Estimación de capacidad de carga del terreno

Factores que intervienen en la estimación de capacidad de carga del terreno

La estimación de la capacidad de carga del terreno es un quehacer muy común dentro de la ingeniería geotécnica, fundamental para el diseño de las cimentaciones de diversas estructuras; sin embargo, aun cuando es un elemento muy común en el diseño de ingeniería, muchas veces su modelo de comportamiento, y los factores que en él intervienen, resulta incomprendido para quienes no están inmersos en la geotecnia. Este documento pretende dar una breve explicación acerca del modelo general de capacidad de carga superficial, establecido por Prandtl y Terzaghi, que sigue vigente, con el afán de una aproximación al conocimiento básico y comprensión de este modelo por las ramas de la ingeniería distintas a la geotecnia.

En geotecnia, la capacidad de carga, o capacidad portante, es la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él, transmitidas por una cimentación, esto es, la capacidad de carga es la máxima presión de contacto entre una cimentación y el terreno, tal que no se produzca una falla por cortante del suelo. La capacidad de carga debe distinguirse de la presión admisible, que puede estar dada por la presión máxima tal que no se genere la falla por cortante del suelo o aquella tal que no se produzca un asentamiento excesivo.

La capacidad de carga es una característica de cada sistema suelo-cimentación, y no sólo una cualidad intrínseca del suelo. Los distintos tipos de suelo difieren en capacidad de carga, pero también ocurre que en suelo específico la capacidad de carga varía con el tipo, forma, tamaño y profundidad del elemento de cimentación que aplica la presión.

La primera aplicación del método de equilibrio límite al problema de capacidad de carga fue realizada por Prandtl, a través de presionar elementos rígidos de acero contra masas planas. El método de Prandtl fue adaptado por Terzaghi para desarrollar el modelo de falla de capacidad de carga en cimentaciones superficiales. Vesic y otros autores modificaron la teoría original de Terzaghi añadiendo otros factores para un análisis más completo. En la figura 1 se muestra el modelo de falla de capacidad de carga de Terzaghi.

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Figura 1. Modelo de falla de capacidad de carga de Terzaghi

En la figura 1, considere una zapata de ancho B y una profundidad de desplante Df, cargada con una carga Q y apoyada sobre un suelo con un peso volumétrico γ. La falla es dividida en 3 zonas. La zona 1 representa una cuña que se mueve como cuerpo rígido con el cimiento, verticalmente hacia abajo; esta es una zona de estado activo de Rankine. Las áreas 3 son zonas de estado pasivo de Rankine. Los límites de la zona activa se inclinan a un ángulo de 45 + ϕ/2 (ϕ es el ángulo de fricción interna del suelo), mientras que aquellos de la zona pasiva se inclinan con un ángulo de   45 - ϕ/2, respecto a la horizontal. Las áreas 2 se conocen como zonas de cortante radial, puesto que las líneas de falla que las constituyen son radios que parten de las esquinas de la zapata.

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