:

Esta teoría es uno de los primeros esfuerzos por adaptar a la mecánica de suelos, los resultados de la mecánica del medio continuo.

La teoría cubre el caso más general de suelos con “cohesión y fricción”.

La teoría de Terzaghi es posiblemente la más usada para el cálculo de la capacidad de carga en el caso de cimientos poco profundos.

TEORÍA DE SKEMPTON.

Skempton realizó experiencias tratando de cuantificar estas ideas y encontró, en efecto, que el valor de N no es independiente de la profundidad de desplante; también encontró, de acuerdo con la intuición, que N crece al aumentar la profundidad de desplante del cimiento, si bien este crecimiento no es ilimitado, de manera que N permanece ya constante de una cierta profundidad de desplante en adelante.

TEORIA DE MEYERHOF

En esta teoría y en caso de cimientos largos, se supone que la superficie de desplazamiento con la que falla el cimiento tiene la forma que se muestra en la imagen Nº 5.

Línea BD es llamada por Meyerhof la superficie libre equivalente" y en ella actúan los esfuerzos normales, p0 y tangenciales, S0, correspondientes al efecto del material contenido en la cuña BDE.

TEORIA DE ZAEVAERT

Cuando se tiene una cimentación piloteada con pilotes de punta, alojada adentro de una cierta estratigrafía que contenga una mano compresible, si dicho manto, tiende a disminuir de espesor por algún proceso de consolidación inducido, se está gestando un problema muy común denominado fricción negativa.

Al permanecer fijos los pilotes, el suelo que se consolida tiende a bajar a los largo de su fuste. Induciendo esfuerzos de fricción que sobrecargan los pilotes para colgarse en material circunvecino a los mismo. Si estas sobrecargas no han sido tomadas en cuenta en el diseño, se puede llegar a producir un colapso de los pilotes por penetración en el estrato resistente.

Falla de conjunto de una cimentación con pilotes de fricción