Capacidad portante y asentamiento. Generalidades.

Una serie de entradas dedicadas a la capacidad portante y al asentamiento de cimentaciones superficiales es algo de lo que creo que adolecía este blog. Vamos a intentar arreglar esto. Lo haremos de la forma que lo hacemos en este blog: centrándonos en los conceptos relevantes, aclarar la base teórica y, sobre todo darle un enfoque práctico.

En este post nos vamos a centrar en los aspectos básicos. El abecé de las cimentaciones, si lo queremos ver así. Si eres de los que piensan que esto lo tienes superado, te animo a que te quedes, porque nunca viene mal refrescar conceptos.

La verdad es que no es la primera vez que tratamos el asunto de capacidad portante y asentamiento en este post. Son post aislados, pero que en algún momento los podremos encajar en esta serie de entradas.

• Modelo Mohr-Coulomb.
• Capacidad de carga última.
• Suelos cohesivos y resistencia al corte sin drenaje.

Introducción.

El post lo vamos a estructurar de la siguiente manera:

1. Definición y tipos de cimentaciones.
2. Capacidad de carga última.
3. Capacidad portante última.
4. Y por último, la capacidad portante admisible.

Por cierto, lo que vamos a ver se refiere solamente a suelos.

Definición y tipos de cimentaciones.

La cimentación es la parte más baja de la estructura que transmite el peso de la estructura al suelo. La cimentación puede ser superficial o profunda, y entre las superficiales tendremos las individuales o aisladas y las losas.

De la figura anterior hay que destacar:

D_f: Empotramiento de la cimentación en el suelo.

B/L: La mayoría de las teorías relacionadas con cimentaciones superficiales son válidas para B/L<1/6.

D_f/B: En cimentaciones superficiales la ratio suelo ser menor a 4. Es decir, el ancho puede llegar a ser 4 veces menor que la profundidad de empotramiento.

Es importante que se acostumbren a leer las ratios del derecho y del revés. En común verlos en fórmulas y, sobre todo en ábacos y gráficas.

Capacidad de carga última

Una cimentación a medida que se carga gradualmente (q=Q/A; Q: carga sobre la cimentación; A: área de cimentación), el asentamiento aumenta.

Cuando q=q_u, decimos que alcanza su capacidad de carga última, en la que el terreno, pierde su resistencia al corte y se produce el “fallo” de la cimentación.

Obviamente esto es muy teórico, y en función de la compacidad/consistencia del suelo, podemos tener otro tipo de gráficas q/S.

Os podéis imaginar que hay muchos factores que influyen en la capacidad de carga última, pero en general, nos podemos quedar con que a mayor densidad relativa (Dr) y/o mayor sea el ancho de la cimentación (B), mayor será la capacidad portante.

Con respecto asentamiento asociado a este nivel de carga última: A menor densidad relativa (Dr) y/o mayor sea el ancho de la cimentación (B), mayor será el asentamiento.

Capacidad portante última

Para que una cimentación funcione a su capacidad óptima nos debemos de asegurar que la carga no excede un valor límite (q_u). Si consideramos las incertidumbres asociadas en la evaluación de los parámetros de resistencia al corte del suelo, la capacidad de carga última q_all puede calculada como:

Generalmente se utiliza un factor de seguridad (FS) de tres a cuatro.

Capacidad portante admisible

Aquí entra en juego las restricciones por asentamiento.

El asentamiento total S_t de una cimentación será la suma de:

1. Asentamiento elástico o inmediato S_e.
2. Asentamiento de consolidación primaria y secundaria S_c, en caso de suelos arcillosos saturados.

Podemos tener tres tipos de asentamiento: uniforme,  inclinado-uniforme y no-uniforme.

La distorsión angular (Δ) la podemos definir como:

La mayoría de las normativas proporcionan un límite de asentamiento permitido, tanto en términos absolutos como diferenciales, que puede limitar la carga sobre la cimentación.

Proceso de cálculo de la capacidad portante.

En primer lugar, se debe calcular la capacidad de carga última del suelo para una determinada configuración de cimentación (B, L y D_f), y después realizar las comprobaciones correspondientes.

Vamos a intentar resumirlo.

1. Configura la cimentación (B, L y D_f)
2. Calcular la capacidad de carga última (q_u)
3. Si,
   • q_u>Q/A vamos al paso 4
   • q_u<Q/A regresamos al paso 1, ya que nuestra cimentación no es estable.
4. Para esa carga, calculamos la capacidad portante última (q_all)
5. • q_all>Q/A vamos al paso 5
   • q_all<Q/A regresamos al paso 1, ya que nuestra cimentación no es estable.

5. Calculamos el asentamiento total (S_t)

• • S_t < asentamiento máximo de la normativa vamos al paso 6.
  • S_t > asentamiento máximo de la normativa vamos al paso 5.B

5.B) Calculamos el asentamiento total para cargas mayores o iguales que Q/A y menores que q_all (S^*_t)

        5.B.1) S^*_t < asentamiento máximo de la normativa vamos al paso 6.

5.B.2) S^*_t > asentamiento máximo de la normativa vamos al paso 1. Nuestra cimentación, a pesar de ser estable frente al hundimiento, genera un asentamiento inadmisible.

6. Calculamos la distorsión angular (Δ)

• • Δ calculado < Δ máxima de la normativa. CHECK OK
  • Δ calculado > Δ máxima de la normativa vamos al paso 6.B

6.B) Calculamos la distorsión angular para cargas mayores o iguales que Q/A y menores que q_all (Δ^*)

6.B.1) Δ^* calculado < Δ máxima de la normativa. CHECK OK.

6.B.2) Δ^* calculado > Δ máxima de la normativa vamos al paso 1. Nuestra cimentación, a pesar de ser estable frente al hundimiento y los asentamientos totales son admisibles, la distorsión angular generada por tener asentamientos no uniformes es inadmisible.

Como vemos la capacidad portante admisible puede ser igual o menor que q_all, pero siempre mayor que Q/A.

Conclusión

Los conceptos que tratado aquí pueden parecerse, pero hay que saber diferenciarlos bien. Los hemos presentado de manera secuencial porque es así como deben realizarse los cálculos y las comprobaciones.

Espero que les haya resultado interesante, porque esto es sólo el principio.

Muchas gracias.