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11 Pilotes cargados lateralmente
* Prcticamente todos los pilotes se ven sometidos en algn momento a cargaslateras. En muchas ocasiones estn son mucho menores que las cargas verticales
y no es necesario realizar un clculo separado.
* Las cargas laterales son importantes en una varios casos
Pilotes como estructuras de retencin
Fundaciones en puentes
Fundaciones para estructuras portuarias y costa-afuera
Fundaciones de torres
Estructuras sometidas a cargas ssmicas
* Cargas laterales en pilotes representan un problema en 3 dimensiones muycomplejo.
22 Modelos de anlisis
Pilote apoyado sobre resortes que da origen al modelo de constante de
balasto, tambin conocido como el Modelo de Winkler
Pilote apoyado en medio continuo, considerado como material lineal
elstico.
Elementos finitos, que permiten incorporar el comportamiento no lineal
tensin deformacin del suelo, variaciones de dicho comportamiento de
un punto a otro (varios estratos de suelo), variaciones en la seccin del
pilote, etc.
Para efectos prcticos, la modelacin con el Modelo de Winkler es bastante
adecuada, siempre y cuando se seleccione adecuadamente la constante debalasto y su variacin a lo largo del fuste del pilote.
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33 Modelos de anlisis
La capacidad lateral de carga ltima se chequea primero. En la prcticaes raramente el factor lmite de diseo, ya que por lo general se requieren
grandes deformaciones del suelo.
Determinacin de las deformaciones laterales bajo cargas de trabajo se
basan en modelos simplificados como el de Winkler, o asumiendo una
respuesta elstica del suelo.
Soluciones ms complejas se basan en el modelo de Winkler, utilizando
resortes del suelo no lineales, conocido como las curvas p-y.
La determinacin de los momentos de flexin, y esfuerzos sobre los
pilotes son de suma importancia en la seleccin y diseo de estos.
44 El problema es tridimensional
a) Estado de esfuerzos antes dela deformacin
b) Estado de esfuerzos una vez
desplazado el pilote
desplazamiento
y
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55 Modelo de Winkler
Momento aplicado, M
Carga horizontal, H
p = k y
p: presin de interaccin horizontalsuelo-pilote
k: constante del resorte
y: desplazamiento lateral del pilote
La ecuacin que gobierna la deformacin lateral, y,
es:
donde EI es la rigidez a la flexin del pilote
El modelo de Winkler asume que:
0kydz
ydEI
4
4
=+
66 Solucin para un pilote cargado lateralmente
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77 Comportamiento del suelo
0.5 pf
pf
88 Presin de falla, pf
p
'
vf K3)(p =z
La presin de falla, pf, corresponde a una situacin de empuje
pasivo al desplazarse horizontalmente el pilote en contra del suelo.
El problema es de naturaleza tridimensional.
Para suelos granulares sin cohesin (falla drenada) y para suelos con
falla no drenada, Broms (1964) establece las siguientes expresiones:
Granulares (c=0)
Falla no drenada uf S9)(p =z
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99 Presin de falla
1- Arcillas (Sobreconsolidadas)
1010 Presin de falla
2- Arenas
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1111 Solucin para un pilote cargado lateralmente
La principal dificultad de este mtodo es seleccionar la constante de
balasto ko.
p = k u
k = ko b
p: presin de interaccin horizontalsuelo-pilote [T/m]
k: constante del resorte [T/m2]
ko: constante de balasto [T/m3]
u: desplazamiento lateral del pilote
b: dimensin lateral del pilote
Caso 1 Caso 2
1212 Solucin para un pilote cargado lateralmente, Caso 1
Caso 1
Asumiendo ko constante, la ecuacin que gobierna la deformacin lateral es:
Esta ecuacin se puede escribir en trminos de la longitud caracterstica, Lc
Para pilotes ms largos que la longitud caracterstica, el largodel pilote pasa ano tener influencia en las deformaciones laterales y de rotacin del pilote. Porlo tanto el pilote acta como si fuese infinitamente largo.
Desplazamientos laterales y rotaciones en la cabeza del pilote se puedenobtener de la siguiente figura:
Existen varias soluciones publicadas para resolver la ecuacin (1). Por ejemplo,la deformacin lateral de un pilote libre de rotar en la cabeza sometido a cargalateral se puede encontrar con la siguiente expresin:
donde
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1313 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 1
1414 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 1
Hay dos condiciones lmites
Pilotes cortosrgidos
Pilotes largosinfinitos
Seleccin de la constante de balasto, ko, para arcillas sobreconsolidadas. Lasolucin prctica es usar rangos propuestos en la literatura. Los valores
siguientes fueron propuestos por Scott (1981)
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1515 Constante de balasto, caso 1
( )d-1E0.76
k2
oo
=
Mdulo de deformacin constante con la profundidad,
es decir E(z) = Eo
1616 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 2
Caso 2
Para arenas y arcillas normalmente consolidadas es ms realista asumirque la constante de balasto aumenta con la profundidad. Asumiendo quek = nz, la ecuacin que gobierna la deformacin lateral es:
en este caso la longitud caracterstica es:
* Arcillas blandas
Varios autores han propuesto valores para n
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1717 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 2
* Arenas (despus de Terzaghi, 1955)
1818 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 2
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1919 Solucin para un pilote cargado lateralmente, caso 2
pilotes infinitos
pilotes cortos
rigidos
Condiciones lmites
2020 Constante de balasto, caso 2
d
z
-1
f0.76k
2
=
[ ]2u
3
uucmKgenq,cmKgq0.36f =
%enDR,cmKgDR0.0270.53-f3
+=
Para suelos granulares con cohesin baja a nula, el valor de f se
puede expresar en funcin de la DR.
Mdulo de deformacin con variacin lineal en la profundidad
Sobre la napa
Bajo la napa
Para suelos finos (carga no drenada) f = fu
%enDR,cmKgDR0.01880.37-f3
+=
qu = resistencia a la compresin no confinada
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2121 Constante de balasto
Sin duda la alternativa de medir E vs. Z es la ms directa, lo quepermite determinar k vs z.
2222 Plano exploracin para fundaciones de Hotel
en sector aeropuerto
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2525 Visita a terreno - Ensayo de carga lateral
2626 Visita a terreno - Ensayo de carga lateral
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2929 Visita a terreno - Ensayo de carga lateral
3030 Resultados ensayo de carga lateral