Estudio del armado óptimo de encepados de edificación

Abstract

El encepado es un elemento estructural de cimentación, encargado de transmitir las solicitaciones de una estructura portante, hasta las cabezas de un conjunto de pilotes que conforman una cimentación profunda. Es, en muchos casos, una estructura tridimensional de funcionamiento complejo y no bien conocido. Tanto por sus dimensiones habituales, como por tratarse de una región con singularidad de cargas, debido a la existencia de cagas puntuales importantes, habitualmente debe ser tratado como una región D, en las que no es válida la teoría general de flexión. Tradicionalmente, en la bibliografía de referencia, se ha abordado su estudio y dimensionamiento realizando simplificaciones no siempre ajustadas al comportamiento esperado del elemento. El objetivo de la tesina es establecer un análisis comparativo entre las soluciones planteadas en la bibliografía existente, así como determinar su adecuación con el comportamiento real esperado del elemento estructural. Se analizaran los casos estudiados mediante dos metodologías ampliamente extendidas en la actualidad, el método de bielas y tirantes BYT, y el método de los elementos finitos MEF. Primeramente se realiza un recorrido crítico a través de la documentación recogida en la normativa internacional y la bibliografía de referencia, en cuanto al dimensionamiento estructural de encepados. A continuación se estudian 18 casos diferentes de encepado, correspondientes a los esquemas habituales en edificación, para grupos de dos, tres y cuatro pilotes. En primer lugar se plantea el análisis mediante un modelo de elementos finitos tipo sólido utilizando el programa SAP2000. A partir de las trayectorias de tensiones obtenidas, se planteará un modelo de bielas y tirantes concordante con dichas trayectorias. Se propone una solución al armado de los encepados para dos situaciones diferentes: modelos MEF, las armaduras se disponen según los esquemas indicados en la normativa vigente, adecuando las cuantías de armadura a los esfuerzos obtenidos, y modelos BYT, las armaduras se disponen según los esquemas indicados en la normativa vigente, manteniendo las cuantías mínimas de armadura indicadas en la normativa vigente. Para terminar se compararan los esquemas y cuantías obtenidos en cada uno de los casos y se indican posibles líneas de investigación a seguir.

The pile cap is a structural foundation element, responsible for transmitting the internal forces of a supporting structure, towards the heads of a set of piles that form a deep foundation. It is, in many cases, a three dimensional structure with a complex and not well known performance. Both for its usual dimensions, as it is a region with uniqueness of loads because there are important point loads, usually it should be treated as a D region, where the general theory of bending is not applicable. Traditionally, the literature reference has approached this type of study and sizing, performing simplifications not always adjusted to the expected behavior of the element. The aim of the thesis is to establish a comparative analysis between the solutions proposed in the literature, as well as determine its suitability with the expected actual behavior of the structural element. The different cases have been studied by two methodologies currently used, the strut and tie method, and the finite element method. Firstly, a state-of-the-art research has been performed, analyzing international standards and literature references regarding the structural design of pile caps. A total of 18 different cases of pile caps were studied, corresponding to the usual building schemes, for groups of two, three and four piles. Firstly, the analysis was performed using the solid finite elements from SAP2000 software. From the obtained stress’ paths, a model of struts and ties, concordant with the paths, was considered. Two different approaches for cap piles’ design were proposed: FEM models, the reinforcement is arranged according to the schemes specified in the codes, adjusting the amounts to the obtained internal forces, and S&T models, where the bars are arranged according to the schemes specified in the codes, keeping the minimum amounts of reinforcement indicated in the standards. Finally, the obtained results are compared in each case and possible lines of future research are mentioned.