TALLER PILOTES GEOTECNIA APLICADA

Abril 22

TALLER PILOTES

GEOTECNIA APLICADA

Presentado por: Jairo Cueto, Aura Toro & Richard Carrillo

Taller Pilotes

Considere un pilote de concreto con un dimetro de entre 30 y 60 cm. La profundidad del pilote es de entre 8 y 15m. Para todos los suelos, asuma que el ngulo de friccin entre el pilote y el suelo es de 22 grados. Asuma que la estratigrafa del terreno consiste en 3 capas de suelo granular seco con coeficiente de Poisson de 0.2.

Calcule la capacidad portante por el mtodo (o algn mtodo similar para materiales sin cohesin).

Calcule la capacidad portante mediante el mtodo de los elementos finitos haciendo uso de la simetra del sistema utilizando una formulacin axisimtrica y compare con la solucin analtica.

Repita la modelacin numrica utilizando un ngulo de friccin entre el pilote y el suelo es de 40 grados. Comente en las diferencias de: capacidad portante, rigidez, fuerzas cortantes de contacto con respecto al modelo original.

Repita la modelacin numrica utilizando un coeficiente de Poisson de 0.45. Comente en las diferencias de capacidad portante, rigidez, fuerzas cortantes de contacto con respecto al modelo original.

Para las tres modelaciones estime (grficamente) el coeficiente de presin lateral de tierras K adyacente al pilote y comente en la posible influencia de este sobre las fuerzas friccionantes en el pilote.

3

2

1

qu

1.

Para la elaboracin de este taller, disearemos el modelo de elementos finitos y resolveremos los clculos para un pilote con una longitud de 14 m, un dimetro de 0.5 m y un ngulo phi para el suelo de 22.

Longitud

14 m

Dimetro

0.5 m

Phi

22

Las condiciones del suelo y el pilote se explican de mejor manera en el siguiente grfico ilustrativo:

Hallaremos la capacidad portante del pilote segn se indica en la frmula:

Donde Qp es la capacidad por punta y Qs la capacidad por friccin

Capacidad portante por punta

La capacidad portante del pilote por punta est dada por la siguiente frmula:

Ap = rea del pilote

Q = carga

C = cohesin

Nc, Nq = factores de capacidad de carga

Mtodo

La frmula del mtodo es la siguiente:

Donde:

K= Empuje de tierra en reposo (1-sen)

Q=esfuerzos efectivos

16,8

33,6

7

0,253

0,253

2.

Para este inciso, calcularemos la capacidad portante con ayuda del programa Abaqus. Recordemos que el pilote tiene una longitud de 14 m y un dimetro de 0.5 m. El ngulo phi del suelo con el que se elabor el modelo es de 22.

Primeramente, elaboramos el modelo en Abaqus segn la gua seguida en clase. Al igual que en los talleres pasados, realizamos los mismos pasos bsicos para el modelamiento, con la excepcin de que ahora dibujaremos dos partes distintas; una para el suelo y otra para el pilote. Estas dos partes sern ensambladas y funcionarn como un conjunto ante la imposicin de las distintas cargas que le sern aplicadas, la gravitacional y una fuerza externa.

Ya terminados los pasos bsicos para el modelamiento con Abaqus, corrimos el modelo con una carga de prueba 6000 kN para determinar la capacidad portante del pilote. Esta capacidad portante ser determinada grficamente, el mismo programa tiene herramientas para graficar que nos sern de gran ayuda para calcular el punto en el que la capacidad portante est a tope.

Ahora tomamos la grfica de deformacin contra tiempo, y este tiempo lo relacionamos con la amplitud, de tal forma que al final se haga una relacin entre el esfuerzo y la deformacin. Siendo la amplitud el tiempo en el que se aplica la carga.

A continuacin se muestra la grfica realizada en Excel con los datos proporcionados por Abaqus. Esta grfica representa el esfuerzo contra la deformacin en el suelo. El punto demarcado con rojo es la capacidad portante de este pilote, aproximadamente 2950 kPa, un valor muy superior al obtenido en ocasiones pasadas con las zapatas, lo que era de esperar por las dimensiones y geometra del pilote.

El valor obtenido mediante el modelo con elementos finitos se aproxima en gran medida al obtenido con el mtodo analtico, solo existe una pequea diferencia reflejo de la precisin de ambos mtodos. Recordemos que en el mtodo analtico no se tienen en cuenta varios factores que s toma en cuenta Abaqus, aunque al final no terminan siendo tremendamente significantes en el resultado de la capacidad portante.

Deformacin (m)

Esfuerzo (kPa)

3.

Para este inciso cambiaremos el ngulo phi del suelo, pasar a ser de 22 a 40. Este cambio es muy sencillo de realizar en el modelo, solo hay que ir a la seccin de propiedades y cambiar la magnitud del ngulo de friccin del suelo.

Ahora realizaremos la misma grfica que en el inciso anterior. En esta grfica la falla no es tan evidente como en la pasada, aunque se nota ligera disminucin en la capacidad portante del pilote. A primera vista nos hace pensar que hay un cambio en la rigidez del modelo puesto que la falla ahora no es tan clara. Al parecer, segn lo que se ilustra, la rigidez ha disminuido porque se ha perdido un poco la capacidad de soportar esfuerzos sin deformaciones ms notorias.

Esfuerzo (kPa)

Deformacin (m)

4. En esta ocasin la falla es ms evidente y se registra un aumento significativo en la capacidad portante del pilote. Se ha cambiado la relacin de Poisson de 0.2 a 0.45, ms del doble, lo que nos indica que el suelo presentar una razn de deformacin lateral mucho ms pequea. Por ende, el aumento en la capacidad portante del pilote era de esperarse.

Deformacin (m)

Esfuerzo (kPa)

9