CAPACIDAD DE CARGA DE SUELOS ESTRATIHCADOS: SUELO MÁS FUERTE SOBRE SUELO MÁS DÉBIL

Las ecuaciones para la capacidad de carga presentadas en las secciones anteriores, implican casos en que el suelo que soporta la cimentación es homogéneo y se extiende hasta una profundidad considerable. La cohesión, el ángulo de fricción y el peso específico del suelo fueron supuestos constantes en el análisis de la capacidad de carga. Sin embargo, en la práctica se encuentran frecuentemente perfiles de suelo estratificado. En tales casos, la superficie de falla bajo carga última puede extenderse a través de dos o más estratos. La determinación de la capacidad de carga última en suelos estratificados se hace sólo en un número limitado de casos. Esta sección muestra el procedimiento para estimar la capacidad de carga de suelos estratificados propuesto por Meyerhof y Hanna (1978) y Meyerhof (1974).

La figura 3.20 muestra una cimentación superficial corrida soportada por un estrato de suelo más fuerte sobre un suelo ILLáS débil, extendida hasta una gran profundidad. Para los dos estratos de suelo, los parámetros físicos son los siguientes: 

Bajo carga última por área unitaria (qu), la superficie de falla en el suelo será como muestra la figura 3.20. Si la profundidad H es relativamente pequeña comparada con el ancho B de la cimentación, ocurrirá una falla por cortante de punzonamiento en la capa superior de suelo seguida por una falla por cortante general en el estrato inferior, como muestra la figura 3.20a. Sin embargo, si la profundidad H es relativamente grande, entonces la superficie de falla estará completamente localizada en el estrato superior de suelo, que es el límite superior para la capacidad de carga última, como muestra la figura 3.20b.

La capacidad de carga última, q, para este tipo problema, lo muestra la figura 3.20a, y puede darse como

Cimentaciones con excentricidad en dos direcciones.

Considere una situación en que una cimentación es sometida a carga vertical última Q ya un momentoM como muestra la figura 3.13a y b. Para este caso, las componentes del romento M respecto a los ejes x yy se determinan como M y M, respectivamente figura 3.13 . Esta condición es equivalent a una carga Quly colocada excentricamente sobre la cimentacion con x = eB y y = eL (figura 3.13d ). Note que

 Figura 3.12 Cimentación con columnas con carga excentrica.

CIMENTACIONES CARGADAS EXCÉNTRICAMENTE

En varias situaciones, como en la base de un muro de retención, las cimentaciones son sometidas a momentos además de la carga vertical, como muestra la figura 3.lla. En tales casos, la distribución de presión por la cimentación sobre el suelo no es uniforme. La distribución de la presión nominal es

donde Q = carga vertical total
          M = momento sobre la cimentación
 

La figura 3.llb muestra un sistema de fuerza equivalente al mostrado en la figura 3.lla. La distancia e, es la excentricidad, o 

 

FIGURA 3.11 Cimentaciones cargadas excéntricamente 

Sustituyendo la Ec. (3.40) en las ecuaciones (3.38) y (3.39) nos da 

Note que en esas ecuaciones, cuando la excentricidad, e, toma el valor B/6, q,, es cero. Para e > B/6, q será negativa, lo que significa que se desarrollará una tensión. Como el suelo no puede tomar tensiones, habrá una separación entre la cimentación y el suelo debajo de efla. La naturaleza de la distribución de presión sobre el suelo será como muestra la figura 3.lla. El valor de q es entonces 

 El factor de seguridad para tales tipos de carga contra la falla por capacidad de carga se evalúa usando el procedimiento sugerido por Meyerhof (1953), denominado como el método del área efectiva. El siguiente es el proceso paso a paso de Meyerhof para la determinación de la carga última que el suelo puede soportar y el factor de seguridad contra falla por capacidad de carga. 

Note que la excentricidad tiende a disminuir la capacidad de carga de soporte sobre una cimentación. En tales casos, situar las columnas de la cimentación fuera del centro, como muestra la figura 3.12, probablemente es conveniente. En efecto, así se genera una cimentación cargada centralmente con presiónuniformemente distribuida.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Efecto de la compresibilidad del suelo.

En la sección 3.3, las ecuaciones (3.3), (3.7) y (3.8), que son para el caso de falla general de corte, fueron modificadas en las ecuaciones (3.9), (3.10) y (3.11) para tomar en cuenta el cambio de modo de falla en el suelo (es decir, falla local por corte). El cambio se debe a la compresibilidad del suelo. Para tomar en cuenta la compresibilidad del suelo, Vesic (1973) propuso la siguiente modificación a la ecuación (3.25),

donde Fα, Fqc y Fy factores de compresibilidad del suelo
Factores de compresibilidad del suelo, obtenidos por Vesic (1973) a partir de la analogía de expansión de cavidades. De acuerdo con esa teoría, para calcular Fα, Fqc y Fy deben darse los siguientes pasos: 

CIMENTACION SUPERFICIALES: concepto general.

Considere una cimentación corrida que descansa sobre la superficie de arena den- sao suelo cohesivo firme, como muestra la figura 3.la, con un ancho igual a E. 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 denominafalla 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 loca’ de corte; (c) falla de corte por punzonamiento (dibujo de Vesic, 1973)

Cuando la carga por área unitaria sobre la cimentación es igual a 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.lb). 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 q1), se denomina carga primera de falla (Vesic, 1963). Note que un valor máximo de q no se presenta en este tipo de falla, 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, Cy. Las variaciones de 

obtenidas se muestran en la figura 3.2 (B = diámetro de la placa circular o ancho de la placa rectangular 

 

CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Capacidad de carga última - Introducción.

Para comportarse satisfactoriamente, las cimentaciones superficiales deben tener dos características principales:
 

1. La cimentación debe ser segura contra una falla por corte general del suelo que la soporta.
 

2. La cimentación no debe experimentar un desplazamiento excesivo, es decir, un asentamiento excesivo. (El término excesivo es relativo, porque el grado de asentamiento permisible en una estructura depende de varias consideraciones.)
 

La carga por área unitaria de la cimentación bajo la cual ocurre la falla por corte en el suelo se llama capacidad de carga última.