Comparación de diferentes modelos de suelo utilizando RFEM

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Generalmente, en RFEM se crea el suelo usando el método del módulo de balasto. Esto se debe a que es relativamente fácil y directo de manejar. También se debe a que no son necesarios los cálculos iterativos y el tiempo de cálculo es relativamente pequeño. La reacción de balasto significa que, por ejemplo, una losa de cimentación tiene una carga plana elástica.

Este apoyo está representado por muelles verticales, que se aplican con una rigidez constante del muelle e independientes entre sí. Por lo tanto, no es posible calcular ninguna cuenca de hundimiento cercana a la realidad. Este tipo de cimentación también se conoce como el medio espacio de Winkler. Para poder aplicar este método, se requiere el módulo de lecho ks (C1z en el programa), que se calcula sobre la base de la presión del suelo σ0 y el asentamiento correspondiente s.

Fórmula 1

ks = σ0s

La desventaja del método del módulo de reacción de subrasante es, entre otros, que el modelado del suelo es insuficiente y no se pueden considerar las áreas adyacentes del terreno. Dado que la carga del suelo causa la deformación directamente solo debajo de la carga en sí, la cuenca del subsidence no refleja la realidad. La rigidez a cortante del suelo tampoco se tiene en cuenta.

Método de módulo elástico con módulo de elasticidad variable

Los déficits del método clásico de módulo de cimentación se pueden mitigar definiendo un módulo de cimentación variable, entre otras cosas. Dörken y Strain [2] recomiendan para este propósito un módulo de cimentación que aumente al doble del valor en una franja estrecha en el borde. Esto debería simular los efectos del suelo fuera del borde de la cimentación. Los asentamientos resultantes se mejoran significativamente por este método.

En RFEM, puede introducir una base de cimentación variable utilizando un área de borde escalonada, entre otras cosas. En este modelado, sin embargo, se pierden algunas ventajas del método clásico de módulo de cimentación, como la buena claridad y la entrada rápida del programa.

Consideración de áreas de terreno adyacentes usando muelles adicionales

Este modelo se basa en el método del "Modelo de suelo eficaz" de Kolář & Němec [3] . A diferencia del método del módulo de lecho variable, también se considera la resistencia a cortante además del módulo de lecho. El suelo adyacente se tiene en cuenta mediante muelles lineales y muelles individuales en las esquinas.

Los muelles aplicados en nuestro ejemplo resultan del parámetro de cimentación vertical de 54.500 kN/m³ como sigue:

Fórmula 2

s = s04,0 bis 5,0 = 0,5 m4,5 = 0,1111 m

s0 representa el rango de cuenca de hundimiento en el cual los asentamientos caen por debajo del 1% de los valores de borde de los cimientos.

Fórmula 3

cv,xz = cv,yz = cz · s2 = 54.500 kN/m³ · (0,1111 m)² = 672,71 kN/m

cv, xz y cv, yz son los muelles de cortante para la cimentación elástica superficial.

0,1 ∙ c1 <c2 <1,0 ∙ c1

En el caso de arena suelta, c2 se aproxima a cero; para los tipos de roca sólida, sin embargo, es 1.0 * c1 . Para una capacidad cortante media, c2 = 0,5 ∙ c1 es razonable.

Fórmula 4

k = c1,z · c2,senkrecht = 54.500 · 672,71 = 6054,97 kN/m²

k representa el muelle de línea a lo largo del borde exterior de la cimentación.

Fórmula 5

K = (c2,x+c2,y)4 = 2 · 672,71 kN/m4 = 336,36 kN/m

El factor K especifica los muelles individuales en las áreas de borde de la cimentación.

Dado que la resistencia a cortante y las áreas de terreno adyacentes se consideran en esta variante, se obtienen resultados más realistas. Otra ventaja en comparación con la variante anterior es que el modelado es bastante fácil y no es necesario definir ninguna superficie adicional en el área del borde.

Cálculo con el módulo adicional RF-SOILIN

Sin embargo, puede usar el módulo adicional RF-SOILIN para describir las propiedades del suelo con mucho más detalle. Entre otras cosas, se pueden considerar fácilmente varias capas de suelo, así como muestras de suelo. Otra ventaja de usar el módulo adicional es la consideración de la interacción entre la estructura y el suelo. RF-SOILIN determina las propiedades de la cimentación automáticamente. Dado que este enfoque proporciona una representación considerablemente más precisa de la cuenca de hundimiento de un edificio, también es posible analizar los posibles efectos de asentamiento en los edificios adyacentes.

Comparación de variantes

Los tres métodos de cálculo que siguen el enfoque realista aumentan la rigidez del borde en consecuencia. Por lo tanto, generalmente se obtienen resultados significativamente mejores. El ejemplo muestra que las tensiones de contacto y las deformaciones son diferentes, dependiendo del método utilizado. Cuanto más precisas se determinen las propiedades de la cimentación según los métodos individuales, mejor se corresponden las tensiones de contacto con las determinadas en RF-SOILIN.

Para la comparación de las variantes en el cálculo, los valores de cimentación calculados por RF-SOILIN se promediaron en el centro de la superficie y se aplican como un muelle de desplazamiento cuz en las otras variantes.

Bibliografía

[1]   Barth, C.; Rustler, W .: Finite Elemente in der Baustatik-Praxis, 2nd Edición Berlin: Beuth, 2013
[2]  Dörken, W .; Dehne, E .: Grundbau en Beispielen Teil 2. Nach neuer DIN 1054: 2005, cuarto Edición Colonia: Werner, 2007
[3]  Kolar, V .; Nemec, I .: Modeling of soil-structure interaction. Amsterdam: Elsevier Science Publishers, 1989

Palabras clave

Modelo de suelo Apoyo elástico en superficie Tensión de contacto Elasticidad de la cimentación Módulo de cimentación Asiento Constante de elasticidad tangencial

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  • Actualizado 10. noviembre 2020

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