Estudio Experimental de la Reacción de un Suelo Arenoso ante una Placa Rígida Solicitada por Carga Vertical y Momento

Abstract

Este estudio analiza, a través de ensayos de laboratorio, las variaciones que el coeficiente de reacción de una arena limpia experimenta cuando se incorpora una solicitación de momento a una placa rígida sometida a una carga vertical centrada. Estos ensayos requirieron proyectar una instalación cuyas dimensiones no limitaran la validez de los resultados y permitiera la depositación homogénea de la arena a diferentes densidades relativas. En el diseño de fundaciones se modela generalmente el suelo como una cama de resortes independientes unos de otros utilizando una constante de reacción ante carga vertical que se denomina coeficiente de balasto o coeficiente de reacción del suelo. Para obras de importancia el coeficiente de reacción del suelo se obtiene a partir de pruebas de placa de carga en las que se aplica una carga vertical centrada. En la realidad sin embargo, las fundaciones están sometidas simultáneamente a cargas verticales y de momento para condiciones de servicio. Una revisión de la literatura nos revela que muy pocos estudios han sido realizados considerando asentamiento y rotación de fundaciones cargadas excéntricamente. Con muy pocas excepciones, que se presentan en este estudio, las placas cargadas sobre arena en los estudios realizados anteriormente fueron sometidas a cargas verticales con excentricidad constante. Sin embargo, una carga axial constante combinada con un momento creciente es una condición de carga más representativa de lo que ocurre con las fundaciones de edificios sometidos a cargas laterales. Los resultados de los ensayos realizados han permitido determinar que la arena ensayada demuestra tener una mayor resistencia al giro ante la solicitación de momento - superpuesto a una carga vertical constante - que la que se considera cuando se utiliza el coeficiente de balasto obtenido de la prueba de carga con solicitación puramente vertical. Lo anterior lleva a caracterizar como conservador el criterio utilizado en el cálculo de fundaciones que iguala la rigidez de un suelo granular para estas dos condiciones de carga. Además, los ensayos demuestran que el centro de giro de la placa, cuando sometida a momento, no coincide con el centro de gravedad de la placa sino que se ubica próximo al borde menos solicitado de ésta, lo que contradice las condiciones asumidas normalmente en el cálculo. Finalmente, para estimar los asentamientos y la rotación que sufrirán las fundaciones rígidas diseñadas sobre arenas se proponen dos métodos. El primero consiste en separar el problema en dos partes, asentamiento y rotación, utilizando dos constantes, una de balasto y la otra de giro. El segundo método es no lineal y se basa en los resultados de los ensayos realizados y en el concepto de área equivalente recomendado por la AASHTO.