Implementación del lenguaje de programación Python para el análisis de interacción suelo-estructura estática en estructuras tipo marco desplantadas sobre zapatas aisladas

Abstract

The effects that generated the interaction between the soil and the structure, are important exemplify in the design and construction stages, because the idealization of these like a whole, exemplify the real performance of a building under loads on its structural elements and the site properties. The objective of this thesis is to apply the Object Oriented Programming (OOP) with Python, and realize the Static Soil-Structure Interaction Analysis (SSSI) in plane frames on isolated footings, to develop an algorithm for simplifying the process of displacement calculation, forces in structural elements, reaction modulus of soil and foundation size; all of the above using matrix algebra. The algorithm works with a model of a plane frame, the physical properties of the soil and the foundation. On the analysis, were considered two cases of structure supports: fixed supports and free movement; in the last one, are made loops until results convergence of mechanic elements. Also, to demonstrate the operation and application of the algorithm, made a comparison between the mechanic elements of two practice examples of plane frames, both have one floor and one bay; the first one has concrete structural elements and the second one is of steel beams.

Los efectos que se generan por la interacción entre el suelo y la estructura, son importantes de conocer en las etapas de diseño y construcción, debido a que la idealización de estos como un conjunto, ejemplifica el comportamiento real de una edificación sometida a cargas sobre sus elementos y las propiedades del sitio. El presente trabajo tiene como objetivo el aplicar la programación orientada a objetos (POO), por medio de Python, para realizar el análisis de Interacción Suelo-Estructura Estática (ISEE) en marcos planos apoyados sobre zapatas aisladas, con el fin de desarrollar un algoritmo que ayude a simplificar el proceso de cálculo de desplazamientos nodales, fuerzas en los elementos estructurales, módulos de reacción del suelo y dimensionamiento de la cimentación; todo esto con la implementación de métodos de cálculo en forma matricial. Para el funcionamiento del algoritmo se debe de modelar un marco plano, sus propiedades físicas del suelo y la cimentación. Se plantearon dos tipos análisis: estructura con apoyos empotrados y de base libre; en este último caso dándose las iteraciones hasta la convergencia de resultados de los elementos mecánicos. Además, como demostración del funcionamiento y aplicación del algoritmo, se realiza la comparativa entre los elementos mecánicos de dos casos de análisis en dos marcos planos ambos de un nivel y una crujía; el primero de elementos estructurales de concreto y el segundo es un marco de perfiles de acero.