Evaluación de metodologías de interacción suelo – estructura aplicadas a la acción simultánea de estructuras adyacentes para cimiento superficial

Abstract

Para cimientos superficiales, el análisis y diseño ha estado tradicionalmente ligado al uso de metodologías simplificadas, que aceptan la hipótesis de la variación de esfuerzos en el suelo, como comportamiento lineal elástico, asumiendo el cimiento como “rígido”, lo cual idealiza ambos medios; sin embargo, las presiones de contacto, dependen de diversos factores, los cuales son: El grado de rigidez de la fundación, la forma o disposición de la fundación, el tipo de suelo y la distribución de cargas aplicadas; cuando se consideran cimientos que, por factores externos relacionados a la ubicación del sitio, se tienen estructuras adyacentes con cercanía en líneas de lindero, pueden generar incremento en los esfuerzos, dando lugar a deformaciones. Para considerar la interacción suelo – estructura, se encuentra la metodología por el módulo de reacción del terreno o coeficiente de balasto, en el cual se involucra la respuesta del suelo, siendo simulado como una “cama de resorte”, el cual se fundamenta en el modelo de Winkler et al (1867), siendo usado por la ingeniería estructural, para el diseño de cimentaciones superficiales; como segundo mecanismo, se encuentra la modelación mediante elementos finitos, que permite incluir el comportamiento no elástico del suelo, bajo la modelación de una porción de suelo considerable bajo la cimentación planteada. En el presente trabajo se realizó el diseño estructural de las edificaciones, para tres sistemas estructurales diferentes (pórticos en concreto, muros de carga y mampostería estructural); se determinaron las dimensiones del cimiento como placa y teniendo en cuenta los parámetros geotécnicos de un suelo cohesivo de la ciudad de Bogotá, se llevaron a cabo las modelaciones por las dos metodologías de interacción suelo – estructura. De los modelos realizados en SAP 2000 y MIDAS GTS NX V20 2.1, se evaluaron los efectos de los esfuerzos y deformaciones en el suelo y cimiento, evidenciando que en edificaciones colindantes cargados de manera simultánea en el suelo, el comportamiento de las placas se verá reflejada como si fuera una sola cimentación; si una estructura es cargada inicialmente y posteriormente la otra, esta última refleja incrementos en los resultados de la primera cimentación; se comprueba que para el modelo de Winkler, para la condición de estructuras simultáneas, los resultados son conservadores; para el caso en el que se carga de manera posterior una edificación, la metodología por elementos finitos, refleja el incremento de los esfuerzos y deformaciones de la edificación cargada inicialmente, no considerando este efecto el modelo de Winkler.

For shallow foundations, the analysis and design has traditionally been linked to the use of simplified methodologies, which accepts the hypothesis of stress variation in the soil, as linear elastic behavior, assuming the foundation as "rigid", which idealizes both materials; Of the contact pressures, which depend on several factors, which are: The degree of stiffness of the foundation, the shape or arrangement of the foundation, the type of soil and the distribution of applied loads, when considering foundations that, due to external factors related to the location of the site, have adjacent structures with proximity in boundary lines, can generate increased stresses, resulting in deformations. To consider the soil - structure interaction, there is the methodology by the modulus of soil reaction or ballast coefficient, which involves the soil response, being simulated as a "spring bed", which is based on the model of Winkler (1867), being used by structural engineering, for the design of shallow foundations; as a second mechanism, there is the modeling by finite elements which allows including the non-elastic behavior of the soil, under the modeling of a considerable portion of soil under the proposed foundation. In the present document, the structural design of the buildings was carried out for three different structural systems (concrete portal frames, load-bearing walls and structural masonry); the dimensions of the foundation were determined as a plate and taking into account the geotechnical parameters of a cohesive soil of the city of Bogotá, the modeling was carried out by the two methodologies of soil-structure interaction. From the models made in SAP 2000 and MIDAS GTS NX V20 2.1, the effects of stresses and deformations in the soil and foundation were evaluated, showing that in adjacent buildings loaded simultaneously in the soil, the behavior of the plates will be reflected as if it were a single foundation; if one structure is loaded initially and later the other, the latter reflects increases in the results of the first foundation; It is verified that for the Winkler model, for the condition of simultaneous structures, the results are conservative; for the case in which a building is subsequently loaded, the finite element methodology reflects the increase of the stresses and deformations of the initially loaded building, not considering this effect in the Winkler model.