XII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica
Confiabilidad estructural en cimentaciones profundas
Evaluación de la confiabilidad de un sistema pila–dado medianero optimizado (dado de 0,60 × 1,20 × 1,50 m, pila de D = 1,0 m y L = 7,0 m) bajo una carga axial de 1500 kN, con un modelo no lineal en OpenSeesPy, 10.000 realizaciones de Monte Carlo y el diseño del dado por bielas y tirantes.
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La ponencia en un minuto
La pila y el dado medianeros modelados en OpenSeesPy, diez mil corridas de Monte Carlo sobre la rigidez del suelo y la excentricidad de perforación, el índice de confiabilidad junto a la probabilidad de falla contada en la simulación y el diseño del dado por bielas y tirantes que sale de esa demanda.
Resumen de la investigación
El diseño determinista de cimentaciones profundas deja por fuera la variabilidad de la interacción suelo–estructura y suele llevar a geometrías sobredimensionadas, con mayor incidencia cuando la cimentación debe quedar dentro del lindero. La ponencia, presentada en el XII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica organizado por la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, evalúa un sistema pila–dado medianero diseñado por desempeño, sin factor de seguridad global.
La carga de la columna, 1500 kN, queda a 0,30 m del eje de la pila y en la cabeza de la columna, a 3,0 m sobre el dado, actúa una carga lateral de 100 kN, de modo que el dado recibe un momento de volcamiento por ambas y por los efectos P–Δ. El estudio verifica primero en términos probabilistas el límite cinemático de servicio de 75 mm (ASCE 41-17 y FHWA) y luego sigue esa demanda a través del dado, tratado como Región D con un modelo de bielas y tirantes.
Resultados
- Desplazamiento lateral medio de 45,28 mm en la cabeza de la columna (13,8 mm en la cabeza de la pila), cerca de 40 % por debajo del límite de 75 mm de ASCE 41-17 y FHWA
- Índice de confiabilidad β = (75 − 45,28) / 6,70 = 4,44 por segundo momento, que con respuesta normal equivale a Pf ≈ 4,5 × 10⁻⁶
- Contando la simulación directamente, 17 de las 10.000 corridas superan 75 mm: Pf ≈ 1,7 × 10⁻³ (β ≈ 2,9, COV del estimador 24 %). La rigidez lognormal del suelo sesga la respuesta y la cola es más pesada que la del ajuste normal; β ≈ 2,9 sigue por encima del objetivo β = 1,5 del EN 1990 para estados de servicio irreversibles a 50 años
- Momento de diseño de 817,92 kN·m: 450 kN·m por excentricidad nominal, 67,92 kN·m por P–Δ y 300 kN·m por la carga lateral, con una fuerza de tirante Tu = 817,92 / 1,25 = 654,34 kN
- El nudo CCT muestra que las barras N.° 10 de la columna requieren anclaje mecánico en un dado de 0,60 m de ancho, con refuerzo transversal ρ⊥ ≥ 0,003 (N.° 5 @ 200 mm) contra estallido y hendimiento
Metodología
Modelo bidimensional en OpenSeesPy de una pila de 7,0 m con D = 1,0 m, discretizada cada 0,50 m, con rigidez agrietada 0,35 Ig (ACI 318-19), resortes de suelo elastoplásticos (pu = 9 cu D) y transformación geométrica P–Δ. El dado es un enlace rígido que lleva la columna, de 0,40 × 0,80 m y 3,0 m de altura, a la cabeza de la pila. Con pu = 9 cu D ningún resorte fluye en las 10.000 corridas, así que la respuesta del suelo queda lineal y la no linealidad la aporta el P–Δ.
Las 10.000 realizaciones de Monte Carlo dependen de dos variables aleatorias: el módulo de reacción ks, lognormal con media de 15.000 kN/m³ y COV = 30 % (Phoon y Kulhawy), y la excentricidad accidental de perforación δe, normal con media nula y σ = 0,05 m.
El alcance cubre la carga axial, los momentos por excentricidad y una carga lateral de 100 kN en la cabeza de la columna. El elemento no forma parte del sistema de resistencia sísmica, por lo que no se evaluaron demandas de sismo o viento sobre la estructura.
Datos del proyecto
- Tipo
- Ponencia en congreso
- Evento
- 12 CNIS
- Presentada
- Junio de 2026
- Memorias
- pp. 252–260
- Área
- Diseño de cimentaciones por desempeño
- Métodos
- OpenSeesPy · Monte Carlo · bielas y tirantes
- Institución anfitriona
- Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito
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