Análisis correlacional de presiones admisibles para cimentaciones superficiales mediante capacidad de carga y asentamiento utilizando métodos analíticos y numéricos con diferentes caracterizaciones geotécnicas en suelos finos, APV. Villa El Chaparral, San Sebastián, Cusco, 2022

Abstract

La investigación tiene como objetivo analizar las correlaciones de las presiones admisibles para cimentaciones superficiales en suelos finos, considerando distintas variables como criterio (capacidad de carga admisible y asentamientos permisibles); métodos de estimación (analíticos y numéricos); y caracterizaciones geotécnicas (método de recolección de datos y tipo de resistencia al corte). En el criterio por capacidad de carga admisible, los métodos analíticos abarcan las teorías de Terzaghi, Meyerhof, Hansen y Vesić. Por otro lado, en el criterio de asentamientos permisibles, se utiliza el método de Bowles. Mientras que, el método numérico empleado es el Método de Elementos Finitos (MEF), aplicable en el criterio de capacidad de carga admisible y asentamientos permisibles. La caracterización geotécnica de las propiedades mecánicas del suelo se realiza mediante ensayos Triaxiales (UU) y correlaciones del ensayo SPT. A partir de los valores de N60 obtenidos en los ensayos SPT, se establecen 12 correlaciones de resistencia al corte no drenado, 4 de ángulo de fricción equivalente y 3 módulos de Elasticidad diferentes. Así mismo se simularon 3 tipos de cimentaciones (cuadrada, circular y continua), en 4 niveles de desplante: 0.20 m, 0.60 m, 1.20 m y 1.80 m. El diseño metodológico adoptado es no experimental, de enfoque cuantitativo y nivel correlacional, con método hipotético-deductivo ya que se someten las hipótesis a pruebas estadísticas. Se realizó la exploración de 8 calicatas y 8 pozos de exploración hasta 3 metros de profundidad en la APV. Villa El Chaparral, San Sebastián (Cusco) recolectando un total de 72 muestras, con lo que se determinaron finalmente 39 936 valores de presiones admisibles. Los resultados determinaron una correlación media entre los métodos analíticos y numéricos para la capacidad de carga (rho = 0.495, p < 0.001) y para las presiones por asentamiento permisible (rho = 0.317, p < 0.05). Así también se determinó una mayor fuerza de correlación en las propiedades geotécnicas en la determinación de las presiones admisibles para los métodos analíticos en comparación con los métodos numéricos. Se llegó a la conclusión que los métodos numéricos ofrecen valores de correlación más alta y una menor variabilidad en comparación con los métodos analíticos. Y se destaca que, aunque hubo diferencias significativas en los valores de presiones admisibles determinadas por diferentes métodos (p < 0.001), los métodos menos conservadores fueron el método de Meyerhof y Vesić, en contraste los valores más conservadores fueron los determinados mediante el método de Bowles.

The research aims to analyze the correlations of allowable pressures for shallow foundations in fine soils, considering different variables such as criteria (allowable bearing capacity and permissible settlements); estimation methods (analytical and numerical); and geotechnical characterizations (data collection method and type of shear strength). In the criterion for allowable bearing capacity, the analytical methods encompass the theories of Terzaghi, Meyerhof, Hansen, and Vesić. On the other hand, for the criterion of permissible settlements, the Bowles method is utilized. Meanwhile, the numerical method employed is the Finite Element Method (FEM), applicable to both the criteria of allowable bearing capacity and permissible settlements. Geotechnical characterization of soil mechanical properties is conducted through Unconfined Compression Triaxial (UU) tests and correlations of the Standard Penetration Test (SPT). Based on the N60 values obtained from the SPT tests, 12 correlations for undrained shear strength, 4 for equivalent friction angle, and 3 different modulus of elasticity are established. Additionally, simulations were conducted for 3 types of foundations (square, circular, and continuous), at 4 levels of embedment: 0.20 m, 0.60 m, 1.20 m, and 1.80 m. The adopted methodological design is non-experimental, with a quantitative and correlational approach, employing a hypothetical-deductive method as hypotheses are subjected to statistical tests. Exploration was carried out through 8 test pits and 8 boreholes up to 3 meters deep in the APV. Villa El Chaparral, San Sebastián (Cusco), collecting a total of 72 samples, resulting in the determination of 39,936 allowable pressure values. The results indicated a moderate correlation between analytical and numerical methods for bearing capacity (rho = 0.495, p < 0.001) and for pressures due to permissible settlements (rho = 0.317, p < 0.05). Furthermore, a stronger correlation in geotechnical properties was determined for analytical methods compared to numerical methods in determining allowable pressures. In conclusion, numerical methods offer higher correlation values and less variability compared to analytical methods. It is noteworthy that, despite significant differences in allowable pressure values determined by different methods (p < 0.001), the less conservative methods were Meyerhof and Vesić, while the most conservative values were determined by the Bowles method.