Cimentaciones Superficiales y el Concepto de Capacidad de Carga Última. : Ingenieria Civil

Considere una cimentación corrida que descansa sobre la superficie de arena densa o suelo cohesivo firme, como muestra la figura 3.la, con un ancho igual a B. Ahora, si la carga se aplica gradualmente a la cimentación, el asentamiento se incrementará. La variación de la carga por unidad de área, q, sobre la cimentación se muestra también en la figura 3.la, junto con el asentamiento, En cierto punto, cuando la carga por unidad de área es igual a q, tendrá lugar una falla repentina en el suelo que soporta a la cimentación y la zona de falla en el suelo se extenderá hasta la superficie del terreno. Esta carga por área unitaria, q, se denomina generalmente capacidad de carga última de la cimentación. Cuando este tipo de falla repentina tiene lugar en el suelo, se denomina falla general por corte.

Si la cimentación considerada descansa sobre suelo arenoso o arcilloso medianamente compactado (figura 3.lb), un incremento de carga sobre la cimentación también será acompañado por un aumento del asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla en el suelo se extenderá gradualmente hacia afuera desde la cimentación, como muestran las líneas continuas en la figura 3.lb.

FIGURA 3.1 Naturaleza de la falla en suelo por capacidad de carga: (a) falla general por corte; (b) falla local de corte; (c) falla de corte por punzonamiento (dibujo de Vesic, 1973)

Cuando la carga por área unitaria sobre la cimentación es igual a q(l), el movimiento estará acompañado por sacudidas repentinas. Se requiere entonces un movimiento considerable de la cimentación para que la zona de falla en el suelo se extienda hasta la superficie del terreno (como muestra la línea discontinua la figura 3.1b). La carga por unidad de área bajo la cual sucede es la capacidad de carga última, q. Más allá de este punto, una mayor carga estará acompañada por un gran incremento del asentamiento de la cimentación. La carga por unidad de área de la cimentación qu(l), se denomina carga primera de falta (Vesic, 1963). Note que un valor máximo de q no se presenta en este tipo de falta, llamada falla local por corte del suelo.

Si la cimentación es soportada por un suelo bastante suelto, la gráfica carga-asentamiento será como lo muestra la figura 3.lc. En este caso, la zona de falla en el suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno. Más allá de la carga última de falla q, la gráfica carga-asentamiento se inclinará y será prácticamente lineal. Este tipo de falla en suelos se denomina falla de corte por punzonamiento.

Vesic (1963) realizó varias pruebas de laboratorio de capacidad de carga sobre placas circulares y rectangulares soportadas por una arena con diversas compacidades relativas de compactación, Cr. Las variaciones

obtenidas se muestran en la figura 3.2 (B = diámetro de la placa circular o ancho de la placa rectangular y y = peso específico seco de la arena). Es importante notar de esta figura que para Cr>= aproximadamente del 70%, ocurre en el suelo la falla general por corte.

FIGURA 3.2

Con base en resultados experimentales, Vesic (1973) propuso una relación para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones que descansan en arenas. La figura 3.3 muestra la relación, que contiene la nota

Cr = compacidad relativa de la arena
D1 = profundidad de desplante de la cimentación medida desde la superficie del terreno

donde B ancho de la cimentación
L = longitud de la cimentación

(Nota: L es siempre mayor que B.)

Para cimentaciones cuadradas, B = L; para cimentaciones circulares, B = L = diámetro, por lo que

B= B* (3.2)

La figura 3.4 muestra el asentamiento, S, de placas circulares y rectangulares sobre la superficie de una arena bajo carga última corno se describe en la figura 3.2. Ahí se muestra un rango general de S/B con la compacidad relativa de compactación de la arena. Entonces podemos decir que las cimentaciones a poca profundidad (es decir, para una Df/B* pequeña), la carga última puede ocurrir para un asentamiento de la cimentación de 4 a 10% de B. Esta condición ocurre al presentarse en los suelos la falla general de corte; sin embargo, en el caso de falla local o de corte por punzonamiento, la carga última puede presentarse para asentamientos de 15 al 25% del ancho de la cimentación (B).