CAPACIDAD DE CARGA

 INTRODUCCIÓN.

La capacidad de carga de un suelo, se puede definir como el estado límite de falla de un suelo en una cimentación.

El estado límite de falla se entiende, por la situación que corresponde al agotamiento de la capacidad de carga del terreno de cimentación o al hecho de que ocurran daños irreversibles que afecten significativamente la resistencia del suelo ante nuevas aplicaciones de carga.

Toda estructura y cada una de sus partes deben diseñarse para tener la seguridad adecuada contra la aparición de todo estado límite de falla posible, ante las combinaciones de acciones más desfavorables que puedan presentarse durante su vida esperada

En Mecánica de Suelos se define este estado límite de falla del suelo, como la capacidad de carga última de un suelo.

TEORÍAS DE CAPACIDAD DE CARGA.

Toda edificación se soportará por medio de una cimentación que cumpla con los requisitos relativos al diseño y construcción que se establecen en las Normas.

Las edificaciones no podrán en ningún caso desplantarse sobre tierra vegetal, suelos o rellenos sueltos o desechos. Sólo será aceptable cimentar sobre

terreno natural firme o rellenos artificiales que no incluyan materiales degradables y hayan sido adecuadamente compactados.

Las teorías para la determinación de la capacidad de carga establecen modelos para el diseño de cimientos sobre suelos en estado natural, y aplicables a rellenos artificiales con un correcto control de calidad.

Existen diferentes Teorías para determinar la capacidad de carga de un suelo, Prandtl, Hill, Terzaghi, Skempton, Meyerhof, etc., todas en función de las propiedades y características del suelo; así como también en función de las características de la cimentación.

TEORÍA DE TERZAGHI

 La Teoría de Terzaghi para determinar la capacidad de carga de un suelo cubre el caso más general, pues se aplica a suelos con cohesión y/o fricción, y se considera la teoría más usada para determinar la capacidad de carga en cimientos poco profundos – superficiales (aquellos en que el ancho del cimiento B, es igual o mayor a la distancia vertical entre el nivel del terreno y la base del cimiento),

Es la que podemos considerar como tradicional y su base de asiento se halla a una distancia menor de la cota 0, a cuatro veces la dimensión mínima de la planta de cimiento. Es conveniente, para evitar humedad, no cimentar a menos de un metro de profundidad. La función resistente es debida exclusivamente a la presión de contacto con el terreno en la base del cimiento.

Terzaghi en su teoría desprecia la resistencia al esfuerzo cortante arriba del nivel de desplante del cimiento. Esta Teoría establece que una zapata continua descansa sobre una superficie de suelo, el terreno falla a través de tres zonas. Debido a la fricción y cohesión entre el suelo y la base de la cimentación, la zona I actúa como una cuña que se introduce en el suelo como si fuera parte de la zapata formando el los lados del triángulo ángulos de (45^o+ϕ/2); las zonas II son de deformación tangencial radial y las curvas de falla son espirales logarítmicas, cuyos centros se localizan en las aristas de la base de la cimentación; Las zonas III son zonas de estado plástico pasivo de Ranking y sus fronteras forman un ángulo de (45^o-ϕ/2) con la horizontal.

El mecanismo de falla se indica en la siguiente figura par un cimiento poco profundo.

Por lo anterior se deduce que la capacidad de carga de un suelo, depende de:

Resistencia al esfuerzo cortante (cohesión y/o fricción) Ancho de la cimentación

Peso volumétrico del suelo y del relleno arriba del nivel de desplante Profundidad del cimiento.

PRANDTL

 Prandtl estudió en 1920 como determinar la máxima presión (carga límite) que un elemento rígido de longitud infinita y de base plana, puede ejercer sobre un medio semi infinito, homogéneo, isótropo y rígido – plástico.

Prandtl propuso el siguiente mecanismo de falla (aplicable a suelos cohesivos).

Prandtl consideró que la región ACE es una región de esfuerzos constantes, de la misma forma la región AGH es también una región de esfuerzos constantes, y que la transición entre ambas regiones es la zona AEH, es una región de esfuerzos cortantes radiales. Calculando Prandtl que la presión límite (para lograr el flujo plástico incipiente) que puede colocarse sobre la superficie AB está determinada por la formula:

HILL

Hill propone un mecanismo de falla en el que considera la forma en que la cimentación penetra en el suelo es a través de la formación de dos triángulos, y en forma semejante a la solución de Prandtl, las regiones AGC y ADF, son de esfuerzos constantes y la región AFG es de esfuerzos radiales.

Hill con el análisis de este mecanismo de falla, obtuvo la misma expresión para determinar la presión límite.

 Qu = 2c (1 + α )

 Una variante que tienen los estudios de Hill, es el caso en que la superficie del terreno tuviera una inclinación.

Donde la presión límite está en función de la inclinación del ángulo α, de acuerdo a la expresión:

  SKEMPTON

 Skempton comprueba que la profundidad de desplante del cimiento en un estrato firme de apoyo D, influye para incrementar la presión límite que el suelo soporta, por lo que determina usar una expresión totalmente análoga a la de Terzaghi, con la diferencia que el valor de Nc, varía de acuerdo a la relación D/B.

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