Modelo matemático para el análisis y diseño de sistema de fundación en muros de mampostería apoyados sobre suelos de arcillas expansivas

Abstract

En Venezuela la mayoría de las viviendas unifamiliares, multifamiliares y demás edificaciones destinadas a diferentes usos; así como también las parcelas de terreno vacías, se construyen y delimitan, respectivamente, con muros de mampostería; los cuales en algunos casos tienen diseños muy estudiados para lograr el efecto arquitectónico deseado. Estos muros de mampostería presentan fallas estructurales cuando son fundados sobre suelos arcillosos muy expansivos, como ocurre en la ciudad de Santa Ana de Coro, que presenta grandes extensiones de suelos con esta característica. Motivado a la existencia del problema, en una gran cantidad de muros situados en la ciudad; se plantea el siguiente trabajo de investigación titulado "MODELO MATEMÁTICO PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE SISTEMA DE FUNDACIÓN EN MUROS DE MAMPOSTERÍA APOYADOS SOBRE SUELOS DE ARCILLAS EXPANSIVAS". El objetivo general de la investigación es obtener una propuesta que garantice la funcionabilidad, estabilidad y seguridad del elemento estructural en estudio, durante su vida útil. El problema existente se idealiza con un modelo matemático sometido a las acciones actuantes permanentes de carga muerta y de viento definidas por la Norma COVENIN, su análisis muestra un comportamiento irreal; motivo por el cual se realizan algunos ensayos de campo. Con los resultados de los ensayos; se determinan las características y propiedades físicas del suelo, necesarias para reproducir las condiciones de trabajo del suelo bajo la fundación y realizar la propuesta del modelo matemático del sistema de fundación para muros de mampostería en la ciudad de Santa Ana de Coro, Edo. Falcón. Las características que definen el comportamiento de las arcillas en la ciudad de Santa Ana de Coro, son muy particulares y poco mencionadas en la bibliografía. No se conocen de estudios con análisis in situ, que definan estas características. El desconocimiento de ello implica que no se han tomado en consideración, razón por la cual se presentan fallas frecuentemente en los muros de mampostería de toda la ciudad. La respuesta estructural del modelo existente y propuesto se analiza con el software de elementos finitos SAP2000 versión 3.3, se modela con elementos sólidos y se presenta la deformada bajo las cargas actuantes. El diseño del modelo propuesto para el sistema de fundaciones de los muros de mampostería apoyados sobre suelos arcillosos; garantiza un buen comportamiento estructural lo cual ayuda a solventar los daños graves que presentan actualmente estos muros.

In Venezuela, the majority of single- and multi-unit family housing, building structures intended for different uses as well as empty lots, are constructed and delimited, respectively, using masonry walls. In some cases, significant attention is given to the design of these masonry walls in order to achieve the desired architectural effect. However, a large number of the masonry walls show structural failures when constructed on expansive clay soils, as is the case in the city of Santa Ana de Coro (located in the State of Falcon, Venezuela), which has large extents of soils having the referenced characteristics. To address this problem, which occurs in a large number of the masonry walls in the city, a research investigation was undertaken titled: "MATHEMATICAL MODEL FOR THE ANALYSIS AND DESIGN OF MASONRY WALL FOUNDATION SYSTEMS RESTING ON EXPANSIVE CLAy SOILS." The general objective of this investigation was to identify a solution that guarantees the functionality, stability and safety of the structural element in question over its useful life. At present, the problem is mathematically represented and analyzed using a model in which the walls are subjected to the forces from the existing dead-loads as well as the wind, as defined by the COVENIN standard. However, this analysis model yields results that were not rational. Accordingly, some tests were carried out in the field to determine the characteristics and physical properties of the soi1. These field test results were necessary to reproduce the actual working conditions of the soils beneath the masonry wall foundations, and to arrive at the proposed mathematical model for the masonry wall foundation systems in City of Santa Ana de Coro. The characteristics that define the behavior of the clayey soils in the city of Santa Ana de Coro are very unique, and there is little reference to them in the literature. There are no known studies that incorporate in situ analyses to defme those soil characteristics, which implies they have not been taken into consideration during design and construction, and hence the reason for the frequent faiIures. The structural response for both the existing and proposed model were analyzed using the SAP2000 version 3.3 finite element software. Modeling with this software was done using solid elements in order to analyze the deformations of the system under the acting forces. The proposed design model for masonry wall foundation systems resting on clayey soils expansive guarantees an adequate structural response, which helps to solve the serious damages associated with the existing masonry walls.