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Manual de Programas GEO5para ingenieros
Parte 2
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Manual de Programas GEO5 para ingenieros
Parte 2
Para los capítulos del 1 - 12, Favor de referirse al
Manual de Programas GEO5 para ingenieros Parte 1
Capítulo 13. Pilotes de cimentación – Introducción ............................................... 2
Capítulo 14. Análisis de Capacidad portante vertical en un pilote simple .............. 10
Capítulo 15. Análisis de asentamiento de pilote simple ....................................... 21
Capítulo 16. Análisis de Capacidad de carga portante vertical y asentamiento
de pilotes investigando en base a los exámenes CPT ......................... 31
Capítulo 17. Análisis de Capacidad portante horizontal en un pilote simple ......... 40
Capítulo 18. Análisis de Capacidad portante vertical y asentamiento de un
grupo de pilotes .............................................................................. 48
Capítulo 19. Análisis de deformación y dimensionado de un grupo de pilotes ...... 57
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Capítulo 13. Pilotes de cimentación – Introducción
El objetivo de este capítulo es explicar el uso práctico de los programas para análisis de pilotes
de cimentación en GEO5.
El programa GEO 5 contiene tres programas de análisis de pilotes de cimentación - Pilotes,
Pilotes CPT y Grupo de Pilotes.
Usted encontrará aquí explicaciones sobre que programa debe ser utilizado al presentarse
determinadas condiciones – Cada programa de forma individual se describe en otros capítulos.
Carga-Capacidad portante vertical de pilotes de cimentación se puede determinar por
varios métodos:
Mediante un examen de pilote estático: estas pruebas son necesarias en algunos
países y las funciones de análisis estructural sólo como una propuesta preliminar del
pilote de cimentación;
Mediante un análisis basado en los parámetros de resistencia al corte del
suelo: Utilizando como métodos de análisis NAVFAC DM 7.2, Tomlinson, CSN 73 1002 y
Tensión efectiva en los programas PILOTES y GRUPO DE PILOTES
Mediante un análisis basado la evaluación de pruebas de penetración: Programa
PILOTE por CPT;
Mediante un análisis según las ecuaciones de las curvas de regresión
obtenidas en los resultados de las pruebas de carga estáticas (según
Masopust): programa PILOTES, La capacidad de carga portante vertical se determina
a partir de la curva de carga del pilote de asentamiento correspondiente (permisible)
(CSN 73 1002 estándar específico que corresponde al valor de asentamiento
mms 0.25lim ).
Mediante un análisis basado en los parámetros de Mohr-Coulomb y
propiedades de tensión-deformación del suelo: utilizando el llamado método
Spring en el programa PILOTES y GRUPO DE PILOTES
Mediante un análisis numérico utilizando el Método de Elementos Finitos:
Programa MEF.
Se entiende de esta lista que los pilotes se pueden evaluar de muchas maneras y en base de
diferentes parámetros de entrada. Esto significa que los resultados de los análisis pueden ser
idénticos, pero a menudo puede diferir significativamente.
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La gran ventaja de GEO 5 es el hecho de que el usuario puede probar diferentes variantes y
métodos de análisis, encontrar el comportamiento más probable de la cimentación y
posteriormente determinar la capacidad portante total o el asentamiento de un solo pilote o de
un grupo de pilotes.
La capacidad portante vertical del pilote se evalúa en los programas GEO 5 (con la única
excepción: Grupo de Piles - Método Spring) sólo para la carga de una fuerza normal vertical.
La carga por fuerzas horizontales, de flexión y momentos de torsión no tiene ninguna
influencia en el análisis de la capacidad portante carga vertical de los pilotes.
El procedimiento de la capacidad portante de carga vertical de para el análisis de un solo pilote
en el programa GEO 5 – PILOTES; se presenta en los Capítulos 14 y 3, mientras que el análisis
del mismo pilote basado en pruebas CPT se describe en el Capítulo 16.
Capacidad portante horizontal en pilotes de cimentación
El resultado del análisis para un pilote cargado horizontalmente es la deformación horizontal
del pilote y la curva de fuerzas internas a lo largo del eje del pilote.
En el caso de un solo pilote, su deformación horizontal y refuerzo dependen del módulo
calculado de reacción horizontal del subsuelo y de la carga por fuerza lateral o momento de
flexión. El procedimiento del análisis se explica en el Capítulo 17. El análisis de un grupo de
pilotes se presenta en el Capítulo 19.
Asentamiento de pilotes de cimentación:
La capacidad de carga portante actual de un pilote se asocia directamente con su
asentamiento por el hecho de que virtualmente cualquier pilote se asienta bajo la acción de
carga y se deforma verticalmente.
El asentamiento de pilotes individuales se determina en el programa PILOTES por los
siguientes métodos:
Según Masopust (no lineal): el programa analiza el asentamiento de un solo pilote
sobre la base de los coeficientes de regresión a lo largo de la piel del pilote y bajo su
base.
Según Poulos (lineal): el programa analiza el valor del asentamiento total sobre la
base de la capacidad portante determinada de la base del pilote bR y la capacidad
portante de la piel del pilote sR .
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por medio del Método de Spring: el programa analiza la curva de carga en función
de los parámetros de suelos establecidos utilizando el Método de los Elementos
Finitos.
El programa PILOTES construye la curva de carga (el llamado diagrama de trabajo) para todos
los métodos.
El asentamiento de un grupo de pilotes se describe en el Capítulo 18, el asentamiento de
pilotes diseñados sobre la base de pruebas de penetración CPT se presenta en el Capítulo 16.
Selección de Programas:
1. Decisión según la rigidez de la placa base (tapa de pilote). Cuando la tapa del pilote se
considera infinitamente rígida, se utiliza el programa Grupo de pilotes. En los otros
casos se investigan pilotes individuales.
2. Decisión según el resultado de investigaciones geológicas.
Si los resultados de las pruebas CPT están disponibles, el programa Pilote por CPT se utiliza
para el análisis de pilotes individuales o grupos de pilotes (véase el Capítulo 16). En los
otros casos el Programa Pilote (o Grupo de pilotes) se utiliza para la determinar la solución,
sobre la base de los parámetros del suelo establecidos.
La distinción en función del tipo de análisis está dada por:
El análisis por condiciones drenadas: parámetros efectivos de resistencia al corte de los
suelos se utilizan en las pilas y los programas de grupo de pilotes como un estándar
para los métodos de análisis CSN 73 1002 Efectiva y el estrés;
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El análisis por condiciones sin drenar: sólo el valor de cohesión total del suelo uc se
configura en los Programas Pilotes y Grupo de Pilotes. La capacidad de carga portante
vertical de un solo pilote se determina según Tomlinson, mientras que un grupo de
pilotes se analiza como la capacidad de carga portante de un cilindro de suelo (bloque)
de acuerdo con la FHWA.
El método NAVFAC DM 7,2 combina ambos procedimientos de análisis mencionados
anteriormente. Es posible para cada capa de suelo elegir si el suelo se considera como drenado
(no cohesivos) o sin drenar (cohesivo).
Especificaciones generales del problema:
Analizar la capacidad de carga portante vertical y el asentamiento de un pilote de cimentación
(ver el gráfico) en el perfil geológico configurado, determina con mayor precisión la
deformación horizontal del pilote y propone un refuerzo para pilotes individuales. El pilote de
cimentación consta de cuatro pilotes con el diámetro md 0.1 y la longitud ml 0.12 . La
resultante de la carga total xy HMN ,, actúa a nivel de la superficie superior de la losa de
cimentación (tapa del pilote), en el centro de la losa. El C 20/25 de hormigón armado se utiliza
para los pilotes.
Perfil Geológico
0.0 a 6.0 m: Arcilla arenosa (CS, consistencia firme),
Debajo de 6,0 m: Arena de grano fino (S-F, densidad de suelo media).
Nota: Los parámetros básicos de suelos son los mismos para el cálculo de pilote simple y la
para la verificación del grupo de pilotes. Los valores se distinguen en la siguiente tabla:
Parámetros de Suelo
(Clasificación de suelo)
Arcilla arenosa
(CS, consistencia
firme)
Arena de trazos finos
(S-F, suelo de densidad
media)
Unidad de peso 3mkN 18,5 17,5
Unidad de peso de suelo saturado 20,5 19,5
Cohesión del suelo kPacef 14,0/50,0 0/0
Ángulo de fricción interna ef 0,6 -
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Factor de Adhesión 0,3 0,45
Índice de Poisson 0,35 0,3
Módulo edométrico MPaEoed 8,0 21,0
Módulo de deformación 5,0 15,5
Tipo de Suelo Arcilla
(suelo cohesivo)
Arena, Gravel
(suelo no cohesivo)
Ángulo de dispersión 10,0 15,0
Coeficiente 60,0 150,0
Módulo de componente horizontal - 4,5
Módulo de elasticidad 5,0 15,5
Tabla de parámetros del suelo – pilotes de cimentación (resumen)
Cargas actuando en el pilote:
Para la simplificación del problema siempre tendremos en cuenta 1 caso de carga en el
programa.
La determinación de las cargas que actúan sobre el pilote de cimentación es diferente
dependiendo del tipo de estructura y la solución posterior, es decir, si resolvemos un pilote
simple o un grupo de pilotes
Grupo de Pilotes
Suponemos que la losa unida al pilote es rígida. En nuestro caso vamos a considerar una tapa
de pilote con espesor mt 0.1 . En este caso se determina la reacción total en el centro de la
tapa del pilote.
Nota: Un método simple para obtención de cargas en un grupo de pilotes mediante cualquiera
de los programas estáticos se describe en la Ayuda del Programa Grupo de pilotes
"Determinación de carga en un grupo de pilotes".
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a) Diseño (cálculo) de cargas:
Fuerza Normal vertical: kNN 5680 ,
Momento de flexión: kNmM y 480 ,
Fuerza horizontal: kNH x 310 .
b) Cargas impuestas (trabajando):
Fuerza Normal vertical: kNN 4000 ,
Momento de flexión: kNmM y 320 ,
Fuerza horizontal: kNH x 240 .
Esquema de especificación del Problema – Pilote de cimentación
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Pilotes Simples:
Si la losa es suave en flexión (no rígido) o la construcción está fundada en una tapa de pilote,
el diagrama estructural es diferente y obtendremos reacciones en la cabeza de los pilotes
individuales desde un programa estático (por ejemplo, GEO 5 – Losa, FIN 3D, SCIA Engineer,
Dlubal RStab etc.).
Nota: Si asumimos dimensiones y refuerzos de pilotes idénticos, podemos evaluar todos los
pilotes como uno solo, pero con combinaciones de carga actuando sobre todos los pilotes.
En este ejemplo, lo simplificamos llevando a cabo el análisis del pilote con un solo caso de
carga.
a) Diseño de cargas:
Fuerza Normal vertical: kNN 14501 ,
Momento de flexión: kNmM y 1201, ,
Fuerza horizontal: kNH x 851, .
b) Servicio de carga:
Fuerza Normal vertical: kNN 10151 ,
Momento de flexión: kNmM y 801, ,
Fuerza horizontal: kNH x 601, .
Esquema de acción de cargas – distribución de la carga entre pilotes individuales
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Lista de capítulos relacionados con pilotes de cimentación:
Capítulo 13: Pilotes de cimentación
Capítulo 14: Análisis de Capacidad portante vertical en un pilote simple
Capítulo 15: Análisis de asentamiento de pilote simple
Capítulo 16: Análisis de pilotes basados en exámenes CPT
Capítulo 17: Análisis de Capacidad portante horizontal en un pilote simple
Capítulo 18: Análisis de Capacidad portante vertical y asentamiento de un grupo de
pilotes
Capítulo 19: Análisis de deformación y dimensionado de un grupo de pilotes
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Capítulo 14. Análisis de Capacidad portante vertical en un pilote simple
El objetivo de este capítulo es explicar la aplicación del Programa GEO 5 - PILOTES para el
análisis de la capacidad de carga portante vertical de un pilote en un problema práctico
específico.
Especificación del problema
Las especificaciones generales del problema se describen en el capítulo anterior (13 pilotes -.
Introducción). Todos los análisis de la capacidad portante vertical de un solo pilote se llevarán
a cabo en cumplimiento de los requisitos de la norma EN 1997-1 (enfoque de diseño 2). La
resultante de los componentes de carga 1,1,1 ,, xy HMN actúa a nivel de cabeza del pilote
Esquema Especificación del problema – Pilote individual
Solución:
Vamos a aplicar el Programa GEO 5 - PILOTES para el análisis de este problema. A
continuación describimos la solución paso a paso.
En este análisis se evaluará un solo pilote utilizando diversos métodos de cálculo analíticos
(NAVFAC 7,2 DM, TENSION EFECTIVA y CSN 73 1002) y nos centraremos en los parámetros
de entrada que influyen en los resultados generales. En las nuevas versiones del programa
GEO 5 PILOTES habrá más métodos disponibles, al momento (julio de 2013) se está
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trabajando en el método Ruso SNiP y el Chino GB. El sistema de trabajo con el programa
permanecerá sin cambio.
Definición de especificaciones:
En el cuadro Configuración, presionamos le botón “Seleccionar Configuración” (en la
parte inferior izquierda de la pantalla), y luego seleccionamos el análisis "Standard - EN 1997
- DA2". Además configuramos el método de análisis de la capacidad portante vertical de un
pilote con la solución analítica. En nuestro caso vamos a evaluar el pilote en condiciones
drenadas.
Cuadro „Lista de configuraciones”
Vamos a utilizar el método de NAVFAC DM 7.2, que está definido por defecto para esta
configuración de análisis, para la evaluación inicial del pilote (ver la imagen).
Cuadro „Configuración de Análisis“
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En el siguiente paso vamos a especificar el perfil geológico. Dejaremos el "Módulo hk " fuera de
este ejercicio, por el hecho de que en este análisis no analizamos la carga lateral. En nuestro
caso, por lo tanto, no importa qué valor se especifica para el "ángulo de dispersión ", porque
este parámetro no afecta en absoluto el valor del resultado de la capacidad de carga portante
vertical del pilote.
Además vamos a definir el resto de los parámetros de los suelos necesarios para el
análisis y asignarlos al perfil. El método NAVFAC DM 7.2 requiere que el tipo de suelo se define
primero, es decir, si se trata de una capa de suelo cohesivo o no cohesivo. Todos los
parámetros enumerados a continuación influyen en la magnitud de fricción interna kNRs .
Suelo
(clasificación de suelo)
Unidad de
peso
3mkN
Ángulo
de
fricción
interno
ef
Cohesión
del suelo
kPacc uef /
Factor de
adhesión
Coeficiente
de
capacidad
portante
p
CS – Arcilla arenosa,
consistencia firme 18.5 24.5 - / 50 0.60 0.30
S-F – Arena de trazos
finos, densidad del
suelo media
17.5 29.5 0 / - - 0.45
Tabla de parámetros del suelo – Capacidad portante vertical (Solución analítica)
Para la primera capa, que se considera como suelo cohesivo sin drenaje (clase F4,
consistencia firme), debemos especificar la cohesión total del suelo (resistencia al corte sin
drenaje) kPacu y el llamado factor de adhesión . Este factor se determina en relación a
la consistencia del suelo, el material del pilote y la cohesión total del suelo (para más detalles,
vea la Ayuda - F1).
Para la segunda capa, que se considera como el suelo granular (clase S3, densidad media),
hay que especificar el ángulo de fricción interno , el cual depende del material del pilote.
Además debemos definir el coeficiente de tensión lateral K , el cual se ve afectado por el
tipo de carga (tensión - presión) y por la tecnología de instalación del pilote (para más
información, ver la Ayuda - F1). Para la simplificación del problema, seleccionaremos la opción
"Calcular" para las dos variantes.
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Cuadro “Añadir nuevo suelo”
En el cuadro "Material", especificamos las características del material del pilote- unidad de
peso de la estructura. 30.23 mkN
Cuadro “Material”
Luego definimos la carga que actúa sobre el pilote. El diseño de Estado último (cálculo)
se considera para el cálculo de la capacidad de carga portante vertical del pilote, mientras que
el diseño de Estado de servicio se considera para el cálculo de asentamiento
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Cuadro “Nueva carga”
En el cuadro "Geometría" especificamos la sección transversal circular del pilote y
determinamos sus dimensiones básicas, es decir, el diámetro y la longitud. A continuación
definimos el tipo de tecnología de instalación de pilotes.
Cuadro “Geometría”
Mantenemos el cuadro "NF + subsuelo" sin cambios. En el cuadro de "Configuración de etapa"
mantenemos la situación de diseño como permanente y luego pasamos a la evaluación del
pilote en el cuadro "Capacidad Vertical".
Análisis de la capacidad de carga portante vertical de un solo pilote - Método de
análisis NAVFAC DM 7.2
En primer lugar hay que especificar en el cuadro "Capacidad Vertical" los parámetros de
cálculo que afectan la magnitud de la capacidad portante base del pilote kNRb . Primero
definimos el factor de análisis de la profundidad crítica dck , que se deriva de la llamada
profundidad crítica en función de la densidad del suelo (para más información, vea la Ayuda -
F1). Consideramos este coeficiente como 0,1dck
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Otro parámetro importante es el coeficiente de capacidad portante qN , que se determina
según el tamaño del ángulo de fricción interna del suelo ef en relación con la tecnología de
instalación del pilote (para más detalles visite Ayuda - F1). En este caso vamos a considerar.
0.10qN
Cuadro “Capacidad Portante Vertical – según NAVFAC DM 7.2“
La capacidad portante vertical de un pilote cargado en el centro kNRc consiste en la
suma de la fricción interna sR y la resistencia en la base del pilote bR . Para cumplir con la
condición de fiabilidad, su valor debe ser mayor a la magnitud del estado último kNVd que
actúa sobre la cabeza del pilote.
NAVFAC DM 7.2: kNVkNR dc 0.145006.2219 … ACEPTABLE.
Análisis de la capacidad portante vertical de un solo pilote - método de análisis
TENSION EFECTIVA
Ahora volvemos a la configuración de los datos de entrada y llevaremos a cabo el
análisis de la capacidad portante vertical de un sol pilote con otros métodos de análisis
(tensión efectiva y CSN 73 1002).
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En el cuadro "Configuración" seleccionamos "Editar". En la solapa "Pilote" para el cálculo
de condiciones con drenaje, seleccionamos la opción "Tensión efectiva". Los demás parámetros
se mantendrán sin cambios.
Cuadro “Editar la configuración actual”
A continuación, vaya al cuadro "Suelos", en el cual definimos, para este método de
análisis, el coeficiente de capacidad portante del pilote p , lo que afecta la magnitud de la
fricción interna kNRs . Este parámetro se determina según el ángulo de fricción interna del
suelo ef y el tipo de suelo (para más información, visita Ayuda - F1).
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Cuadro „Modificar parámetros de suelo; 0,3 para la primer capa, 0,45 para la segunda capa”
Los demás cuadros se mantienen sin cambios. Ahora volvamos al cuadro "Capacidad
Vertical". Para el método de la tensión efectiva primero especificamos el valor del coeficiente
de capacidad portante pN , que afecta significativamente la capacidad portante base del
pilote kNRb . Este parámetro se determina según el tamaño del ángulo de fricción interna del
suelo ef y el tipo de suelo (para más detalles visite la Ayuda - F1).
La influencia significativa de este parámetro en el resultado, se demuestra por la siguiente
tabla:
para 10pN (Base del pilote en suelo arcilloso): kNRb 44.1542 ,
para 30pN (Base del pilote en suelo arenoso): kNRb 71.4626 ,
para 60pN (Base del pilote en suelo de grava): kNRb 42.9253 .
Para nuestro problema en particular consideramos el coeficiente de capacidad portante
30pN (base del pilote en el suelo arenoso). Los valores de referencia de pN se pueden
encontrar en la Ayuda - F1.
“Cuadro Capacidad Portante Vertical – según “Método de tensión efectiva”
TENSION EFECTIVA ACEPTABLE.
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Análisis de la capacidad de carga portante vertical de un solo pilote - Método de
análisis
CSN 73 1002
Ahora volvamos al cuadro "Configuración", donde cambiamos el método de análisis de las
condiciones de drenaje en el cuadro de diálogo "Editar configuración actual" a "CSN 73 1002".
Todos los demás otros parámetros de entrada se mantendrán sin cambios.
Cuadro “Editar configuración actual”
Nota: El procedimiento de análisis se presenta en la publicación "Pilotes de cimentación -
Comentarios sobre el CSN 73 1002" (Capítulo 15: Proyectos, parte B - Solución general según
el grupo 1 de la teoría de estados límite, en la página 15). Todos los procedimientos del
programa se basan en las relaciones contenidas en este texto, con la excepción de los
coeficientes de cálculo, que dependen de la metodología de evaluación adoptada (para más
información, visite la Ayuda - F1).
A continuación volvemos a evaluar el pilote en el cuadro "Capacidad Vertical". Dejaremos el
coeficiente de influencia tecnológica igual a 1,0 (el análisis de la capacidad portante vertical de
un pilote sin la reducción debido a la tecnología de instalación).
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“Capacidad Portante Vertical – según CSN 73 1002”
CSN 73 1002: kNVkNR dc 0.145018.5776 … ACEPTABLE.
Capacidad portante vertical del resultado del análisis de pilote simple:
Los valores de la capacidad portante vertical total cR de un pilote difieren dependiendo
de los métodos de análisis utilizados y los parámetros de entrada asumidas por estos métodos:
NAVFAC DM 7.2: Factor de adhesión ,
Ángulo de fricción de la piel del pilote ,
Coeficiente de tensión lateral de suelo K ,
Coeficiente para análisis de la profundidad crítica dck ,
Coeficiente de capacidad portante qN .
TENSIÓN EFECTIVA: Coeficiente de capacidad portante del pilote p ,
Coeficiente de capacidad portante pN .
CSN 73 1002: Cohesión del suelo kPacef ,
Ángulo de fricción interna del suelo ef .
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Los resultados del análisis de la capacidad portante vertical de un solo pilote en
condiciones drenadas en relación al método de análisis utilizado, se presentan en la tabla
siguiente:
EN 1997-1, DA2
(condiciones drenadas)
Método de análisis
Capacidad
portante de la piel
del pilote
kNRs
Capacidad
portante de la
base del pilote
kNRb
Capacidad portante
Vertical
kNRc
NAVFAC DM 7.2 676.82 1542.24 2219.06
TENSIÓN EFECTIVA 1546.09 4626.71 6172.80
CSN 73 1002 1712.58 4063.60 5776.18
Esquema de resultados – Capacidad Portante Vertical de un pilote con condiciones drenadas
La capacidad portante vertical total de un único pilote cargado en el centro cR es mayor que el
valor del Estado último dV que actúa sobre él. La condición fundamental del estado límite
último se cumple, por lo tanto el diseño de pila es satisfactorio.
Conclusión:
Se desprende de los resultados del análisis que la capacidad portante vertical total de
un pilote es diferente. Este hecho es causado tanto por los diferentes parámetros de entrada y
por el método de análisis elegido.
La evaluación de los pilotes depende en primer lugar del método de análisis elegido y
de los parámetros de entrada que describen el suelo. Los diseñadores siempre deben utilizar
los procedimientos de cálculo donde los parámetros del suelo requeridos derivan de los
resultados de los estudios ingeniería geológica que reflejan las prácticas locales.
En República Checa y Eslovaquia los autores del software GEO5 recomiendan calcular la
capacidad portante vertical de un solo pilote utilizando los siguientes métodos:
a) Análisis considerando el valor de asentamiento permisible mms 25lim (procedimiento
según Masopust, que se basa en la solución de ecuaciones de curvas de regresión).
b) Análisis según CSN 73 1002. El procedimiento de análisis del pilote permanece
idéntico a la que figura en el CSN, pero los coeficientes de carga y el cálculo de
reducción de los parámetros del suelo o la resistencia al pilote se especifican según la
norma EN 1997-1. Por tanto, este análisis se ajusta plenamente a la norma EN 1997-1.
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Capítulo 15. Análisis de asentamiento de pilote simple
El objetivo de este capítulo es explicar la aplicación del Programa GEO5 PILOTE para el análisis
de la solución de un simple pilote en un problema práctico específico.
Especificación del problema:
Las especificaciones de problemas generales se describen en el capítulo 13. Pilotes -
Introducción. Todos los análisis de asentamiento de un simple pilote que se llevarán a cabo
como seguimiento al problema anterior del Capítulo 14 “Análisis de Capacidad portante vertical
en un pilote simple”
Esquema de especificaciones del problema – Pilote simple
Solución:
Para el análisis de este problema vamos a utilizar el Programa de GEO5 Pilote, En el texto a
continuación se describe paso a paso la solución a este ejemplo.
En este análisis vamos a calcular la solución de un pilote simple con los siguientes métodos:
Teoría asentamiento lineal (según Prof. Poulos),
Teoría asentamiento no lineal (según Masopust).
Curva de carga lineal (solución según Poulos) se determina a partir de los resultados de
cálculo de la capacidad portante vertical del pilote. La entrada fundamental en este cálculo
comprende la capacidad portante de la piel del pilote y los valores de capacidad
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portante de la base del pilote - sR y bR . Estos valores se obtienen a partir del análisis
anterior de la capacidad portante vertical de un solo pilote en función del método aplicado
(NAVFAC DM 7.2, tensión efectiva, CSN 73 1002 o Tomlinson).
Curva de carga no lineal (solución según Masopust) se basa en la especificación utilizada en
los llamados coeficientes de regresión. El resultado es por lo tanto independiente de los
métodos de análisis de la capacidad portante y por lo tanto se puede utilizar incluso para la
determinación de la capacidad portante vertical de un pilote simple, donde la capacidad
portante corresponde a la solución permisible (normalmente 25 mm).
Especificaciones de procedimiento: La teoría de solución lineal (POULOS)
Dejaremos la configuración de análisis sin cambios según el problema anterior
"estándar - EN 1997 - DA2" , con análisis de la capacidad portante según NAVFAC 7,2 DM. La
curva de carga lineal (Poulos) ya se ha especificado para estos parámetros de análisis.
Cuadro „Configuración de Análisis“
Nota: El análisis de la curva de carga límite se basa en la teoría de la elasticidad. El suelo se
describe por el módulo de deformación defE y la índice de Poisson .
Este método determina la posible curva de carga límite para los siguientes pilotes:
pilote de extremo de resistencia: propicio para tipos de suelos comunes, por
ejemplo, suelos de densidad media y denso sin cohesión (arenas, gravas), arcillas
rígidas y duras, muy duras y semi-rocoso - en este caso la base del pilote transfiere
parte de la carga al suelo.
Pilote flotante: adecuado para su uso en arcillas blandas, arenas flotantes y suelos
cohesivos de grano fino - en este caso se asume cero como capacidad portante bR
en la base del pilote
En este caso, el pilote se instala en arena, por lo que será considerado como pilote de
extremo de resistencia. La condición de cálculo básico es que la superficie de fricción syR se
determina en el momento en que la capacidad portante de la piel del pilote no tiene más
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aumentos y cualquier otra carga se transfiere solo por la base del pilote (para más
información, visite la Ayuda - F1).
En el siguiente paso vamos a definir las propiedades de deformación de los suelos necesarios
para el análisis de asentamiento, es decir, módulo edométrico oedE , o módulo de deformación
defE y el índice de Poisson .
Suelo
(Clasificación de suelo)
Unidad de
peso
3mkN
Ángulo de
fricción
interna
ef
Cohesión
del suelo
kPacef
Índice de
Poisson
Módulo
edométrico
MPaEoed
CS – Arcilla arenosa,
consistencia firme 18.5 24.5 14.0 0.35 8.0
S-F – Arena de trazos
finos, densidad del
suelo media
17.5 29.5 0.0 0.30 21.0
Tabla de parámetros del suelo – Asentamiento de un pilote simple
A los efectos de analizar el asentamiento de un solo pilote vamos a diseñar como
Estado de servicio (trabajo).
Cuadro “Nueva carga”
Dejaremos los otros cuadros sin cambios. Luego nos dirigimos hacia el análisis de los
asentamientos en el cuadro de "Asiento".
Especificamos los módulos secante de la deformación MPaEs para los suelos individuales
utilizando el botón "Editar sE ".
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Para la primera capa de suelo cohesivo ( 5.0cI ) fijaremos el valor recomendado del
módulo secante de la deformación MPaEs 0.17 .
Para la segunda capa de suelo cohesivo (clase S3 5.0dI ), asumiremos el módulo
secante con valor de deformación MPaEs 0.24 según la tabla.
Cuadro„ Entrada de curva de asentamiento de carga – Módulo de deformación secante sE “
Nota: El módulo de deformación secante depende del diámetro del pilote y del espesor de las
capas individuales del suelo. Los valores de este módulo deben ser determinados sobre la base
de ensayos in situ. Su valor para suelos no cohesivos y cohesivos depende además del índice
de densidad relativa dI y de los índices de consistencia cI , respectivamente
Cuadro „Asiento“– Curva de carga lineal (Solución según Poulos)
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25
Además vamos a configurar el asentamiento límite, que es el valor del asentamiento máximo
para el que se calcula la curva de carga. Haremos clic en el botón "En detalle" y se presentará
el valor del asentamiento calculado para la máxima carga de servicio.
Para el análisis de la capacidad portante vertical utilizando NAVFAC DM 7.2, la
resultante del asentamiento de un pilote simple es mms 3.11 .
Análisis de asentamiento de un pilote simple: teoría de asentamiento lineal
(POULOS), los demás métodos
Ahora volvamos a los ajustes de los datos de entrada. En el cuadro de "Configuración"
seleccionar el botón "Editar". En el submenú "Pilote" para el análisis en subsuelos con drenaje
vamos a seleccionar la opción "Tensión efectiva". Los demás parámetros de entrada se
mantendrán sin cambios.
Cuadro „Editar la configuración actual“
Luego vamos al cuadro "Asiento", donde veremos los resultados. La magnitud del
asentamiento máximo, el tipo de pilote y el módulo de deformación secante sE se mantienen
idénticos a los utilizados en el caso anterior.
Para la capacidad portante vertical de un solo pilote determinado según el método de
TENSIÓN EFECTIVA, el asentamiento resultante es mms 1.6 .
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26
Cuadro „Asiento“– Curva de carga lineal (según Poulos) para el método de tensión efectiva
Luego en el cuadro "Configuración" seleccionar el botón "Editar". En el submenú "Pilote" para
el análisis en subsuelos sin drenar, vamos a seleccionar la opción " CSN 73 1002".
Cuadro “Editar la configuración actual”
Para la capacidad portante vertical de un pilote simple que se determina con el método CSN
73 1002, el análisis de asentamiento del pilote mms 1.6 .
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27
Cuadro „Asiento“– Curva de carga lineal (según Poulos) para el método CSN 73 1002
Los resultados del análisis de asentamiento de un pilote simple según teoría lineal
(Poulos) dependiendo del método de análisis de la capacidad portante vertical utilizada, se
presentan en la siguiente tabla:
Curva de carga lineal
método de análisis
Cargar en el inicio de la
movilización la
superficie de fricción
kNRyu
Resistencia
total kNRc
para
mms 0,25lim
Asentamiento de
un pilote simple
mms
NAVFAC DM 7.2 875.73 1326.49 11.3
TENSIÓN EFECTIVA 2000.47 2303.40 6.1
CSN 73 1002 2215.89 2484.40 6.1
Resumen de los resultados - Asentamiento de un pilote simple según Poulos
Análisis de asentamiento de un pilote simple: Teoría de asentamiento no lineal
(Masopust)
Esta solución es independiente de los análisis anteriores de capacidad portante vertical de un
pilote simple. El método se basa en la solución de ecuaciones de curvas de regresión según los
resultados de las pruebas de carga estática del pilote. Este método de solución se utiliza en la
República Checa y Eslovaquia. Ofrece resultados fiables para las condiciones geológicas de
ingeniería local.
Hacemos clic en el botón "Editar" en el cuadro "Configuración". En la solapa "Pilote"
para la curva de carga elegimos la opción de "no lineal" (Masopust)
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28
Cuadro "Editar la configuración actual“
Los demás datos no se modifican. Luego nos dirigiremos hacia el cuadro "Asiento".
Consideramos la carga de servicio para la curva de carga límite no lineal porque este es
un caso del análisis según con los estados límite de capacidad de servicio. Dejaremos el valor
del factor de protección en 0.12 m , por lo tanto, no vamos a reducir el valor resultante de la
capacidad portante vertical del pilote respecto a la tecnología de instalación. Dejaremos los
valores del asentamiento permisible (máximo) lims y el módulo de deformación secante sE ,
idénticos a los utilizados en los análisis anteriores.
Cuadro „Asiento“– Solución según la teoría de asentamiento no lineal (Masopust)
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29
Ahora vamos a configurar los valores de los coeficientes de regresión utilizando los botones
"Editar a, b" y "Editar e, f". Cuando la edición se lleva a cabo, se muestran los valores de los
coeficientes de regresión recomendados para los distintos tipos de suelos y rocas en la ventana
de diálogo.
Cuadros “Entrada de curva de asentamiento de carga” – Coeficientes de regresión a,b –
Botón “Editar a,b”
Cuadro “Entrada de curva de asentamiento de carga” – Coeficientes de regresión e,f
Botón “Editar e,f”
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30
Nota: La superficie de fricción específica depende de los coeficientes de regresión "a, b". La
presión sobre la base de pilote (en la superficie de fricción totalmente movilizada) depende de
los coeficientes de regresión "e, f". Los valores de estos coeficientes de regresión se obtuvieron
de las ecuaciones de curvas de regresión determinadas sobre la base de un análisis estadístico
de resultados de unas 350 pruebas de carga estática de pilote en República Checa y Eslovaquia
(para más información, visita Ayuda - F1). Para suelos no cohesivos y cohesivos, estos valores
dependen del índice de densidad relativa dI y del índice de consistencia cI , respectivamente
(para más información, visita Ayuda - F1).
El asentamiento del pilote para la carga de trabajo específica es mms 6.4
Cuadro "Asiento" - curva de carga no lineal (según Masopust)
Nota: Este método se utiliza incluso para el análisis de la capacidad de carga portante del
pilote, donde el programa calcula por sí mismo la capacidad portante del pilote para el asiento
límite (normalmente 25 mm).
Total de capacidad de carga portante para lims : kNVkNR dc 0.101567.1681 …
ACEPTABLE
Conclusión:
El programa calcula el asentamiento del pilote para la carga de servicio especificada dentro del
rango de 4.6 a 11.2 mm (dependiendo del método utilizado). Este asentamiento es más pequeño que el
asentamiento máximo permisible – el pilote por lo tanto es satisfactorio desde el 2ndo. punto de vista de
Estados límite
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31
Capítulo 16. Análisis de Capacidad de carga portante vertical y asentamiento
de pilotes investigando en base a los exámenes CPT
El objetivo de este capítulo es explicar el uso del programa Pilote por CPT de GEO 5
Especificación del problema:
En normas generales el problema se describe en el capítulo 13 pilotes de cimentación -.
Introducción. Analiza la capacidad portante y el asentamiento de un pilote simple, o de un
grupo de pilotes según la EN 1997-2.
Tabla de especificaciones del problema – pilote simple investigado según las pruebas CPT
Solución:
Vamos a aplicar el programa Pilote por CPT de GEO5 para el análisis de este problema. En el
texto a continuación se describe la solución a este ejemplo paso a paso.
Haremos clic en el botón "Seleccionar Configuraciones" (en la parte inferior izquierda de
la pantalla) y en el cuadro "Lista de Configuraciones" vamos a elegir como configuración de
análisis "Estándar - EN 1997". El enfoque de diseño no es importante, el análisis se lleva a
cabo según la norma EN 1997-2: Diseño Geotécnico - Parte 2: Estudio del suelo y pruebas.
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32
Cuadro „Lista de configuraciones”
En el primer análisis se evaluará un pilote simple, por lo tanto, no vamos a especificar
la reducción de los coeficientes de correlación 43 , . No vamos a tener la influencia del
rozamiento negativo en consideración. En este cuadro, también es posible especificar el factor
parcial del modelo incierto, que se utiliza para reducir la capacidad portante total calculada del
pilote - dejaremos el valor estándar de 1,0.
Cuadro „Configuración”
Nota: Los coeficientes de correlación 43 , , incluso la capacidad portante total del pilote,
dependen del número de pruebas CPT completados. Cuando tenemos más pruebas CPT
terminados disponibles, la magnitud de los coeficientes de correlación es menor. Para un
ensayo completado de penetración estática los valores son 4.1, 43 de acuerdo a la Tabla
A.10 - Coeficientes de correlación para derivar valores característicos de las
capacidades del pilote a partir de pruebas en suelo presentados en la norma EN 1997-1
(Parte A.3.3.3).
En el siguiente paso vamos a definir los parámetros de los tipos de suelo que se
utilizarán en el análisis y que se asignarán al perfil. Para la evaluación según EN 1997-2
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33
debemos definir primero el tipo de suelo, y determinar si la capa de suelo es arcillosa o
arenosa o pedregosa. El tipo de suelo determina la magnitud de los coeficientes para el cálculo
de rozamiento y la capacidad portante de la base del pilote.
Además vamos a configurar el tamaño de ángulo de fricción interna y el peso del
volumen. Dejaremos el rozamiento calculado reduciendo el coeficiente s con la posibilidad de
cálculo adicional - el programa permite a los usuarios introducir estos valores en casos
especiales de forma manual, pero utilizar los coeficientes según las respectivas normas es un
procedimiento común (para más información, visite la Ayuda - F1).
Cuadro “Añadir nuevo suelo”– suelo arcilloso (clase F4)
En el caso de suelos arenosos y llenos de grava debemos además introducir el tamaño
de los granos y el índice de sobreconsolidación (OCR). Este parámetro reduce el valor de la
tensión máxima en la base del pilote MPap patamax, . En nuestro caso particular, consideramos
este valor como el tamaño del grano y como "arena más fina que nm600 ". (Para más
información, visite la Ayuda - F1).
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34
Cuadro “Añadir nuevo suelo”– Arena de trazos finos (clase S3)
En el cuadro "Estructura" vamos a seleccionar la opción de "pilote simple". A
continuación, vamos a ingresar en la magnitud máxima de carga vertical que actúa sobre el
pilote. La carga de diseño y carga de servicio se utilizan para el análisis capacidad portante del
pilote y el análisis de asentamiento del pilote, respectivamente.
Cuadro “Estructura”
En el cuadro "Geometría" vamos a ingresar el material del pilote y a especificar las
dimensiones básicas, es decir, el diámetro del pilote y la longitud en el terreno. A continuación
vamos a definir la tecnología del pilote de ejecución. En este caso particular, tenemos pilotes
perforados, con el pozo de sondeo sin entubar o estabilizado con lodo de perforación.
Vamos a mantener el cálculo del coeficiente de resistencia en la base del pilote p , con la
posibilidad de cálculo adicional (similar al coeficiente s ).
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35
Cuadro “Geometría”
En la sección “CPT” seleccionamos "Importar CPT" para importar los ensayos completos
al programa. En este caso vamos a importar los ensayos CPT en el programa utilizando un
archivo *. TXT (mediante el botón "Importar"), para lo cual vamos a elegir el sistema de
unidad métrico kPaMPam ,, . Al hacer clic en el botón "Añadir" se abrirá la vista previa del
archivo dado desde el que vamos a importar los datos respectivos. A continuación, vamos a
confirmar todo por el botón "Importar".
Cuadro „Importar CPT“
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36
Cuadro “Editar”
Ahora vamos a verificar un pilote simple utilizando el cuadro “Capacidad portante”, en
el que vamos a comprobar los resultados del cálculo. Al hacer clic en el botón "En detalle"
tendremos además los resultados intermedios para el análisis de la capacidad portante vertical
del pilote.
Cuadro „Verificación (detallada)“ – Capacidad portante vertical
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37
La capacidad portante vertical de un pilote dcR , consiste en el resumen de rozamiento y
la resistencia en la base del pilote (para más información, visite la Ayuda - F1). Para cumplir
con la condición de fiabilidad, su valor debe ser mayor que la magnitud de la carga de
diseño dsF , .
EN 1997-2: kNFkNR dsdc 0.145012.4505 ,, … SATISFACTORIO.
Posteriormente en el cuadro "Asentamiento", se muestra la curva de carga máxima del
pilote y los resultados del asentamiento total del pilote mmw d 2.2,1 para la carga de
servicio kNFs 1015 .
Cuadro “Asentamiento” – Curva de carga definitiva (diagrama de trabajo) para un pilote
Especificación, procedimiento y análisis: Grupo de pilote
Ahora vamos a llevar a cabo la evaluación de un grupo de pilotes con una malla rígida. En el
cuadro de "Configuración" vamos a elegir la opción de "Coeficiente de reducción 43 ,
(estructura rígida)".
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38
Cuadro „Configuración”
Nota: Los valores característicos de las capacidades portantes kbR ; y ksR ; serán determinados
según la siguiente relación, que está contenida en la norma EN 1997-1 (cláusula 7.6.2.3
Resistencia a la compresión final de los resultados de pruebas en suelo:
4
min;
3
;;;;
;;; ;min
calcmeancalccalccalscalb
kskbkc
RRRRRRRR
Los coeficientes de correlación 43 , dependen del número de estudios (perfiles testeados) n;
que se aplicarán a:
valor promedio de capacidad portante meancalscalbmeancalc RRR ;;; ,
Los valores más altos de la capacidad portante calculada min;;min; calscalbcalc RRR .
Luego en el cuadro "Estructura", vamos a definir los parámetros necesarios para el análisis de
grupo de pilotes. Nosotros consideramos el pilote de cimentación (tapa de pilote con pilotes)
como una estructura rígida, donde se supone que todos los pilotes se asientan de igual
forma. Además vamos a establecer el número de pilotes como 4n
Cuadro„Estructura“
Los otros cuadros se mantienen sin cambios.
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39
Ahora volvamos al cuadro "Capacidad portante", donde se muestran los resultados de la
evaluación.
Cuadro "Verificación (detallada)" - capacidad portante vertical
EN 1997-2: kNFkNR dsdc 0.800554.82219 ,, … SATISFACTORIO.
Conclusión:
La capacidad portante vertical del pilote y del grupo de pilotes evaluados es
satisfactoria.
La principal ventaja de las pruebas de análisis basado en estudios CPT es su velocidad y
simplicidad. Este procedimiento se describe con precisión en la norma EN 1997-2: Diseño
Geotécnico - Parte 2: Estudio del suelo y pruebas y la definición de parámetros relacionados
con la fuerza no es necesaria.
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40
Capítulo 17. Análisis de Capacidad portante horizontal en un pilote simple
El objetivo de este capítulo es explicar el uso del programa Pilote de GEO 5 para el análisis de
capacidad portante horizontal de un pilote simple
Especificación del problema:
En normas generales el problema se describe en el capítulo 13 Pilotes de cimentación -.
Introducción. Analiza la capacidad portante horizontal para un pilote simple como seguimiento
al problema presentado en el capítulo 14. Análisis de la capacidad portante vertical de un
pilote simple. La resultante de los componentes de carga 1,1,1 ,, xy HMN actúa a nivel de cabeza
del pilote. Los cálculos de las dimensiones del pilote se llevan a cabo según la norma EN 1992-
1.
Esquema Especificación del problema – Pilote simple
Solución:
Vamos a aplicar el programa Pilote CPT de GEO5 para el análisis de este problema. En el texto
a continuación se describe la solución a este ejemplo paso a paso.
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41
El pilote cargado lateralmente se analiza por el Método de elementos finitos como una
viga apoyada en un medio elástico Winkler. Los parámetros de los suelos a lo largo de la
longitud del pilote se caracterizan por el módulo de reacción horizontal del subsuelo.
El programa contiene más posibilidades para determinar el módulo de reacción del
subsuelo. Los métodos lineales (Linear, Matlock y Reese) son adecuados para suelos no
cohesivos, mientras que los métodos con curso constante (Constante, Vesic) son más bien
para suelos cohesivos. El método de cálculo para el módulo según CSN 73 1004 combina para
ambos enfoques.
En la primera parte de este capítulo realizaremos los cálculos con el módulo constante
de reacción del subsuelo, en la segunda parte vamos a comparar las diferencias existentes al
utilizar otros métodos.
Definición de especificaciones:
La configuración general del análisis, los valores de las cargas especificadas y el perfil
geológico incluyendo parámetros básicos relacionados con la resistencia de los suelos se
mantienen sin cambios.
Seleccionamos el módulo "constante" en el cuadro "Módulo de hk ".
Cuadro „Modulo de hk ”
Nota: El curso constante del módulo de reacción horizontal del subsuelo depende del módulo
de deformación del suelo MPaEdef y del ancho del pilote reducido mr (para más detalles
visite la Ayuda - F1).
Luego, en los parámetros de los suelos, vamos a establecer el valor del ángulo de
dispersión dentro del rango ef
ef
4. Por tanto, este coeficiente se determina en
relación al tamaño del ángulo de fricción interna con el suelo (para más información, visita
Ayuda - F1).
Suelo Unidad de
Ángulo de
fricción interna
Ángulo de
depresión Tipo de suelo
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42
(Clasificación de suelo) peso
3mkN
ef
CS – Arcilla arenosa,
consistencia firme 18,5 24,5 10,0 Cohesivo
S-F – Arena de grano
fino, suelo de densidad
media
17,5 29,5 15,0 No cohesivo
Tabla de parámetros del suelo – Capacidad portante horizontal de pilote simple
En el cuadro de "Material", vamos a especificar las características del pilote - la unidad
de peso de la estructura, el tipo de hormigón utilizado y el hormigón armado longitudinal para
el dimensionado del tallo del pilote.
Cuadro „Material“
Ahora vamos a pasar al cuadro "Capacidad Horizontal", donde se determina el valor de la
deformación horizontal máxima en la cabeza del pilote, el curso de las fuerzas internas a lo
largo de la longitud del pilote y los resultados del dimensionamiento del pilote para la
evaluación de refuerzo en la dirección del efecto máximo.
Cuadro „Capacidad portante horizontal”– Asentamiento por curso constante del módulo de hk
Nota: La condición límite para el pilote fijado en la base se modela en primer lugar en el caso
de extremos de resistencia de pilotes con bases en roca dura o subsuelo semi-rocoso (no es
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43
éste caso). Se aplican las condiciones límites en la cabeza del pilote cuando se utiliza la
llamada carga de deformación, donde sólo la rotación angular y deformación en cabeza del
pilote se establecen en el programa, sin establecer la carga de fuerza (para más información,
visite la Ayuda - F1).
Curso constante del módulo de reacción horizontal hk del subsuelo, fuerzas internas, a lo largo
de la longitud del pilote
En este cuadro llevamos a cabo el dimensionamiento del refuerzo del pilote. Vamos a diseñar
refuerzo estructural longitudinal - 18 pcs Ø 16 mm y el recubrimiento de hormigón mínimo de
60 mm, que corresponde al grado de exposición ambiental XC1.
En el caso de ser resuelto consideramos la relación de refuerzo para el pilote simple
cargado lateralmente según la norma CSN EN 1536: Ejecución de las obras geotécnicas
especiales - Pilotes perforados (Tabla 4 - refuerzo mínimo de pilotes perforados). Esta
posibilidad se establece en el programa "Pilote".
Área de sección transversal del
pilote: 2mAc
Área de refuerzo longitudinal:
2mAs
25.0 mAc cs AA %5.0
22 0.15.0 mAm c 20025.0 mAs
20.1 mAc cs AA %25.0
„EN 1536: Tabla 4 – Refuerzo mínimo de pilote perforado“
Nota: Es mejor para elementos comprimidos utilizar el coeficiente de refuerzo como si se
tratara de una "columna", mientras que un "viga" es mejor para pilotes sometidos a flexión.
Para una combinación de carga vertical y lateral la norma CSN EN 1536 establece el índice de
refuerzo mínimo para pilotes correspondientes a la proporción del área de la sección de
refuerzo al área de hormigón (para más información, visite la Ayuda - F1).
Manual de Programas GEO5 para ingenieros - Parte 2 www.fiinesoftware.es
44
Observamos el uso de la sección transversal del pilote fijado y la condición del
coeficiente de refuerzo mínimo en los resultados de dimensionamiento del pilote.
Cuadro – „Verificación (detallada)“
Resultado del análisis
En el cuadro de verificación de un pilote simple cargado lateralmente, estamos
interesados en los cursos de las fuerzas internas a lo largo de la longitud del pilote, las
deformaciones máximas y el uso de la sección transversal del pilote. Para el curso de la
constante de módulo de reacción horizontal del subsuelo hk de los valores resultantes son los
siguientes:
Deformación máxima del pilote: mmu 2.4max .
Fuerza de corte máxima: kNQ 0.85max .
Momento de flexión máximo: kNmM 0.120max .
RC Capacidad portante del pilote: %3.16 ACEPTABLE.
Coeficiente del refuerzo del pilote: %5.77 ACEPTABLE.
Comparación de resultados de los diferentes métodos en la determinación del
módulo de reacción del subsuelo
Los valores y el curso del módulo de reacción horizontal del subsuelo hk varían en función de
los diferentes métodos de análisis utilizados y los parámetros de entrada del suelo, que afecta
a:
CONSTANTE: ángulo de dispersión ,
LINEAL (Bowles): ángulo de dispersión ,
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45
Coeficiente 3mMNk según el tipo de suelo,
Según la norma CSN 73 1004: suelo cohesivo, o no cohesivo,
Módulo de compresibilidad horizontal 3mMNnh ,
Según la norma VESIC: módulo de elasticidad MPaE .
En este cálculo, vamos a configurar los valores de entrada en el programa utilizando la Ayuda
(ver F1) de la siguiente manera:
Módulo de reacción
del
subsuelo 3mMNkh
Angulo de
dispersión
Coeficiente
Módulo de
compresibilidad
horizontal
Módulo de
elasticidad
MPaE
Módulo de
compresibilidad
horizontal
3mMNnh
CONSTANTE 10 – S-F
--- --- --- 15 – CS
LINEAL (Bowles) 10 – S-F 60 – S-F
--- --- 15 – CS 150 – CS
CSN 73 1004
Suelo Cohesivo – CS, consistencia firme ---
Suelo No Cohesivo – S-F, densidad
media 4,5
VESIC --- --- 5,0 – S-F
--- 15,5 – CS
Cuadro resumen de los parámetros del suelo para capacidad portante horizontal de un solo
pilote
Ahora vamos a volver a la configuración de los datos de entrada, vamos a cambiar el método
de cálculo del módulo de reacción horizontal del subsuelo y, a continuación vamos a añadir los
parámetros restantes de los suelos. Vamos a llevar a cabo el procedimiento según siguientes
métodos:
Utilizando el curso lineal (según Bowles),
según CSN 73 1004,
según Vesic.
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46
Curso lineal del módulo de reacción horizontal del subsuelo hk , fuerzas internas
Curso del módulo de reacción horizontal del subsuelo hk según CSN 73 1004, fuerzas internas
Curso del módulo de reacción horizontal del subsuelo hk según Vesic, fuerzas internas
Los resultados del análisis de la capacidad portante horizontal de un pilote simple:
Los resultados del análisis de la capacidad portante horizontal de un pilote simple en relación
al método utilizado para el cálculo del módulo de reacción horizontal del subsuelo hk se
presentan en la tabla siguiente:
Módulo de reacción de
subsuelo 3mMNkh
Max.
desplazamiento
del pilote
Max. momento de
flexión
kNmM max
RC capacidad portante
del pilote %
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47
mmumax
CONSTANTE 4.2 120.0 16.3
LINEAL (Bowles) 6.4 173.53 18.1
CSN 73 1004 5.6 149.91 17.3
VESIC 7.0 120.0 16.3
Resumen de los resultados - capacidad portante horizontal y dimensionamiento de un pilote
simple
Conclusión:
Se desprende de los resultados de los cálculos que los valores observados de las fuerzas
internas a lo largo de la longitud del pilote y las deformaciones máximas en la cabeza del pilote
son ligeramente diferentes, pero la influencia del método elegido del cálculo para el módulo de
reacción del subsuelo no es crucial.
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48
Capítulo 18. Análisis de Capacidad portante vertical y asentamiento de un
grupo de pilotes
El objetivo de este capítulo es explicar el uso del programa Grupo de Pilotes de GEO 5
Introducción
Los análisis en el programa de grupo de pilotes se pueden dividir en dos grupos:
Método Spring,
El Método Spring hace posible el cálculo de la deformación de toda la cimentación y la
determinación de las fuerzas internas a lo largo de las longitudes de pilotes simples. La carga
se define como una combinación general en funciones de yxzyx HHMMMN ,,,,, . Un resultado
importante es la rotación y el desplazamiento de la cabeza rígida del pilote y aún más el
dimensionamiento de la jaula de refuerzo para pilotes simples. El método Spring se tratará en
el capítulo 19. Análisis de la deformación y el dimensionamiento de un grupo de pilotes.
La solución analítica se destina para el análisis de la capacidad portante vertical de un grupo
de pilotes cargado únicamente por una fuerza normal vertical. El resultado del análisis
comprende la capacidad portante vertical de la cimentación y del asentamiento promedio del
pilote.
La solución analítica se divide adicionalmente según el tipo de suelo:
La capacidad portante vertical de un grupo de pilotes en suelo cohesivo se considera que está
en condiciones no drenadas. Se determinó como la capacidad portante de un cuerpo de tierra
en la forma de un prisma dibujado alrededor del grupo de pilotes según la FHWA. Sólo se
especifica la cohesión total del suelo uc (resistencia al corte sin drenar) con el propósito de
análisis.
El asentamiento de un grupo de pilotes en suelo cohesivo (en condiciones no drenadas) se
basa en el cálculo del asentamiento de una base de propagación sustituta (la denominada
asentamiento de consolidación de grupo de pilotes o, abreviado, el método 02:01). A los
efectos de la evaluación del asentamiento de un grupo de pilotes el análisis incorpora la
influencia de la profundidad de la base y del espesor de la zona de deformación según la
metodología de evaluación de asentamiento de cimentación. En República Checa y Eslovaquia
Manual de Programas GEO5 para ingenieros - Parte 2 www.fiinesoftware.es
49
es posible aplicar el procedimiento según la norma CSN 73 1001 – Suelos bajo cimentación
para análisis de asentamiento de grupo de pilotes.
La evaluación de un grupo de pilotes en suelos sin cohesión se basa en
procedimientos idénticos a los utilizados para el análisis de un pilote simple en el suelo no
cohesivo (Capítulo 14. Análisis de la capacidad portante vertical de un pilote simple). Se
agrega la llamada eficiencia de grupo de pilotes reduciendo la capacidad portante vertical total
del pilote de cimentación.
La curva de carga para un grupo de pilotes en suelos no cohesivos se construyó de la
misma manera que la curva para un pilote simple (capítulo 15. Análisis de asentamiento para
pilote simple) según el Prof. HG Poulos, con la excepción del asentamiento total del grupo de
pilotes, que se incrementa por el llamado factor de asentamiento del grupo fg , lo que permite
el efecto grupal de pilotes simples. La medida de este parámetro depende de la disposición
geométrica del grupo de pilotes.
Especificación del problema:
En normas generales el problema se describe en el capítulo anterior (13 Pilotes de cimentación
-. Introducción). Llevaremos a cabo todos los cálculos de la capacidad portante vertical de un
grupo de pilotes conforme a la norma EN 1997-1 (DA 2) en relación con el problema 14.
Análisis de la capacidad portante vertical de un pilote simple. La resultante de la carga total
que comprendida en xy HMN ,, actúa en la base superior de la tapa del pilote, justo en el
centro.
Esquema Especificación del problema – Grupo de pilotes
Solución:
Manual de Programas GEO5 para ingenieros - Parte 2 www.fiinesoftware.es
50
Vamos a utilizar para este análisis, el programa de GEO 5 Grupo de pilotes -. Para la
simplificación del problema y la aceleración de la configuración de los parámetros del problema
(el diseño, el suelo, la asignación y el perfil) usaremos la posibilidad de importar los datos del
problema 14. Análisis de la capacidad portante vertical de un pilote simple.
En este análisis vamos a evaluar el grupo de pilotes según los métodos de cálculo
analíticos idénticos a los que se aplican a un pilote simple (NAVFAC 7,2 DM, TENSIÖN
EFECTIVA, CSN 73 1002). Vamos a centrarnos en otros parámetros de entrada que afectan los
resultados generales
Especificación del procedimiento:
En el cuadro "Configuración" haremos clic en el botón "Seleccionar configuraciones" y
luego vamos a elegir el "Estándar - EN 1997 - DA2". Vamos a mantener el sistema de cálculo
utilizando la solución analítica. En nuestro caso particular vamos a considerar el tipo de suelo
sin cohesión, porque vamos a evaluar los pilotes en condiciones drenadas.
Cuadro „Lista de configuraciones”
Cuadro „Configuración”
Vamos a utilizar la opción de importar los datos, evitando la necesidad de establecer
todos los datos de entrada de nuevo. Vamos al problema del capítulo 14. Análisis de la
capacidad portante vertical de un pilote simple en GEO 5 - Programa de Pilotes, en la barra de
herramientas horizontal superior haremos clic en el botón "Editar" y luego vamos a seleccionar
la opción "Copiar de datos". Posteriormente, en el programa de GEO 5 - Grupo de pilotes,
Manual de Programas GEO5 para ingenieros - Parte 2 www.fiinesoftware.es
51
seleccionamos el botón "Editar" en la barra de herramientas horizontal superior y
seleccionamos la opción "Pegar datos". A través de este paso los datos necesarios para el
análisis se transferirán y una parte significativa del trabajo de ingresar los datos de entrada se
verá facilitada.
Cuadro „Insertar datos“
Ahora vamos a pasar el cuadro "Estructura". Vamos a especificar las dimensiones del
plano terrestre de la losa de base (la tapa del pilote), el número de pilotes en el grupo,
diámetro y el espaciamiento de los centros (entre los pilotes en la dirección, x o y ).
Cuadro „Estructura“
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Posteriormente, en el cuadro de "Geometría", vamos a definir la profundidad de la superficie
del suelo, la cabeza del pilote, el espesor de la tapa del pilote y las longitudes de todos los
pilotes en el grupo. Los pilotes simples dentro del grupo tienen los mismos diámetros y
longitudes.
En el cuadro "Material" vamos a especificar la unidad de peso de la estructura
30.23 mkN . A continuación vamos a definir la carga. La capacidad portante vertical de
grupo de pilotes se analizó utilizando cargas de diseño, mientras que la carga de servicio se
utiliza para el análisis de asentamiento.
Cuadro „Nueva carga“ – Diseño Estado Último (cálculo)
Cuadro „Nueva carga“ – Diseño de Estado de Servicio (impuesto)
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Vamos a llevar a cabo el asentamiento del grupo de pilotes en el cuadro "Capacidad
Vertical". Para cumplir con la condición de seguridad, el valor de gR debe ser mayor que la
magnitud de la carga de diseño dV que actúa (para más información, visite la Ayuda - F1).
Para el método de análisis NAVFAC DM 7,2 y la eficiencia del grupo de pilote La Barre (CSN
73 1002) según los ajustes iniciales del análisis, los resultados de la capacidad portante
vertical del grupo de pilotes son:
La Barré (CSN 73 1002): 84.0g .
kNVkNR dg 86.699190.7491 … ACEPTABLE.
Nota: La capacidad portante vertical, calculada de un grupo de pilotes en suelos sin cohesión
debe reducirse porque los pilotes individuales se afectan estáticamente entre sí. La evaluación
en el programa contiene varios métodos para determinar la eficiencia de grupo de pilotes g .
Esta figura adimensional (por lo general dentro del rango de 0,5 a 1,0) reduce la capacidad
portante vertical total del grupo de pilotes gR con respecto a:
El número de pilotes en el grupo yx nn , ;
El espacio entre los pilotes del grupo con centro yx ss , ;
El diámetro de los pilotes del grupo d .
La eficiencia de grupo de pilotes g depende únicamente de la geometría el grupo de pilotes,
no del método de análisis.
Además podemos comprobar la capacidad portante vertical, incluso para otros métodos
que determinan la eficiencia de grupo de pilotes g . Volvemos al cuadro "Configuración".
Seleccionamos el botón "Editar" en la parte inferior izquierda de la pantalla y elegimos "UFC 3-
220-01A", o "Seiler-Keeney" en el submenú "Grupo de pilotes".
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Cuadro „Editar la configuración actual“
Para los demás métodos de análisis, el procedimiento es analógico con la solución del
problema del capítulo 14. Análisis de la capacidad portante vertical de un pilote simple.
Los resultados del análisis de la capacidad portante vertical de un grupo de pilotes en
suelo no cohesivo (es decir, en condiciones drenadas) en relación con el método utilizado y la
eficiencia grupo de pilotes g se presentan en la tabla siguiente:
La Barré (CSN 73 1002): 84.0g ,
UFC 3-220-01A: 80.0g ,
Seiler-Keeney: 99.0g .
EN 1997-1, DA2
(suelo no cohesivos)
Métodos de análisis
Eficiencia del
grupo de
pilotes
g
Capacidad
portante de un
pilote simple
kNRc
Capacidad portante
de un grupo de
pilotes
kNRg
NAVFAC DM 7.2
0.84
2219.06
7491.90
0.80 7100.98
0.99 8829.18
TENSION EFECTIVA 0.84
6172.80 20 840.41
0.80 19 572.96
0.99 24 560.34
CSN 73 1002 0.84 5776.18 19 501.36
0.80 18 483.79
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0.99 22 982.28
Cuadro de resultados – Capacidad portante vertical del grupo de pilotes en condiciones
drenadas
Conclusión (capacidad vertical de grupo de pilotes):
La capacidad portante vertical de un grupo de pilotes gR en el suelo sin cohesión debe
ser reducida (utilizando la llamada eficiencia grupo de pilotes g ) porque los pilotes simples se
afectan estáticamente entre sí. Se aplica, en general, que los pilotes individuales de un grupo
se afectan entre sí más con el espacio en centros de disminución.
El
diseñador debe considerar cuidadosamente si debe utilizar el cálculo en condiciones drenadas y
no drenadas con solución analítica para la capacidad portante vertical del grupo de pilotes. Los
dos tipos de cálculo son significativamente diferentes.
Análisis de asentamiento de un grupo de pilotes
El análisis de asentamiento del grupo de pilotes es completamente idéntico a la que se aplica a
un pilote simple, el asentamiento calculado se multiplica por el factor de asentamiento del
grupo fg .
Nota: La medida del factor de asentamiento del grupo fg
depende de la disposición
geométrica del grupo de pilotes, es decir, del diámetro de los pilotes en el grupo y del ancho
de la cabeza de pilote.
Los resultados del análisis se presentan en la tabla siguiente:
Método de análisis de la
capacidad portante
vertical del grupo de
pilotes
Carga al inicio de la
movilización del
rozamiento
kNRyu
Asentamiento del grupo de
pilotes
mms para fuerzas kNV 4000
NAVFAC DM 7.2 3184,47 34,8
TENSIÓN EFECTIVA 7274,43 15,3
CSN 73 1002 8057,77 15,3
Cuadro de resultados – Asentamiento del grupo de pilotes según Poulos
Conclusión (Asentamiento del grupo de pilotes):
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Se desprende de los resultados del análisis que la capacidad portante vertical de un
grupo de pilotes es diferente en lo que se refiere a la solución total. El análisis de asentamiento
de un grupo de pilotes en el suelo no cohesivo (condiciones drenadas) se basa en la teoría de
asentamiento lineal, para el cual los datos de entrada básicos necesarios para el cálculo de
asentamiento comprende los valores de rozamiento y la resistencia en la base del pilote bR .
En contraste, el asentamiento de un grupo de pilotes en suelo cohesivo (condiciones no
drenadas) se basa en el cálculo para una cimentación extendida sustituta. En el mundo, este
método de cálculo se titula la llamada solución de consolidación de un grupo de pilotes o,
abreviado, el método 02:01. Para esta evaluación de asentamiento de un grupo de pilotes, el
efecto de la profundidad de la superficie del suelo y la profundidad de la zona de deformación
según la metodología de evaluación de asentamiento de cimentación extendida se introduce en
el cálculo.
Los dos métodos de cálculo difieren significativamente y proporcionan resultados
absolutamente diferentes. Los autores del programa GEO 5 recomiendan que la capacidad
portante vertical y el asentamiento de un grupo de pilotes deben ser calculados según las
costumbres locales.
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Capítulo 19. Análisis de deformación y dimensionado de un grupo de pilotes
El objetivo de este capítulo es explicar el uso del programa Grupo de Pilotes de GEO 5 para el
análisis de rotación angular y desplazamiento de la tapa del pilote rígida, a la determinación de
las fuerzas internas a lo largo de la longitud del pilote simple y para dimensionamiento de la
sección transversal del pilote.
Especificación del problema:
Las especificaciones generales del problema se describen en el capítulo 13 Pilotes de
cimentación -. Introducción). Todos los análisis de capacidad portante vertical de un grupo de
pilotes se llevarán a cabo en relación con el problema anterior 18. Análisis de la capacidad
portante vertical y asentamiento de un grupo de pilotes. La resultante de la carga total de
compresión xy HMN ,, actúa en la base superior de la tapa del pilote, justo en el centro. El
dimensionamiento del grupo de pilotes se llevará a cabo con la norma EN 1992-1-1 (CE 2),
utilizando valores estándar de los coeficientes parciales.
Esquema Especificación del problema – Grupo de pilotes
Solución:
Para resolver este problema usaremos el Programa de GEO 5 - Grupo de pilotes. Para
la simplificación del problema y la aceleración de la configuración de los parámetros generales
problema usaremos todos los datos de entrada del problema 18. Análisis de la capacidad
portante vertical del grupo de pilotes (por medio de la importación de datos).
Vamos a analizar el grupo de pilotes según el Método Spring, que modela pilotes
individuales como vigas sobre una cama elástica. Cada pilote está dividido internamente en
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diez secciones, para el cual se calculan los valores spring horizontales y verticales. La losa de
base (tapa del pilote) se considera que es infinitamente rígida. La solución en sí misma se lleva
a cabo utilizando la variante de la deformación del Método de los Elementos Finitos.
Especificación del procedimiento:
Vamos a cambiar el tipo de análisis en el cuadro de "Configuración" a la opción "Método
Spring". Tendremos en cuenta que la conexión de los pilotes a la losa base de ser rígida, es
decir, fija. Se supone para esta condición límite que el momento de flexión será transferido a
las cabezas del pilote
Para pilotes soportados en la base vamos a seleccionar la opción "pilotes flotantes – cálculo de
la rigidez del resorte para parámetros de suelo".
Nota: El programa ofrece varias opciones para condiciones límites posibles para pilotes
soportados en dirección vertical. Para pilotes extremos, o pilotes introducidos en la roca, no se
especifica la rigidez vertical de los resortes - la base del pilote se modela como una articulación
o una junta deslizante. Para pilotes flotantes, es necesario definir los tamaños de los resortes
verticales, tanto en la piel como en la base del pilote. El programa especifica el tamaño posible
de los resortes, pero es razonable seleccionar la opción de "calcular el tamaño de los resortes".
En este caso, el programa calcula los resortes según las propiedades de deformación de los
suelos para el conjunto de carga típica (para más información, visite la Ayuda - F1).
Cuadro „Configuración de análisis”– Método Spring
El módulo horizontal de reacción subsuelo caracteriza el comportamiento del pilote en dirección
lateral. Para este análisis consideraremos que el módulo (ambos inclusive de los parámetros
que afectan a su magnitud) es idéntico al utilizado en la solución de pilote simple (véase el
Capítulo 17. Análisis de la capacidad portante horizontal de un pilote simple). En la parte inicial
de este capítulo vamos a llevar a cabo el análisis utilizando el módulo constante de reacción
del subsuelo y, en la segunda parte, vamos a comparar las diferencias entre los resultados
cuando se utilizan otros métodos (lineal - según Bowles, según el CSN 73 1004 y según Vesic).
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En el cuadro "Material" vamos a especificar las características de pilotes simples en el
grupo, es decir, la unidad de peso de la estructura, el tipo de hormigón utilizado y refuerzo de
hormigón longitudinal para el dimensionamiento del eje del pilote.
Cuadro „Material“
Luego definimos la carga. La carga de diseño se aplica al dimensionamiento de los pilotes
simples en el grupo y a la determinación de las curvas de las fuerzas internas, la carga de
servicio, se utiliza para el cálculo de deformaciones.
Cuadro „Editar carga“– Diseño de estado último
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Cuadro „Editar carga“– Diseño de estado de servicio
En el cuadro "Resortes vertical" seleccionamos la llamada carga típica, que se utiliza
para el cálculo de la rigidez de los resortes verticales. En nuestro caso vamos a elegir la "carga
n º 2 - Servicio" opción.
„Resorte vertical” – Carga típica
Nota: En el caso de la opción Carga Típica, el servicio de carga (característica) se debe aplicar,
ya que caracteriza mejor el comportamiento de la estructura (para más detalles visite la Ayuda
- F1). El procedimiento para el cálculo de los resortes verticales es la siguiente:
a) La carga calculada se distribuye entre pilotes simples.
b) El tamaño de los resortes verticales en la piel del pilote y en la base se determina
para pilotes individuales, en función de los parámetros de carga y el suelo.
El efecto de la carga en el cálculo de la rigidez es significativo - por ejemplo, la rigidez del
resorte en la base es siempre cero para un pilote tensado. Por esa razón, puede ser ventajoso
en algunos casos realizar el cálculo varias veces para varias cargas típicas.
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Análisis: Método de Spring
En el cuadro "Análisis" realizamos la evaluación del grupo de pilotes para los ajustes
iniciales (el módulo constante de reacción horizontal del subsuelo) y mostrará los resultados
con las curvas de fuerza interna.
Cuadro „Análisis “– Método Spring (módulo de constantes de reacción del subsuelo)
Nota: La rigidez de los pilotes en el grupo se modifica automáticamente según su ubicación.
Los pilotes en el borde y en el interior del grupo tienen los tamaños de la rigidez horizontal y la
rigidez de corte de resortes reducidos en comparación con un pilote simple. Los resortes en la
base del pilote no se reducen (para más información, visite la Ayuda - F1).
„Análisis“– Método Spring (desplazamiento horizontal y la rotación de la tapa del pilote,
deformaciones en la dirección "x")
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Los resultados del análisis para los ajustes iniciales (para una máxima deformación) son los
siguientes:
Asentamiento máximo: mm6.22 ;
Max. desplazamiento horizontal en la tapa del pilote: mm3.2 ;
Max. rotación en la tapa del pilote: 3101.8 .
Dimensionamiento:
Luego nos dirigiremos hacia el cuadro "Dimensionamiento" y, al igual que el capítulo
17. Análisis de la capacidad portante horizontal de un pilote simple, vamos a proponer y
evaluar el principal refuerzo estructural de los pilotes. Vamos a considerar la relación de
armadura idéntica para todos los pilotes en el grupo - 16 pcs Ø 16 mm y el recubrimiento
mínimo del hormigón de 60 mm, según el grado de exposición XC1.
La relación de armadura para un grupo de pilotes generalmente cargado, en este caso
se considera según CSN EN 1536:1999 (idéntico al del capítulo 17). En el programa esta
opción se configura como "pilote" (para más información, visite la Ayuda - F1).
Cuadro „Dimensionamiento“– Resultados de todas los pilotes en el grupo para los
recubrimientos de casos de carga
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Se observa la utilización de la sección transversal de todos los pilotes del grupo en términos de
flexión y el estado de la relación de refuerzo mínimo del recubrimiento total de los casos de
carga:
RC capacidad portante del pilote: %3.22 ACEPTABLE.
Relación de armadura: %2.87 ACEPTABLE.
( %357.0410.0 min ).
Resultado del análisis
El procedimiento en el programa para otros análisis es analógico con el procedimiento
aplicado a los problemas anteriores. Siempre cambiamos el método de cálculo del módulo de
reacción del subsuelo en el cuadro de "Configuración" y llevamos a cabo la evaluación del
grupo de pilotes en la sección "Análisis" y "Dimensionamiento". Registramos los resultados de
las tablas de resumen.
Módulo de reacción
del subsuelo
3mMNkh
Fuerza de compresión
(máxima, mínima)
kN
Máximo momento
de flexión
kNm
Máxima fuerza
de corte
kN
CONSTANTE
-1824.83
193.72 77.51
-644.91
LINEAL
(Bowles)
-1841.04 226.13 77.51
-639.58
Según
CSN 73 1004
-1835.66 215.37 77.51
-641.37
Según
VESIC
-1836.87
217.80 77.51
-640.95
Cuadro de los resultados (fuerzas internas) - Verificación de un grupo de pilotes (método de
Spring)
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Módulo de
reacción del
subsuelo
3mMNkh
Máximo
asentamiento
mm
Max.
Deformación
horizontal
mm
Max. Rotación
de la tapa del
pilote
RC capacidad
portante del
pilote
%
CONSTANTE 22.6 2.3 3101,8 22.3
LINEAL
(Bowles) 22.9 3.0
2103,1 23.6
Según
CSN 73 1004 22.8 2.9
2102,1 23.2
Según
VESIC 22.8 3.4
2102,1 23.3
Cuadro de los resultados – desplazamientos y el dimensionamiento de un grupo de pilotes
Conclusión:
Los valores del asentamiento máximo de un grupo de pilotes, los desplazamientos de
asentamiento y la rotación de de losa base están dentro de límites permisibles.
Se desprende de los resultados del análisis que los valores observados de fuerzas internas a lo
largo de la longitud de los pilotes individuales y las deformaciones máximas en las cabezas de
los pilotes del grupo son ligeramente diferentes, pero la influencia del método seleccionado
para el cálculo del módulo de reacción del subsuelo hk es no es tan esencial.
La jaula de refuerzo del pilote propuesta es satisfactoria. La condición principal para la relación
de refuerzo de los pilotes también se cumple.