Cómo Determinar la Capacidad de Carga de los Suelos a partir de la Prueba de Carga de Placas
La prueba de carga de placas o «prueba de cojinete de placas» es una de las formas más rápidas de determinar la capacidad de carga y las características de asentamiento de los suelos en el sitio. Esta prueba es esencialmente útil, especialmente para el diseño de cimientos poco profundos, como zapatas de almohadillas.
Consiste básicamente en cargar una placa rígida a nivel de cimentación y aumentar la carga en incrementos arbitrarios. El asentamiento correspondiente a cada incremento de carga se registra utilizando al menos dos o tres manómetros con un recuento mínimo de 0,02 mm. Los manómetros deben colocarse por separado a 120° o 90°, respectivamente. La carga de prueba se incrementa gradualmente hasta que la placa comienza a asentarse a un ritmo rápido. Se representa la curva de asentamiento de carga a partir de la cual se puede determinar el asentamiento y la capacidad de carga del suelo.
El valor total de la carga en la placa dividido por el área de la placa de acero da el valor de la capacidad de carga final del suelo. Se aplica un factor de seguridad para dar la capacidad de carga segura del suelo.
Los aparatos necesarios para realizar un ensayo de carga de placas son:;
- Contrapeso como caja o plataforma con material pesado como hormigón, acero, etc. El contrapeso total debe ser al menos un 10% superior a la carga máxima de ensayo prevista.
- Gato hidráulico para aplicar la carga
- Anillo de prueba, precisión de 1 kg, para medir la carga
- Placa de rodamiento, diámetro de 350 mm, 450 mm y 600 mm
- Cuatro manómetros
- Vigas de referencia.
El procedimiento para realizar la prueba de carga de placa de acuerdo con BS 1377 parte 9 es el siguiente;
- Se utilizará una placa circular con un diámetro máximo de 300-600 mm.
- Excave hasta el nivel de prueba lo más rápidamente posible para minimizar los efectos del alivio de tensiones, especialmente en rellenos cohesivos. Se puede utilizar una excavadora mecánica siempre que el cucharón de la excavadora no tenga dientes y que la última profundidad de excavación de 100 mm se realice cuidadosamente a mano. Si el ensayo se realiza en un foso de ensayo, el ancho del foso debe ser de al menos 4 a 5 veces el diámetro de la placa.
- Recorte cuidadosamente y retire todo el material suelto y los fragmentos incrustados para que el área de la placa esté generalmente nivelada y lo más tranquila posible.
- Proteger la zona de ensayo y el aparato de los cambios de humedad, la luz solar y los efectos de las inclemencias del tiempo tan pronto como se exponga el nivel de ensayo y durante todo el ensayo.
- La placa se colocará sobre una capa fina (de 10 a 15 mm de espesor) de arena limpia y seca para obtener una superficie nivelada sobre la que se acueste la placa.
- Configure los sistemas de medición de carga y deflexión de manera que la carga se aplique a la placa sin excentricidad y el sistema de deflexión esté fuera de la zona de influencia de los accesorios. Durante estas operaciones, podrá aplicarse a la placa una pequeña carga de asiento que permita realizar ajustes: esta carga de asiento será inferior a 5 kN/m2.
- La carga se aplicará en cinco incrementos. La lectura del acuerdo se tomará en 0.intervalos de 50 minutos durante los primeros 2 minutos, y intervalos de 1 minuto a partir de entonces, hasta que se haya detenido el movimiento detectable de la placa, es decir, hasta que la tasa media de asentamiento sea inferior a 0,02 mm por intervalo de 5 minutos.
- En cada incremento, la presión se mantendrá constante lo más cerca posible.
- Una vez completado el incremento final del ensayo, se liberará la presión en la bomba hidráulica y se permitirá recuperar el asentamiento de la placa. Cuando la recuperación se haya completado esencialmente, se registrará el valor residual de liquidación.
De acuerdo con Venkatramiah (2006), se debe tener mucho cuidado al interpretar los resultados de las curvas carga-asentamiento de la prueba de carga de la placa. Las curvas típicas obtenidas de las curvas de asentamiento de carga de las pruebas de carga de placas se muestran en la figura siguiente;
La curva I es típica de arena densa o grava o arcilla rígida, en la que se produce un fallo de cizallamiento general. El punto correspondiente a la falla se obtiene extrapolando hacia atrás (como se muestra en la figura), a medida que se observa una desviación pronunciada de la relación en línea recta que se aplica a las etapas iniciales de carga. (Esto coincide aproximadamente con el punto hasta el cual se extiende el rango de proporcionalidad).
La curva II es típica de arena suelta o arcilla blanda, en la que se produce un fallo de corte local. Se observa un empinado continuo de la curva y es bastante difícil identificar fallas; sin embargo, el punto donde la curva se vuelve repentinamente empinada se localiza y se trata como el que corresponde a la falla.
La curva III es típica de muchos suelos c – φ que presentan características intermedias entre los dos anteriores. Aquí también el punto de falla no es fácil de localizar y se aplica el mismo criterio que en el caso de la Curva II.
Por lo tanto, se ve que, excepto en unos pocos casos, la ubicación arbitraria del punto de falla se vuelve inevitable en la interpretación de los resultados de la prueba de carga.
Sin embargo, es importante saber que la prueba de carga de placas tiene algunos inconvenientes, como efectos de tamaño, y no tiene en cuenta la posibilidad de asentamiento de consolidación, especialmente en suelos cohesivos. Además, se informa de que los resultados de las pruebas de carga reflejan las características del suelo situado solo a una profundidad de aproximadamente el doble de la anchura de la placa.
En este artículo vamos a mostrar cómo hacer cálculos a partir de la prueba de carga de placas.
Ejemplo
Se realizó una prueba de carga de placa en un depósito uniforme de arena a una profundidad de 1.5m por debajo del nivel natural del suelo y se obtuvieron los siguientes datos;
| Presión (kPa) | 0 | 50 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| Liquidación (mm) | 0 | 2 | 4.5 | 10 | 17 | 30 | 50 |
El tamaño de la placa era de 600 mm × 600 mm y el de la fosa de 3,0 m × 3,0 m × 1,5 m.
(i) Trazar la curva de presión-asentamiento y determinar el esfuerzo de falla.
ii) Una base cuadrada, 1,5 m × 1.5 m, se fundará a 1,5 m de profundidad en este suelo.
Suponiendo que el factor de seguridad contra fallas de corte es de 3,0 y el asentamiento máximo permitido es de 25 mm, determine la presión de rodamiento permitida.
(iii) Diseño de la zapata para una carga de 600 kN, si la capa freática está a gran profundidad.
Solución
(1) La curva de asentamiento de presión se muestra en la figura siguiente. El punto de falla se obtiene como el punto correspondiente a la intersección de las tangentes inicial y final. En este caso, la presión de falla es de 335 kN/m2.
La capacidad de carga final de la prueba de carga de la placa qult,bp = 335 kN/m2
Aplicando corrección para depósitos de suelo arenoso y una base de ancho 1,5 m;
qult,f = qult,bp x (Ancho de la base)/(Tamaño de la placa base) = 335 x (1,5/0,6) = 837,5 kN/m2
Aplicando un factor de seguridad de 3,0 contra falla de corte;
qa = qult,f/FOS = 837.5/3 = 279.16 kN/m2
Alternativamente;
Iguale el valor de qult,bp a 0.5 ybpNy
Donde;
bp = tamaño de la placa base = 600 mm
γ = densidad del suelo (digamos 18.5 kN / m3)
Ny = Factor de capacidad de carga (por determinar)
335 = 0.5 x 18,5 x 0,6 x Ny
En la resolución, Ny = 60,36
Esto se refleja en un ángulo de fricción interna (Φ) de aproximadamente 36,5° utilizando la teoría de Terzaghi. El valor correspondiente de Nq es 50.48.
Para una base cuadrada de ancho (B) y profundidad (Df) 1,5 m fundada sobre arena;
qult = qNq + 0,4 yBNy = (18,5 x 50,48) + (0,4 x 18 x 1,5 x 60,36) = 1585,768 kN/m2
qa = qult/FOS = 1585,768/3 = 528,589 kN/m2
De la consideración de liquidación;
Sp = S2
Sp = 252 = 16 mm
A partir de la curva de asentamiento de carga, este asentamiento corresponde a una presión de 290 kN/m2
Para este estudio de caso particular, el asentamiento gobernará el diseño.
La carga de columna de servicio máxima permitida en una zapata cuadrada de 1,5 m x 1,5 m será (1,5 x 1,5 x 290) = 652,5 kN. Esto demuestra que una carga de columna de 600 kN se puede soportar de forma segura sobre una base de 1,5 m x 1,5 m en el suelo.