MANUAL INTERACCIÓN ESTÁTICA SUELO-ESTRUCTURA Descripción La interacción estática suelo-estructura (ISE) es una aplicación la cual permite evaluar las fuerzas internas de un elemento estructural, que en este caso es una cimentación superficial. La ISE permite un análisis más cercano al comportamiento real de la estructura, ya que considera aspectos como las deflexiones, la rigidez, las distribuciones de presiones en el contacto fundación suelo tomando estos parámetros como un conjunto. El procedimiento de análisis utilizado para conocer los esfuerzos internos, se realiza a partir del modelo de Malter (1960), el cual propone usar el procedimiento de diferencias finitas para solucionar el problema de una viga sobre una fundación elástica, adoptando la hipótesis simplificada de Winkler, (1867) para caracterizar el suelo de soporte, el cual consiste en remplazar por resortes el comportamiento del suelo. Pasos para instalación de la aplicación ISE En la aplicación interacción estática suelo-estructura se encuentra dos archivos para la instalación, de los cuales elegimos uno de los dos dependiendo de las características de computador en el que se trabaje, como se presenta a continuación. 32 bits 1. Descomprima el archivo ISE_32 2. Abra el archivo install para instalar el programa en su computador, esto tardara unos minutos. 3. Abra el archivo ISE_32.exe 4. Inicie la simulación como se muestra en los ejemplos. 64 bits 1. Descomprima el archivo ISE_64 2. Abra el archivo install para instalar el programa en su computador, esto tardara unos minutos. 3. Abra el archivo ISE_64.exe 4. Inicie la simulación como se muestra en los ejemplos.
DATOS DE ENTRDA Para poder correr el programa hay que ingresar los siguientes datos: Propiedades de la cimentación En este panel ingresamos la longitud (L), ancho (B), alto (H) todos estos en unidades de metros (m) y el modulo elástico en unidades de giga pascales (GPa). Cargas Para ingresar las cargas hay que tener en cuenta que la distancia en la cual se aplica esta en metros medida desde el extremo izquierdo de la cimentación y el sentido de estas definido por los signos. Fuerza puntual hacia abajo (+), fuerza puntual hacia arriba (-). Momento en sentido anti horario (+), Momento en sentido horario (-), Propiedades del suelo En este panel podemos ingresar o generar el modulo de reacción del básico (ks1), se puede ingresar si se conoce ks1 de ensayos de placa o de ensayos campo, también se puede generar mediante el número de golpes (N), modulo edometrico (Eo) o si conocemos la resistencia al corte no drenada (Su), de la siguiente manera: Datos de entrada ingresando el modulo de reacción básico: Modulo de reacción básico (Ks1): Este se puede conocer por ensayos de placa de carga o mediante ensayos de consolidación, el cual puede ser ingresado directamente indicando si es un suelo granular o cohesivo y posterior mente se calcula el modulo de reacción del conjunto (Ks) por medio le las siguientes ecuaciones: Para suelos granulares. Ks=Ks1*((B+0.3)/(2*B))^2. (1) Para suelos cohesivos. Ks=Ks1*(0.2/B)*(1+0.15/L). (2)
Datos de entrada para generar el modulo de reacción básico: Número de golpes (N). Modulo edometrico. Resistencia al corte no drenada (Su). El modulo de reacción básico se puede generar si por lo menos conocemos una de las propiedades mencionadas, para suelos granulares se utiliza la penetración estándar (N) o para suelos cohesivos la resistencia al corte no drenada (Su) y el modulo edometrico se puede utilizar para los dos casos como se muestra a continuación. Suelos granulares Se utiliza las siguientes ecuaciones dependiendo si queremos ingresar el numero de golpes o ingresar el modulo edometrico. - Ingresando el número de golpes Ks1=1800*N; Ks=Ks1*((B+.3)/(2*B))^2 B= ancho del cimiento. N= numero de golpes - Ingresando el modulo edometrico. A partir del modulo edometrico Eo encontramos la relación de poisson y con esto podemos encontrar el modulo elástico Es del suelo de soporte. Es=Eo*((1+v)*(1-2*v))/(1-v) Ks=(Es/(1-v^2))*(1/B)*.65*((Es*(B)^4)/(Eo*inercia))^(1/12) Suelos cohesivos Se utiliza las siguientes ecuaciones dependiendo si queremos ingresando la resistencia al corte no drenada o ingresando el modulo edometrico. -Ingresando la resistencia al corte no drenada Ks1=300*su
Ks=Ks1*(.2/B)*(1+.15/L) - Ingresando el modulo edometrico A partir del modulo edometrico Eo encontramos la relación de poisson y con esto podemos encontrar el modulo elástico Es del suelo de soporte. Es=Eo*((1+v)*(1-2*v))/(1-v) Ks=(Es/(1-v^2))*(1/B)*.65*((Es*(B)^4)/(Eo*inercia))^(1/12) Resortes En este panel ingresamos el número de resortes con los cuales se modela el suelo según el modelo de winkler. Datos de salida Dentro de los datos de salida tenemos: Grafica de la cimentación. Diagramas de reacciones, momento, cortante y deflexiones. Los diagramas de reacciones, momentos, cortante se calculan por dos métodos, el método por diferencias finitas y el método rígido el cual se utiliza para fines de comparación. Estos se calculan como se muestra en los siguientes ejemplos. Ejemplo 1. Para este caso se van a determinarlos los esfuerzos internos de una cimentación superficial, considerando la interacción estática suelo-estructura ingresando el modulo de reacción básico. Descripción: El cimiento tiene una sección rectangular constante la cual esta expuesta a dos cargas en los extremos y el tipo de suelo es arcilloso, con las siguientes características. Características de la cimentación Longitud, L= 8 m Ancho, B= 0.7 m
Alto, H= 0.5 m Modulo elástico, E= 20 GPa. Tipo de cargas Dos cargas puntuales ubicadas a 1m y 7 m. Un momento ubicado a 7 m. medidas desde el extremo izquierdo y una carga distribuida a lo largo de la cimentación. Características del suelo Para un suelo granular del cual se conoce el modulo de reacción básico damos clic en la siguiente opción.
Modulo de reacción básico = 25480 KN/m3 Al ser ingresado se calcula el modulo de reacción del conjunto con el cual trabajamos. Modulo de reacción del conjunto = 1300 KN/m 3 Numero de resortes En este panel ingresamos el numero de resortes, n.r.= 5 Generar grafica del cimiento
Después de ingresar los datos de la cimentación y suelo, podemos generar la grafica de la cimentación dando clic en el botón ok. Generar diagramas de esfuerzos y reacciones Para generar los diagramas de esfuerzos y reacción es necesario ir al panel de diagramas, dar clic en el despegable y seleccionar el tipo de grafica. Como se indica a continuación: Al dar clic se muestra un desplegable mostrando las siguientes opciones.
Diagramas Reacción del suelo Cortante Momento
Deflexiones 2. Para este caso se van a determinarlos los esfuerzos internos de una cimentación superficial, considerando la interacción estática suelo-estructura generando el modulo de reacción básico. Descripción: El cimiento tiene una sección rectangular constante la cual esta expuesta a dos cargas en los extremos y el tipo de suelo es arcilloso en el cual se hicieron ensayos de penetración estándar (SPT), con las siguientes características. Características de la cimentación Longitud, L= 8 m Ancho, B= 0.7 m Alto, H= 0.5 m Modulo elástico, E= 20 GPa.
Tipo de cargas Dos cargas puntuales ubicadas a 1m y 7 m. Un momento ubicado a 7 m. medidas desde el extremo izquierdo y una carga distribuida a lo largo de la cimentación. Características del suelo Para un suelo granular en el cual se hiso ensayos de penetración estándar por lo que se conoce el numero de golpes, se realiza el siguiente procedimiento. Damos clic en generar.
Seleccionamos el tipo de suelo que en este caso es cohesivo y despues damos clic en la obcion penetracion estandar como se indica acontinuacion: Posterior mente ingresamos el número de golpes en la casilla indicada.
Para generar el modulo de reaccion basico y el modulo de reaccion del conjunto damos clic en el boton calcular. Final mente se muestra los valores del modulo de reaccion basico y del modulo del conjunto. Numero de resortes En este panel ingresamos el numero de resortes, n.r.= 5
Generar grafica del cimiento Después de ingresar los datos de la cimentación y suelo, podemos generar la grafica de la cimentación dando clic en el botón ok. Generar diagramas de esfuerzos y reacciones Para generar los diagramas de esfuerzos y reacción es necesario ir al panel de diagramas, dar clic en el despegable y seleccionar el tipo de grafica. Como se indica a continuación:
Al dar clic se muestra un desplegable mostrando las siguientes opciones. Diagramas Reacción del suelo Cortante
Momento Deflexiones 3. Para este caso se van a determinarlos los esfuerzos internos de una cimentación superficial, considerando la interacción estática suelo-estructura generando el modulo de reacción básico. Descripción: El cimiento tiene una sección rectangular constante la cual esta expuesta a dos cargas en los extremos y para un suelo cohesivo del cual se conoce la resistencia al corte no drenada (Cu), con las siguientes características. Características de la cimentación Longitud, L= 8 m Ancho, B= 0.7 m
Alto, H= 0.5 m Modulo elástico, E= 20 GPa. Tipo de cargas Dos cargas puntuales ubicadas a 1m y 7 m. Un momento ubicado a 7 m. medidas desde el extremo izquierdo y una carga distribuida a lo largo de la cimentación. Características del suelo Para un suelo cohesivo en el cual se hiso ensayos de resistencia no drenada, se realiza el siguiente procedimiento. Damos clic en generar.
Seleccionamos el tipo de suelo que en este caso es cohesivo y despues damos clic en la obcion Resistencia al corte no drenada como se indica acontinuacion: Posterior mente ingresamos la resistencia al corte no drenada (Su) en unidades de kn/m2, en la casilla indicada. Para generar el modulo de reaccion basico y el modulo de reaccion del conjunto damos clic en el boton calcular.
Final mente se muestra los valores del modulo de reaccion basico y del modulo del conjunto. Numero de resortes En este panel ingresamos el numero de resortes, n.r.= 5
Generar grafica del cimiento Después de ingresar los datos de la cimentación y suelo, podemos generar la grafica de la cimentación dando clic en el botón ok. Generar diagramas de esfuerzos y reacciones Para generar los diagramas de esfuerzos y reacción es necesario ir al panel de diagramas, dar clic en el despegable y seleccionar el tipo de grafica. Como se indica a continuación:
Al dar clic se muestra un desplegable mostrando las siguientes opciones. Diagramas Reacción del suelo Cortante
Momento Deflexiones