Capacidad de carga de celdas estructuradas. Un método 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 vertical loading. A structured cell is comprised by 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 results of many numerical analysis, which allowed to define that this foundation type fails according to an indentation mechanism.

RESUMEN: En este artículo se propone un método de análisis simplificado para calcular la capacidad de carga de cimentaciones a base de las celdas estructuradas sometidas a carga vertical sostenida. Una celda estructurada está constituida por una losa tapa y muros de concreto reforzado 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. Además, se define el mecanismo de falla por penetración de este tipo de cimentación. 1 INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes Desde siempre ha existido, pero recientemente se ha incrementado, la necesidad de cimentar estructuras en suelos difíciles, de baja resistencia y alta deformabilidad; que requieren de sistemas estructurales novedosos para sustituir a las convencionales, tales como zapatas, losas, cajones con pilotes de fricción o de punta. El ingeniero de cimentaciones enfrenta, en la zona de lago de la ciudad de México, una serie de problemas ocasionados por: a) los potentes depósitos de arcillas blandas; b) los abatimientos piezométricos; y c) la amplificación (efectos de sitio) de los movimientos sísmicos. El lector interesado en esto, puede consultar las siguientes referencias: Auvinet y Mendoza (1986), Romo (1990), Mendoza et al., (2000), Romo et al., (2000) y Mendoza (2007). 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 verticales sostenidas. 1.2 Celda estructurada de cimentación Es conveniente mencionar que las condiciones adversas, que presentan los suelos blandos, imponen a la construcción de cajones de cimentación procesos constructivos detallados y complicados. El uso de cajones implica una excavación profunda que genera costos, tiempo de construcción y control de calidad del proceso de excavación, SMMS (2000 y 2001). El uso de pilotes de fricción, Jaime et al., (1990), condiciona un diseño detallado, en función de los siguientes criterios de la norma local, GDF (a y b; 2004): (1) Los pilotes sólo reducen asentamientos y la losa o cajón toma toda la capacidad de carga en condiciones estáticas y dinámicas. (2) Los pilotes se diseñan para soportar la capacidad de carga en condiciones estáticas y dinámicas, y la losa se considera como elemento que rigidiza o distribuye la carga, ya que la losa pierde contacto con el suelo por efecto del hundimiento regional. Ahora bien, 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, Figura 1; cabe señalar que no existe losa de fondo. Esta 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 tiene dos ventajas: (1) No se requiere excavación profunda, como en el caso de un cajón y (2) Rapidez de construcción. Además, la losa tapa funciona horizontalmente como un elemento que rigidiza el sistema losa-muros.

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