Análisis de la capacidad de soporte sísmica de fundaciones superficiales apoyadas en suelos granulares :|bcomparativa entre formulaciones basadas en métodos de equilibrio y análsis límite y la práctica tradicional chilena

Tesis (Ingeniero Civil)En el contexto de la práctica ingenieril, el problema de la capacidad de soporte sísmica de fundaciones superficiales generalmente ha sido resuelto de modo indirecto, ya sea por medio de un incremento en las tensiones admisibles estáticas del suelo o bien utilizando un enfoque pseudoestático equivalente. Sin embargo, durante las últimas décadas se han desarrollado una serie de métodos analíticos que abordan el problema directamente desde el punto de vista sísmico. Estos métodos han seguido dos líneas teóricas fundamentales: (i) el Método de Equilibrio Límite (MEL), y (ii) la Teoría de Análisis Límite (TAL). Mientras que el MEL es una herramienta aproximada comúnmente utilizada en ingeniería geotécnica, la TAL entrega una aproximación más rigurosa a la solución del problema; aun cuando su uso es comparativamente más complejo. El desarrollo de modelos teóricos para estimar la capacidad de soporte sísmica de fundaciones superficiales ha permitido obtener una serie soluciones de referencia, y con ello establecer puntos de comparación entre las diferentes teorías existentes. Sin embargo, este tipo de herramientas no han sido completamente integradas en el ejercicio profesional estándar de los ingenieros geotécnicos; en parte porque su desarrollo es relativamente incipiente, y también debido a la costumbre que existe respecto del uso de las ecuaciones tradicionales de capacidad de soporte derivadas para el caso estático. En Chile, las normas de diseño sísmico no indican de forma explícita cómo realizar el cálculo de la capacidad de soporte de fundaciones. Ante la ausencia de disposiciones normativas específicas, la “práctica tradicional chilena” para el diseño de fundaciones superficiales ante cargas sísmicas ha consistido en permitir un incremento de un 33% en las tensiones de contacto admisibles del suelo obtenidas para el caso estático. Si bien esta forma de abordar el problema ha entregado resultados generales satisfactorios durante sismos pasados, la disponibilidad de nuevos modelos analíticos para el cálculo de la capacidad de carga sísmica pone de manifiesto la necesidad de establecer una IV medida de la confiabilidad asociada a su uso y evaluar posibles mejoras a los procedimientos de diseño utilizados en la práctica. Este trabajo presenta un análisis comparativo de tipo paramétrico entre diferentes métodos existentes para la estimación de la capacidad de soporte sísmica de fundaciones superficiales, desarrollados en el contexto del MEL y la TAL. Se evalúan distintas razones de empotramiento, parámetros de resistencia del suelo y coeficientes de aceleración pseudoestática horizontal. Los resultados obtenidos muestran que existe un importante deterioro de la capacidad de soporte de la fundación en la medida que la aceleración máxima del sismo aumenta, lo cual refrenda la necesidad de revisar la pertinencia de la denominada “práctica tradicional chilena” para el diseño de fundaciones superficiales ante cargas sísmicas.In the context of engineering practice, the problem of the seismic bearing capacity of shallow foundations have been solved indirectly, either due to an increase of the static allowable soil pressures or by adopting an equivalent pseudo-static approach. However, during last decades, a series of analytical methods that directly address the problem from the seismic point of view has been developed. These methods have followed two main theoretical lines: (i) the Limit-Equilibrium Method (LEM), and (ii) the Limit-Analysis Theory (LAT). While the LEM is an approximate tool commonly used in geotechnical engineering, the LAT give a more rigorous approach; although it use is comparatively more complex. The development of theoretical models for estimating the seismic bearing capacity of shallow foundations has made possible to obtain a series of reference solutions, and in consequence, establishing points of comparison between existing theories. Nevertheless, this type of tools has not been completely integrated into professional practice of geotechnical engineers; on one hand, because their development is relatively incipient and, on the other hand, due to the costume that exists regarding the use of traditional bearing capacity equations derived for static loading. In Chile, the standards for seismic design of structures does not indicate in an explicit way how to estimate the bearing capacity of foundations. Given this lack of specific standard provisions, the “Chilean traditional practice” for seismic design of shallow foundations have consisted in allowing an increase of 33% in static allowable soil pressures. Although this practice have given satisfactory general results in past earthquakes, the availability of new analytical methods for estimating the seismic bearing capacity of shallow foundations highlights the need to obtain a measure of the reliability associated with their use and evaluating possible improvements for the design procedures used in practice. VI This work presents a parametric comparative analysis between different existing methods for the estimation of the seismic bearing capacity of shallow foundations, developed in the context of LEM and LAT. Different embedment ratios, soil resistance parameters, and horizontal pseudo-static acceleration coefficients are considered. The results obtained show an important decrease of the bearing foundation capacity with increasing of the maximum earthquake acceleration, which suggest that the pertinence of the so-called “Chilean traditional practice” for design of shallow foundations under seismic loading has to be revised