Ingeniería de Cimentaciones: Capacidad de Carga y Modos de Falla del Suelo

Capacidad de Carga en Cimentaciones

La capacidad de carga se define como el valor de la presión aplicada por la fundación, ejercida sobre el terreno, para la cual los asentamientos comienzan a ser excesivos, imprevisibles y difíciles de calcular.

Generalmente, se toma como la presión que da lugar a la falla local por corte.

Debe proyectarse de forma que la presión real aplicada sea inferior a la capacidad de carga, con un margen de seguridad suficiente para cubrir las incertidumbres en la estimación de las presiones sobre el terreno y de la propia capacidad de carga.

Factores que Intervienen en la Valoración de la Capacidad de Carga

• Características del suelo de fundación:
  • Peso específico (γ)
  • Cohesión (c)
  • Ángulo de fricción (φ)
• Profundidad de la fundación (D_f)
• Forma y tamaño de la base:
  • Circular, rectangular o continua
  • Radio (R) o ancho (B)

Tipos de Cimentaciones

Las cimentaciones se clasifican en:

• Profundas: Pilotes, Pilas.
• Superficiales: Zapatas aisladas, zapatas continuas o corridas, plateas.

Criterios de clasificación:

• Si B ≥ D_f, se considera una cimentación superficial (Terzaghi).
• Si B ≥ 4D_f, se considera una cimentación superficial (Brajadas).

Capacidad de Carga Última

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

1. Ser segura contra una falla por corte general del suelo que la soporta.
2. No debe experimentar un desplazamiento excesivo (asentamiento excesivo).

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

Curvas Carga por Unidad de Área-Asentamiento en Pruebas con Placas Circulares sobre Arena Seca

A. Falla por Corte General

Se presenta en una cimentación corrida que descansa sobre arena densa o suelo cohesivo firme. Si la carga se aplica gradualmente a la cimentación, el asentamiento se incrementará. Cuando la carga por unidad de área es igual a q_u, tendrá lugar una falla repentina en el suelo que soporta la cimentación y la zona de falla en el suelo se extenderá hasta la superficie del terreno. Esta carga por área unitaria q_u se denomina capacidad de carga última de la cimentación.

B. Falla por Corte Local

Ocurre en una cimentación sobre suelo arenoso o arcilloso medianamente compactado. Un incremento de carga sobre la cimentación 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. Cuando q es igual a q_u(1), el movimiento estará acompañado por sacudidas repentinas. Entonces, se requiere un movimiento considerable de la cimentación para que la zona de falla en el suelo se extienda hasta la superficie del terreno. La carga bajo la cual sucede es la capacidad de carga última q_u. De esta manera, una mayor carga producirá un incremento del asentamiento de la cimentación.

• q_u(1): Carga de primera falla
• q_u: Capacidad de carga última

C. Falla por Punzamiento

Se observa en una cimentación soportada por un suelo bastante suelto. 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_u, la gráfica carga-asentamiento se inclinará y será prácticamente lineal.

(Ver Gráficos Ilustrativos)