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  • 7/23/2019 Calculo de Asentamientos Con Interaccion Sueloestructura Utilizando Una Ecuacion Constitutiva No Lineal

    1/8

    Sociedad Mexicana de

    Ingeniera Geotcnica,A.C.

    XXVI Reunin Nacional de Mecnica de Suelose Ingeniera Geotcnica

    Noviembre 14 a 16, 2012Cancn, Quintana Roo

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    Clculo de asentamientos con interaccin suelo-estructura utilizando unaecuacin constitutiva no lineal

    Settlements assessment with soil-structure interaction using a nonlinear constitutive equation

    Armando HERMOSILLO1, Agustn DEMNEGHI2 y Hctor SANGINS2

    1Instituto de Ingeniera, UNAM2Departamento de Geotecnia de la Divisin de Ingenieras Civil y Geomtica, Facultad de Ingeniera, UNAM

    RESUMEN: La interaccin suelo-estructura es aquella parte de la ingeniera que estudia las deformaciones del terrenode cimentacin cuando stas se ven afectadas por la presencia y rigidez de la propia estructura. La influencia de laestructura puede ser en condiciones estticas, lo cual es tratado por la interaccin esttica suelo-estructura, o puede seren condiciones dinmicas, lo cual cae en el campo de la interaccin dinmica suelo-estructura. En este trabajo seanaliza la interaccin esttica suelo-estructura utilizando una ecuacin constitutiva no lineal de deformacin para suelosgranulares propuesta por Demneghi (2008), realizando el anlisis estructural por el mtodo de rigideces. Lacompatibilidad de deformaciones se realiza con la solucin de un sistema de ecuaciones no lineales con el mtodo deNewton.

    ABSTRACT: The soil-structure interaction is the part of engineering that studies the deformation of the foundation groundwhen they are affected by the presence and stiffness of the structure. The influence of the structure may be in staticconditions, which are treated by static soil-structure interaction, or can be in dynamic conditions, which falls in the field ofdynamic soil-structure interaction. In this paper we analyze the static soil-structure interaction using a nonlinearconstitutive equation for granular soils deformation given by Demneghi (2008); the structural analysis is performed bythe stiffness method. The compatibility of deformations is carried out by the solution of a nonlinear equation system withthe Newton method.

    1 INTRODUCCIN

    La interaccin suelo-estructura es aquella parte de laingeniera que estudia las deformaciones del terrenode cimentacin cuando stas se ven afectadas por lapresencia y rigidez de la propia estructura. Lainfluencia de la estructura puede ser en condicionesestticas, lo cual es tratado por la interaccinesttica suelo-estructura, o puede ser encondiciones dinmicas, lo cual cae en el campo de lainteraccin dinmica suelo-estructura.

    En este trabajo se analiza la interaccin estticasuelo-estructura utilizando una ecuacin constitutivano lineal de deformacin para suelos granularespropuesta por Demneghi (2008), realizando elanlisis estructural por el mtodo de rigideces. Lacompatibilidad de deformaciones se realiza con lasolucin de un sistema de ecuaciones no linealescon el mtodo de Newton.

    2 ANLISIS ESTRUCTURAL

    El anlisis estructural se realiza con el mtodo derigideces, en el que se debe cumplir

    0ce

    PPK (1)

    Donde

    K= matriz de rigidez de la estructura= vector de desplazamientos (grados de libertad)Pe= vector de cargas de empotramientoPc= vector de cargas concentradas

    2.1 Anlisis de una barra

    La matriz de rigidez de una barra horizontal, sinconsiderar el acortamiento ni efectos de torsinsobre la barra, se presenta en la Tabla 1.

  • 7/23/2019 Calculo de Asentamientos Con Interaccion Sueloestructura Utilizando Una Ecuacion Constitutiva No Lineal

    2/8

    706 Clculo de asentamientos con interaccin suelo estructura utilizando una ecuacin constitutiva no lineal

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    Tabla 1p q r s

    4EI/L 2EI/L -6EI/L 6EI/L p2EI/L 4EI/L -6EI/L 6EI/L q

    -6EI/L -6EI/L 12EI/L -12EI/L r6EI/L 6EI/L -12EI/L 12EI/L s

    El vector de desplazamientos para una barra es:

    s

    r

    q

    p

    (2)

    El vector de cargas de empotramiento de una barrade cimentacin es:

    sr

    sr

    s

    2

    r

    22

    s2

    r2

    2

    e

    rL)32

    13(rL)

    32

    3(

    2

    wL

    rL)32

    3(rL)

    32

    13(

    2

    wL

    rL)192

    11(rL)

    192

    5(

    12

    wL

    rL)192

    5(-rL)

    192

    11(-

    12

    wL

    P (3)

    El vector de cargas concentradas est definidopor:

    s

    r

    q

    p

    M

    M

    Q

    Q

    Pc (4)

    Para obtener los elementos mecnicos de la barrasobre nudo se utilizan las siguientes ecuaciones:

    s3r3q2p2s

    s3r3q2p2r

    s2r2qp2

    q

    s2r2qp2

    p

    )L

    12EI(+)

    L

    12EI(-)

    L

    6EI(+)

    L

    6EI(+

    2

    wL-=V

    )L

    12EI(-)

    L

    12EI(+)

    L

    6EI(-)

    L

    6EI(-

    2

    L-=V

    )L

    6EI()

    L

    6EI(-)

    L

    4EI()

    L

    2EI(-wL

    )L

    6EI()

    L

    6EI(-)

    L

    2EI()

    L

    4EI(wLM

    M

    (5)

    Para la determinacin de la ecuacin (1) se deberealizar el acoplamiento de las ecuaciones de cadauna de las barras.

    3 CLCULO DE DEFORMACIONES DEL SUELOCON UNA ECUACIN DE COMPORTAMIENTO NOLINEAL (DEMNEGHI, 2008)

    El clculo de las deformaciones verticales de unacimentacin en suelos friccionantes de espesor zosujeto a incrementos de esfuerzos x, y y z estadado por:

    os

    a

    sco

    szco

    z zcAPs

    pcpf

    1

    11

    )1(

    )(exp1

    (6)

    Donde:

    21

    1 aaf ;z

    xa

    1

    ;z

    y

    a

    2

    Los incrementos de esfuerzox

    ,y

    yz

    secalculan a partir de

    3

    33z113

    2

    22z112

    1

    11z111z11

    a

    drI

    a

    drI

    a

    drI=

    3

    33x113

    2

    22x112

    1

    11x111x11

    a

    drI

    a

    drI

    a

    drI= (7)

    3

    33y113

    2

    22y112

    1

    11y111y11

    a

    drI

    a

    drI

    a

    drI=

    expresiones que corresponden slo para el primerpunto, el estrato uno y con tres reacciones.

    Iz: valor de influencia, es el incremento deesfuerzo vertical producido por una carga unitaria en

    la esquina de un rectngulo cargado uniformemente,Figura 1, y se calcula con la ecuacin de Damy(1985):

    222

    2222222

    tan

    11

    2

    1

    zyxz

    xyang

    zyx

    xyz

    zyzx

    z

    (8)

    Figura 1. Caractersticas de estructura y terreno decimentacin

  • 7/23/2019 Calculo de Asentamientos Con Interaccion Sueloestructura Utilizando Una Ecuacion Constitutiva No Lineal

    3/8

    HERMOSILLO A. et al. 707

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    Ix e Iy son los valores de influencia horizontales,producidos por una carga unitaria, en la esquina deun rectngulo cargado uniformemente, Figura 2, secalculan con las ecuaciones de Dashk y Kagn,(Dashk et al., 1980).

    Figura 2. Incrementos de esfuerzo normal bajo la esquinade un rectngulo cargado uniformemente en un mediosemi-infinito

    xz

    zyxyang

    x

    yang

    xy

    zyxzang

    zyxzx

    xyz

    Ix

    222

    222

    22222

    tantan

    *21

    tan

    2

    2

    1

    (9)

    yz

    zyxxang

    y

    xang

    xy

    zyxzang

    zyxzy

    xyz

    Iy

    222

    222

    22222

    tantan

    *21

    tan

    2

    2

    1

    (10)

    ovohohovo

    co Kpppp

    p 2133

    (11)

    vop es la presin vertical inicial

    hop es la presin horizontal inicial

    El coeficiente Ko se calcula con la expresin deMayne y Kulhawy, (Mayne et al., 1982)

    seno OCRsenK 1 (12)

    A es el mdulo de rigidez del suelo, el cual puedecalcularse con la expresin:

    CAAm

    ; 125.125.26 NAm

    ; (13)

    2976.2ln0152.000758.1784.0exp NtC

    (14)

    N: nmero de golpes de la penetracin estndar y

    t

    es una variable tde Student, cuyos valores enfuncin de se muestran en la Tabla 2.

    s: es coeficiente que depende del tipo de suelo, elcual vale 0.5 para suelos friccionantes.

    21

    3

    1

    3

    1aac (15)

    Tabla 2. Variable aleatoria tde StudentNivel de

    confianza t

    %2.5 1.9785 1.657

    10 1.28815 1.04120 0.84425 0.67630 0.52640 0.25450 0

    4 MTODO DE SOLUCIN DE UN SISTEMA DEECUACIONES NO LINEALES PARA LACOMPATIBILIDAD DE DEFORMACIONES

    El problema de encontrar la solucin de un sistemade ecuaciones no lineales resulta ms complicadoque el caso de la solucin de ecuaciones lineales.De hecho, algunos conjuntos de ecuaciones carecende soluciones reales. El mtodo de Newton puedeaplicarse a sistemas de ecuaciones, as como a unasola ecuacin no lineal. Se comienza con las formas:

    0),( yxf

    0),( yxg

    Sea rx , sy , y ambas funciones sedesarrollan en una serie de Taylor con respecto a unpunto ),( ii yx en trminos de )( ixr , )( iys ,donde ),( ii yx es un punto cerca de la raz:

    ...,))(,(

    ))(,(),(0),(

    iiiy

    iiixii

    ysyxf

    xryxfyxfsrf (16)

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    708 Clculo de asentamientos con interaccin suelo estructura utilizando una ecuacin constitutiva no lineal

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    ...,))(,(

    ))(,(),(0),(

    iiiy

    iiixii

    ysyxg

    xryxgyxgsrg (17)

    Al truncar la serie se obtiene:

    i

    i

    iiyiix

    iiyiix

    ii

    ii

    ys

    xr

    yxgyxg

    yxfyxf

    yxg

    yxf

    ),(),(

    ),(),(

    ),(

    ),(

    0

    0

    Lo anterior puede reescribirse para resolverse comoel sistema de ecuaciones:

    ),(

    ),(

    ),(),(

    ),(),(

    ii

    ii

    i

    i

    iiyiix

    iiyiix

    yxg

    yxf

    y

    x

    yxgyxg

    yxfyxf (18)

    Donde

    ii xrx , y ii ysy

    La ecuacin 18 se resuelve por eliminacingaussiana y luego, si se hace

    i

    i

    i

    i

    i

    i

    yx

    yx

    yx

    1

    1 (19)

    se obtiene una estimacin mejorada de la raz, ),( sr .Este proceso se repite con i reemplazada por 1i hasta que fy g estn prximas a 0 . La extensina ms de dos ecuaciones simultneas es directa.Por tanto, el mtodo de Newton para un sistema den ecuaciones puede escribirse al desarrollar laecuacin 18 . As, se tiene:

    n

    i

    i

    i

    nynynx

    yyx

    zyx

    zyx

    f

    f

    f

    f

    z

    y

    x

    fff

    fff

    fff

    fff

    3

    2

    1

    333

    222

    111

    (20)

    Evaluando en ,,, iii zyx . Al resolver esto secalcula

    iii xxx

    1, iii yyy 1 , iii zzz 1 , (21)

    En un programa de computadora resulta tediosointroducir cada una de las funciones de las derivadasparciales (que a menudo deben desarrollarsemanualmente, a menos que se tenga acceso al

    sistema de lgebra por computadora o a unacalculadora avanzada) a utilizar en la ecuacin 18.Una tcnica alternativa es aproximar estas parcialesvolviendo a calcular la funcin con una pequeaperturbacin a cada una de las variables a la vez:

    ,,,,,,, 11

    1

    zyxfzyxff

    x

    ,,,,,,, 11

    1

    zyxfzyxff

    y

    ,,,,,,,,, 11

    jj

    xi

    xzyxfxzyxff

    j

    (22)

    Relaciones semejantes se usan para cada variableen cada funcin.

    5 EJEMPLO DE APLICACIN

    Ilustraremos la forma de realizar el anlisis deinteraccin suelo-estructura con una ecuacin dedeformacin del suelo no lineal, con la zapata corridailustrada en la Figura 3. Para el clculo de lasdeformaciones del suelo usamos el mtodo no linealpresentado anteriormente en el captulo 2, con laspropiedades indicadas en la tabla 8.

    Figura 3. Caractersticas de la zapata corrida

    El anlisis estructural se lleva a cabo empleando elmtodo de rigideces, descrito en el captulo 1. En laFigura 4 se muestran los grados de libertad y en la

    Figura 5 el sistema de cargas sobre la estructura.Las matrices de rigidez se obtienen con las frmulasvistas, dado que se trata de barras horizontales. Losvectores de cargas de empotramiento se calculancon la ecuacin 3.

    Figura 4. Grados de libertad actuantes en la estructura

    Tabla 3. Matriz de rigidez. Barra 14 5 1 2

    72927.375 36463.688 -34184.707 34184.707 436463.688 72927.375 -34184.707 34184.707 5-34184.707 -34184.707 21365.442 -21365.442 134184.707 34184.707 -21365.442 21365.442 2

    Tabla 4. Matriz de rigidez. Barra 25 6 2 3

    72927.375 36463.688 -34184.707 34184.707 536463.688 72927.375 -34184.707 34184.707 6-34184.707 -34184.707 21365.442 -21365.442 234184.707 34184.707 -21365.442 21365.442 3

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    HERMOSILLO A. et al. 709

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    Vector de cargas de empotramiento. Barra 1

    2

    1

    5

    4

    21

    21

    21

    21

    1

    1.3r+0.3r+5.92-

    0.3r+1.3r+5.92-

    0.58667r+0.26667r+3.15733-

    0.26667r-0.58667r-3.15733

    e

    P

    Figura 5. Sistema de cargas sobre la estructura

    Vector de cargas de empotramiento. Barra 2

    3

    2

    6

    5

    32

    32

    32

    32

    2

    1.3r+0.3r+5.92-

    0.3r+1.3r+5.92-

    0.58667r+0.26667r+3.15733-

    0.26667r-0.58667r-3.15733

    e

    P

    La matriz de rigidez de toda la estructura (Tabla 6)es la suma de las matrices de rigidez de cada una delas barras. El vector de cargas de empotramiento detoda la estructura es la suma de los vectores decarga de empotramiento de cada una de las barras,el cual vale

    4

    2

    1

    21

    21

    21

    0.58667r+0.26667r+3.15733-

    2.6r+0.6r+11.84-

    0.3r+1.3r+5.92-

    e

    P

    (Slo se muestran los renglones correspondientes a

    1 ,

    2 y

    4 porque, por simetra

    13 , 46 y

    05

    ).

    El vector de cargas concentradas vale

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    0

    0

    0

    35-

    50-

    35-

    c

    P

    El valor de la carga uniformemente repartida esmt/3.4 , el producto EI=59890 t-m2.

    Matriz de rigidez de una barra

    Tabla 5. Barras horizontalesp q r s

    4EI/L 2EI/L -6EI/L 6EI/L p2EI/L 4EI/L -6EI/L 6EI/L q

    -6EI/L -6EI/L 12EI/L -12EI/L r

    6EI/L 6EI/L -12EI/L 12EI/L s

    Los elementos mecnicos (barra sobre nudo) son:

    s )

    L

    6EI()

    L

    6EI(-q)

    L

    2EI(p)

    L

    4EI(wL=M

    2r2

    2p

    s )

    L

    6EI()

    L

    6EI(-q)

    L

    4EI(p)

    L

    2EI(-wL=M

    2r2

    2q

    s )

    L

    12EI()

    L

    12EI(q)

    L

    6EI(p)

    L

    6EI(

    2

    wL=V

    3r322r

    s )

    L

    12EI()L

    12EI(q)L

    6EI(p)L

    6EI(2

    wL=V3r322s

    El vector de cargas de empotramiento, barra decimentacin es:

    b

    a

    s

    r

    q

    p

    s

    2

    r

    2

    2

    s

    2

    r

    2

    2

    sr

    sr

    s

    2

    r

    2

    2

    s

    2

    r

    2

    2

    me

    rL)192

    11(rL)

    192

    5(

    12

    wL

    rL)192

    5(-rL)

    192

    11(

    12

    wL

    rL)32

    13(-rL)

    32

    3(

    2

    wL

    rL)32

    3(-rL)

    32

    13(

    2

    wL

    rL)192

    11(-rL)

    192

    5(

    12

    wL

    rL)192

    5(-rL)

    192

    11(-

    12

    wL

    =P

    Tabla 6. Matriz de rigidez de toda la estructura

    1 2 3 4 5 611229.375 -11229.375 11229.375 -22458.75 -22458.75 0 1-11229.375 -22458.75 -11229.375 22458.75 0 -22458.75 2

    0 -11229.375 11229.375 0 22458.75 22458.75 3

    -22458.75 22458.75 0 59890.0 29945.0 0 4

    -22458.75 0 22458.75 29945.0 119780.0 29945.0 5

    0 -22458.75 22458.75 0 29945.0 59890.0 6

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    6/8

    710 Clculo de asentamientos con interaccin suelo estructura utilizando una ecuacin constitutiva no lineal

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    321

    321

    321

    321

    321

    321

    9167.04167.0r05.733-

    4167.00r4167.00

    04167.00.916r-5.733-

    625.1375.0r08.6-

    375.025.3.375r017.2-

    0375.01.625r8.6-

    rr

    rr

    rr

    rr

    rr

    rr

    Pe

    Por simetra, el sistema de ecuaciones resultante alaplicar la ecuacin. 1, se reduce al siguiente sistema:

    6.43375.01.625r

    22458.75-11229.375-11229.375F

    21

    4211

    r

    2.67325.0.75r0

    44917.522458.75-22458.75F

    21

    4212

    r

    (23)

    733.54167.0r9167.0

    0.9890522458.75-22458.75F

    21

    413

    r

    Lo cual resulta en un sistema incompatible portener 3 ecuaciones con 5 incgnitas. Para completardicho sistema, se recurre a la ecuacin no lineal delsuelo, con lo cual obtendremos dos ecuaciones mspara tener finalmente un sistema de 5 ecuacionescon 5 incgnitas. El vector Fi es el vector defunciones que servir para calcular su Jacobiano, ycon la inversa de ste se obtendrn las correccionesa los valores iniciales propuestos (ver captulo 4).

    Anlisis de deformacin en suelo

    En esta seccin se calculan las deformaciones en el

    suelo, a partir de los datos de la Tabla 7, utilizando laecuacin de deformacin no lineal 6.

    Tabla 7. Propiedades de deformacinEstrato A s Ko , t/m

    1 504.92 0.5 0.28 0.4 1.72 665.95 0.5 0.28 0.4 1.9

    Como ejemplo, se obtienen los valores deinfluencia Iz111, Ix111 e Iy111. Se coloca una presinunitaria q = 1 t/m2 en el rea a1 (Figura 3) y secomputan los esfuerzos normales z, xy ydebidosa esta carga, a la mitad del estrato 1. Obtenemos

    Iz111= 0.3998821 t/m2

    Ix111= 0.1068092 t/m2Iy111= 0.0512681 t/m

    2Los dems valores de influencia se determinan en

    forma similar. En la Tabla 8 se presentan susmagnitudes.

    Tabla 8. Valores de influencia

    Punto Estrato Carga Ix(t/m2) Iy(t/m

    2) Iz(t/m2)

    1 1 1 0.1068092 0.0512681 0.3998821

    1 1 2 0.0417526 0.0201755 0.0090994

    1 1 3 0.0005066 0.0041209 0.0001171

    1 2 1 0 0 0.07841951 2 2 0.0220027 0 0.050748

    1 2 3 0.0078786 0.0004715 0.0045158

    2 1 1 0.0363593 0.0132443 0.0084564

    2 1 2 0.2136183 0.1025362 0.7997643

    2 1 3 0.0363593 0.0132443 0.0084564

    2 2 1 0.0104748 0 0.0376904

    2 2 2 0 0 0.156839

    2 2 3 0.0104748 0 0.0376904

    3 1 1 0.0005066 0.0041209 0.0001171

    3 1 2 0.0417526 0.0201755 0.0090994

    3 1 3 0.1068092 0.0512681 0.3998821

    3 2 1 0.0078786 0.0004715 0.0045158

    3 2 2 0.0220027 0 0.050748

    3 2 3 0 0 0.0784195

    En la Tabla 9 se presentan los valores de lalongitud dky el rea ak.

    Tabla 9. Valores de dky ak

    dk (m) ak (m2)

    2 4

    4 8

    2 4

    2 4

    4 8

    2 4

    2 4

    4 8

    2 4

    2 4

    4 8

    2 4

    2 4

    4 8

    2 42 4

    4 8

    2 4

    Sustituyendo valores para la obtencin de losesfuerzos en z, x e y para el punto 1, en el estrato 1en la ecuacin 7 se tiene

    4

    20.0001171r

    8

    40.0090994r

    4

    20.3998821r=

    321z11

  • 7/23/2019 Calculo de Asentamientos Con Interaccion Sueloestructura Utilizando Una Ecuacion Constitutiva No Lineal

    7/8

    HERMOSILLO A. et al. 711

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    4

    20.0005066r

    8

    40.0417526r

    4

    20.1068092r= 321x11

    4

    20.0041209r

    8

    40.0201755r

    4

    20.0512681r 321y11

    Para el inicio de los clculos consideramos unareaccin uniforme:

    r1= r2= r3= [35(2)+50]/8.0) + 4.3 = 19.3 t/m

    Reemplazando en la ecuacin 7 se tiene para elpunto 1, estrato 1:

    z11= 3.8864367 t/m2

    x11= 1.4161498 t/m2

    y11= 0.71786275 t/m2

    Anlogamente se calcula para los dems puntosen los dos estratos.

    A continuacin calculamos las deformacionesiniciales utilizando la ecuacin 6. Para lascondiciones iniciales presentadas previamente, seobtienen los valores de las funciones Fifaltantes, lascuales son los valores iniciales de

    1 y

    2 :

    002198047.01

    00548168.02

    Con ello, se completa el sistema de ecuaciones (23),dando como resultado el sistema valuado:

    .65F1

    .88-F2

    60033.19F3 (24)

    002198047.04

    F

    00548168.05 F

    Cabe mencionar, que por razones de espacio,aqu se presentan solo los valores numricosiniciales (iteracin 0) de las funciones

    iF , las cuales

    son funciones de las incgnitas1r ,

    2r ,

    1 ,

    2 y

    4

    adems que4

    F y5

    F son del tipo exponencial (verecuacin 6); de ah que el sistema final formado esun sistema no lineal de ecuaciones.

    Para calcular el Jacobiano, el cual se obtiene dederivar parcialmente a cada una de las funcionesrespecto a cada una de las variables, se emplea latcnica descrita en el captulo 4, en donde se aplicauna perturbacin muy pequea para estimar las

    derivadas parciales de cada una de las funciones. Elvalor de La perturbacin empleada es: 01.0P . Enla Tabla 11 se presenta el Jacobiano calculado en laiteracin 0.

    En la Tabla 12 se presenta la inversa calculadadel Jacobiano en la iteracin 0. De la ecuacin (20),

    se tiene que al calcular el Jacobiano y multiplicar porel vector Fi se obtienen los valores del vector i ,con los cuales se calculan los nuevos valores de lasincgnitas

    1r ,

    2r ,

    1 ,

    2 y

    4 mediante la ecuacin

    (21).

    Tabla 10. Jacobiano inicial de las funciones Fif/r1 f/r2 f/4 f/1 f/2

    F1 1.625 0.375 -22458.75 11229.375 -11229.375

    F2 0.75 3.25 44917.5 -22458.75 22458.75

    F3 -0.9167 -0.4167 59890 -22458.75 22458.75

    F4 -1.764E-06 1.1215E-05 0 1 0

    F5 6.082E-06 -2.749E-04 0 0 1

    Tabla 11. Inversa del Jacobiano inicial

    0.684543459 0.07740241 0.198651989 -1487.158456 1487.158456

    -0.184543459 0.17259759 -0.198651989 1487.158456 -1487.158456

    3.10077E-05 -1.59045E-05 4.02535E-05 0.198651989 -0.198651989

    3.27709E-06 -1.79916E-06 2.57828E-06 0.980698338 0.019301662

    -5.48931E-05 4.69745E-05 -5.58158E-05 0.417851035 0.582148965

    Los nuevos valores (valores corregidos iniciales)de las incgnitas se obtienen al sumar el vectorinicial (-Fi) (ecuacin 24) al vector de correccin i ,lo que resulta en:

    0.00229

    0.00234

    0.00045

    11.329-

    11.929

    i;

    0.00229

    0.00234

    0.00045

    7.6707

    30.929

    iF

    La solucin del sistema se obtendr al repetir elprocedimiento visto anteriormente, calculando losvalores del vector Fi, el Jacobiano de dicho vector, lainversa del Jacobiano y el vector de correccin

    i ,

    hasta que dicho vector de correccin sea muycercano a cero. Despus de 6 iteraciones, los

    valores de las incgnitas que resuelven el sistemason:

    0.00277

    0.0038

    0.0008

    10.296

    28.304

    2

    1

    4

    2r

    1r

    En las Figuras 6-9 se ilustra la convergencia delclculo de las reacciones r1, r2, 1 y 2.

  • 7/23/2019 Calculo de Asentamientos Con Interaccion Sueloestructura Utilizando Una Ecuacion Constitutiva No Lineal

    8/8

    712 Clculo de asentamientos con interaccin suelo estructura utilizando una ecuacin constitutiva no lineal

    SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERA GEOTCNICA A.C.

    Puede observarse que, para los valores inicialespropuestos, el valor de las incgnitas se aproximasatisfactoriamente despus de tres iteraciones. Cabemencionar que la rapidez en la convergenciadepende de los valores iniciales y de la magnitud de

    la perturbacin a la hora de determinar las derivadasparciales al calcular el Jacobiano. No se descarta laposibilidad de que exista una combinacin de valoresiniciales para los cuales la solucin del sistema nolineal de ecuaciones sea divergente por lo que serecomienda observar la sensibilidad de dichosistema ante las condiciones iniciales.

    Figura 6. Aproximacin del valor de la reaccin r1

    Figura 7. Aproximacin del valor de la reaccin r2

    Figura 8. Aproximacin del valor de la deformacin 1

    Figura 9. Aproximacin del valor de la deformacin 2

    6 CONCLUSIONES

    Debido al comportamiento no lineal de los suelos,resulta adecuado emplear ecuaciones no lineales en

    interaccin suelo-estructura. Para ello, en estetrabajo se emple la expresin para calculardesplazamientos en suelos friccionantes propues-tapor Demneghi (2008).

    Al formarse un sistema no lineal de ecuaciones,resulta conveniente el uso de mtodos numricospara su resolucin. En este caso se emple elmtodo de Newton.

    Se present un ejemplo de una zapata corridasometida a cargas y apoyada sobre dos estratos dearena.

    7 REFERENCIAS

    Damy J (1985). Integracin de las ecuaciones deBoussinesq, Westergaard y Frhlich, sobre super-ficies poligonales de cualquier forma, cargadascon fuerzas verticales uniformemente repartidas,Revista Ingeniera, Vol LV, N 1: 82-86

    Dashk R E y Kagn, A A (1980). Mecnica deSuelos en la Prctica de la Geologa Aplicada a laIngeniera, Cap 2, MIR, Mosc

    Demneghi A (2008) Clculo del asentamiento deun cimiento en arena.XXIV Reunin Nacional deMecnica de Suelos, Sociedad Mexicana deMecnica de Suelos, Aguascalientes, Ags

    Demneghi A., Puebla M. y Sangins H. (2008)Apuntes de anlisis y diseo de cimentaciones:Tomo 1. Facultad de Ingeniera, UNAM

    Gerald C. F. y Wheatley P. O. (2000) Anlisisnumrico con aplicaciones. Pearson, PrenticeHall. Mxico

    Mayne P W y Kulhawy, F H (1982) Ko OCRrelationships in soil. Jour Geot Eng Div, ASCE,GT8, junio.