Métodos analíticos y numéricos aplicados al diseño de cimentaciones superficiales considerando su interacción con el suelo

Abstract

En este trabajo se presentan dos modelos existentes en la actualidad para el cálculo de cimentaciones superficiales: el modelo de resortes basados en la teoría de Winkler y el Método de elementos finitos. Como tal se abordan esquemas y conceptos que integran mecanismos de interacción entre dos materiales de distinta rigidez como parte de diseño de cimentaciones superficiales; bajo este contexto se hacen aplicaciones de casos prácticos tanto con criterios analíticos y numéricos; se cuenta con la asistencia del programa de aplicaciones geotécnicas Plaxis 3D, que está formulada mediante la técnica de elementos finitos en tres dimensiones, utilizando modelos constitutivos para materiales geotécnicos que analiza el modelo numérico desde una perspectiva del comportamiento tensión deformación. Alternativamente se utiliza el programa SAFE para caso específico. La información así obtenida es contrastada objetivamente proponiéndose, según el caso, pautas que permitan integrar estos procedimientos con los habitualmente empleados en el tratamiento de la problemática. Dentro del enfoque conceptual se da énfasis a tendencias actuales para el diseño de cimentaciones superficiales como es la teoría de estados límite. Teniendo en cuenta que el suelo presenta menos resistencia y mayor deformabilidad que el resto del conjunto de materiales, no puede resistir cargas por sobre su capacidad de soporte; debido a ello los diseños y procedimientos constructivos preveen transmitir y repartir las cargas al terreno buscando no exceder su resistencia nominal, definiendo criterios analíticos y numéricos. De acuerdo a los resultados y de la relación entre las tensiones y las deflexiones determinadas se pueda deducir, con mejor conocimiento de causa, el valor o los valores que conviene adoptar para el coeficiente de balasto y demás parámetros, en aplicación de la teoría de Winkler, e incluso su variación a nivel del contacto suelo-estructura de cimentación. De forma general, el diseño geométrico de una cimentación y su refuerzo está directamente relacionado con su rigidez, flexibilidad y las características de resistencia y deformación del suelo sobre el cual se sustenta. Los aspectos comprendidos en la presente tesis encaminan a un mejor entendimiento de tópicos elementales de manera didáctica y aplicativa.

In this paper we present two models currently available for the calculation of shallow foundations : the spring model based on Winkler theory and finite element method . As such schemes are discussed and concepts that integrate mechanisms of interaction between two materials of different stiffness as part of shallow foundations design , in this context are applications of case studies both analytical and numerical criteria , it is assisted program Plaxis 3D geotechnical applications , which is formulated by the finite element technique in three dimensions, using constitutive models for geotechnical materials that analyzes the numerical model from a stress-strain behavior . Alternatively, use the SAFE program for specific case. The information thus obtained is contrasted objectively propose, as appropriate, guidelines that integrate these procedures with those normally used in the treatment of the problem . Within the conceptual approach emphasizes current trends in the design of shallow foundations such as the theory of limit states . Given that the ground has less resistance and greater deformability than the rest of all the materials can not withstand loads on the bearing capacity , due to this design and construction procedures foresee transmit and distribute the loads to the ground looking not exceed nominal resistance , defining analytical and numerical criteria . According to the results and the relationship between the stresses and deflections can deduct certain , with better knowledge of the value or values to be taken to the ballast coefficient and other parameters , applying the theory of Winkler , and even contact level variation of soil- structure foundation. Generally , the geometrical design of a foundation and reinforcement is directly related to its stiffness , flexibility and strength and deformation characteristics of the soil on which it is based. The aspects covered by this thesis routed to a better understanding of basic topics in a didactic and applicative.