Call for Papers - International Journal of Intelligent Systems and Applicatio...
Info5 GEOTECNIA 2 EMPUJE DE TIERRAS
1. CAPACIDAD DE CARGA EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Rodolfo Luis Tello Jaimes
Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura, Universidad Nacional Hermilio Valdizán
3204: Geotecnia II
Dr. Ing. Erasmo Alejandro Fernández Sixto
29 de noviembre del 2020
2. Resumen
La capacidad de carga de cimentaciones superficiales o poco profundas es un tema
importante para el estudio de las cimentaciones y sus relaciones con la estructura y el suelo.
El presente trabajo describe el marco teórico del tema y la resolución de problemas
aplicativos del libro de fundamentos de ingeniería geotécnica del Dr. Braja M. Das.
3. Introducción
Se puede definir como capacidad de carga, a la carga por unidad de área bajo la fundación
bajo la cual se produce la falla por corte, es decir, es la mayor presión unitaria que el suelo
puede resistir sin llegar al estado plástico.
El trabajo contiene el marco teórico sobre el tema de la capacidad de carga en cimentaciones
poco profundas o superficiales, también muestra problemas aplicativos y su resolución con la
aplicación del software GE05.
4. Metodología
❖ Consulta de fuentes de estudio: Para involucrarnos mejor en la comprensión del tema de
capacidad de carga en cimentaciones superficiales, es necesario la investigación
bibliográfica, el cual se realizó con las siguientes fuentes: páginas web, libros digitales
de geotecnia, las clases grabadas en video del curso de Geotecnia II-2020, a cargo del Dr.
Ing. Erasmo Alejandro Fernández Sixto, de la escuela profesional de ingeniería civil de
la Universidad Nacional Hermilio Valdizán.
❖ Identificación de las características de capacidad de carga en cimentaciones superficiales,
realizando apuntes y anotaciones del tema, habiendo consultado las fuentes ya
mencionadas.
❖ Descripción de las características de la capacidad de carga en cimentaciones
superficiales.
❖ Resolución de ejercicios propuestos del libro “Fundamentos de ingeniería geotécnica”
del Dr. Braja M. Das, 4ta edición, específicamente del capítulo 16 - capacidad de carga
en cimentaciones superficiales.
❖ Uso del programa GE05, software para ingeniería geotécnica, para la resolución de los
problemas planteados del tema.
❖ Análisis de los resultados obtenidos con la fórmulas planteadas en clase, en la
bibliografía consultada y el uso del programa GE05.
❖ Elaboración de las conclusiones del tema en estudio.
5. Resultados
Para una mejor descripción de los procedimientos, cálculos, la discusión e interpretación de
los resultados, es necesario dar a conocer la parte teórica de las fórmulas a utilizar en el tema
de capacidad de carga de cimentaciones superficiales.
Cimentación
Es considerado la parte más baja de una estructura. Su función es transferir la carga de la
estructura al suelo sobre el que está descansando. Los ingenieros geotécnicos y estructurales
estudian las cimentaciones para evaluar la capacidad de carga o portante de los suelos y
plantear soluciones.
Teoría de Terzaghi de la capacidad última de carga
Donde:
q: Esfuerzo de la superestructura e infraestructura, que el cimiento transmite al terreno
de cimentación.
qu: Capacidad de carga última del terreno para una falla general.
Df: profundidad a la base de la cimentación.
6. Triangulo ACD: zona de falla, también denominada cuña de falla activa, que se
encuentra debajo de la cimentación.
Las zonas de corte radiales ADF y CDE: con las curvas DE y DF siendo arcos de una
espiral logarítmica.
Dos zonas pasivas Rankine triangulares AFH y CEG.
En sus estudios de Terzaghi sobre el tema, brinda un aporte muy importante, que hasta la
actualidad sirve como base para investigaciones más profundos en la geotecnia, en ella
expresa la capacidad última de carga:
7. Tabla N° 01
Factores de capacidad de carga de Terzaghi
Fuente: Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería geotécnica. Pág. 483.
8. Modificación de la ecuación de capacidad de carga de Terzaghi
La ecuación de capacidad última de carga podrá tomar la forma (Meyerhof, 1963)
Teniendo en cuenta las siguientes fórmulas complementarias:
9. Tabla N° 02
Valores de los factores de capacidad de carga modificadas de la ecuación de Terzaghi.
Fuente: Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería geotécnica.
11. Fuente: Braja M. Das. Fundamentos de ingeniería geotécnica.
Correcciones de capacidad de carga
1. Para un nivel freático
Figura N° 01
Casos de la capacidad de carga en relación al nivel freático y la cuña de falla
Cuña activa de falla
12. Caso I
Si el nivel freático se encuentra de manera que 0 ≤ D1 ≤ Df, el factor q en las
ecuaciones de capacidad de carga toma la forma.
Caso II
Cuando la cuña activa de falla toca o pasa el nivel freático que se encuentra debajo de la
estructura de cimentación
13. Caso III
Cuando el nivel freático está localizado en d ≥ 𝐁, el agua no tiene efecto sobre
la capacidad última de carga.
Cuando la cuña activa de falla no toca o no pasa el nivel freático.
2. Por cargas excéntricas en una dirección
Figura N° 02
Incidencia de momento y la excentricidad en la estructura de cimentación
En la figura N° 02:
- En el inciso (a) un hecho en que las cimentaciones están sometidas a momento.
- En el inciso (b) un hecho en que la excentricidad “e” se encuentra a una distancia
del eje de la estructura de cimentación.
16. 3. Por cargas excéntricas en ambas direcciones
Figura N° 03
Análisis de la cimentación con excentricidad bidireccional
17. Cuando se determinan el área efectiva (A’), el ancho efectivo (B’) y la longitud efectiva (L’),
pueden surgir cuatro casos posibles (Highter y Anders, 1985)
Caso I
Caso II
Caso III
19. Figura N° 04
Definición del área efectiva para la carga sobre una cimentación con excentricidad
bidireccional en los casos posibles
20. Resolución de los problemas aplicativos
A continuación, se va a resolver los problemas aplicativos que se encuentran en el libro de
Fundamentos de ingeniería geotécnica, del Dr. Braja M. Das, capítulo 16.
Problema 16.1: usando las fórmulas de terzaghi así mismo trabajando con su tabla de
capacidad de carga de terzaghi (utilizando la ecuación 16.4 así mismo la tabla 16.1) no se
encontró errores, aplico adecuadamente las ecuaciones dadas.
Se obtuvo como carga admisible 1438 kN.
21. Problema 16.2: Usando las fórmulas de meyerhof,1963. Así mismo trabajando con su tabla
de capacidad de carga con ángulos de fricción en los suelos no se encontró errores, aplico
adecuadamente las ecuaciones dadas.
Se obtuvo como carga admisible 1830.8 kN.
USANDO EL PROGRAMA DE GEO5 FINE EN EL PROBLEMA 16.1 Y 16.2
Imagen 01. Se lleva a configuraciones para poder ingresar los valores que nos pide.
22. Imagen 02. Asignamos estos valores creando una pestaña o icono que vamos a utilizar
hasta el final.
Imagen 03. Vamos a cimentaciones para poder ingresar datos de profundidad de la zapata.
23. Imagen 04. En la parte de cargas se tuvo que agregar datos para que cumplan con el
procedimiento y así corra el programa con los datos.
Imagen 05. En geometría diseñaremos la base de nuestra zapata.
24. Imagen 06. Ingresamos a fondo de zapata para poder ingresar datos de cohesión y fricción.
Finalmente ingresamos a tres ventanas que nos darán datos de si es accesible o no según
nuestro factor seguridad.
Imagen 07. Verificamos la capacidad portante y ponemos en factor de seguridad 3, el cual
nos dará 1003.52 kN
25. Imagen 08. Ingresamos a asentamiento para ver nuestro diseño.
Imagen 09. Ingresamos a dimensionamiento para ver nuestro diseño y como se ven en la
imagen nos da que es inaceptable, esto se da porque tuve que agregar cargas (fuerza x y,
momentos x y) a mi criterio ya que no tenía como dato.
26. Problema 16.3
usando las fórmulas de meyerhof,1963. Así mismo trabajando con su tabla de capacidad de
carga con ángulos de fricción en los suelos (utilizando la ecuación 16.9 así mismo la tabla
16.2) no se encontró errores, aplico adecuadamente las ecuaciones dadas.
Se obtuvo como carga admisible 336 kN.
Imagen02: sacada del libro de BRAJA M. DAS (PAG 489)
USANDO EL PROGRAMA DE GEO5 FINE EN EL PROBLEMA 16.3
Imagen 01. Se lleva a configuraciones para poder ingresar los valores que nos pide.
27. Imagen 02. Vamos a cimentaciones para poder ingresar datos de profundidad de la zapata.
Imagen 03. En geometría diseñaremos la base de nuestra zapata.
28. Imagen 04. Ponemos el nivel freático a 0.00, si el nivel de referencia es la zapata entonces
se tomara a 0.5.
Imagen 05. Verificamos la capacidad portante y ponemos en factor de seguridad 3, el cual
nos dará 242.83 kN
29. Imagen 06. Ingresamos a asentamiento para ver nuestro diseño.
Imagen 07. Ingresamos a dimensionamiento para ver nuestro diseño y como se ven en la
imagen nos da que es inaceptable, esto se da porque tuve que agregar cargas (fuerza x y,
momentos x y) a mi criterio ya que no tenía como dato.
30. Problema 16.4
usando las fórmulas de meyerhof,1963. Así mismo trabajando con su tabla de capacidad de
carga con ángulos de fricción en los suelos (utilizando la ecuación 16.9 y 16.23 así mismo la
tabla 16.2) no se encontró errores, aplico adecuadamente las ecuaciones dadas.
Se obtuvo como carga ultima 5260 kN/m.
Imagen02: sacada del libro de BRAJA M. DAS (PAG 493)
Problema 16.5
usando las fórmulas de meyerhof,1963. Así mismo trabajando con su tabla de capacidad de
carga con ángulos de fricción en los suelos (utilizando la ecuación 16.9 y 16.28 ya que trata
de una excéntrica, así mismo la tabla 16.2) no se encontró errores, aplico adecuadamente las
ecuaciones dadas.
Se obtuvo como carga ultima 5451 kN.
32. USANDO EL PROGRAMA DE GEO5 FINE EN EL PROBLEMA 16.4 y 16.5.
Imagen 01. Programamos a Meyerhof con una excentricidad de 0.2m para así modificar el
trabajo.
Imagen 02. Vamos a cimentaciones para poder ingresar datos necesarios para la zapata.
33. Imagen 03. En geometría diseñaremos la base de nuestra zapata, en este caso una zapata
continua o de franja.
Imagen 04. Verificamos la capacidad portante y ponemos en factor de seguridad 3, el cual
nos dará 3641.08 kN
34. Imagen 05. Ingresamos a asentamiento para ver nuestro diseño.
Problema 16.6
En este problema se hablará de la cimentación con excentricidad bidireccional, se usará las
formulas anteriores (16.9 y 16.2) meyerhof,1963, como también se utilizará las ecuaciones
16.36, 16.38, 16.37 y 16.23.
35. USANDO EL PROGRAMA DE GEO5 FINE EN EL PROBLEMA 16.6.
Imagen 01. Programamos a meyerhof con una excentricidad de 0.2m para así modicar el
trabajo.
Imagen 02. Se lleva a configuraciones para poder ingresar los valores que nos pide.
36. Imagen 03. Geometría de la zapata con doble excentricidad.
Imagen 04. Verificamos la capacidad portante y ponemos en factor de seguridad 3, el cual
nos dará 499.29 kN
37. Imagen 05. Ingresamos a asentamiento para ver nuestro diseño.
Imagen 07. Ingresamos a dimensionamiento para ver nuestro diseño y como se ven en la
imagen nos da que es inaceptable, esto se da porque tuve que agregar cargas (fuerza x y,
momentos x y) a mi criterio ya que no tenía como dato.
38. Conclusiones y recomendaciones
❑ Se describe en el marco teórico las fórmulas y casos posibles en el tema de capacidad de
carga en cimentaciones superficiales.
❑ En el trabajo se siguió con el procesamiento o cálculos para determinar los resultados de
la preguntas planteadas en el libro de fundamentos de ingeniería geotécnica haciendo uso
del programa GE05 Fine, software de ingeniería geotécnica.
39. Bibliografía
▪ Lambe, T (2004). Mecánica de suelos. Limusa.
▪ Braja, D (2013). Fundamentos de ingeniería geotécnica. Cengage Learning.
▪ Real Academia Española (15 de noviembre de 2020). Diccionario de la lengua española.
Diccionario de la lengua española. https://dle.rae.es/
▪ https://prezi.com/embed/fdjcfi3msobl/
