Artículo técnico

Figura 01 - Resortes para base elástica de superficie [1]

Este soporte está representado por resortes verticales, que se aplican con una rigidez constante e independiente entre sí. Por lo tanto, no es posible calcular ninguna cuenca de subsidencia cercana a la realidad. Este tipo de cimentación también se conoce como ropa de cama Winkler. Para poder aplicar este método, se requiere el módulo de lecho k s (C1z en el programa), que se calcula sobre la base de la presión del suelo σ 0 y los correspondientes asentamientos s.

$$ {\ mathrm k} _ \ mathrm s \; = \; \ frac {{\ mathrm \ sigma} _0} {\ mathrm s} $$

La desventaja del método de módulo de reacción de subrasante es, entre otras cosas, que el modelado del suelo es insuficiente y que las áreas de terreno adyacentes no pueden ser consideradas. Dado que la carga del suelo causa la deformación directamente solo bajo la carga en sí misma, la cuenca de hundimiento no refleja la realidad. Tampoco se tiene en cuenta la rigidez al cizallamiento del suelo.

Método de módulo de reacción de subrasante con módulo de lecho variable

Las deficiencias del método de módulo de reacción de subrasante convencional pueden disminuir definiendo el módulo de lecho variable. Dörken y Dehne [2] recomiendan un módulo de cama dirigido en el borde de una franja estrecha que aumenta hasta el doble del valor. Esto debería simular los efectos del suelo fuera del borde de la cimentación. Los asentamientos resultantes se mejoraron significativamente por este método.

Figura 02 - Distribución del módulo de cama [1]

El curso de ropa de cama variable se puede ingresar en RFEM usando un área de borde escalonado. Sin embargo, algunas ventajas del método de módulo de reacción de subrasante convencional, como una visión general clara y la entrada rápida del programa, se pierden en el caso de dicho modelado.

Figura 03 - Distribución del módulo de cama en RFEM

Consideración de áreas de terreno adyacente usando manantiales adicionales

Este modelo se basa en el método 'Modelo de suelo efectivo' de Kolář & Němec [3] . En contraste con el método del módulo de lecho variable, la resistencia al corte también se considera además del módulo de lecho. Las áreas de terreno adyacentes se toman en cuenta al usar resortes de línea y resortes simples en los bordes.

Figura 04 - Aplicación de resortes de superficie, resortes de línea y resortes simples

Los resortes aplicados en nuestro ejemplo resultan del parámetro de lecho vertical de 54,500 kN / m como sigue:

$$ \ mathrm s \; = \; \ frac {{\ mathrm s} _0} {4.0 \; \ mathrm {to} \; 5.0 \; \ mathrm m} \; = \; \ frac {0.5 \; \ mathrm m} {4.5 \; \ mathrm m} \; = \; 0.1111 \; \ mathrm m $$

0 representa el rango de la cuenca de subsidencia en la que los asentamientos caen por debajo del 1% de los valores de borde de la cimentación.

$$ {\ mathrm C} _ {\ mathrm v, \ mathrm {xz}} \; = \; {\ mathrm c} _ {\ mathrm v, \ mathrm {yz}} \; = \; {\ mathrm c } _ \ mathrm z \; \ cdot \; {\ mathrm s} _2 \; = \; 54,500 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm m³ \; \ cdot \; (0.1111 \; \ mathrm m) ² \ ; = \; 6,055.56 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm m $$

c v, xz y c v, yz son los resortes de corte para la base elástica de la superficie.

$$ 0.1 \; \ cdot \; {\ mathrm c} _1 \; <\; {\ mathrm c} _2 \; <\; 1.0 \; \ cdot \; {\ mathrm c} _1 $$ $$ \ mathrm k \; = \; \ sqrt {{\ mathrm c} _ {1, \ mathrm z} \; \ cdot \; {\ mathrm c} _ {2, \ mathrm {perpendicular}}} \; = \; \ sqrt {54,500 \; \ cdot \; 27,250} \; = \; 38,537.32 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm m² $$

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

$$ \ mathrm K \; = \; \ frac {({\ mathrm c} _ {2, \ mathrm x} \; + \; {\ mathrm c} _ {2, \ mathrm y})} 4 \; = \; \ frac {2 \; \ cdot \; 6,055.56 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm m} 4 \; = \; 3,027.78 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm m $$

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

Dado que la resistencia al corte 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 en el módulo adicional RF-SOILIN

Sin embargo, puede obtener propiedades del suelo significativamente más detalladas utilizando el enfoque de módulo de rigidez en el módulo adicional RF ‑ SOILIN. Entre otras características, este programa le permite considerar varias capas de suelo y muestras de suelo. Otra ventaja de usar este módulo adicional es la representación realista de las interacciones entre un edificio y el suelo. RF ‑ SOILIN determina las propiedades de la base automáticamente. Dado que este enfoque proporciona una representación considerablemente más precisa de la cuenca de subsidencia de un edificio, también es posible analizar los posibles efectos de asentamiento en los edificios adyacentes.

Comparacion de variantes

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

Para comparar las variantes de cálculo, los resultados de las propiedades de cimentación de RF ‑ SOILIN se promediaron en el eje neutro de la superficie y se aplicaron a las otras variantes como un resorte de traslación c uz .

Figura 05 - Resultado de la comparación de variantes: deformaciones

Figura 06 - Resultado de la comparación de variantes: tensiones de contacto

Referencia

[1] Barth, C. y Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (2ª ed.). Berlín: Beuth.
[2] Dörken, W. & Dehne, E. (2007). Grundbau en Beispielen Teil 2. Nach neuer DIN 1054: 2005 (4ª ed.). Colonia: Werner.
[3] Kolář, V. & Němec, I. (1989). Modelización de la interacción suelo-estructura . Amsterdam: Elsevier.

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