Capacidad de carga del suelo – Excel

By Ing. Luis Colmenarez
Capacidad de carga del suelo

La capacidad de carga del suelo se define como la capacidad del suelo para soportar las cargas que provienen de los cimientos. La presión que el suelo puede soportar fácilmente contra la carga se denomina presión de carga admisible. Al final de esta publicación encontraras un Excel que te ayudara con el proceso de calculo.

Tipos de capacidad de carga

Los siguientes son algunos tipos de capacidad de carga:

Capacidad de carga máxima (q u )

La presión bruta en la base de la base en la que falla el suelo se llama capacidad portante máxima.

Capacidad de carga máxima neta (q nu )

Al descuidar la presión de sobrecarga de la capacidad de carga máxima, obtendremos la capacidad portante máxima neta.

Ecuacion de capacidad de carga maxima neta qnu

Dónde: γ = peso unitario del suelo, f = profundidad de cimentación

Capacidad de carga segura neta (q ns )

Al considerar solo la falla de corte, la capacidad de portante neta final se divide por cierto factor de seguridad que le dará a la capacidad portante segura neta.

ns = q nu / F

Donde F = factor de seguridad = 3 (valor habitual)

Capacidad de carga segura bruta (q s )

Cuando la capacidad portante máxima se divide por el factor de seguridad, dará una capacidad de carga segura bruta.

s = q u / F

Presión de liquidación segura neta (q np )

La presión con la que el suelo puede transportar sin exceder el asentamiento permitido se llama presión de asentamiento neta segura.

Presión neta admisible del rodamiento (q na )

Esta es la presión que podemos usar para el diseño de cimientos. Esto es igual a la presión neta segura del rodamiento si q np > q ns. En el caso inverso, es igual a la presión neta de liquidación segura.

Cálculo de la capacidad de carga

Para el cálculo de la capacidad de carga del suelo, hay muchas teorías. Pero todas las teorías son reemplazadas por la teoría de la capacidad de carga de Terzaghi.

Teoría de Terzaghi

La teoría de la capacidad de carga de Terzaghi es útil para determinar la capacidad de carga de los suelos bajo zapatas. Esta teoría solo es aplicable a los cimientos poco profundos. Consideró algunos supuestos que son los siguientes.

  1. La base de la zapata es áspera.
  2. La profundidad de la zapata es menor o igual que su anchura, es decir, zapatas poco profundas.
  3. Descuidó la resistencia al corte del suelo sobre la base de la zapata y lo reemplazó con un recargo uniforme. (D f )
  4. La carga que actúa sobre la zapata se distribuye uniformemente y actúa en dirección vertical.
  5. Supuso que la longitud de la zapata es infinita.
  6. Consideró la ecuación de Mohr-coulomb como un factor rector para la resistencia al corte del suelo.
Capacidad de carga del suelo
Capacidad de Carga del Suelo

Como se muestra en la figura anterior, AB es la base de la zapata. Dividió las zonas de corte en 3 categorías. La zona -1 (ABC) que se encuentra debajo de la base actúa como si fuera parte de la misma base. La Zona -2 (CAF y CBD) actúa como zonas de cizalladura radial que se soportan por los bordes inclinados AC y BC. La zona -3 (AFG y BDE) se denomina zonas pasivas de Rankine que están tomando un recargo (y D f ) proveniente de su capa superior de suelo.

De la ecuación de equilibrio,

Fuerzas hacia abajo = fuerzas hacia arriba

Carga desde zapata x peso de la cuña = presión pasiva + cohesión x CB sin Φ

Fórmula de Terzaghi

Donde P p = presión pasiva resultante = (P p ) y + (P p ) c + (P p ) q

(P p ) y se obtiene considerando el peso de la cuña BCDE y haciendo que la cohesión y el recargo sean cero.

(P p ) c se obtiene considerando la cohesión y descuidando el peso y el recargo.

(P p ) q se obtiene considerando el recargo y descuidando el peso y la cohesión.

Por lo tanto,

Fórmula de Terzaghi

Al sustituir,

calculo de Capacidad de carga

Entonces, finalmente obtenemos u = c’N c + y f N q + 0.5 y BN y

La ecuación anterior se llama ecuación de capacidad de carga de Terzaghi. Donde q u es la capacidad de carga máxima y N c , N q , N y son los factores de capacidad de carga de Terzaghi. Estos factores adimensionales dependen del ángulo de resistencia al corte ().

Las ecuaciones para encontrar los factores de capacidad de carga son:

Fórmula de cálculo de factores

Dónde

Fórmula de los factores

Kp = coeficiente de presión pasiva de la tierra.

Para diferentes valores de Φ, los factores de capacidad de carga bajo falla de corte general se organizan en la tabla a continuación.

ΦCarolina del NorteNqNueva York
0 05.710 0
5 57.31.60.5 0.5
109.62.71,2
1512,94.42.5
2017,77.45 5
2525,112,79,7
3037,222,519,7
3557.841,442,4
4095,781,3100,4
45172,3173,3297,5
50347,5415,11153,2

Finalmente, para determinar la capacidad de carga debajo de la zapata podemos usar

u = c’N c +γD f N q + 0.5γBN y

Por la modificación de la ecuación anterior, las ecuaciones para zapatas cuadradas y circulares también se dan y son.

Para pie cuadrado

u = 1.2 c’N c +γD f N q + 0.4γBN y

Para zapatas circulares

u = 1.2 c’N c +f N q + 0,3BN y

Teoría de Hansen

Para suelos cohesivos, los valores obtenidos por la teoría de la capacidad de carga de Terzaghi son más que los valores experimentales. Pero, sin embargo, muestra los mismos valores para suelos sin cohesión. Entonces, Hansen modificó la ecuación considerando factores de forma, profundidad e inclinación.

De acuerdo con Hansen

u = c’N c Sc dc ic +γf N q Sq dq iq + 0.5γBN y Sy dy iy

Donde Nc, Nq, Ny = factores de capacidad de carga de Hansen

Sc, Sq, Sy = factores de forma

dc, dq, dy = factores de profundidad

ic, iq, iy = factores de inclinación

Los factores de capacidad de carga se calculan mediante las siguientes ecuaciones.

Fórmula de cálculo de factores

Para diferentes valores de  Los factores de capacidad de carga de Hansen se calculan en la tabla a continuación.

ΦCarolina del NorteNqNueva York
0 05.1410 0
5 56.481,570,09
108.342,470,09
1510,973.941,42
2014,836.43,54
2520,7210,668.11
3030,1418.4018,08
3546,1333,2940,69
4075,3264,1895,41
45133,89134,85240,85
50266,89318,96681,84

Los factores de forma para diferentes formas de zapata se dan en la tabla a continuación.

Forma de zapataCarolina del SurSqSy
Continuo111
Rectangular1 + 0.2B / L1 + 0.2B / L1-0.4B / L
Cuadrado1.31,20.8
Circular1.31,20.6

Los factores de profundidad se consideran de acuerdo con la siguiente tabla.

Factores de profundidadValores
corriente continua1 + 0.35 (D / B)
dq1 + 0.35 (D / B)
dy1.0

Del mismo modo, los factores de inclinación se consideran en la tabla a continuación.

Factores de inclinaciónValores
ic1 – [H / (2 c BL)]
iq1 – 1.5 (H / V)
iy(iq) 2

Donde H = componente horizontal de carga inclinada

B = ancho de zapata

L = longitud de la zapata.

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