Tesis:
Cálculo de la capacidad de soporte de cimentaciones superficiales bajo carga cíclica en terreno cohesivo
- Autor: PANIQUE LAZCANO, Daniel
- Título: Cálculo de la capacidad de soporte de cimentaciones superficiales bajo carga cíclica en terreno cohesivo
- Fecha: 2021
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/69915/
- Director/a 1º: GALINDO AIRES, Rubén
- Resumen: La carga de hundimiento de una cimentación superficial bajo cargas estáticas ha sido ampliamente estudiada por diversos autores. En contraste, la carga de hundimiento bajo cargas dinámicas se ha resuelto de modo indirecto. El estudio de los problemas relacionados con cargas cíclicas se ha enfocado fundamentalmente al comportamiento de los suelos granulares (arenas); pero, por el contrario, en el caso de los suelos cohesivos (arcillas), éstos empezaron a ser estudiados detalladamente como consecuencia de los terremotos de Northridge, Kocaeli y Chi-Chi ocurridos en los años 90. El objeto del presente trabajo es evaluar la influencia de la presión intersticial en el cálculo de la carga de hundimiento de cimentaciones superficiales apoyadas sobre terrenos cohesivos y solicitadas dinámicamente. Esta investigación tiene como base fundamental los resultados de ensayos de corte simple monotónicos y cíclicos realizados con muestras del puerto del PRAT (Barcelona). Se propone una formulación de generación de presión intersticial que depende de la tensión efectiva “in situ” (cov), la tensión tangencial inicial {jo) y cíclica (rc), y el índice de poros (e). La formulación se desarrolló mediante un código propio implementado al software comercial de diferencias finitas FLAC2D, el cual permite determinar la carga de hundimiento de cimentaciones superficiales solicitadas cíclicamente. La formulación propuesta permite calcular la sobrecarga cíclica máxima que puede resistir un suelo cohesivo antes de fallar por reblandecimiento cíclico, como consecuencia de solicitaciones dinámicas transferidas por una cimentación superficial. La aplicación práctica de esta investigación es proporcionar abacos que facilitan el cálculo de la capacidad de carga de suelos cohesivos sobre los que se apoyarán zapatas solicitadas dinámicamente, los cuales tiene en cuenta las propiedades del terreno, la capacidad de carga estática y el estado de carga del terreno. De esta manera, se ha desarrollado tres hipótesis de análisis, la primera corresponde a una situación a corto plazo lo que significa no considerar la influencia del peso del terreno. Este primer paso dentro de la obtención de la carga de hundimiento bajo carga cíclica permite obtener una solución que no depende del ancho de la cimentación y por tanto del peso propio del terreno. La segunda situación a largo plazo surge bajo la necesidad de considerar la generación de presión intersticial máxima desarrollada a partir de una carga cíclica. En condiciones adecuadas se alcanzaría una situación de equilibrio a largo plazo, donde se estabilizan las presiones intersticiales. Sin embargo, un exceso de generación de presiones intersticiales puede generar reblandecimiento cíclico. Por consiguiente, es necesario definir tanto la cohesión como el ángulo de fricción interno para calcular la capacidad soporte dinámica de una cimentación a largo plazo, siendo necesario incorporar la influencia del peso del terreno y por tanto el ancho de cimentación. La tercera situación es la carga admisible por deformación de una cimentación superficial, tiene la percepción del problema del cálculo de la presión de hundimiento dinámica a través de limitar la deformación. Esto surge debido a que la mayoría de las soluciones existentes en la literatura no toman en cuenta esta limitante o por el contrario recurren a complicados modelos de tensión-deformación que complican el cálculo siendo un proceso inabordable. De un análisis de la deformación tangencial cíclica y permanente a datos experimentales de ensayos de corte simple monotónico y cíclico, se obtienen dos envolventes de Mohr-Coulomb, la primera estática y segunda dinámica. De estas envolventes limitando la deformación tangencial se encuentran los parámetros de resistencia del suelo, tanto la cohesión como el ángulo de fricción aparentes. Con estos parámetros y bajo una metodología de cálculo, se obtiene la máxima carga cíclica que una cimentación superficial puede resistir antes que se produzca el reblandecimiento cíclico. De esta manera se obtiene el valor de la carga admisible por deformación para un suelo blando cohesivo de una cimentación superficial bajo carga cíclica. Como resultado numérico se han desarrollado abacos de diseño para el cálculo dinámico a corto plazo, a largo plazo y de carga admisible por deformación tangencial. Además, se realizó la validación de los abacos con la aplicación de un caso de estudio real histórico. ----------ABSTRACT---------- The bearing capacity of shallow foundations under static loads has been widely studied by various authors. In contrast, the bearing capacity under dynamic loads has been solved indirectly. The study of problems related to cyclic loads has focused fundamentally on the behavior of granular soils (sands); but, on the contrary, in the case of cohesive soils (clays), these began to be studied in detail as a consequence of the Northridge, Kocaeli and Chi-Chi earthquakes that occurred in the 90s. The purpose of this work is to evaluate the influence of pore-water pressure in the calculation of the bearing capacity of shallow foundations supported on cohesive soils and under dynamic loads. This research is fundamentally based on the results of simple monotonic and cyclical shear tests carried out with samples from the PRAT port (Barcelona). A formulation of pore-water pressure generation is proposed that depends on the efective stress ¨ın situ”(aov), the initial tangential stress (ro) and cyclic (rc ), and void ratio (e). The formulation was implemented to the finite difference software FLAC2D, by which the bearing capacity of foundations can be determined. The proposed formulation can calculate the maximum cyclic load that a cohesive soil can resist before failure by cyclic softening, as a consequence of cyclic loads transferred by a shallow foundation. The practical application of this research is to provide charts that facilitate the calculation of the bearing capacity of cohesive soils on which dynamically requested footings will be supported, which takes into account the properties of the soil, the static bearing capacity, and the load state of the soil. In this way, three analysis hypotheses have been developed, the frst corresponds to a short-term situation, which means not considering the influence of the weight of the soil. This frst step in obtaining the bearing capacity under cyclic load allows obtaining a solution that does not depend on the width of the foundation and therefore on the self-weight of the soil. The second long-term situation arises from the need to consider the maximum pore-water pressure generation developed from a cyclic load. Under suitable conditions, a long-term equilibrium situation would be reached, where pore-water pressures stabilize. However, excess pore-water pressure generation can lead to cyclic softening. Consequently, it is necessary to define both the cohesion and the internal friction angle to calculate the dynamic bearing capacity of a foundation in the long term, being necessary to incorporate the influence of the weight of the soil and therefore the width of the foundation. The third situation is the allowable bearing capacity by deformation of a shallow foundation, it has the perception of the problem of calculating the dynamic bearing capacity through limiting the deformation. This arises because most of the existing solutions in the literature do not take this limitation into account or, on the contrary, resort to complicated stress-strain models that complicate the calculation, being an unapproachable process. From an analysis of the cyclic and permanent tangential deformation to experimental data of monotonic and cyclic simple shear tests, two Mohr-Coulomb envelopes are obtained, the first static and the second dynamic. Of these envelopes, limiting the tangential deformation are the resistance parameters of the soil, both the cohesion and the apparent friction angle. With these parameters and under a calculation methodology, the maximum cyclic load that a shallow foundation can resist is obtained before cyclic softening occurs. In this way, the value of the allowable deformation load for a cohesive soft soil of a shallow foundation under cyclic load is obtained. As a numerical result, design charts have been developed for the short-term and long-term dynamic calculation and the allowable bearing capacity due to tangential deformation. In addition, charts validation was carried out with the application of a real historical case study.