GUÍA DE APRENDIZAJE

SEMANA N° 08
CURSO: Geotecnia

DOCENTE: Ing. Wilmer Rojas Pintado

Jaén – Perú, mayo 2021

 Escuela Profesional de Ingeniería Civil
Carrera Profesional de Ingeniería Civil

DISEÑO GEOTÉCNICO Y CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

INDICE
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 2
2. OBJETIVOS EDUCACIONALES Y RESULTADOS DEL ESTUDIANTE .......................................... 3
2.1. OBJETIVOS EDUCACIONALES ................................................................................................... 3
2.2. RESULTADOS DEL ESTUDIANTE............................................................................................... 3
3. DESARROLLO ......................................................................................................................................... 4
3.1. CRITERIOS DE DISEÑO DE LAS CIMENTACIONES ................................................................ 4
3.1.1. EN SUELOS DENSOS O RÍGIDOS ........................................................................................ 4
3.1.2. EN SUELOS MEDIANAMENTE DENSOS O SEMI RÍGIDOS ............................................ 5
3.1.3. EN SUELOS SUELTOS A BLANDOS.................................................................................... 5
3.2. TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI ....................................................... 6
3.3. FACTOR DE SEGURIDAD ............................................................................................................. 9
3.4. MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA POR NIVEL
FREÁTICO.................................................................................................................................................. 10
3.5. ECUACIÓN GENERAL DE LA CAPACIDAD DE CARGA ....................................................... 11
3.5.1. FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA ......................................................................... 12
3.5.2. FACTORES DE FORMA, PROFUNDIDAD E INCLINACIÓN .......................................... 13
4. ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN ..................................................................................................... 14
4.1. ACTIVIDAD N°1 ........................................................................................................................... 14
5. GLOSARIO ............................................................................................................................................. 15
6. REFERENCIAS ...................................................................................................................................... 15

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DISEÑO GEOTÉCNICO Y CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES

SUPERFICIALES

1. INTRODUCCIÓN

Se entiende por cimentación a la parte de la estructura que transmite las cargas al suelo. Cada edificación
demanda la necesidad de resolver un problema de cimentación asociado a las cargas, le geometría de la
cimentación y las características del suelo, Cuando las condiciones lo permitan se emplearán
cimentaciones directas, que repartan las cargas de estructura en un plano de apoyo horizontal
Habitualmente, pero no siempre, este tipo de cimentación se construirá a poca profundidad bajo la
superficie, por lo que también son llamadas cimentaciones superficiales.

El parámetro más importante que define la interfase entre una zapata y el suelo de fundación es la presión
portante, que es la fuerza de contacto por unidad de área a lo largo de la base de la zapata. Los ingenieros
reconocieron su importancia durante el siglo XIX, es así como formaron las bases para el posterior
desarrollo de las teorías de capacidad portante y asentamiento.

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2. OBJETIVOS EDUCACIONALES Y RESULTADOS DEL ESTUDIANTE

2.1. OBJETIVOS EDUCACIONALES

Los objetivos educacionales de la carrera profesional de ingeniería civil son:

 Elaborar proyectos de ingeniería civil utilizando tecnologías innovadoras de manera eficiente,
aplicando las normas de construcción para el cuidado del medio ambiente.
 Ejecutar proyectos de construcción civil con responsabilidad social utilizando conocimientos de
ingeniería y tecnologías innovadoras surgidos de la investigación científica para contribuir con
el cuidado del medio ambiente y contribuir con el desarrollo económico sostenible de la región
y del país.
 Gestionar éticamente obras en las diferentes áreas de la ingeniería civil, empleando las normas
técnicas de la ingeniería para lograr la eficiencia del desarrollo de la infraestructura económica
del país.
 Desarrollar su profesión de manera eficiente en concordancia con el marco legal, liderando y
promoviendo emprendimiento e investigación científica, tecnológica y humanís tica cumpliendo
con los principios éticos profesionales.

2.2. RESULTADOS DEL ESTUDIANTE

En el presente curso los estudiantes aplican los siguientes resultados:

 Conocimiento de ingeniería: El estudiante plantea soluciones a problemas en las obras de
Ingeniería asociados a la Geotecnia, aplicando el conocimiento de la ingeniería.
 Investigación: El estudiante es capaz de hacer investigación de temas específicos del curso.
 Diseño y desarrollo de soluciones: El estudiante es capaz de diseñar soluciones básicas a
problemas de Geotecnia.
 Trabajo individual y en equipo: El estudiante es capaz de trabajar individualmente, así como en
equipo.
 Análisis de problemas: El estudiante es capaz de identificar, formular, buscar información y
analizar los problemas de Geotecnia.
 Ética: El estudiante aplica los principios éticos, responsabilidad y aplica las normas en la solución
de los problemas de Geotecnia.
 Aprendizaje permanente: El estudiante es capaz de estar en el aprendizaje permanente en el curso
de Geotecnia, debido a los cambios tecnológicos que se da en el mundo.
 Uso de herramientas modernas: El estudiante conoce y usa software para dar solución a los
problemas de Geotecnia.

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3. DESARROLLO

3.1. CRITERIOS DE DISEÑO DE LAS CIMENTACIONES

Para que las cimentaciones superficiales tengan un desempeño satisfactorio deben tener dos características
principales:
 Tienen que ser seguras contra la falla general por corte del suelo que las soporta.
 No pueden experimentar un desplazamiento, o un asentamiento excesivo. (El término excesivo es
relativo, debido a que el grado de asentamiento permitido para una estructura depende de varias
consideraciones).
La carga por área unitaria de la cimentación a la que ocurre la falla por corte en un suelo se denomina
capacidad de carga última. (Braja M. D., 2012)

Figura 1: Idealización del comportamiento del suelo frente a la carga de la cimentación

3.1.1. EN SUELOS DENSOS O RÍGIDOS

Considere un cimentación corrida con un ancho B que se apoya sobre la superficie de una arena densa
o suelo cohesivo rígido, ahora, si se aplica una carga gradualmente a la cimentación, el asentamiento se
incrementará. La variación de la carga por área unitaria (q) sobre la cimentación con el asentamiento de
la cimentación. En cierto punto, cuando la carga por área unitaria es igual a qu, ocurrirá una falla
repentina en el suelo que soporta la cimentación y la superficie de falla en el suelo se extenderá hasta la
superficie del terreno. A esta carga por área unitaria, qu, suele referírsele como capacidad de carga
última de la cimentación. Cuando este tipo de falla repentina ocurre en el suelo, se denomina falla
general por corte. (Braja M. D., 2012)

Figura 2: Falla de corte general

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3.1.2. EN SUELOS MEDIANAMENTE DENSOS O SEMI RÍGIDOS

Si la cimentación en consideración se apoya sobre un suelo de arena o arcillosos de compactación media,

un incremento en la carga sobre la cimentación también se acompañará por un incremento en el
asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla en el suelo se extenderá gradualmente
hacia fuera desde la cimentación, como se muestra por las líneas continuas en la figura 3. Cuando la
carga por área unitaria sobre la cimentación es igual a qu(1), el movimiento de la cimentación se
acompañará por sacudidas repentinas. Entonces se requiere de un movimiento considerable de la
cimentación para que la superficie de falla en el suelo se extienda hasta la superficie del terreno (como
se muestra por las líneas discontinuas en la figura). La carga por área unitaria a la que esto sucede es la
capacidad de carga última, qu . Más allá de este punto, un incremento en la carga se acompaña por un
gran incremento en el asentamiento de la cimentación. A la carga por área unitaria de la cimentación,
qu(1), se le refiere como primera carga de falla (Vesic, 1963). Observe que un valor pico de q no se
presenta en este tipo de falla, lo que se denomina falla local por corte en el suelo (Braja M. D., 2012)

Figura 3: Falla local por corte

3.1.3. EN SUELOS SUELTOS A BLANDOS

Si la cimentación está soportada por un suelo muy suelto, la gráfica carga-asentamiento será como la de
la figura 4. En este caso, la superficie de falla en el suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno.
Más allá de la carga última de falla, qu, la gráfica carga-asentamiento será muy pronunciada y
prácticamente lineal. Este tipo de falla en el suelo se denomina falla de corte por punzonamiento.

Figura 4: Falla local por corte

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3.2. TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI

Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría completa para evaluar la capacidad de carga última
de cimentaciones aproximadamente superficiales. De acuerdo con su teoría, una cimentación es superficial
si su profundidad, Df, es menor que o igual a su ancho. Sin embargo, investigadores posteriores sugirieron
que las cimentaciones con Df igual a tres o cuatro veces su ancho se podían definir como cimentaciones
superficiales. Terzaghi sugirió que para una cimentación continua o corrida (es decir, cuando su relación
ancho a longitud tiende a cero), la superficie de falla en el suelo ante carga última se puede suponer similar
a la que se muestra en la figura 5.

El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación también se puede suponer que se reemplaza por una
sobrecarga equivalente, q = ɣDf (donde g es el peso específico del suelo). La zona de falla bajo la
cimentación se puede separar en tres partes. (Braja M. D., 2012)

Figura 5: Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua (corrida).

 La zona triangular ACD inmediatamente abajo de la cimentación.

 Las zonas de radiales de corte ADF y CDE, con las curvas DE y DF como arcos de una espiral
logarítmica.
 Dos zonas triangulares pasivas de Rankine FH y CEG.

Los ángulos CAD y ACD se suponen iguales al ángulo de fricción del suelo Ø´ . Observe que, con el
reemplazo del suelo arriba del fondo de la cimentación por una sobrecarga equivalente q, se ignoró la
resistencia cortante del suelo a lo largo de las superficies de falla GI y HJ. Aplicando un análisis de
equilibrio, Terzaghi expresó la capacidad de carga última en la forma (Braja M. D., 2012)

(Cimentación continua o corrida)

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Las variaciones de los factores de capacidad de carga se dan en la tabla 1. Para estimar la capacidad de
carga última de cimentaciones cuadradas y circulares, la ecuación se puede modificar respectivamente a:

(Cimentación cuadrada)

(Cimentación circular)

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Tabla 1. Factores de capacidad de carga de Terzaghi—ecuaciones (3.4), (3.5) y (3.6). De Kumbhojkar (1993). (Braja M. D., 2012)

En la ecuación para cimentación circular, B es igual al diámetro de la cimentación. Para cimentaciones

que presentan el modo de falla local por corte en suelos, Terzaghi sugirió las modificaciones siguientes
para las ecuaciones.

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Tabla 2: Factores de capacidad de carga modificados de Terzaghi (Braja M. D., 2012)

3.3. FACTOR DE SEGURIDAD

El cálculo de la capacidad de carga permisible bruta de cimentaciones superficiales requiere aplicar

un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga última bruta. El factor de seguridad debe ser al
menos de 3 en todos los casos.

Sin embargo, algunos ingenieros prefieren emplear un factor de seguridad tal que:

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La capacidad de carga última neta se define como la presión última por área unitaria de la cimentación
que puede soportar el suelo en exceso de la presión causada por el suelo circundante al nivel de la
cimentación. Si la diferencia entre el peso específico del concreto utilizado en la cimentación y el peso
específico del suelo circundante se supone que es insignificante, entonces

Donde:

Por lo tanto:

3.4. MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA POR NIVEL

FREÁTICO

Si el nivel freático está cerca de la cimentación, serán necesarias algunas modificaciones de las ecuaciones
de capacidad de carga. Las modificaciones se basan en la suposición de que no existe una fuerza de
filtración en el suelo. (Braja M. D., 2012)

Figura 6 Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel freático.

A. CASO I. Si el nivel freático se ubica tal que 0 < D1 < Df , el factor q en las ecuaciones de
capacidad de carga toma la forma

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B. CASO II. Para un nivel freático ubicado tal que 0 < d < b

En este caso, el factor ɣ en el último término de las ecuaciones de capacidad de carga se debe
reemplazar por el factor

C. Caso III. Cuando el nivel freático se ubica tal que d $ B, el agua no tendrá efecto sobre la
capacidad de carga última.
3.5. ECUACIÓN GENERAL DE LA CAPACIDAD DE CARGA

Las ecuaciones de capacidad de carga última, son sólo para cimentaciones continuas, cuadradas y
circulares; no abordan el caso de cimentaciones rectangulares (0 < B/L < 1). Además, las ecuaciones no
toman en cuenta la resistencia cortante a lo largo de la superficie de falla en el suelo arriba del fondo de la
cimentación (la parte de la superficie de falla marcada como GI y HJ en la figura 5). Además, la carga
sobre la cimentación puede estar inclinada. Para tomar en cuenta todos estos factores, Meyerhof (1963)
sugirió la forma siguiente de la ecuación general de la capacidad de carga. (Braja M. D., 2012)

Las ecuaciones que se presentaron para determinar los varios factores se describen a continuación. Observe
que la ecuación original para la capacidad de carga última se dedujo sólo para el caso de deformación
unitaria plana (es decir, para cimentaciones continuas). Los factores de forma, profundidad e inclinación
de la carga son empíricos basados en datos experimentales (Braja M. D., 2012)

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3.5.1. FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA

En la tabla 3 que se presenta a continuación se muestra la variación de los factores de capacidad de carga
anteriores con los ángulos de fricción del suelo.

Tabla 3: Factores de capacidad de carga para la teoría de Meyerhof (Braja M. D., 2012)

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3.5.2. FACTORES DE FORMA, PROFUNDIDAD E INCLINACIÓN

Factores de forma, [DeBeer (1970); de profundidad Hansen (1970); Meyerhof (1963); e inclinación
Meyerhof y Hanna (1981)].
A. De forma

B. De profundidad

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C. Inclinación

4. ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN

Indicaciones:
1. En el caso de detectarse trabajos iguales o que ya hayan sido presentados anteriormente, se
calificara con nota 0.0 en toda la unidad y se procederá a realizar el reporte a las instancias
correspondientes, conforme al estatuto y reglamento de la UNJ.
2. En caso de enviarse el trabajo no conforme a las indicaciones, no será calificado.
3. La resolución será de forma manual en hojas limpias, sin manchas y/o enmendaduras.
4. Una vez realizado el resumen se escaneará o tomará las fotografías correspondientes y se convertirá a
un solo archivo pdf con un tamaño menor a 5mb, el cual enviará al Whatsapp del docente.
5. La actividad debe presentarse HASTA el domingo 16-05-2021 a las 8 am.
6. Se calificará conforme a la rúbrica 01que se alcanza junto al syllabus del curso
7. El resumen tendrá como mínimo 5 páginas y máximo 15 páginas.
8. El archivo será enviado con el siguiente nombre: Gt-AG8-Apellidos y nombres del alumno

4.1. ACTIVIDAD N°1

SEGÚN LISTA DE CONCEPTO ALCANZADA

1. Realizar la lectura y resumen manual de la guía 08, (Nota para Ec)
2. Resolución y análisis del problema planteado. (Nota para Ep)

A. Tomando como base el ejercicio 1 y utilizando la Ecuación general de la capacidad de carga

Calcular, graficar y analizar cómo varían los resultados en cada caso.
Solo presentar el desarrollo del primer caso de cada cuadro

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B. Manteniendo constante el resto de parámetros y variando el Ancho B, profundidad df

qperm (kN/ m2) Q (kN)
B(m) B(m)
Df (m) Df (m)
…2… …3… …4… …2… …3… …4…
2.0 2.0
2.5 2.5
3.0 3.0

C. Manteniendo constante el resto de parámetros y variando Ángulo de fricción y cohesión.

qperm (kN/ m2) Q (kN)

Ø Ø
C C
… 25 … … 30 … … 35 … … 25 … … 30 … … 35 …
.. 20 . .. 20 .
25 25
30 30

D. Tomando como base el ejercicio 3 calcular “B” para las carga Qperm, con FS =3 de
867.2 y 967.2 kN y comentar los resultados
Solo presentar el desarrollo del primer caso

Evaluación 1: Resumen de guía 8, resolución y análisis del problema planteado

5. GLOSARIO

 Punzonamiento. es un esfuerzo producido por tracciones en una pieza debidas a los esfuerzos
tangenciales originados por una carga localizada en una superficie pequeña de un elemento
bidireccional de hormigón, alrededor de su soporte.
 Deformación Unitaria. Se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la
longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a
esfuerzos de tensión o compresión axial.

6. REFERENCIAS

Braja, M. D. (2012). Fundamentos de ingeniería de cimentaciones . México DF: IOS%DITORIALES.

Chávez, J. M. (2006). Geotecnia. Mexico: UNAM.
MVCS. (2018). Norma E-50 “SUELOS Y CIMENTACIONES” . En MVCS, RNE. Lima.

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