Modelación física de la capacidad portante de cimentaciones superficiales considerando el efecto del clima.

Abstract

In recent years, different ways to quantify the bearing capacity of soils have been studied, but there is no solid theory that considers all the variables that influence soil shear resistance, including the effect of partial saturation. During the last decade, the classical theory of Terzaghi (1945) has continued to be used for saturated soils, where the maximum soil capacity can be evaluated. To include the effect of partial saturation, theoretical formulations have been developed for partially saturated soils such as Bishop's (1959), where the air-water interface is evaluated. More recent approaches such as those of Costa, Cintra, & Zornberg (2003), S. Y. Oloo, Fredlund, & Gan (1997), Vanapalli & Mohamed (2007), include suction to describe shear resistance. In the present document, a theoretical review of the existing formulations to evaluate the bearing capacity of partially saturated soils is presented initially, as well as of the available methods to evaluate the suction and the parameters of shear resistance in condition of partial saturation. Subsequently, physical modeling of the bearing capacity of a shallow foundation in Bogotá soil, for different degrees of saturation, was performed. The above to relate the results of these tests on a reduced scale with the parameters of shear resistance (cohesion and internal friction angle) obtained by direct shear tests on the natural soft soil. The moisture contents used in the models were 49%, 27%, and 23%. Finally, the same procedure was used with reconstituted samples of the same soil where physical models were made for compacted samples and with different moisture contents (34%, 28%, and 24%). The soil used was characterized according to INVIAS 2013 specifications and experimental procedures proposed by Oh & Vanapalli (2013) and Sáez & Escario (1986) were used to evaluate the resistance parameters in natural soils. It was found that the change in moisture directly influences the shear strength, increasing soil suction and bearing capacity up to 1000%.

En los últimos años se han estudiado diversas formas para cuantificar la capacidad portante de los suelos, pero no se cuenta con una teoría sólida que mantenga todas las variables que involucran la resistencia del suelo incluyendo el efecto de la parcial saturación. Durante la última década se ha seguido utilizando la teoría clásica de Terzaghi (1945) para suelos totalmente saturados, donde se puede evaluar la capacidad máxima del suelo. Para incluir el efecto de la saturación parcial del suelo, se han desarrollado formulaciones teóricas para suelos parcialmente saturados como la de Bishop (1959) donde se evalúa la interfaz aire-agua. Aproximaciones más recientes como las de (Costa, Cintra, & Zornberg, 2003; S. Y. Oloo, Fredlund, & Gan, 1997; Vanapalli & Mohamed, 2007),incluyen la succión para describir la resistencia al corte. En el presente trabajo de grado se realizó inicialmente una revisión teórica de las formulaciones existentes para evaluar la capacidad portante de suelos parcialmente saturados, así como de los métodos disponibles para poder evaluar la succión y los parámetros de resistencia al corte en condición de parcial saturación. Posteriormente se realizaron modelaciones físicas de capacidad portante de una cimentación superficial en el suelo de Bogotá para diferentes grados de saturación. Lo anterior con el fin de relacionar los resultados de los ensayos a escala reducida con los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción interna) mediante ensayos corte directo en el suelo blando natural. Los contenidos de humedad utilizados en los modelos fueron 49%, 27% y 23%. Posteriormente, se elaboró el mismo procedimiento con muestras reconstituidas del mismo suelo donde se realizaron modelos físicos para muestras compactadas y con diferentes contenidos de humedad 34%, 28% y 24%. El suelo usado se caracterizó de acuerdo con las especificaciones INVIAS 2013 y se utilizaron procedimientos experimentales propuestos por (Oh & Vanapalli, 2013; Sáez & Escario, 1986) para evaluar los parámetros de resistencia en suelos naturales. Se comprobó que el cambio de humedad influencia directamente a la resistencia al corte, aumentando la succión del suelo y la capacidad portante hasta 1000%.