Pilotes sometidos a cargas laterales: rigidez relativa y mecanismos de falla

Resumen

El documento explica cómo resisten los pilotes las cargas horizontales, deformándose y movilizando la reacción del suelo. Introduce el concepto de rigidez relativa entre pilote y suelo, con sus expresiones R y T, y los tres mecanismos de falla posibles. También distingue entre cabeza libre y cabeza empotrada.

Puntos clave

Los pilotes resisten cargas horizontales deformándose y movilizando la reacción del suelo.
La capacidad horizontal puede estar regida por la capacidad última del suelo, por momentos de flexión excesivos o por deformaciones excesivas de la cabeza.
El factor de rigidez relativa es R = (E*I/k)^1/4, aplicable cuando kh es constante con la profundidad (arcillas firmes a duras).
Cuando kh varía linealmente con la profundidad (arenas o arcillas normalmente consolidadas) se usa T = (E*I/nh)^1/4.
Si L > 4T o L > 3,5R, el pilote se comporta como viga flexible y falla por flexión.
Si L es pequeña respecto a T o R, el pilote se comporta como rígido y falla por rotación o traslación, plastificando el suelo por presión pasiva.
Una cabeza libre puede desplazarse y girar, mientras que una cabeza empotrada puede trasladarse pero no girar.

Ponte a prueba

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 k_h puede considerarse constante con la profundidad, arcillas firmes a duras.

k_h puede considerarse también como una función lineal de la profundidad. En este caso se admite que el módulo de deformabilidad E_s del suelo es también lineal con la profundidad.

T = (E*I/nh)^1/4

Donde nh es la pendiente de la variación de k_h 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 (k_h 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.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el factor de rigidez relativa de un pilote?

Es el parámetro R = (E*I/k)^1/4 que relaciona la rigidez a flexión del pilote (EI) con la rigidez del suelo (kh). Se aplica cuando kh es constante con la profundidad, como en arcillas firmes a duras.

¿Cuándo un pilote se comporta como viga flexible?

Cuando su longitud de embebimiento L cumple L > 4T o L > 3,5R, según el tipo de suelo. En ese caso falla por flexión frente a las solicitaciones horizontales.

¿Cuál es la diferencia entre cabeza libre y cabeza empotrada?

La cabeza libre de un pilote puede trasladarse y girar bajo carga horizontal, mientras que la cabeza empotrada puede trasladarse pero no girar.