Capacidad de carga de celdas estructuradas sujetas a momento de volteo: Un método de análisis simplificado

Sergio A. Martínez Galván, Miguel P. Romo Organista

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Other General

ABSTRACT: In this paper it is proposed a simplified analysis method to compute the bearing capacity of structured cell foundations subjected to moment loading. A structured cell consists of a top concrete slab structurally connected to concrete perimetral walls that enclose the natural soil. Contrary to a box foundation it does not include a bottom slab and hence, the soil within the walls becomes an important component of the structured cell. This simplified method considers the three-dimensional geometry of the cell, the shear strength of purely cohesive soils and that there is structural continuity between the top concrete slab and the surrounding walls, along the walls themself and the walls structural joints. The method was developed from the results of many three-dimensional numerical analyses, which allowed to define that this foundation fails according to a mechanism that depends on the combination of following loads: Vertical (V), horizontal (H) and Moment (M).

RESUMEN: En este artículo se propone un método de análisis simplificado para calcular la capacidad última ante momento de volteo de las celdas estructuradas de cimentación. Una celda estructurada está constituida por una losa tapa y muros perimetrales, sin losa de fondo. El método simplificado propuesto considera la geometría tridimensional de la celda, la resistencia del suelo puramente cohesivo y que existe continuidad estructural entre losa y muros, a lo largo de los muros y en los contactos entre muros. El método propuesto se desarrolló a partir de los resultados de un exhaustivo análisis numérico tri-dimensional y de evaluar un mecanismo de falla para una combinación de fuerzas externas: Vertical (V) y Horizontal (H), y Momento de volteo (M). 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes Las celdas estructuradas de cimentación son una excelente opción de cimentación cuando se combinan los ambientes complejos de carga con los depósitos de suelos blandos puramente cohesivos que presentan resistencia baja y deformabilidad alta. Un ambiente complejo de carga lo impone la estructura a la cimentación cuando se combinan las fuerzas vertical y horizontal, y el momento de volteo. En algunos casos, la fuerza horizontal y el momento pueden ser más importantes que la carga de compresión vertical generada por el peso de la estructura más el peso generado por su servicio. Estructuras como puentes vehiculares, turbinas de viento, torres de transmisión eléctrica y plataformas marinas, imponen ambientes complejos de carga, Audibert et al., (2003) y Tjelta et al., (1990). Como alternativa a las soluciones tradicionales para cimentar en suelos blandos de la ciudad de México, se propuso (Romo et al., 2002) la celda estructurada, coloquialmente conocida como fivaso invertidofl. En este artículo se presenta un método de análisis simplificado para calcular su capacidad portante al ser sometida a cargas combinadas (fuerzas vertical, horizontal y momento de volteo). 1.2 Celda estructurada de cimentación Una celda estructurada de cimentación está compuesta por muros perimetrales (e intermedios si se requieren por las dimensiones en planta de la cimentación) estructuralmente ligados a una losa tapa, sin losa de fondo, Figura 1. Ésta cimentación presenta, a priori, algunas ventajas desde el punto de vista constructivo. Los muros perimetrales e intermedios pueden construirse en el sitio con la técnica conocida como muro Milán o pueden colocarse tableros pre-fabricados, Rioboó (2004) y Rioboó y Romo (2004), donde la relación peso del tablero pre-fabricado vs potencia de la grúa condiciona la geometría del pre-fabricado. Después, se procede a la construcción de la losa tapa la cual se realiza de manera monolítica. Este procedimiento constructivo produce dos ventajas: (1) No se requiere excavación profunda que genera costos, tiempo de construcción y control de calidad del proceso de excavación, SMMS (2000 y 2001) y (2) Rapidez de construcción. Además, la losa tapa funciona como un elemento que rigidiza el sistema losa-muros. El método de análisis simplificado que se propone considera las siguientes condiciones de carga: Fuerzas verticales de compresión (V), combinación de fuerzas vertical (V) y horizontal (H), y el momento de volteo (M); el método de análisis que se propone considera la siguiente relación: EarEprffraaerarpruMMMMMMM-++++= (1)

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