Trabajo encargado:

Asignatura: Seminario de Tesis

Alumno: Eber Espinoza Chipana

Título: Desarrollo de software para el desarrollo de

cimentaciones superficiales

I. Descripción del problema:

Antiguamente el ingeniero civil invertía más tiempo en la

realización de procesos repetitivos muy tediosos para obtener un

resultado final con el agravante de posibles errores en el

procedimiento y no en el problema en sí, con el uso cada vez más

frecuente de los computadores, estos procesos repetitivos se los

dejaron a la máquina y con este ahorro de tiempo se empezó a

buscar la solución más óptima en los diseños variando los

diferentes parámetros y buscando la solución más conveniente.

En la actualidad los cálculos para diseñar elementos de

cimentación superficial se realizan manualmente, sin embargo

existen programas especializados en el cálculo de estructuras que

permiten el diseño de los diferentes elementos que componen la

estructura casi de forma automática, estos generalmente nos

permiten diseñar las vigas, columnas y/o muros que conforman la

estructura pero no permiten el cálculo de estructuras de

cimentación.

Los hábitos tradicionales (manuales) que se tienen en los procesos

constructivos llevan muchas veces a la inconsistencia de datos,

sobre y sub dimensionamiento de los elementos de cimentación,

generando así problemas como asentamientos diferenciales,

grietas, rajaduras, etc.

La inexistencia de una herramienta para simular la interacción

suelo estructura para cimentaciones superficiales conlleva a tomar

decisiones poco acertadas al momento de diseñar o seleccionar los

materiales y elementos de soporte que le den rigidez a la

estructura.

En el mercado se pueden encontrar software para el diseño de

cimentaciones pero estos son muy costosos, generalmente de

difícil manejo, y además están adaptados a las normativas de los

países donde fueron desarrollados y tienen un alcance muy

limitado y muchas veces no pueden darle solución a problemas

muy específicos.

II. Justificación:

Gracias a la tecnología nuestro mundo ha alcanzado niveles de

desarrollo en muy corto tiempo como nunca antes se había visto y

tal tendencia continua en aumento, este trabajo surge de la idea de

que la ingeniería es una profesión enfocada a resolver los

problemas de la sociedad con ingenio apoyándose en la ciencia y la

tecnología.

El uso del software planteado tiene la finalidad de que el proceso

de diseño de los elementos de cimentación se realice en menos

tiempo, con más precisión, optimizando costos y teniendo en

consideración las características reales del suelo.

El software tendrá una ventaja frente a otros programas existentes

ya que estará adaptado al RNE del Perú y las normas técnicas E-

030, E-050 y E-060 relacionadas a diseño sismo resistente,

mecánica de suelos y concreto armado respectivamente.

El software está orientado para realizar el cálculo y diseño de todo

tipo de cimentaciones verticales, por ello tiene un alcance de

carácter nacional y con código abierto que permita la mejora

continua con enfoque de una programación modular, que facilite la

actualización e incorporación de nuevas funcionalidades, que

permita además a nuevos investigadores tener un alinea de base

para realizar investigaciones afines o contribuyan con el alcance de

la misma.

Además este software será de uso académico y pedagógico con

herramientas de bajo costo que pretende ser accesible a los

estudiantes y docentes para el tratamiento de las asignaturas

afines, con un entorno dinámico y amigable para fortalecer y

contrastar sus conocimientos teóricos aprendidos en aula.

Gabysoft, es un software para el análisis y diseño de cimentaciones

superficiales (ya que son estas las más utilizadas en las

cimentaciones de la ciudad de Abancay) que está basado en las

normas del REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES DEL PERU,

con lo cual se pretende mitigar estas deficiencias en el desarrollo

tecnológico con respecto a una parte fundamental de la estructura

como lo son la cimentaciones.

III. Limitaciones:

III.1. Limitaciones económicas

No se cuenta con suficientes recursos económicos, para

solventar los gastos de diseño y elaboración del software, los

mismos que serán financiados con los recursos propios del

tesista.

Insuficiencia de recursos económicos para adquirir fuentes

bibliográficas, las mismas que serán conseguidas a través de

internet.

III.2. Limitaciones bibliográficas

Carencia de material bibliográfico relacionado al tema en el

medio local, los mismos que se conseguirían realizando

algunos viajes.

Dificultad en acceso a las investigaciones realizadas en el

medio local y nacional, las mismas que se pueden suplir con

información virtual, siendo aún estas poco confiables.

III.3. Limitaciones temporales

El tiempo planificado para el desarrollo de la investigación es

reducido motivo por el cual se utilizaran metodologías agiles

para el diseño ya la elaboración del software.

IV. Antecedentes de la investigación:

IV.1. Antecedentes Locales:

En el medio, se ha consultado los ficheros de las distintas

universidades de nuestra localidad y no se encontró

investigación relacionado con el tema.

IV.2. Antecedentes Nacionales:

A nivel nacional existen investigaciones afines a nuestro tema

de investigación, tales como:

DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES, por Saul

VAZQUEZ DAMIAN, quien concluye:

GEO5 ofrece diferentes programas para verificar

cimentaciones superficiales y de profundidad. Los programas

controlan la capacidad portante, asentamiento y el diseño de

reforzamientos para secciones transversales de hormigón

específicas. Permiten la verificación según teorías clásicas

(estados límite, factor de seguridad) y EN 1997.

El programa Zapata diseña y verifica fundaciones de forma

rectangular o circular reposando en capas de subsuelos. El

programa realiza verificaciones verticales y horizontales de la

capacidad portante de cimentación y determina asentamiento

y rotación.

El programa Pilote determina la capacidad portante vertical y

horizontal de un pilote simple junto con el desplazamiento. El

análisis de la capacidad portante vertical de un pilote basado

en pruebas de penetración se lleva a cabo en el programa

Pilote por CPT

El análisis de un Grupo de pilotes (placa de cimentación rígida,

tapa de pilote) puede llevarse a cabo tanto con el método

Spring (MEF) como con enfoques analíticos.

Las zapatas también pueden ser analizadas utilizando el

módulo axi-simétrico del programa MEF.

IV.3. Antecedentes Internacionales

A nivel internacional se encontraron trabajos de investigación,

como:

En nuestro medio local se encontraron trabajos de

investigación relacionados al tema, estos son:

DESARROLLO SOFTWARE PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES

SUPERFICIALES DISCI 1.0 por Daniel GUERRERO NARANJO.

Quien determina que:

DISCI 1.0 (DISEÑO CIMENTACIONES) es una herramienta

software que permite el análisis y diseño de cimentaciones

superficiales tales como Zapata

Céntrica, Excéntrica, Combinada, Zapata con Doble

Excentricidad,

Retranqueada y Zapata Corrida con Voladizos.

DISCI 1.0 permite a sus usuarios determinar de forma

automática, el acero longitudinal y transversal en cualquier

sección de la viga de contrapeso, teniendo en cuenta que se

cumplan los requisitos especificados en EL REGLAMENTO

COLOMBIANO DE CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE NSR-10.

DISCI 1.0 es un programa de fácil manejo, que refuerza los

conocimientos de los estudiantes en el diseño de

cimentaciones, permitiéndole realizar diseños de una forma

más fácil y ágil, y así lograr diseños más óptimos.

V. Marco Teórico:

V.1. GENERALIDADES DE LAS CIMENTACIONES.

Se entiende por cimentación a todos los parámetros que el

ingeniero tiene que tener en cuenta para proporcionarle un

apoyo seguro y económico a la estructura, en otras palabras

la cimentación hace referencia tanto al suelo sobre el cual se

apoya la estructura como al elemento o elementos

encargados de trasmitir las cargas, este elemento es

denominado cimiento.

El cimento es la parte de la estructura encargada de

trasmitir todas las cargas actuantes de la estructura al

terreno, generando en este un sistema de esfuerzos que

puedan ser resistidos con seguridad sin producir

asentamientos o con asentamientos tolerables, debido a la

gran rigidez de la estructura en comparación con el terreno,

el cimiento posee casi siempre una gran área en planta para

poder distribuir y disminuir los esfuerzos que se le van a

trasmitir al terreno.

En todos los proyectos de cimentación el objetivo primordial

es evitar que se presenten asentamientos excesivos, que

pueden generar sobreesfuerzos en la estructura para los

cuales no fue diseñada y que puedan dificultar sus funciones

o dañarla parcial o totalmente. En la mayoría de los casos lo

más crítico no es el asentamiento total, sino más bien el

asentamiento diferencial o movimiento relativo de dos

partes diferentes de la estructura, estos asentamientos

diferenciales además pueden lograr que la estructura rote

alrededor de un plano horizontal llevando la estructura al

colapso.

Las cimentaciones se clasifican dependiendo de la

profundidad del suelo en el cual se apoyan, si el estrato de

suelo se encuentra cerca a la superficie se denominan

cimentaciones superficiales y en caso contrario se llamaran

cimentaciones profundas.

V.2. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Cuando el suelo en las zonas inmediatamente inferior a la

estructura o muy cercana a ella presenta una capacidad

portante relativamente buena, es posible cimentar en este

suelo. Este tipo de cimentaciones las llamamos

“cimentaciones superficiales” o “cimentaciones directas “Las

cimentaciones superficiales están constituidas por zapatas,

vigas, muros y placas, ó por combinación de estos

elementos; caso contrario que no se encuentre un suelo

competente cerca a las proximidades de la estructura se

recurre a cimentaciones profundas.

V.3. COMPORTAMIENTO DE ZAPATAS EN SUELOS REALES

Considere una cimentación corrida que descansa sobre una

superficie de arena densa, como muestra la fig03(a) con un

ancho igual a B.Ahora si la carga se aplica gradualmente a la

cimentación, el posible asentamiento se incrementará. En

cierto punto cuando la carga alcanza la capacidad de carga

última u q se produce una falla general: se moviliza la

resistencia a lo largo den una superficie de deslizamiento que

comienza bajo la zapata y se extien de hasta la superficie del

terreno situado fuera de la misma.

Para una carga algo más pequeña se producirá una falla local

en cuyo instante la resistencia al corte alcanza una parte de la

superficie de deslizamiento; este caso se presenta en arenas

de compacidad media. Finalmente cuanto más suelta es la

arena es cuando se producirá una falla por punzonamiento o

penetración.