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de Seguridad
Capacidad Portante
de los Suelos Y Factor
de Seguridad
UNIVERDAD PERUANA
LOS ANDES
EST. JUAN MANUEL CHOZO ALD...
UNIVERSIDAD PERUANA
LOS ANDES
- UPLA -
FACULTAD DE INGENIERIA
ESPECIALIDAD: INGENIERIA CIVIL
A
CURSO : SUELOS I
CICLO : V
...
CAPACIDAD PORTANTE DE LOS
SUELOS Y FACTORES DE
SEGURIDAD EN CIMENTACION
CORRIDAS, CUADRAS Y
CIRCULARES
INDICE
1. Introducción…………..........................................................................5
Abstract
1.1. Proble...
1.7.8. Problemas Resueltos…………………………………..........26
1.8. Objetivo………………………………………………………………..28
1.9. Hipótesis……………………………………...
1. INTRODUCCION
La capacidad portante en las cimentaciones denomina la capacidad
portante del terreno para soportar las ca...
Abstract
This report brings together some of the main equations and methods
for determining the carrying capacity and bear...
1.1 PROBLEMA DE LA INVESTIGACION
En determinados trabajos de la ingeniería civil, se hace necesario hacer
un estudio de su...
estructural y brindar unas condiciones de interacción óptimas de
manera que se proteja la integridad de las personas de cu...
indicó en su momento y entre otros investigadores, K. Terzaghi), si dicha
zapata es de forma cuadrada, circular o rectangu...
Terzaghi, como es ya bien conocido, tomando como base algunos de las
ideas de Prandtl, propone una teoría, según la cual, ...
a) Profundidad de cimentación.
b) Dimensión de los elementos de la cimentación.
c) Características físico – mecánicas de l...
Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno
de los siguientes criterios funcionales:
Si la función ...
1.7.2.2. Falla por Punzonamiento
Ocurre en suelos bastante sueltos, la zona de falla no se extiende
como en el corte gener...
zapata) termina dentro de la propia masa de suelo y no en el terreno
(ver figura 25).
Cuando la carga por unidad de área e...
comparación a su resistencia al cortante la falla será por
punzonamiento.
Con base en resultados experimentales vesic (197...
Para cimentaciones superficiales es decir, para *
/fD B , la carga
última ocurre con un asentamiento de la cimentación de ...
Los ángulos CAD Y ACD se suponen iguales al ángulo de fricción
del suelo es decir   . Note que al reemplazar el suelo a...
ángulo ∝ mostrado en la figura 11.4 es más cercano a 45
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 , como fue originalmente supuesto por Terzaghi, con ...
La tabla 11.1 muestra la variacion de los factores de capacidad de carga precedentes
con angulos de friccion del suelo.
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esfuerzo efectivo al nivel del fondo de ...
Las relaciones para los factores de forma, factores de profundidad y
factores de inclinación recomendados para usarse, se ...
1.7.5. Modificacion de las ecuaciones para la
capacidad de carga por la posicion del nivel del agua
La ecuacion 11.7 fue d...
Caso II: para un nivel de agua localizada de modo que 0≤d≤B
fq D
El factor γ en el ultimo termino de las ecuaciones de c...
FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL
SEGÚN TERZAGHI VARIA ENTRE 2 A 3
1.7.7. Ecuaciones de Terzaghi
Cimentacion Corrida
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2
u c qq...
1.7.8. Problemas Resueltos
Se construye una zapata continua de un metro de ancho por 20m de
largo¿Cuál es la capacidad de ...
En una arena de compacidad relativa de 65% se desea saber la
capacidad de carga de una zapata cuadrada de 3m por lado.La a...
1.8 Objetivo
Dar a conocer los diferentes métodos y ecuaciones para el cálculo
de la capacidad de carga de cimentaciones s...
2.1.2 Diseño de investigación:
El diseño es analítico porque se compara y determina cuál
de los métodos de capacidad de ca...
Población: Provincia y departamento de lima
Muestra: Estratos obtenido mediante las excavaciones para el
proyecto El Termi...
Este sistema de exploración nos permite analizar directamente los
diferentes estratos encontrados, así como sus principale...
El area en estudio presenta superficialmente un terreno de cultivo
arcillo arenoso, ligeramente plastico, humedo, color ma...
2.6 Recolección de Datos
33
3. Resultados
3.1. Presentacion de Resultados
Para tal efecto, dadas las carcteristicas de las estrucrueas
consideradas en...
Una adecuada extraccion y tallado de la muestra de suelo para el
ensayo triaxial y el ensayo de corte directo permite obte...
4. Referencia y Anexos
4.1. Panel Fotografico
4.2. Bibliografia
Eulalio Juárez Badillo y Alfonso Rico Rodríguez. Mecánica de
suelos, tomo II. (2ª Edición; México: Edito...
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  1. 1. de Seguridad Capacidad Portante de los Suelos Y Factor de Seguridad UNIVERDAD PERUANA LOS ANDES EST. JUAN MANUEL CHOZO ALDANA EST. CLEIDI VEGA VALDIVIESO MECANICA DE SUELOS I 2015
  2. 2. UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES - UPLA - FACULTAD DE INGENIERIA ESPECIALIDAD: INGENIERIA CIVIL A CURSO : SUELOS I CICLO : V CATEDRATICO : ING. FERNANDO UCHUYPOMA MONTES ALUMNOS : CHOZO ALDANA JUAN MANUEL VEGA VALDIVIESO CLEIDI LIMA-2015 CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS Y FACTOR DE SEGURIDAD EN CIMIENTACIONES SUPERFICIALES
  3. 3. CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS Y FACTORES DE SEGURIDAD EN CIMENTACION CORRIDAS, CUADRAS Y CIRCULARES
  4. 4. INDICE 1. Introducción…………..........................................................................5 Abstract 1.1. Problema de la Investigación………………………………..............8 1.2. Planteamiento del Problema………………………………………….8 1.3. Formulación del Problema…………………………………………….9 1.4. Justificación de la Investigación………………………………….......9 1.5. Marco Referencial 1.5.1. Capacidad de Carga………………………………………….11 1.5.2. Factor de Seguridad Frente una Falla por Corte………….11 1.5.3. Presión Admisible…………………………………………….11 1.6. Antecedentes…………………………………………………………12 1.7. Marco Teórico 1.7.1. Capacidad Portante………………………………………….12 1.7.2. Tipos de Falla…………………………………………………13 1.7.2.1. Falla por corte General………………………………13 1.7.2.2. Falla por punzonamiento……………………………13 1.7.2.3. Falla por Corte Local…………………………………14 1.7.3. Teoría de la Capacidad de Carga Ultima………………….17 1.7.4. Teoría de la Capacidad de Carga Ultima Neta……………21 1.7.5. Modificación de las Ecuaciones para la Capacidad de Carga por Posición del Nivel de Agua……………….23 1.7.6. Factor de Seguridad………………………………………….24 1.7.7. Ecuaciones de Terzaghi……………………………………..25
  5. 5. 1.7.8. Problemas Resueltos…………………………………..........26 1.8. Objetivo………………………………………………………………..28 1.9. Hipótesis………………………………………………………………28 2. Método 2.1. Tipo y Diseño de Investigación……………………………………..28 2.1.1. Tipo de Investigación…………………………………………28 2.1.2. Diseño de Investigación……………………………………...29 2.2. Variables……………………………………………………………....29 2.3. Muestra………………………………………………………………..29 2.4. Instrumentos de Investigación………………………………………30 2.5. Procedimiento del Proyecto…………………………………………30 2.5.1. Muestreo y Registro de Excavación………………………..31 2.5.2. Ensayos de Laboratorio……………………………………...31 2.5.2.1. Ensayos Estándar…………………………………….31 2.5.3. Clasificación del Suelo……………………………………….31 2.5.4. Análisis de la Cimentación…………………………………..32 2.6. Recolección de Datos………………………………………………..33 3. Resultados 3.1. Presentación de Resultados………………………………………...34 3.2. Conclusiones………………………………………………………….34 3.3. Recomendaciones……………………………………………………35 4. Referencia y Anexos 4.1. Panel Fotográfico 4.2. Bibliografía 4.3. Webgrafias
  6. 6. 1. INTRODUCCION La capacidad portante en las cimentaciones denomina la capacidad portante del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente. Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor o en menor grado, y producen asentamientos de los diferentes elementos de la cimentación y por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales. El suelo constituye el material de ingeniería más heterogéneo y más impredecible en su comportamiento, es por ello que los coeficientes de seguridad que suelen utilizarse son al menos de 3 con relación a la resistencia. La presencia de diferentes tipos de suelos y de distintos tipos de estructuras da lugar a la existencia de distintos tipos de cimentaciones. 6
  7. 7. Abstract This report brings together some of the main equations and methods for determining the carrying capacity and bearing capacity depending on the types of buildings with which you want to work. The second chapter extends the concept of carrying capacity of the ground and analyzed by Khristianovich model and the types of failure that occur depending on soil conditions and foundation to further introduce the trials through which the ability to load can be obtained. This report presents the different equations of load capacity for shallow foundations, beginning with the Terzaghi equation, which is then extended depending on the theories and assumptions by different investigators, different methods are also presented to analyze the foundations depending on location or situation you're in, such as foundations or placed nearby embankments, foundations where the water table is near or when a torque is applied. In the last chapter deals with an investigation of a project designed to make the Study of Soil Mechanics Foundation purposes of the project: "Final Architecture and Engineering Studies South Terminal (Matellini) First High Capacity Segregated Corridor of Metropolitan Lima "through fieldwork through excavations, laboratory tests and cabinet work, based on which subsurface stratigraphic profiles, their main physical and mechanical characteristics and strength properties and deformation are defined, which lead to determining the type and depth of foundation, allowable bearing capacity and probable settlements. 7
  8. 8. 1.1 PROBLEMA DE LA INVESTIGACION En determinados trabajos de la ingeniería civil, se hace necesario hacer un estudio de suelos como parte de la obra. Es el caso de terraplenes en los caminos viales, en presas de tierra, canales, y obras por el estilo; donde se requiere estudiar la capacidad portante del suelo. En ciertos casos la estabilidad juega un rol muy importante en la obra en mención, incluso condicionando la existencia de la misma, pues en el peor de los casos, un mal cálculo, un error, puede hacer fracasar la obra. La problemática de la ejecución de cualquier tipo de obra sobre suelos blandos ha devenido en la realización de estudios diversos a nivel mundial sobre el tema. En la actualidad se conocen diversas técnicas de mejoramiento de las propiedades físico-mecánicas para estos tipos de suelos, en especial su resistencia, de sus parámetros deformaciones, impermeabilidad y otras con el objetivo de poder trabajar con ellos sin llegar a su sustitución total. En el presente trabajo se abordarán estas técnicas con el propósito de tener un conocimiento general sobre las mismas que permita decidir su empleo o no, en un caso específico y realizar análisis de posibles variantes. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El planteamiento del problema se inicia definiendo el terreno sobre el que se va a construir la cimentación en función de los datos recogidos en un estudio de suelos, teniendo en cuenta la morfología del terreno, según los diferentes estratos de que conste el suelo a cimentar, que pueden ser cohesivos, granulares o mixtos y que descansan sobre un estrato que puede ser blando, rígido, o rocoso. El estudio de suelos es indispensable para cualquier tipo de construcción, éste debe garantizar estabilidad, prevenir asentamientos superiores a los tolerados por el sistema super- 8
  9. 9. estructural y brindar unas condiciones de interacción óptimas de manera que se proteja la integridad de las personas de cualquier fenómeno externo. Por último es necesario identificar la tipología estructural para seleccionar los coeficientes de seguridad oportunos, es decir, si se trata de una zona residencial, administrativa, etc. También habría que conocer la ubicación de la construcción para seleccionar los coeficientes de simultaneidad correspondientes asociados tanto a las acciones variables como a las accidentales, por ejemplo, para el caso de la consideración del coeficiente de simultaneidad para la acción producida por la nieve, hay que tener en cuenta si la altitud es mayor o menor de 1000 metros sobre el nivel del mar. Más adelante hablaremos de estos coeficientes en mayor profundidad. 1.3 FORMULACION DEL PROBLEMA El objetivo fundamental del estudio queda formulado de la siguiente manera: ¿cuál sería el valor de la Capacidad Ultima de Carga de un suelo? 1.4 JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION Para tener una justificación al problema, debemos aceptar que lo que llamamos Capacidad de Carga de un suelo, es una respuesta que nos dará dicho suelo en relación con el valor de algunos factores específicos que deberemos tomar en cuenta. Es decir que la capacidad de carga no es un valor único e invariable de ese suelo, sino que dependerá también de cómo vayamos a transmitirle dicha carga. Un suelo nos responderá con una capacidad de carga que se encuentra en función de parámetros tales como la geometría de, por ejemplo, una cierta zapata de cimentación y su capacidad de carga variará (como lo 9
  10. 10. indicó en su momento y entre otros investigadores, K. Terzaghi), si dicha zapata es de forma cuadrada, circular o rectangular, así como también de la profundidad a la cual pretendamos desplantarla. Cuando se trata de temas de construcción, cimentaciones y suelos, es común la tendencia a simplificar y referirse por ejemplo a construcción de cimentaciones en arcilla, o bien a construcción de cimentaciones en arena. Sin embargo en los casos reales es frecuente encontrar que el problema se ubica en, por ejemplo, un suelo formado por un perfil estratigráfico en el que aparecen capas alternas de materiales tanto de características arcillosas plásticas como de arenas friccionantes, o bien formados por alguna o algunas de la infinidad de combinaciones de características que la naturaleza puede proporcionar. Por ello es conveniente interesarse, aún y cuando sea sólo un poco, por la historia geológica de la formación del suelo en el cual queremos construir, y en el que podrán no sólo observarse quizás, las características distintivas de la posible existencia de efectos que pudiesen indicar síntomas de preconsolidación en el suelo estudiado; o tal vez notar las delgadas y finísimas capas de arena y/o loess, que los vientos pudieron haber transportado de zonas no siempre tan cercanas, durante ciertas épocas o temporadas de fuertes vientos. O bien, resulta interesante cuando es posible observar que una formación de suelo, sobre la cual pretendemos colocar una construcción, se aprecia signos de una estructuración por capas alternas que indican que en alguna época, el suelo se formó por depósitos en fuertes arrastres pluviales. En muchos de esos casos deberemos de tener cuidado de evitar clasificar un suelo en una forma tan simple como sería “arcilla” o “arena”. Y luego agregar tan solo alguna característica tal como “color café” o “gruesa”. 10
  11. 11. Terzaghi, como es ya bien conocido, tomando como base algunos de las ideas de Prandtl, propone una teoría, según la cual, para una zapata cuadrada, con carga vertical y sin excentricidad, la Capacidad de Carga Ultima, será: 1.5 MARCO REFERENCIAL 1.5.1 CAPACIDAD DE CARGA La capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo y se determina utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos. En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-arcillosa), se debe emplear un ángulo de fricción interna (ϕ) igual a cero. En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-arenosas), se debe emplear una cohesión (c) igual a cero. 1.5.2 FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A UNA FALLA POR CORTE Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes: a) Para cargas estáticas: 3,0 b) Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable): 2,5 1.5.3 PRESIÓN ADMISIBLE La determinación de la Presión Admisible, se efectuará tomando en cuenta los siguientes factores: 11
  12. 12. a) Profundidad de cimentación. b) Dimensión de los elementos de la cimentación. c) Características físico – mecánicas de los suelos ubicados dentro de la zona activa de la cimentación. d) Ubicación del Nivel Freático, considerando su probable variación durante la vida útil de la estructura. e) Probable modificación de las características físico – mecánicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. f) Asentamiento tolerable de la estructura. La presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante: a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. b) La presión que cause el asentamiento admisible. 1.6 ANTECEDENTES Se indicara la finalidad del estudio, de qué tipo de obra se trata, su ubicación lo más exactamente posible con una breve descripción de la misma. También se indicara quien es el peticionario, quien es el responsable del estudio y las fechas en las que se comenzó a realizar. 1.7 MARCO TEORICO 1.7.1 Capacidad Portante En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. 12
  13. 13. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales: Si la función del terreno de cimentación es soportar una determinada tensión independientemente de la deformación, la capacidad portante se denominará carga de hundimiento. Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al terreno y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir de criterios de carga admisible. 1.7.2 Tipos de falla 1.7.2.1. Falla por Corte General Se tiene una cimentación corrida con un ancho B la cual es soportada por un suelo denso o cohesivo firme, si la carga que soporta dicho suelo es incrementada de forma gradual, habrá un aumento en el asentamiento llegando al punto en el cual la carga por unidad de área es igual a la capacidad de carga última, ocurrirá entonces una falla repentina en el suelo, esta falla es llamada falla por corte general. Se presenta en arenas densas y arcillas rígidas. Su principal característica es una superficie de falla continua que comienza en el borde de la cimentación y llega a la superficie del terreno, es una falla frágil y súbita, llegando al punto de ser catastrófica, y si la estructura no permite la rotación de las zapatas, puede ocurrir con cierta inclinación visible de la cimentación, lo que provoca hinchamiento del suelo a los lados, el colapso final se presenta en un solo lado (figura 23). 13
  14. 14. 1.7.2.2. Falla por Punzonamiento Ocurre en suelos bastante sueltos, la zona de falla no se extiende como en el corte general. La cimentación provoca la compresión inmediata del suelo en un movimiento vertical, el suelo presenta falla por corte alrededor de la cimentación y los movimientos del suelo junto con la cimentación no son muy visibles por lo que el equilibrio vertical y horizontal de la misma se mantiene (ver figura 24). 1.7.2.3. Falla por Corte Local Si la cimentación se encuentra sobre suelo arenoso o arcilloso con compactación media, al aumentar la carga, también ocurre un incremento en el asentamiento, pero la superficie de falla se extiende de forma gradual hasta la superficie o en algunos casos cuando el desplazamiento vertical es grande (la mitad del lado o diámetro de la 14
  15. 15. zapata) termina dentro de la propia masa de suelo y no en el terreno (ver figura 25). Cuando la carga por unidad de área es igual a qu(1), conocida como carga primera de falla, ocurren sacudidas repentinas junto con el movimiento, por lo que se requiere de un movimiento considerable de la cimentación para que la superficie de falla llegue a la superficie, este movimiento ocurre cuando se alcanza la capacidad de carga última. Es una falla intermedia entre el corte general y el punzonamiento. Presenta hinchamiento del suelo al lado de la cimentación y compresión vertical del suelo bajo la cimentación. Todas las fallas mencionadas pueden ser bien diferenciadas unas de otras, pero no hay parámetro numérico que permitan predecir el tipo de falla a ocurrir, sin embargo una forma de llegar a un estimado es basándose en la compresibilidad del suelo, debido a las condiciones de carga y geometría de la cimentación. Según Crespo Villalaz, en un suelo incompresible el tipo de falla será del tipo de corte general, en un suelo muy compresible en 15
  16. 16. comparación a su resistencia al cortante la falla será por punzonamiento. Con base en resultados experimentales vesic (1973) propuso una relación para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones descansando en arenas. La figura 11.3 muestra esta relación, que contiene la siguiente notación. compacidad relativa de la arena D profundidad de la cimentacion medida desde la superficie del terreno r f C   16 61
  17. 17. Para cimentaciones superficiales es decir, para * /fD B , la carga última ocurre con un asentamiento de la cimentación de 4 a 10% de B. Esta condición ocurre con una falla cortante general en el suelo; sin embargo, con una falla local o por punzonamiento, la carga última llega a ocurrir con asentamientos de 15 a 25% del ancho de la cimentación (B). 1.7.3. Teoría de la capacidad de carga ultima Terzaghi fue el primero en presentar una teoría para evaluar la capacidad ultima de carga de cimentaciones superficiales, la cual dice que una cimentación es superficial si la profundidad fD , figura 11.4 de la cimentación es menor que o igual al ancho de la misma, sin embargo investigadores posteriores han sugerido que cimentación con fD igual a 3 o 4 veces el ancho de la cimentación se definen como cimentación superficiales. Terzaghi sugirió que para una cimentación continua o de franja es decir la razón de ancho a largo de la cimentación tiende a 0. La superficie de falla en un suelo bajo carga ultima se supones similar a la mostrada en la figura 11.4. Este es el caso de la falla cortante general como se definió en la figura 11.2a. El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación se supone reemplazando por el efecto de una sobrecarga equivalente fq D donde  = peso específico del suelo. La zona de falla bajo la cimentación se separa en tres partes como podemos ver en la figura 11.4. 17
  18. 18. Los ángulos CAD Y ACD se suponen iguales al ángulo de fricción del suelo es decir   . Note que al reemplazar el suelo arriba del fondo de la cimentación por una sobrecarga equivalente q , la resistencia cortante del suelo a lo largo de las superficies de falla GI y HJ fue despreciada. Usando el análisis de equilibrio, Terzaghi expreso la capacidad ultima de carga en la forma 1 (cimentacion corrido) 2 u c qq cN qN BN   cohesion del suelo peso especifico del suelo , , factores de capacidad de carga adimensional que son unicamente funciones del angulo de friccion del suelo f c q c q D N N N        Con base en estudios de laboratorio y campo de la capacidad de carga, la naturaleza básica de la superficie de falla en suelos sugerida por Terzaghi parece ahora ser correcta. Sin embargo, el 18
  19. 19. ángulo ∝ mostrado en la figura 11.4 es más cercano a 45 2   que a  , como fue originalmente supuesto por Terzaghi, con 45 2     , las relaciones para yc qN N se expresa como 2 tan tan (45 )e 2 qN     (11.4) ( 1)cotc qN N   (11.5) La ecuación para cN dad por la ecuación 11.5 fue derivada originalmente por Prandtl en 1921, y la relación para qN (ecuación 11.4) fue presentada por reissner en 1924. Capot y kerisel en 1953 y vesic en 1973 dieron N la relación. 2( 1)tanqN N   (11.6) 19
  20. 20. La tabla 11.1 muestra la variacion de los factores de capacidad de carga precedentes con angulos de friccion del suelo. La expresión para la capacidad de carga última presentada en la ecuación 11.3 es solo para una cimentación continua y no se aplica en el caso de cimentaciones rectangulares. Además, la ecuación no toma en cuenta la resistencia cortante a lo largo de la superficie de falla en el suelo arriba del fondo de la cimentación porción de la superficie de falla marcada GI y HJ en la figura 11.4, además a la carga sobre la cimentación puede estar inclinada. Para tomas en cuenta todos estos aspectos, Meyerhof en 1963 sugirió la siguiente forma para la ecuación de capacidad general de carga: 20
  21. 21. 1 2 u c cs cd ci q qs qd qi s d iq cN F F F qN F F F BN F F F      (11.7) esfuerzo efectivo al nivel del fondo de la cimentacion = peso especifico del suelo ancho de la cimentacion = diametro para una cimentacion circular , , factores de forma , cs qs s cd q c cohesion q B F F F F F       , factores de profundidad , , factores de inclinacion de la carga , , factores de capacidad de carga d d ci qi i c q F F F F N N N       1.7.4. Teoría de la Capacidad de Carga Última Neta La capacidad de carga última neta se define como la presión ultima por área unitaria de cimentación soportada por el suelo en exceso de la presión causada por el suelo alrededor al nivel de la cimentación. Si la diferencia entre el peso específico del concreto usado en la cimentación y el peso específico del suelo que rodea a esta se supone despreciable, entonces ( )neta u uq q q  (11.8) ( )donde capacidad de carga ultima netaneta uq  21
  22. 22. Las relaciones para los factores de forma, factores de profundidad y factores de inclinación recomendados para usarse, se dan en la tabla 11.2. 22
  23. 23. 1.7.5. Modificacion de las ecuaciones para la capacidad de carga por la posicion del nivel del agua La ecuacion 11.7 fue desarrollada para determinar la capacidad ultima de carga con base en la suposicion de que el nivel del agua esta localizado debajo de la cimentacion. Sin embargo, si el nivel esta cerca de la cimentacion, son necesarias algunas modificaciones en la ecuacion de la capacidad de carga, dependiendo de la localizacion del nivel del agua ver figura 11.5 Caso I: si el nivel del agua de localiza de modo que 0 ≤ 1D ≤ fD , el factor q en las ecuaciones de capacidad de carga toma la forma 1 2 ( )sat wq D D     peso especifico saturado del suelo peso especifico del agua sat w     Tambien, el valor de γ en el ultimo termino de las ecuaciones tiene que ser reemplazado por ' 'sat w    23
  24. 24. Caso II: para un nivel de agua localizada de modo que 0≤d≤B fq D El factor γ en el ultimo termino de las ecuaciones de capacidad de carga debe ser reemplazado por el factor ' ' ( ) d B       Las modificaciones anteriores de basan en la suposicion de que no existe fuerza de infiltracion en el suelo Caso III: cuando el nivel esta localizado de modo que d ≥ B, el agua no tendra efecto sobre la capacidad de carga ultima. 1.7.6. Factor de Seguridad El calculo de la capacidad de carga admisible total en cimentaciones superficiales requiere la aplicación de un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga total ultima u adm q q FS  Factor de Seguridad frente a una falla por corte Los factores de seguridad minimos que deberan tener las cimentaciones son los siguiente:  Para cargas estaticas es 3  Para solicitacion maxima de sismo o viento la que sea mas desfavorable es 2.5 24
  25. 25. FACTOR DE SEGURIDAD GLOBAL SEGÚN TERZAGHI VARIA ENTRE 2 A 3 1.7.7. Ecuaciones de Terzaghi Cimentacion Corrida 1 N 2 u c qq cN qN B    Cimentacion Cuadrada 1.3 0.4 Nu c qq cN qN B    Cimentacion Circular 1.3 0.3 Nu c qq cN qN B    25
  26. 26. 1.7.8. Problemas Resueltos Se construye una zapata continua de un metro de ancho por 20m de largo¿Cuál es la capacidad de carga admisible de la zapata con un fator de seguridad de 3? 26
  27. 27. En una arena de compacidad relativa de 65% se desea saber la capacidad de carga de una zapata cuadrada de 3m por lado.La arena presenta un angulo de friccion interna de 35°, arena gruesa con menos de 5% de finos arenos, carece de cohesion y tiene un peso volumetrico humedo en el lugar de 2.1 Tm/m3.La zapata de desplantara a 1.20m de profundidad, su factor de seguridad es de 3. 27
  28. 28. 1.8 Objetivo Dar a conocer los diferentes métodos y ecuaciones para el cálculo de la capacidad de carga de cimentaciones superficiales, losas de Cimentación, pilotes y pilas perforadas. Comparar y determinar cuál de los métodos de capacidad de carga es más efectivo para los diferentes tipos de cimentaciones. Proporcionar una guía para el cálculo de la capacidad de carga tanto para estudiantes como para profesionales de la ingeniería civil. 1.9 Hipotesis Luego de investigar acerca de la capacidad portante del suelo, podemos plantear la siguiente hipótesis. Para determinar la capacidad portante de los suelos, para tener criterios de cálculo y diseño locales. Ponemos énfasis en el ensayo de laboratorio de corte directo, para aplicar la teoría del Dr. Karl Terzaghi. 2. MÉTODO 2.1 Tipo Y Diseño de Investigación 2.1.1 Tipo de investigación: El tipo de investigación es descriptiva y analítica porque da a conocer los diferentes métodos y ecuaciones para el cálculo de la capacidad de carga de cimentaciones superficiales. 28
  29. 29. 2.1.2 Diseño de investigación: El diseño es analítico porque se compara y determina cuál de los métodos de capacidad de carga es más efectivo para los diferentes tipos de cimentaciones. 2.2 Variables Para determinar la capacidad portante del suelo del proyecto “Estudios Definitivos de Arquitectura e Ingeniería del Terminal Sur (Matellini) del Primer Corredor Segregado de Alta Capacidad de Lima Metropolitana”, VARIABLES DEFINICIÓN NOMINAL INDICADORES Ensayos de laboratorio Clasificación de Suelos Ecuaciones para la capacidad de carga admisible Se ha calculado la capacidad admisible de carga para el área en estudio de acuerdo al tipo de edificación. Falla por corte general Falla por punzonamiento Falla por corte local 2.3 Muestra En nuestro informe plantearemos la evaluación mediante muestras alteradas o disturbadas de cada estrato atravesado y en cada una de las excavaciones, de las cuales se ensayaron las más representativas en el laboratorio, realizándose ensayos con fines de identificación y clasificación por ello decimos: 29
  30. 30. Población: Provincia y departamento de lima Muestra: Estratos obtenido mediante las excavaciones para el proyecto El Terminal Sur (Matellini) se encuentra ubicado en la intersección de la Av. Prolongación Paseo de la República con la Av. Colectora Residencial (Av. Ariosto Matellini), en el distrito de Chorrillos. 2.4 Instrumentos de Investigación Basaremos nuestro estudio en aplicación de instrumentos de investigación mecánicos. Considerando los siguientes: 1. Ensayos de laboratorio 2. Clasificación del suelo 3. Análisis de la cimentación 2.5 Procedimiento del proyecto La propuesta de diseño arquitectónico y vial del presente proyecto se desarrolla tomando como punto inicial la intersección de los ejes de las vías desarrollándose a lo largo y hacia ambos lados del derecho de vía de la av. Prolongación Paseo de la Republica, tomando como punto de partida la sección de esta via que oscila entre 58 a 60 ml. La vía en av. Prolongación Paseo de la Republica cuenta con 3 calzadas asimétricas, dos de ellas principalmente y una secundaria. Esta sección deberá ser replanteada para la ubicación del terminal Para hacer el estudio de suelos se realizaron 6 excavaciones o calicatas en la modalidad a cielo abierto, las mismas que fueron ubicadas convenientemente y con profundidades suficientes de acuerdo a lo establecido en los términos de referencia. 30
  31. 31. Este sistema de exploración nos permite analizar directamente los diferentes estratos encontrados, así como sus principales características físicas y mecánicas, tales como: granulometría, color, humedad, plasticidad y compactación. 2.5.1 Muestreo y Registro de Excavaciones Se tomaron muestras alteradas o disturbadas de cada estrato atravesado y en cada una de las excavaciones, de las cuales se ensayaron las más representativas en el laboratorio, realizándose ensayos con fines de identificación y clasificación. Asimismo, se extrajo una muestra representativa de la calicata C- 2, de 1.20 a 2.10m de profundidad, para realizar el ensayo de corte directo en especimenes remoldeados y saturados. 2.5.2 Ensayos de Laboratorio Los ensayos fueron realizados en el laboratorio de mecanica de suelos JJ.TELLO INGENIEROS CONSULTORA Y CONSTRUCTORA E.I.R.L, siguiendo las normas establecidadas de ASTM. 2.5.2.1 Ensayos Estandar  Analisis granulometrico por tamizado NTP 339.090  Limite Liquido NTP 339.129  Limite Plastico NTP 339.129  Contenido de Humedad NTP 339.127 2.5.3 Clasificacion del suelo Las muestras ensayadas se han clasificado usando el sistema Unificado de Clasificacion de Suelos ( SUCS ) y las muestras no ensaydas se han clasificado mediante pruebas sensillas de campo. 31
  32. 32. El area en estudio presenta superficialmente un terreno de cultivo arcillo arenoso, ligeramente plastico, humedo, color marron claro, de consistencia firme y con presencia aislada de raices delgadas. En los sectores colindantes a la excavacion C-1 este estrato se prolonga hasta el final de la misma, mientras que en las excavaciones restantes se intercala con 3 tipos de estratos: arenas limosas no plastcias, del tipo SM, calicata C-2, arenas probremente graduadas no plasticas del tipo SP, calicatas 3,4 y 6 limos arenosos no plasticos. Hasta la maxima profundidad excavada de 3.30m no se detecto la presencia del nivel freatico. 2.5.4 Análisis de la Cimentación Analizando los perfiles estratigráficos los resultados de los ensayos de laboratorio y teniendo en consideración las características estructurales del proyecto, se concluye que la cimentación será superficial del tipo zapatas cuadradas conectadas, desplantadas en el suelo natural mas desfavorable encontrado en el área en estudio de tipo de arcilla areno CL, mediante plásticas y de consistencia firme a dura, a partir de la profundidad promedio de 1.20m. 32
  33. 33. 2.6 Recolección de Datos 33
  34. 34. 3. Resultados 3.1. Presentacion de Resultados Para tal efecto, dadas las carcteristicas de las estrucrueas consideradas en el presente proyecto, se ha previsto una transmision maxima de cargas al subsuelo del orden de 40tn/columna, en caso de tomarse en cuenta una cimentacion convencional con zapatas cuadradas conectada, asimismo, se indicaran el uso de plateas o losas de cimentacion. 3.2. Conclusiones A partir de los calulos realizados para la determinar la capacidad de carga admisible se propone considerar la cimentacion de la edificacion con parametros. 34
  35. 35. Una adecuada extraccion y tallado de la muestra de suelo para el ensayo triaxial y el ensayo de corte directo permite obtener resultado confiables, para determinar la capacidad de carga y observar el comportamiento del mismo estado natural. El ensayo de penetracion estandar es un medio facil para determinar la capacidad de carga admisible del suelo y tiene la ventaja de proporcionar un perfil estatigrafico, ademas que las muestras obtenidas son alteradas por representativas, razon por la que puede determinarse el tipo de suelo y hacer las correlaciones respectivas. 3.3. Recomendaciones La muestra extraide no debe contener raices o material roganico y debe estar impermeabilizada con parafina, es reconmendable una profundidad de extraccion de al menos 5 metros, ya que en el caso de arcillas pueden tener elevado contenido de humedad si se extraen a una profundidad relativamente pequeña. Determinar la capacidad de carga para diferentes cimentaciones y el area ocupada por cada una, posteriormente determina los costos respectivos, funcionabilidad, etc y elegir la mas adecuada. Debido a la cercania entre los valores de capacidad de carga para cimentaciones superficiales, el uso de una ecuacion en especial queda a criterio del diseñador, en dado caso puede hacerse un promedio de los valores obtenido y tener la referencia de la ecuacion de Terzaghi. 35
  36. 36. 4. Referencia y Anexos 4.1. Panel Fotografico
  37. 37. 4.2. Bibliografia Eulalio Juárez Badillo y Alfonso Rico Rodríguez. Mecánica de suelos, tomo II. (2ª Edición; México: Editorial LIMUSA, 2003) Crespo Villalaz, Carlos. Mecánica de suelos y cimentaciones. (5ª Edición; México: Editorial LIMUSA, 2005) Terzaghi, Karl. Mecánica teórica de suelos. (2ª Edición; Buenos Aires, Argentina: ACME agency, 1949) pp. 132 – 161. 4.3. Webgrafia https:// www.slideshare.com https:// www.scribd.com
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    Dec. 26, 2018

MECANICA DE SUELOS I

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