Distribución de acciones en un grupo de pilotes

El programa permite definir la rigidez que se atribuirá a la estructura de cimentación, para considerarla como una restricción deformable, en lugar de rígida, lo que puede determinar cambios significativos tanto en términos de esfuerzos (estructuras hiperestáticas) como para las comprobaciones de compatibilidad de las deformaciones. Además, se consideran los «efectos de grupo» del pilotaje, que cada pilote tiene sobre el otro.

La aplicación opera bajo la hipótesis de comportamiento elástico, por lo que no se simulan los comportamientos no lineales que se manifiestan en los pilotes a niveles tensionales más elevados. Por lo tanto, los resultados solo pueden ser fiables si se está lo suficientemente lejos de la carga límite.

Se divide en tres secciones de cálculo: Acciones Axiales, Acciones Horizontales y de Flexión, y Distribución de Pilotes.

Acciones Axiales

Figura 1 – Esquema de Acciones Axiales en un solo pilote

La primera sección, denominada «Acciones Axiales«, permite calcular la rigidez de un solo pilote sometido a acción axial. Los datos de entrada que se deben introducir son:

• Espesor de los estratos en m (coincide con la longitud del pilote);
• Módulo de deformación transversal G_sup en la parte superior del estrato en kN/m²;
• Módulo de deformación transversal G_inf en la cota inferior en kN/m²;
• Módulo de deformación transversal G_base en la base (para pilotes que trabajan por punta) en kN/m²;
• Coeficiente de Poisson ν;
• Diámetro del pilote D en m;
• Módulo Elástico del hormigón E_cls en MPa.

La longitud del pilote L, expresada en m, se obtendrá de la suma de los espesores de los estratos. G_base se considera en el algoritmo solo para el estrato más profundo. Los valores de los módulos elásticos deben ser secantes correspondientes a los niveles de esfuerzo esperados y se proponen las clases más utilizadas:

• C20/25;
• C25/30;
• C28/35;
• C40/50.

El valor del módulo elástico propuesto deriva de la relación (1):

(1)

Donde:

El usuario también puede introducir un valor de módulo elástico si las opciones propuestas no son relevantes para su caso de estudio.

Los resultados de salida serán:

• Momento de inercia del pilote J_pilote, expresado en m⁴, obtenido de la relación (2)

(2)

• Radio de influencia o extinción r_m, expresado en m, a través de la fórmula (3):

(3)

Dove:

• • ;
  • en la que G_L e G_b son respectivamente G_inf y G_base del i-ésimo estrato;
  • Para suelos estratificados igual al promedio entre G_inf y G_base del i-ésimo estrato.
• Rigidez bajo acciones axiales expresada en kN/m.

Acciones Horizontales y de Flexión

Figura 2 – Esquema de Acciones Horizontales y de Flexión en un solo pilote

En la segunda sección de cálculo, denominada «Acciones Horizontales y de Flexión«, es posible determinar la rigidez del pilote sometido a acciones de cortante y flexión tratando el pilote como una viga sobre un lecho de muelles e imponiendo momentos unitarios en la cabeza. En cuanto a los datos de entrada, el esquema es análogo al descrito anteriormente en las Acciones Axiales

El cálculo de las rigideces para acciones laterales reporta valores para un solo pilote, pero la aplicación también los calcula para coeficientes de reacción del suelo reducidos, necesarios para tener en cuenta la interacción entre los pilotes:

(4)

Donde P_b/P_t es la fracción de la carga total absorbida en la base.

También es necesario introducir un valor del paso de discretización de los elementos Dim_elem, con el que se discretiza el elemento estructural..

Distribución de Pilotes

Figura 3 – Esquema de disposición de pilotes y convención de signos

En la tercera y última sección de cálculo denominada «Distribución de Pilotes«, se define la geometría de la cimentación por pilotaje. En particular, la disposición se realiza introduciendo las coordenadas planimétricas x e y, expresadas en metros, de los pilotes, hasta un máximo de 30. Para establecer el número de pilotes que se deben considerar en el cálculo, basta con seleccionarlo en el menú desplegable.

Además, es posible establecer el número de condiciones de carga, al igual que para los pilotes, a través del menú desplegable. Hay una tabla específica disponible para introducir los valores de las cargas. Las rigideces calculadas con los análisis de esfuerzo axial, cortante y flexión se muestran en esta última y no se pueden modificar.

Otro dato de entrada es el punto de aplicación de la resultante de las cargas (Acciones): se puede optar por referir las acciones al centro de gravedad del grupo de pilotes o estableciendo coordenadas específicas.

Una vez realizado el cálculo, estarán disponibles, en forma de tabla, los esfuerzos sobre todos los pilotes en las diversas condiciones de carga. Además, se reportan los valores más significativos correspondientes a:

• Esfuerzo axial máximo y mínimo;
• Momento máximo;
• Cortante máximo.

Los valores de M y T son las sumas vectoriales de las componentes a lo largo de x e y, y son siempre positivos. Para cada pilote también se calculan las componentes de desplazamiento u, v, w a lo largo de las tres direcciones x, y y z.

Dependiendo de la posición de los pilotes, se genera la disposición planimétrica; es posible guardar los datos de entrada en forma de archivo de texto y cargarlos más adelante. Finalmente, se genera un informe de cálculo completo con los datos utilizados, los respectivos resultados de cálculo y fundamentos teóricos.