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Ultima revisión: Junio 2008 Copyright: Civilserve GmbH Capacitación y Ventas: M.Sc. Ing. Mariano Saucedo Civilserve GmbH, BS

CURSO DE CAPACITACIÓN

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Curso de Capacitación GGU-SETTLE

CSA-03-BS www.civilserve.com Página 2 de 15

1. Introducción

El curso de capacitación contiene las bases teóricas para el uso del programa y un ejemplo de aplicación para el aprendizaje del mismo. Al finalizar el curso el estudiante será capaz de modelar distintos tipos de fundaciones y realizar el cálculo de asentamientos, ver la distribu-ción de tensiones en el suelo y calcular la influencia de fundaciones vecinas en el asenta-miento.

El curso de capacitación está pensado para catedráticos e ingenieros con conocimientos sóli-dos en la materia de Geotecnia, y por lo tanto los fundamentos básicos de la teoría de suelos no se analizarán en este documento. El uso del programa se mostrará mediante un ejemplo de cálculo específico, por lo que es posible que no se toquen todos los detalles del programa. El estudiante puede estudiar con mayor profundidad los detalles del programa en el Manual de Uso respectivo.

Los fundamentos teóricos se mencionan brevemente, por lo que se recomienda que el estu-diante esté familiarizado con la bibliografía recomendada. De igual forma, el estudiante po-drá acceder en la página Web www.ggu-software.com a más información sobre el programa, descargar los manuales de uso y videos tutoriales.

Más informaciones: [email protected]

2. Fundamentos teóricos

2.1. Estado límite de acuerdo a la DIN 1054:2003-01 [3]

El estudio de asentamientos y serviciabilidad se realiza de acuerdo a la DIN 1054 en el estado límite GZGZGZGZ ---- 2222. La DIN 1054 propone además los siguientes estados límites:

2.1.1. Estado límite de la pérdida de estabilidad (GZ 1A)

Falla de la construcción por pérdida de equilibrio sin rotura. Ejem.: Empuje, rotura hidráulica o volcamiento.

2.1.2. Estado límite por falla de la construcción o sus partes (GZ 1B)

Falla de las Partes de la construccion por rotura de ésta o por rotura de la cimentacion de apoyo. Por ejemplo falla del material de construcción, falla de cimentaciones, deslizamiento, o falla del terreno.

2.1.3. Estado límite de la pérdida completa de estabilidad (GZ 1C)

Falla de la cimentación por rotura del suelo o roca, también por rotura de las partes de soste-nimiento de la construcción, ejemplo: Falla de taludes o falla del terreno.

2.1.4. Estado límite de servicio (GZ 2)

Estado de sostenimiento, una vez que se sobrepasa el uso y no se cumplen más las condicio-nes.

2.2. Casos de Carga según la DIN 1054:2005-01, Ziff. 6.3

Caso de carga Caso de carga Caso de carga Caso de carga LF1: LF1: LF1: LF1: Situación límite permanente

Caso de carga Caso de carga Caso de carga Caso de carga LF2:LF2:LF2:LF2: Situación límite temporal



Caso de carga Caso de carga Caso de carga Caso de carga LF3: LF3: LF3: LF3: Situación límite extraordinaria

2.3. Cálculo de Asentamientos con el programa GGU-SETTLE

El Programa GGU-Settle realiza el cálculo de Asentamientos para fundaciones de sección rec-tangular o triangular, bajo consideración de la influencia mutua con fundaciones adyacentes.

El programa permite la modelación del terreno y realiza una interpolación entre los puntos en los que se conoce los parámetros de suelo para determinar el asentamiento en cualquier punto del terreno. Los asentamientos pueden ser determinados a cualquier profundidad.

2.3.1. Rigidez de la Fundación

El molde del asentamiento es determinado por la rigidez de la fundación. Si la fundación es flexible EI → 0 (Figura 1), entonces el suelo de fundación y la estructura se deforman de igual forma y se forma el „molde de asentamiento“. La distribución de tensiones en la base será entonces uniforme. Ejemplo: Rellenos sanitarios, terraplenes, plateas de fundación.

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1. Molde de asentamiento en una fundación flexibleMolde de asentamiento en una fundación flexibleMolde de asentamiento en una fundación flexibleMolde de asentamiento en una fundación flexible

Si por el contrario la fundación es rígida EI → ∞ (Figura 2), la fundación se asienta en el terre-no de manera uniforme y los asentamientos son por lo tanto iguales en toda la base de la fundación. La distribución de tensiones es creciente hacia los extremos. Ejemplo: Fundacio-nes aisladas

Figura 2.Figura 2.Figura 2.Figura 2. Asentamiento típico de una fundación rígidaAsentamiento típico de una fundación rígidaAsentamiento típico de una fundación rígidaAsentamiento típico de una fundación rígida

2.3.2. Tensiones en la base de la Fundación

La tensión existente en la base de la fundación σ0 depende igualmente de la rigidez de la fundación. En el caso de fundaciones flexibles, la tensión se distribuirá de forma uniforme en la base (Figura 3 izq.). Según la teoría de Boussinesq, en la base de fundaciones rígidas las tensiones tienden a crecer indefinidamente hacia los bordes de la fundación (der) ya que en el centro no existe resistencia.



Figura 3.Figura 3.Figura 3.Figura 3. Tensión en la base de la fundación flexible (izq) y rígida (der)Tensión en la base de la fundación flexible (izq) y rígida (der)Tensión en la base de la fundación flexible (izq) y rígida (der)Tensión en la base de la fundación flexible (izq) y rígida (der) [4][4][4][4]

Para unir ambos conceptos en el cálculo de fundaciones se determinó un punto característicopunto característicopunto característicopunto característico en el que el asentamiento de una fundación rígida es prácticamente igual al de una flexible. La posición del punto característico se define como se muestra en la Figura 4.

Figura 4.Figura 4.Figura 4.Figura 4. Definición del punto característicoDefinición del punto característicoDefinición del punto característicoDefinición del punto característico [4][4][4][4]

2.3.3. Distribución de Tensiones en el subsuelo

Una vez determinada la tensión actuante en la base de la fundación σ0, el siguiente paso será el cálculo de la distribución de ésta en la profundidad. Las tensiones en el suelo disminuyen en la profundidad y horizontalmente conforme se alejan del centro de la fundación. La Figura 5 muestra la disminución de la tensión inicial σ0 en la profundidad. Al lado de la zapata ejerce la tensión producida por el sobrepeso del suelo γ ⋅h. Esta tensión aumenta con la profundi-dad.

Solución teórica

Solución práctica



Figura 5.Figura 5.Figura 5.Figura 5. DisDisDisDistribución de Tensiones en el subsuelotribución de Tensiones en el subsuelotribución de Tensiones en el subsuelotribución de Tensiones en el subsuelo

La distribución de presiones en la profundidad forma el denominado “Bulbo de presiones“ y su influencia depende de las dimensiones de la zapata.

Figura 6.Figura 6.Figura 6.Figura 6. Bulbo de presiones y disminución de tensiones en la profundidadBulbo de presiones y disminución de tensiones en la profundidadBulbo de presiones y disminución de tensiones en la profundidadBulbo de presiones y disminución de tensiones en la profundidad [5][5][5][5]

La distribución de tensiones en el suelo puede ser calculada por ejemplo con los factores de influencia “i“ propuestos por STEINBRENNER.

Las tensiones son calculadas en las esquinas de la fundación flexible y están en función de las dimensiones de la fundación “a“ y “b“, la carga distribuida actuante “q“ y la profundidad de cálculo “z“.



Figura 7.Figura 7.Figura 7.Figura 7. Factores de influencia i propuestos por Factores de influencia i propuestos por Factores de influencia i propuestos por Factores de influencia i propuestos por STEINBRENNERSTEINBRENNERSTEINBRENNERSTEINBRENNER para la distribución de te para la distribución de te para la distribución de te para la distribución de ten-n-n-n-siones en la profundidad siones en la profundidad siones en la profundidad siones en la profundidad en la esquina de una fundación flexibleen la esquina de una fundación flexibleen la esquina de una fundación flexibleen la esquina de una fundación flexible [5][5][5][5]

La tensión en cualquier punto en la profundidad será entonces:

σZ = i ⋅ σ0

Si se desea calcular las tensiones en cualquier punto P interior de la fundación (Por ejemplo en el punto característico), se puede dividir la fundación en varias pequeñas fundaciones:

Figura 8.Figura 8.Figura 8.Figura 8. División de la fundación División de la fundación División de la fundación División de la fundación y y y y posiciónposiciónposiciónposición del Punto del Punto del Punto del Punto CCCCaracterístico según KANY aracterístico según KANY aracterístico según KANY aracterístico según KANY para carga para carga para carga para carga distribuidadistribuidadistribuidadistribuida

Luego se puede realizar el cálculo de las tensiones en cada esquina de las cuatro nuevas fundaciones (σ1 , σ2, , σ3, , σ4) y la tensión en cualquier profundidad será:

σZ = σ1 + σ2,+ σ3,+ σ4 = σ0 ⋅ (i1 + i2 + i3 +i4)

2.3.4. Profundidad límite de cálculo

Los asentamientos deben ser calculados de acuerdo a la DIN 1054 [3] hasta una profundidad límite. En esta profundidad la influencia de las tensiones sobre los asentamientos es casi nula. Estudios experimentales han demostrado que esta profundidad puede asumirse en el punto en el que las tensiones son iguales o menores al 20% de la sobrecarga del suelo.

P

0,74 a/2

0,74 b/2

a (a>b)

b



Figura 9.Figura 9.Figura 9.Figura 9. Determinación de la Profundidad límite de cálculoDeterminación de la Profundidad límite de cálculoDeterminación de la Profundidad límite de cálculoDeterminación de la Profundidad límite de cálculo

2.3.5. Metodología de cálculo

El Programa utiliza el denominado “método indirecto“ para el cálculo de los asentamientos, basado en la teoría de la elasticidad. La distribución de tensiones es subdividida en infinitas dovelas y en cada una de estas se determina el asentamiento correspondiente a la profundi-dad. El asentamiento final estará dado por la sumatoria de los asentamientos parciales.

Figura 10.Figura 10.Figura 10.Figura 10. Determinación del asentamiento final mediDeterminación del asentamiento final mediDeterminación del asentamiento final mediDeterminación del asentamiento final mediaaaante el método indirectonte el método indirectonte el método indirectonte el método indirecto

El asentamiento final en un suelo ideal, homogéneo, isotrópico es:

Donde:

i: Factor de influencia para la distribución de tensiones en la profundidad

σ0: Tensión en la base de la zapata



El módulo edométrico “Es“ debe ser elegido según la profundidad de cálculo, ya que éste depende de la presión existente en esta profundidad. En el caso de excavaciones profundas se debe elegir además, si se empleará el módulo edométrico para la primera carga o el módu-lo para la recarga Es(w), ya que el suelo sufre un proceso de descarga durante la excavación y luego vuelve a ser cargado por la estructura.

Figura 11.Figura 11.Figura 11.Figura 11. Determinación del Módulo edométrico para la recargaDeterminación del Módulo edométrico para la recargaDeterminación del Módulo edométrico para la recargaDeterminación del Módulo edométrico para la recarga

3. Uso del Programa

3.1. Sistema

Se calcularán los asentamientos de las fundaciones expuestas en la Figura 12. La estructura esta conformada por 4 fundaciones que soportan una torre de comunicación. Todas las fun-daciones fueron diseñadas para una carga vertical de 1000 kN y Momentos debidos a cargas de viento Mx= 100 kNm y My =700kNm . El asentamiento admisible es de 3 cm y el asenta-miento diferencial deberá ser menor a L/500.

F1 F2

F3 F4

γ Es Es(w) ν[kN/m³] [MN/m²] [MN/m²] [-]

Designation

19.00 25.00 50.00 0.000 Grava Arcillosa9.00 10.00 25.00 0.000 Arcilla

10.00 35.00 70.00 0.000 Arena

Layer γ Es Es(w) ν[kN/m³] [MN/m²] [MN/m²] [-]

Designation

19.00 25.00 50.00 0.000 Grava Arcillosa9.00 10.00 25.00 0.000 Arcilla

10.00 35.00 70.00 0.000 Arena

1 2

4

1.80

4.30

10.00

1.002.50

10.00

0.802.00

10.00

1.20

3.50

10.00

12.00

9.00

6.0

0

9.0

0

Figura 12.Figura 12.Figura 12.Figura 12. Esquema para el cálculo de asentamientosEsquema para el cálculo de asentamientosEsquema para el cálculo de asentamientosEsquema para el cálculo de asentamientos



3.2. Modelación

2. Fundaciones Rectangulares: Archivo / Nuevo → Fundación rectangular

3. Modelación de la estratigrafía y parámetros del suelo: Suelos → Estratos → Edit no. de Suelos → 3

Los parámetros que se introducen en la tabla corresponden al módulo edométrico, el módulo edométrico para la recarga, el coeficiente de Poisson y el peso específico del suelo. Si el estrato de suelo está bajo el nivel freático, el peso específico debe ser el pe-so boyante γ '. El coeficiente de Poisson se mantiene en 0.0 mientras se esté utilizando el módulo edométrico. Solo tiene sentido utilizar este coeficiente si se trabaja con el módulo de rigidez del suelo E.

4. Profundidad estándar de los estratos: Suelos→ Profundidad de estratos

5. Posición de los puntos de sondeo: Red → Editar posición de nodos → 0 nodo(s) a editar → 4



Si los perfiles de suelo no se distinguen bien: Resultaods → Preferencias de presenta-ción →

Factor de profundidad = 0.30

Ancho del perfil = 0.30

6. Edición de la profundidad de los estratos en cada punto de sondeo: Suelos → Editar profundidad de estratos → Doble clic sobre cada perfil de suelo →

PUNTO DE SONDEOPUNTO DE SONDEOPUNTO DE SONDEOPUNTO DE SONDEO Base del Base del Base del Base del estrato estrato estrato estrato

(m)(m)(m)(m) 1111 2222 3333 4444

Grava Arci-llosa 1.80 1.00 0.80 1.20

Arcilla 4.30 2.50 2.00 3.50

Arena 10.00 10.00 10.00 10.00

7. Generación de la red de interpolación: Red → Generar red automáticamente



1 2

3

4

1.80

4.30

10.00

1.002.50

10.00

0.802.00

10.00

1.20

3.50

10.00

8. Modelación de las fundaciones de 3.0x3.0m: Fundaciones → Editar nodos individuales → Nuevos → Editar Propiedades

Para determinar las tensiones en la base de la fundación a partir de cargas conocidas, puede utilizar el botón "Calcular esfuerzos a partir de M y V:



Inserte a continuación 3 fundaciones nuevas de dimensiones 3.0x3.0m con las siguien-tes coordenadas y el mismo estado de carga y características de la fundación F1:

COORDENADAS DE FUNDACIONESCOORDENADAS DE FUNDACIONESCOORDENADAS DE FUNDACIONESCOORDENADAS DE FUNDACIONES

FFFF1111 FFFF2222 FFFF3333 FFFF4444

x=15

y=10

x=24

y=10

x=15

y=16

x=24

y=16

9. Revisión gráfica de los datos ingresados: Fundaciones → Revisar Propiedades → OK

3.3. Análisis de resultados

1. Cálculo del sistema: Sistema → Calcular → Asentamiento en el centro de la fundación, y Asentamiento en las esquinas de la fundación→ OK

2. Vista de los asentamientos en todo el terreno: Resultados → Asentamientos en áreas → marcar un cuadrilátero en el sistema y seleccionar luego una cuadrícula de 10 x 10:



3. Vista de Isolíneas de asentamientos en planta: Resultados → Isolíneas de asentamien-tos → Normal → OK

4. Vista Asentamientos en sección, bulbo depresiones, distribución de tensiones etc.:

Molde de asentamiento: Secciones → Distribución de asentamientos → OK → elegir una sección en el gráfico → 25 Subdivisiones → OK → Mostrar

Distribución de tensiones: Secciones → Distribución de esfuerzos → OK → elegir una sección en el gráfico → 25 Subdivisiones → OK → Mostrar

Bulbo de presiones: Secciones → Bulbo de presiones → OK → elegir una sección en el gráfico → 25 Subdivisiones → OK → Mostrar → Normal → OK



3.4. Verificaciones

El máximo asentamiento diferencial entre zapatas es:

L = 9m = 900cm ; ∆s = 1.9 – 1.8 = 0.1cm → tan α = 0.1/900 = 1.1x10-4 << 1/500 → OK

El máximo asentamiento se presenta en la fundación F2 y es de 2.6cm < sadm = 3cm, con lo que se comprueba la serviciabilidad del sistema elegido.

4. Más Información

Usted puede encontrar más información sobre los programas, demos y videos tutoriales en:

www.civilserve.com

www.ggu-software.com



5. Bibliografía

[1]. Instituto de Suelos Universidad de Hannover, AGTZE. Apuntes de cátedra (Skript). 2003.

[2]. Smoltczyk, U. Geotechnical Engineering Handbook – 1-3. Edición - Junio 2002

[3]. DIN 1054; Subsoil; – Verification of the safety of earthworks and foundations, 2005

[4]. Schmidt H.H.. Grundlagen der Geotechnik, zweite Auflage, 2001

[5]. Simmer K.. Grundbau 1. 1994

[6]. GGU-SETTLE, Manual de uso

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Los cursos de capacitación de Civilserve están elaborados por personal técnico especializado. Sin embargo, Civil-serve no puede de ninguna manera asumir responsabilidad sobre el uso del contenido de los cursos en proyectos reales.

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