exto Congreso Chileno de Geotecnia lparaíso Noviembre 7 CAPACIDAD DE SOPORTE DE FUNDACIONES SUPERFICIALES INSERTADAS EN ARENA Felipe Villalobos Universidad Católica de la Santísima Concepción
Aplicaciones costa afuera de fundaciones superficiales insertadas m 6 MN 9 m 4 MN 3 m Instalaciones petroleras y de gas Aerogeneradores en el mar
Para qué estudiar la capacidad de soporte de fundaciones superficiales? Capacidad de soporte última bajo carga vertical Capacidad de soporte como una secuencia de etapas de carga Formulación de una ley de endurecimiento en teoría de la plasticidad
Secuencia de carga Curvas carga-desplazamiento Carga vertical V: N 3 4 5 Penetración h : mm 4 6 8 (V y, h y ): carga y penetración de fluencia A: instalación (V c, h c ): carga y penetración de contacto rotura C: post rotura arena carbonatada suelta DR = 6% B: capacidad de soporte arena silícica densa DR = 88%,5,5 h/r 5 5 V/A : kpa
Capacidad de soporte de fundaciones superficiales Por más de 8 años se ha buscado una solución rigurosa, sin empiricismo (N γ y factores) ni efectos de superposición Hoy en día existen soluciones rigurosas para zapatas superficiales corridas, circulares y cónicas, pero no todavía para zapatas con bordes o mantos insertados Se asume un mecanismo de falla general de corte, el cual es válido solo en suelos densos En fundaciones con bordes insertados las propiedades iniciales del suelo cambian durante la instalación, lo cual dificulta el posterior análisis de capacidad de soporte
Capacidad de soporte V o de una fundación con bordes insertados h V o = π R e τ h π R e τ edz + (σ' v N q + γ d R e N γ )A e edz = π R e γ d (K P tan δ ) e h N q (Bolton y Lau 993) y N γ (Martin 5) para zapatas circulares K P y δ = 6º (K P tanδ ) e.6
Descripción de los ensayos Propiedades geotécnicas de las arenas usadas en los ensayos Propiedad Arena Dogs Bay Arena Leighton Buzzard R Mineralogía carbonatada silícica D : mm..63 D 3 : mm.8.7 D 5 : mm.4.8 D 6 : mm.9.85 C u.66.36 C c..9 G s.75.65 γ d min : kn/m 3 9.5 4.65 γ d max : kn/m 3 3.6 7.58 e min.984.479 e max.834.774 φ cs : ( o ) 4.3 33. L Modelos de zapatas de 5.9 mm de diámetro hechas de tubos de bronce L (mm):, 3.3, 6, 38.7, 5, 76.9 y. L/R:,.6,.5,.76,,.5 y.
Fotos de microscopía de escáner de electrón (Bowman et al. ) Arena Leighton Buzzard (granos semi redondeados) Arena Dogs Bay (fragmentos de moluscos angulares)
Resultados de los ensayos ARENA SUELTA Vertical load V: N 3 4 Yield from experiment Vertical load V: N 3 4 Yield from experiment Vertical load V': N 3 4 Yield from experiment 4 φ' peak = φ' cs = 4 o 4 φ' peak = 36 o 4 φ' peak = 37 o 8 6 Penetration h: mm φ' mob : 35 o 36 o 37 o 38 o 5 5 V/A o : kpa h/r 8 3 6 Penetration h : mm φ' cs = 33 o φ' mob = 34 o 35 o 5 5 V/A o : kpa h/r 8 3 6 Penetration h : mm 5 5 V'/A o : kpa h/r φ' mob = 34 o 35 o 36 o 3 a) Dogs Bay b) Leighton Buzzard c) Leighton Buzzard DR = 6% DR = 4% DR = 47%
Resultados de los ensayos ARENA DENSA Vertical load V: N 4 6 8 Yield from experiment Vertical load V: N 4 6 8 Yield from experiment 4 8 43 o h/r 4 8 φ' peak = 43 o h/r 6 Penetration h: mm φ' peak = 4 o φ' mob :39.5 o 4 o 4 o 3 4 5 V/A o : kpa 3 6 Penetration h: mm φ' mob : 39 o 4 o 4 o 4 o 3 4 5 V/A o : kpa 3 a) Leighton Buzzard b) Leighton Buzzard DR = 83% DR = 88%
N q para zapatas circulares Bearing capacity factor N q silica sand carbonate sand L/R.6.5.76.5 (Bolton & Lau, 993) (Meyerhof, 95) (Meyerhof, 963) (Martin, 4) 3 35 4 45 Angle of friction φ': degrees Valores experimentales comparados con valores teóricos N q = γ d πr V' w La reducción de N q debido a la fricción en las paredes de la zapata es despreciable
N γ para zapatas circulares Bearing capacity factor N γ silica sand carbonate sand 3 35 4 45 Angle of friction φ': degrees L/R.6.5.76.5 (smooth; Cassidy & Houlsby, ) (smooth; Martin, 4) (rough; Cassidy & Houlsby, ) (rough; Martin, 4) (rough; Meyerhof, 963) (rough; Martin, 4) Valores experimentales comparados con valores teóricos Vy F N γ = γ πr d
Conclusiones - La capacidad de soporte aumenta con el largo L de la zapata - Se encontró que la capacidad de soporte debe calcularse con el valor del ángulo de fricción movilizado, el uso de φ peak induce a sobrestimaciones de la capacidad de soporte - En la arena carbonatada suelta no se llegó al estado crítico, φ mov < φ peak (falla por punzonamiento) - En la arena silícica suelta se llegó al estado crítico, φ mov = φ cs (falla de corte local) - En la arena silícica densa la dilatación controló la respuesta de la fundación. La formación de un tapón de arena al interior de la zapata redujo φ mov por debajo de φ peak (falla de corte general)
Conclusiones Valores experimentales de N q fueron obtenidos durante la respuesta en endurecimiento después de la rotura N q aumenta con L (sobrecarga). N q teórico estima bien los valores experimentales solo para L/R =, para L/R = ellos son subestimados N γ concuerda con los valores experimentales para L/R = y base lisa Para L/R > Ng aumenta considerablemente debido al contacto rugoso suelo-suelo bajo zapata
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