Factores de corrección para el cálculo de la carga de hundimiento de cimentaciones superficiales apoyadas en macizos rocosos

En la rama de la mecánica de suelos, el cálculo de la capacidad portante del terreno ha sido muy estudiado, de manera que está ampliamente admitida la fórmula de Brinch-Hansen. Esta solución incluye diversos coeficientes correctores qué, publicados por distintos autores, permiten aproximar la presión de hundimiento del terreno bajo configuraciones más realistas de las que ofrecen las soluciones analíticas previas. Sin embargo, en la mecánica rocas aún es necesario la realización de un mayor número de investigaciones para poder conocer mejor la influencia de las diversas configuraciones reales de la cimentación en el terreno y poder estimar con más precisión la capacidad portante de los macizos rocosos. Partiendo de las hipótesis utilizadas en el criterio analítico de Serrano et al. (1994, 2000) para el cálculo de cimentaciones superficiales sobre macizos rocosos se dispone de una formulación cerrada que permite una primera aproximación al problema. Sin embargo, hay situaciones particulares muy comunes en la práctica de la ingeniería que requieren un mayor análisis, creando la necesidad de incorporar la influencia de diferentes efectos que pueden hacer variar sustancialmente la carga de hundimiento última. La consideración de factores que se escapan a las soluciones analíticas requiere de un análisis numérico razonado y extensible a todo el rango de definición de los parámetros geomecánicos de los que depende. Mediante el método de diferencias finitas se realiza un extenso abanico de cálculos en los que se varían las sencillas hipótesis de partida de las soluciones teóricas, los parámetros geotécnicos y las configuraciones geométricas, con el fin de analizar la evolución de la capacidad soporte a partir de un adecuado estudio de sensibilidad. Inicialmente se realiza una validación de cada modelo simplificado mediante un detallado estudio de convergencia numérica y la comparación de sus resultados con los analíticos. A continuación, se estudia la influencia de los siguientes aspectos en la carga de hundimiento de una cimentación superficial sobre un macizo rocoso: la consideración del peso propio de la roca; la presencia del nivel freático teniendo en cuenta su profundidad con respecto a la cota de cimentación; la forma de la zapata (circular o corrida); la rugosidad de la base en el contacto entre la zapata y el terreno; la ley de flujo utilizada, asociada y no asociada (con dilatancia nula); la presencia de dos capas con diferentes características geotécnicas. Para que el cálculo de esas situaciones particulares pueda ser realizado de forma más simplificada y generalizada, de manera que pueda ser aplicado en la práctica ingenieril, se proponen coeficientes correctores, que permiten su aplicación adicional a las teorías analíticas. Cabe destacar que también se estudia la influencia conjunta de los aspectos enumerados anteriormente. ----------ABSTRACT---------- In soil mechanics, the calculation of the bearing capacity is a topic quite studied, therefore the Brinch-Hansen equation is widely accepted. This solution includes several correction coefficients that were published by different authors, which allows estimating the bearing capacity with different hypotheses that are not contemplated by the analytical solution. However, in rock mechanics, it is still necessary to carry out more research to know further the influence of the multiple factors of the foundation on the rock mass and to be able to estimate the bearing capacity with more accuracy. Basing on the hypothesis of the analytical solution proposed by Serrano et al. (1994, 2000) for the estimation of the bearing capacity of shallow foundation on rock mass, a first approach to the problem is possible. However, there are particular situations very common in the practice of engineering that requires further analysis, creating the need to incorporate the influence of different effects that can substantially vary the ultimate bearing capacity. The consideration of factors that are outside of the analytical solutions requires a rationale and extensible numerical analysis that should include the full range of geomechanical parameters that influences it. Applying the finite difference method, a wide range of calculations is carried out in which the simple hypotheses adopted by the analytical solutions, the geotechnical parameters and geometric configurations are varied, in order to analyze the evolution of the bearing capacity through an adequate sensitivity study. Initially, validation of each simplified model is carried out through a detailed study of numerical convergence and the comparison of its results with the analytical ones. Then, the influence of the following aspects on the bearing capacity of shallow foundation on a rock mass is studied: the consideration of the self-weight of the rock mass; the location of the groundwater level taking into account its depth concerning the foundation base; the shape of the foundation (circular or strip); the roughness of the base contact between the footing and the ground; the flow law used, associated and not associated (with null dilatancy); the presence of two layers with different geotechnical characteristics. In order that the calculation of these particular situations can be carried out in a more simplified and generalized way, allowing to apply in engineering practice, correction coefficients are proposed, which can be used with the analytical theories. It should be noted that the joint influence of the aspects listed above is also studied