Análisis de Pilotes Sometidos a Cargas Laterales: Rigidez Relativa y Mecanismos de Falla
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Pilotes Sometidos a Cargas Laterales
Introducción
Los pilotes sometidos a cargas horizontales resisten las solicitaciones deformándose y movilizando la reacción necesaria del suelo que los rodea.
El comportamiento de las piezas depende de la rigidez relativa del pilote respecto al suelo.
La capacidad de carga horizontal puede estar regida por los siguientes tres mecanismos:
- Se excede la capacidad de carga última del suelo, resultando en grandes deformaciones horizontales de los pilotes.
- Los momentos de flexión pueden generar solicitaciones excesivas.
- Las deformaciones de las cabezas de los pilotes pueden ser demasiado grandes en relación con el funcionamiento de la superestructura.
Sobre la Rigidez Relativa
La rigidez relativa entre la pieza que constituye un pilote y el suelo que la rodea permite examinar los mecanismos de falla (rotación, traslación, flexión), los cuales se complementan con condiciones de borde superior tales como cabeza libre o cabeza empotrada.
Obviamente, la cabeza libre de un pilote sometido a una solicitación horizontal se desplazará y también experimentará un giro que es función de la carga. En cambio, la cabeza empotrada de un pilote puede trasladarse, pero no puede girar.
La expresión del factor de Rigidez Relativa es:
R = (E*I/k)^1/4
Aplicable para cuando kh puede considerarse constante con la profundidad, arcillas firmes a duras.
kh puede considerarse también como una función lineal de la profundidad. En este caso se admite que el módulo de deformabilidad Es del suelo es también lineal con la profundidad.
T = (E*I/nh)^1/4
Donde nh es la pendiente de la variación de kh con la profundidad (arenas o arcillas normalmente consolidadas).
Las ecuaciones anteriores son auto explicativas y se ve claramente que contienen el cociente o relación de rigidez del pilote (EI) y el suelo (kh o nh).
Son muy conocidas en el cálculo de vigas sobre fundación elástica.
Si L es la longitud de embebimiento de un pilote y se cumple que:
· L> 4T ó L> 3,5R , dependiendo del tipo de suelo, su comportamiento es el de una viga“flexible” respecto al suelo que lo rodea y la pieza falla por flexión frente a las solicitaciones horizontales.
· LT ó L R , su comportamiento es el de una pieza rígida respecto al suelo, en cuyo caso la falla se produce por rotación, ó traslación del pilote, llevando el suelo a la plastificación por presión pasiva.