Estudio teórico del comportamiento no lineal de losas de cimentación. Obtención de un método simplificado para la determinación del coeficiente de balasto y de los esfuerzos en losas de cimentación con geometría regular

Abstract

Los métodos de análisis de losas de cimentación utilizados en la mayoría de los proyectos, desde Winkler hasta hoy, utilizan la hipótesis de relación lineal entre el asiento y la presión, denominada balasto.

También desde hace tiempo, se sabe que esta relación no es cierta ni siquiera en todos los puntos de una misma losa en un terreno homogéneo, cargada con una carga uniforme, porque la relación real entre la presión y el asiento va creciendo del centro a los bordes.

Sin embargo, esta relación se sigue utilizando en el proyecto de estructuras, se sigue demandando un único y muy cuestionado valor al informe geotécnico y se sigue haciendo el cálculo con este número tan poco preciso.

En esta Tesis se pretende abordar el problema del análisis de flexión de las losas de cimentación desde un punto de vista general y suponiendo un comportamiento no-lineal.

Para ello se hace primero un estudio del coeficiente de balasto medio de diferentes estructuras en diferentes suelos; y a continuación se realiza un estudio del comportamiento de losas de cimentación de diferentes dimensiones y sobre diferentes terrenos.

El estudio concluye con la aportación de una fórmula para la obtención del balasto medio y con el establecimiento de dos métodos simplificados de dimensionamiento a flexión que tienen en cuenta, por un lado la deformabilidad del terreno mediante tres variables geotécnicas mucho menos cuestionadas que el balasto (Módulo de deformación E, cohesión c y ángulo de rozamiento ) y por otro lado tiene en cuenta el comportamiento no lineal imprescindible para acercarse al fenómeno real.

El primero de los métodos simplificados se basa en la metodología de los Pórticos virtuales, pero con sustanciales modificaciones para hacerlo aplicable a losas de cimentación y lo he llamado Método [PVMod].

El segundo de los métodos consiste en utilizar la tan implantada técnica de analizar la losa apoyada sobre un coeficiente de balasto pero modelizando en la losa diferentes zonas con diferentes balastos, en función de su posición relativa y de la presencia o no, cercana o no de cargas puntuales Este método lo he llamado Método del Balasto variable [Método BV]

Abstract

From Winkler to now, raft foundations have mostly been analyzed assuming a linear relation between soil pressure and settlement, called subgrade reaction modulus.

For a substantial amount of time, it has been known that this linear relationship is not true, even in mats over homogeneous soil, loaded with uniform paths, because the modulus grows from the center to the borders. However, this relation is still being used, geotechnical experts are still being asked to provide this one single and very questionable variable, and calculations are still been made with it, despite its lack of precision.

In this Thesis a bending analysis of the raft foundations has been made assuming non-linear behavior not only in the soil but also in the concrete structure.

First of all a study of the average subgrade reaction modulus has been carried out in different soils and different structures; and later, a study of the behavior of raft foundations with different dimensions and different soils has been carried out.

The thesis concludes with a formula to obtain the average subgrade reaction modulus, and with the proposal of two different simplified methods for the mat’s bending design.

These two methods consider the soil deformability with three geotechnical variables much more reliable than the subgrade reaction modulus: Elastic modulus E, cohesion c, and friction angle . Besides that the study has considered the non-linear behavior. Without considering the non-linear behavior it wouldn’t be possible to understand the full phenomenon.

The first method is based on the equivalent frame method but with important changes to make it applicable for mats, and it has been named Equivalent Frame Modified Method

The second simplified method uses a very common technique: a subgrade reaction modulus implemented by a lot of software, but with an important difference: several zones with different subgrade reaction modulus have been defined to take into account the different behavior of adjacent areas, or central areas, or border areas or areas below columns or span areas, between columns. This method has been named the Variable Subgrade Reaction Modulus Method.