Determinación de la capacidad de rotación de fundaciones superficiales bajo condiciones de carga axial constante y momento cíclico. Caso de suelos granulares.

Abstract

RESUMEN: En el Diseño Sísmico Basado en Desempeño se establecen criterios y objetivos en términos de la capacidad de deformación de los elementos que componen la estructura. La falta de información para determinar el comportamiento suelo-fundación durante un evento sísmico y su influencia sobre toda la estructura limita los criterios de diseño para que el sistema suelo-fundación-estructura cumpla con los objetivos de desempeño. Este trabajo de grado desarrolla una de las series del programa experimental de la investigación Análisis del Desempeño Sísmico de Sistemas Estructura-Fundación, para describir el comportamiento de una fundación superficial en términos de capacidad de rotación bajo una combinación de cargas que simulan aquellas generadas durante un sismo. Se ejecutaron ensayos cíclicos y monotónicos en un modelo a escala de una zapata rígida apoyada en un suelo granular, bajo el efecto de una carga axial constante y un momento variable. La magnitud de la carga axial fue variada para cada ensayo en relación a la carga de fluencia del suelo. El suelo fue caracterizado por medio de ensayos de laboratorio basados en las normas ASTM y su capacidad portante fue determinada experimentalmente con ensayos sobre el modelo a escala sometiéndolo a carga axial concéntrica monotónica. Se encontraron tres comportamientos diferentes del sistema suelo-fundación que dependen de la relación carga axial aplicada en la zapata a la carga axial de fluencia. Con cargas axiales equivalentes al 20% de la carga de fluencia se presenta degradación de la resistencia y estrangulamiento, al 50% se observa degradación de la rigidez y mayores rotaciones residuales y al 80% hay una combinación de ambas respuestas que está asociada al sentido de aplicación del momento. En general, en la interfaz suelo-fundación se descubre una significativa disipación de energía ligada a altas deformaciones por rotación de la zapata, no aceptables en términos de servicio para cualquier edificación.

ABSTRACT: Performance Based Seismic Design sets performance levels and objectives in terms of structural elements deformation capacity. The absence of information to determine soil-foundation behavior during a seismic event and its influence on the building structure restricts the design criteria for soil-foundation-structure system to meet the performance objectives. This paper develops one tests series from the experimental program of the research Seismic Performance Analysis of Structure-Foundation Systems, to describe the behavior of a shallow foundation in terms of rotation capacity, under combined loading (axial load and cyclic moment load) to reproduce those generated during an earthquake. A series of monotonic and cyclic loading tests were conducted on a scale model of a rigid footing resting on compacted sand under constant axial load and increasing moment. The applied axial load was varied as a percentage of the maximum axial load capacity. Soil properties were determined in the laboratory using ASTM standards. The bearing capacity of the soil was experimentally determined with concentric axial load tests. The results showed that soil-footing behavior under combined loading depends on the applied axial load. Moment-rotation curves showed strength degradation and shrinkage behavior when the applied axial load was 20% of the yield load; stiffness degradation and higher residual rotations for the 50% load level, and a combination of both responses associated to moment direction for the 80% load level. In general, there is significant energy dissipation at soil-foundation interface due to rocking behavior, with large rotations affecting building serviceability.