Diseño geotécnico de cimentaciones aplicando factores de carga y resistencia. (LRFD)

Abstract

In the present work, the geotechnical design of foundations was deepened by applying load and resistance factors (LRFD). This design method has been widely developed internationally by AASHTO and Eurocode. The method is based on the application of reliability analysis. The Colombian code of seismic design of bridges of the year 1995 (CCDSP-95), allows the application of the design procedures indicated by the AASHTO, but since there is no knowledge of the fundamentals on which the method is supported, it is has applied inadequately. The development of this work encompasses activities such as: historical analysis of the concept and evolution of the safety factor, design approaches, methods of calibration of the resistance factors, application examples, approach of future lines of research and / or deepening. The concept of the safety factor has evolved since 1729 when it is considered that the concept was proposed by Belidor. Subsequently, Coulomb in 1773 formulated values ​​for the safety factor for the capacity and overturning of containment structures. The concept of the safety factor evolved under two perspectives, the first one raised by Terzaghi and Peck who raised the management of the safety factor through a total safety factor, the second approach was raised by Taylor to indicate that separate factors were required for cohesion and friction. The concept of independent factors for friction cohesion gave rise to the management of partial factors for load and resistance. This approach developed under a probability and statistical perspective corresponds to the reliability analysis of the LRFD method. The design methods are linked to the management of the safety factor and three concepts were studied; the first corresponds to the design for admissible stresses in which the imposed loads are compared with the ultimate strength of the soil divided by a safety factor, the second approach is to compare the loads of the system amplified by load factors and compare them with the resistance of the load. soil affected by a reduction factor, these factors are evaluated in a deterministic way, the third approach corresponds to the application of load amplification factors and reduction of resistance but obtained from a statistical analysis of the variables involved. Finally, some calibration methods were applied to determine resistance reduction factors from geotechnical data (field and laboratory tests) and the amplification factors proposed in the Colombian standards.

En el presente trabajo se profundizó sobre el diseño geotécnico de cimentaciones aplicando factores de carga y resistencia (LRFD). Este método de diseño ha sido ampliamente desarrollado internacionalmente por la AASHTO y los Eurocódigo. El método se fundamenta en la aplicación de análisis por confiabilidad. El código colombiano de diseño sísmico de puentes del año 1995 (CCDSP-95), permite la aplicación de los procedimientos de diseño que indica la AASHTO, pero al existir en el medio desconocimiento de los fundamentos sobre los que se soporta el método, este se ha aplicado de manera inadecuada. El desarrollo del presente trabajo abarco actividades como: análisis histórico del concepto y evolución del factor de seguridad, enfoques de diseño, métodos de calibración de los factores de resistencia, ejemplos de aplicación, planteamiento de futuras líneas de investigación y/o profundización. El concepto del factor de seguridad ha evolucionado desde 1729 fecha en la cual se considera que el concepto fue propuesto por Belidor. Posteriormente Coulomb en 1773 formula valores para el factor de seguridad para la capacidad y el volcamiento de estructuras de contención. El concepto del factor de seguridad evoluciono bajo dos perspectivas, la primera planteada por Terzaghi y Peck quienes plantearon el manejo del factor de seguridad a través de un factor de seguridad total, el segundo enfoque fue planteado por Taylor al indicar que se requerían de factores separados para la cohesión y la fricción. El concepto de factores independientes para fricción cohesión dio origen al manejo de factores parciales para carga y resistencia. Este enfoque desarrollado bajo una óptica de probabilidad y estadística corresponde al análisis por confiabilidad del método del LRFD. Los métodos de diseño están ligados al manejo del factor de seguridad y se estudiaron tres conceptos; el primero corresponde al diseño por esfuerzos admisibles en el cual se compara las cargas impuestas con la resistencia última del suelo dividida por un factor de seguridad, el segundo enfoque consiste en comparar las cargas del sistema amplificadas por factores de carga y compararlas con la resistencia del suelo afectada por un factor de6 reducción, estos factores son evaluados de manera determinística, el tercer enfoque corresponde a la aplicación de factores de amplificación de carga y reducción de resistencia pero obtenidos a partir de un análisis estadístico de las variables involucradas. Finalmente se aplicaron algunos métodos de calibración para determinar factores de reducción de resistencia a partir de datos geotécnicos (Ensayos de campo y laboratorio) y los factores de amplificación planteados en las normas colombianas.