Opciones para modelar pilotes

Artículo técnico

RFEM y RSTAB ofrecen diferentes opciones para modelar pilotes. Una opción es mostrar los pilotes como apoyos de un sólo valor o como columnas articuladas. La otra opción es modelar de una forma más realista mientras se tiene en cuenta el suelo por medio de la aplicación de un apoyo elástico en la barra. En los dos siguientes ejemplos se describe en detalle. Sin embargo, la resistencia de la base de los pilotes, la resistencia de piel y las capas del suelo no se consideran en este artículo técnico.

Primer Ejemplo: losa de hormigón de nueve pilotes

Una losa de hormigón de 10 x 10 metros con un espesor de 180 cm se apoya en nueve pilotes, de los cuales cuatro (soporte en nudo 5), incluyendo el pilote central, sólo asumen esfuerzos en la dirección Z. Dos de los pilotes restantes tienen, cada uno, una inclinación de 10º sobre el eje X (apoyo en nudo 6), otros dos tienen cada uno una inclinación de 10º sobre el eje Y (apoyo en nudo 7) y otro pilote tiene una inclinación de 10º sobre el eje X e Y (apoyo en nudo 8), por lo que los esfuerzos horizontales se pueden absorber en las direcciones correspondientes y el sistema es estable.

Figura 01 - Plano del suelo de una losa de hormigón de nueve pilotes

El sistema se carga por una carga superficial de 4,5 kN/m² y dos cargas lineales, de 1,0 kN/m.

En la primera opción de modelado, los pilotes se muestran con apoyos rectos e inclinados, de un sólo valor y rígidos, mientras que en la segunda opción los pilotes están modelados como vigas con conexiones articuladas. Estas dos opciones sólo se diferencian en la deformación del espesor de las vigas.

Figura 02 - Opción de modelado 1 y 2 sin apoyo elástico en la barra

La tercera opción de modelado corresponde a la segunda opción extendida por un apoyo elástico en barra en la dirección local y y z de cada barra, lo que simula una elasticidad en el subsuelo correspondiente.

Figura 03 - Opción de molelado 3 con apoyo elástico en la barra

Para introducir las constantes elásticas, vea el artículo Apoyos elásticos en barra 1: constante elástica de traslación y la FAQ ¿Cómo crear apoyos elásticos en barras en RFEM?.

Los resultados muestran las diferencias entre las tres opciones. Como ya se ha mencionado anteriormente, básicamente no hay diferencia entre la opción 1 y 2 en cuanto a los esfuerzos de apoyo, por lo que los resultados también se corresponden entre sí. La carga dada, la tensión y también los esfuerzos de compresión que se producen en los pilotes, conllevan al hecho de que la carga está distribuida de forma relativamente desigual con grandes cantidades al mismo tiempo. Respecto al esfuerzo en el apoyo máximo, se elige una de estas dos opciones para estar en el lado seguro. La figura 04 muestra los esfuerzos en los apoyos de las opciones 1 y 2 en una línea en el modo de visibilidad.

Figura 04 - Fuerzas en apoyos de las opciones 1 y 2, en una línea en el modo de visibilidad

Se recomienda introducir un apoyo elástico en barra para reducir los esfuerzos en el apoyo y distribuirlos de una forma más equitativa. Los esfuerzos cortantes y los momentos flectores resultantes son relativamente bajos, de forma que sólo se consideran las fuerzas normales y esfuerzos en apoyos que actúan. La figura 05 muestra los esfuerzos en apoyos de la opción 3 en una línea en el modo de visibilidad.

Figura 05 - Fuerzas en apoyos de la opción 3 con apoyo elástico en la barra, en una línea en el modo de visibilidad

2. Ejemplo: estructura de acero en tres pilotes

Una estructura de acero, que consiste en dos vigas de acero conectadas rígidamente entre sí, cada una con 3 m de longitud, así como una ménsula de 1 m de longitud, se carga con tres cargas individuales en las tres direcciones al final de la ménsula. Las inclinaciones de los tres pilotes son de 10º cada una sobre el eje X y el eje Y es el apoyo.

Aquí se consideran dos opciones de modelado: opción 1 sin apoyo elástico en barra, opción 2 con apoyo elástico en barra.

Figura 06 - Opción 2 isométrica

Si se considera el sistema estructural en ambos planos XZ e YZ, notará rápidamente que la estructura es inestable debido a las líneas eficaces de los esfuerzos de los pilotes que intersecan en un punto común.

Por lo tanto, aquí tiene que aplicar un apoyo elástico en barra.

Resumen

Cuando se modelan estructuras de pilotes, las dos opciones con o sin apoyo elástico en barra proporcionan diferentes resultados. La opción sin apoyo elástico en barra se puede considerar desfavorable respecto a las fuerzas normales de los pilotes, mientras que la opción con apoyo elástico en barra es normalmente más económica. En caso de que las estructuras sean insuficientemente rígidas, se debe usar el apoyo elástico en barra proporcionado siempre que no haya una armadura horizontal presente.

Palabras clave

pilotes apoyo elástico en barra columna articulada armadura

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