Geotecnia

Universidad Nacional ExperimentalDe los Llanos OccidentalesEzequiel ZamoraUNELLEZ

Profesor:Jorge Luis MillanoBachilleres:Isneli Juregui C.I.24.793.322Michell Maya C.I. 24793523Seccin 01Ingeniera Agrcola San Carlos, Junio de 2014Geotecnia Resistencia al esfuerzo cortante, capacidad de la carga de los suelos, fundaciones.*

IntroduccinEl presente trabajo ha sido elaborado con la finalidad de desarrollar los aspectos ms resaltantes del tema relacionado con los suelos, los cuales abarcan la cubierta superficial de la mayora de la superficie continental de la Tierra. Es un agregado de minerales no consolidados y de partculas orgnicas producidas por la accin combinada del viento, el agua y los procesos de desintegracin orgnica.Los suelos cambian mucho de un lugar a otro. La composicin qumica y la estructura fsica del suelo en un lugar dado, estn determinadas por el tipo de material geolgico del que se origina, por la cubierta vegetal, por la cantidad de tiempo en que ha actuado la meteorizacin, por la topografa y por los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas. Las variaciones del suelo en la naturaleza son graduales, excepto las derivadas de desastres naturales.

Capacidad de la carga de los suelosEn cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre l. Tcnicamente la capacidad portante es la mxima presin media de contacto entre la cimentacin y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales: Si la funcin del terreno de cimentacin es soportar una determinada tensin independientemente de la deformacin, la capacidad portante se denominar carga de hundimiento. Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensin aplicada al terreno y la deformacin sufrida por ste, deber calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.De manera anloga, la expresin capacidad portante se utiliza en las dems ramas de la ingeniera para referir a la capacidad de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma. Capacidad de carga a corto y a largo plazoLas propiedades mecnicas de un terreno suelen diferir frente a cargas que varan (casi) instantneamente y cargas casi permanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera ms rgida frente a cargas de variacin que instantnea ya que stas aumentan la presin interesticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de agua. En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presin intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de algunas zonas.En el clculo o comprobacin de la capacidad portante de un terreno sobre el que existe una construccin debe atenderse al corto plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el comportamiento a corto plazo se desprecian todo los trminos excepto la cohesin ltima, mientras que en la capacidad portante a largo plazo (caso con drenaje) es importante tambin en rozamiento interno del terreno y su peso especfico. Frmula de TerzaghiKarl von Terzaghi (1943) propuso una frmula sencilla para la carga mxima que podra soportar una cimentacin continua con carga vertical centrada,1 apoyada sobre la superficie de un suelo dada por:

Donde:, carga vertical mxima por unidad de longitud., sobrecarga sobre el terreno adyacente a la cimentacin., cohesin del terreno., ancho transversal de la cimentacin, peso especfico efectivo (ver tensin efectiva) del terreno., coeficientes dependientes de ngulo de rozamiento interno, para las que Terzaghi sugiri algunas aproximaciones particulares, como por ejemplo .Anteriormente Prandtl (1920) haba resuelto el problema para una cimentacin de longitud infinita y ancho b sobre un terreno arcilloso con ngulo de rozamiento nulo y peso despreciable, obteniendo:

La frmula de Terzaghi por tanto generaliza el clculo de Prandt para la capacidad portante a corto plazo. La frmula (1) es aplicable tanto al largo plazo como a corto plazo: Capacidad portante a corto plazo o no-drenada. En este caso se puede tomar y se puede despreciar el peso del terreno, pero debe tomarse como cohesin como la resistencia al corte no drenada . Capacidad portante a largo plazo o drenada. En este caso se toma la cohesin como resistencia al corte drenada, y debe considerarse las variables como funcin del ngulo de rozamiento interno.La frmula de Prandtl fue mejorada por Skempton2 para tener en cuenta la longitud finita (L)de las cimentaciones rectangulares reales, y el hecho de que se encuentran a una profundidad finita (D), la frmula Skempton es:

Frmula de Brinch-HansenLa frmula obtenida por el ingeniero dans J. Brinch Hansen es una generalizacin que incluye como casos particulares la frmula de Terzaghi y la frmula de Skempton. Esa frmula incluye adems de los efectos de forma y profundidad considerados elementalmente por Skempton los factores de inclinacin de la carga, usando una frmula de mayor rango de aplicabilidad. La expresin Brinch-Hansen (1961) es:3

Donde tienen los mismos significados que en frmula de Terzaghi y el resto de parmetros son funciones del ngulo de rozamiento interno:Son los factores de forma.Son los factores de profundidad.Son los factores de inclinacin de la carga.Para los parmetros Brinch Hansen propuso las siguientes expresiones en trmios de ngulo de rozamiento interno:

El resto de factores adicionales en la frmula (3) se explican a continuacin. Factores de forma y profundidadPara los factores de forma para una cimentacin rectangular se tiene:

Los factores de profundidad cuando entre la base de cimentacin y la superficie del terreno existe una distancia vertical D, vienen dados por las expresiones:

Factores de inclinacin de la cargaPara estos factores Binch Hansen proporcion ecuaciones exactas que requera resolver la ecuacin trigonomtrica compleja para :

Y donde se deduce del diagrama de rotura pertinente, es el ngulo entre la carga inclinada y la vertical.4 5 Las expresin del primer factor de inclinacin viene dado por:

Donde:son las componentes horizontal y vertical de la carga,la cohesin del terreno y su ngulo de rozamiento interno,son las dimensiones rectangulares de la cimentacin.Los otros dos factores de incliancin de la carga son simplemente:

Clculo a largo/corto plazoLa frmula de Binch-Hansen generaliza la frmula de Terzaghi es igualmente aplicable tanto al largo plazo como a corto plazo: Capacidad portante a largo plazo o drenada. En este caso se toma la cohesin como resistencia al corte drenado, y debe considerarse las variables como funcin del ngulo de rozamiento interno. Capacidad portante a corto plazo o no-drenada. En este caso se puede tomar y se puede despreciar el peso del terreno, pero debe tomarse como cohesin como la resistencia al corte no drenada . Las expresiones en el caso no-drenado son consderablemente ms simples al no intervenir en ellas el ngulo de rozamiento interno.FUNDACIONES Importancia de las FundacionesLa condicin fundamental para que un espacio sea arquitectnico es que debe estar construido: SI NO EST CONSTRUIDO NO ES UN EDIFICIOConstruir es levantar una forma con materiales pesados, "edificar" o sea fijarla a la tierra. La construccin requiere muchos materiales y de muy diversos tipos, El peso de todos estos materiales debe descargarse en tierra en forma estable y permanente. Los cimientos o fundaciones son la parte de la estructura que transmiten las cargas al terreno. Ellas son las encargadas de unir la estructura con el suelo, de recibir las cargas y distribuirlas de manera tal que el terreno sea capaz de soportarlas, de ah la importancia de estos elementos estructurales. El estudio de suelosLa eleccin del sistema de fundacin depende de las condiciones particulares del suelo y de las caractersticas de la estructura a fundar.Para poder elegir correctamente el tipo de fundacin adecuada para un edificio hay que realizar previamente un estudio del suelo donde ste ser levantado. El Estudio de suelos lo realiza un profesional especializado en este tipo de ensayos y consta de trabajos de campo en el lugar, donde se extraen muestras y se determina la profundidad a la que se debe fundar, y ensayos posteriores de laboratorio donde se analizan las muestras obtenidas

Estudio realizado en el terrenoESTUDIOS DE LABORATORIO

TAMICESLIMITE PLSTICO

CONTENIDO DE HUMEDAD

Estudio de suelosINFORMACIN A SUMINISTRAR POR EL PROYECTISTAPara poder realizar un estudio de suelos debemos darle al profesional encargado de hacerlo la siguiente informacin Tipo de estructura a construir, numero de plantas, si existen subsuelos y su destino Cargas aproximadas que el suelo recibir a travs de las zapatas. Espaciamiento entre las columnas Ubicacin de la construccin en el predioEl ensayista lleva a cabo los trabajos y nos entrega un informe que debe contener los siguientes datos Descripcin del Trabajo de campo Ubicacin de los ensayos Resultados del Ensayo de Penetracin Informe sobre Ensayos de Laboratorio Clasificacin y Descripcin de los suelos Informe sobre el nivel de Agua Recomendacin sobre fundaciones a adoptar. Datos adicionales, agresividadAdems de un plano del terreno donde se llevaron a cabo las perforaciones y la planilla del ensayo

Plano de ubicacin de las perforaciones

Planilla de estudio de los suelos Clasificacion de las fundacionesLas fundaciones se clasifican en: DIRECTAS INDIRECTAS SUPERFICIALES PROFUNDASFUNDACIONES DIRECTASCuando las cargas de la construccin se apoyan directamente sobre el plano de la fundacinZapatas CorridasReciben la carga de un muro o tabique

BASES SIMPLESSon aquellas que reciben la carga de una sola columna, pudiendo ser centradas o excntricas.Base Centrada

Base Excntrica

BASES CONTINUAS:Cuando dos bases contiguas se tocan se recurre a esta fundacin que consiste en unificar las bases.PLATEA DE FUNDACINEs una base para que soportar la carga de varias columnas en forma no lineal. Se las utiliza principalmente en terrenos poco resistentes, o cuando la carga del edificio es muy grande para la tensin admisible del terreno.Se componen de losas y vigas generalmente invertidas para la transmisin de las cargas al terreno estas plateas deben tener gran rigidez lo que lleva a ser muy costosas por su espesor y alturas.

FUNDACIONES INDIRECTASCuando las cargas de la construccin llegan a la tierra a travs de un elemento estructural adicionalCuando el terreno apto para fundar se encuentra a mucha profundidad, no resultan econmicas las soluciones antes vistas, entonces es conveniente recurrir al uso de pilotes, pilotines o pozos romanosPILOTINESSe utilizan para fundar a profundidades entre 2 a 4m. Pueden ser premoldeados o realizados in situ: se trata de columnas de dimetro entre 25 a 35 cm con armadura longitudinal. Se hallan unidos mediante una viga de encadenado que los vincula distribuyendo la carga que recibe de las paredes o tabiques.

PILOTESCuando el suelo donde debe fundarse una estructura alcanza su capacidad portante a profundidades muy grandes, mayores de 8 a 10m se utilizan la fundacin sobre pilotes

Pueden ser pre-moldeados y luego hincados o realizados in situ

Secciones de pilotes pre-moldeados

Estn unidos por un cabezal rgido de forma prismtica sobre el cual se apoyan las columnas o tabiques. Este cabezal es el encargado de transmitir dichas cargas a los pilotes.Ejemplos de cabezales

POZOS ROMANOSSon un tipo de fundacin para terrenos que tienen poca capacidad portante en los estratos superiores pero que despus a cierta profundidad tienen tensiones adecuadas.Se sitan en todas las esquinas de la construccin y en todos los encuentros de muros y debajo de las cargas aisladas, se entrelazan entre si con vigas de hormign armado encima de las cuales se construyen los muros.Consisten en la excavacin de un pozo , en general de seccin circular de un dimetro de aproximadamente 1,2m, llenos con hormign. La excavacin puede ser realizada con maquinarias o a mano

Resistencia al esfuerzo constante:

El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la seccin transversal de un prisma mecnico como por ejemplo una viga o un pilar. Se designa variadamente como T, V o Q.Este tipo de solicitacin formado por tensiones paralelas est directamente asociado a la tensin cortante. Para una pieza prismtica se relaciona con la tensin cortante mediante la relacin:

Para una viga recta para la que sea vlida la teora de Euler-Bernoulli se tiene la siguiente relacin entre las componentes del esfuerzo cortante y el momento flector:

No deben confundirse la nocin de esfuerzo cortante de la de tensin cortante. Las componentes del esfuerzo cortante pueden obtenerse como las resultantes de las tensiones cortantes. Dada la fuerza resultante de las tensiones sobre una seccin transversal de una pieza prismtica, el esfuerzo cortante es la componente de dicha fuerza que es paralela a una seccin transversal de la pieza prismtica:(3a)Donde:es un vector unitario a la seccin transversal.es el campo vectorial de tensiones.Obviamente dado que:(3b)Resulta que la ecuacin (3a) es equivalente a (1).Diagrama de esfuerzos cortantesEl diagrama de esfuerzos cortantes de una pieza prismtica es una funcin que representa la distribucin de esfuerzos cortantes a lo largo del eje baricntrico de la misma. Para una pieza prismtica cuyo eje baricntrico es un segmento recto los esfuerzos cortantes vienen dados por:

Donde la suma sobre i se extiende hasta k dado por la condicin , siendo el putno de aplicacin de la fuerza puntal . La anterior funcin ser continua si y slo si no existen fuerzas puntuales, ya que en ese caso el sumatorio se anulara, y al ser una funcin continua a tramos su primitiva es una funcin continua. Si en la posicin existe una carga puntal entonces:

Y por tanto el lmite por la izquierda y por la derecha no coiniciden, por lo que la funcin no es continua. La expresin (4) puede escribirse en forma de integral nica si se usa la funcin generalizada delta de Dirac:

Donde:

, punto de aplicacin de la carga puntual El diagrama de momentos definido por (1) o por (2) resulta ser la derivada (en el sentido de las distribuciones) del diagrama de momentos flectores.

Conclusin:

Con la realizacin de este trabajo de investigacin se puede concluir lo siguiente:1.-El suelo es un recurso natural renovable, pero su recuperacin amerita perodos de tiempo prolongados, lo que implica que se debe hacer uso adecuado de los mismos con el fin de protegerlos. Los suelos muestran gran variedad de aspectos, fertilidad y caractersticas qumicas en funcin de los materiales minerales y orgnicos que lo forman.La accin conjunta de los factores que condicionan la formacin y evolucin del suelo conduce al desarrollo de diferentes perfiles o tipos de suelos. En el desarrollo y formacin de los suelos intervienen numerosos tipos de procesos, algunos de ellos son de tipo pasivo; otros son agentes activos, El suelo es un material superficial natural, que sostiene la vida vegetal. Cada suelo posee ciertas propiedades que son determinadas por el clima y los organismos vivientes que operan por perodos de tiempo sobre los materiales de la tierra y sobre el paisaje de relieve variable.Sin el suelo sera imposible la existencia de plantas superiores y, sin ellas, ni nosotros ni el resto de los animales podramos vivir. A pesar de que forma una capa muy delgada, es esencial para la vida en tierra firme. Cada regin del planeta tiene unos suelos que la caracterizan, segn el tipo de roca de la que se ha formado y los agentes que lo han modificado.

Bibliografa: K. Terzaghi: Theoretical soil mechanics, Wiley, New York, 1943.

W. Skempton: "The bearing capacity of clays" Proc. Buil. Res. Congr., Londres, 1951.

Brinch Hansen, J. (1961): "A general formula for bearing capacity", Bulletin No 11, Geoteknisk Institut. Institute Akademict for de Tekniske Videuskaber, Copenhagen

E. Schultze: "Der Widrestabd des Baugrundes gegen schrge Sohlpressungen", Bautechnik, 1952, Heft 12.

G. G. Meyerhoff: "The bearing capacity of foundations under eccecntric and inclined loads", Proceedings of Third International Conference in Soil Mechanics,

https://www.google.co.ve/?gws_rd=ssl#q=fundaciones+de+la+carga+de+los+suelo+wikipedia&start=20

Ortiz Berrocal, Luis. Resistencia de Materiales. McGraw-Hill. ISBN9788448156336