Modelación de pilotes aislados bajo carga horizontal (página 2)
Enviado por Luis Orlando Ibanez Mora
Este hecho puede ser explicado por la posible heterogeneidad del suelo a la profundidad, la cual no puede ser considerada en el análisis numérico que tiene en cuanta el pilote en medio homogéneo. No obstante puede comprobarse la validez del modelo ya que la diferencia en términos de desplazamientos en el último estado de carga no sobrepasa el 5%. Se comprueba de ese modo que para el caso de un pilote rígido o con comportamiento lineal-elástico, el modelo constitutivo propiamente dicho es suficiente para modelar su comportamiento ante cargas laterales.
1.5.3-Resultados de la modelación de una prueba de carga para un pilote flexible
En el ensayo de carga de Gomes Dantas de Araújo (2013) fue modelado un pilote flexible con una carga horizontal en la cabeza de 480KN. El suelo fue considerado para su modelación según las condiciones explicadas en el epígrafe (1.3.1). El pilote por su parte fue modelado con comportamiento lineal-elástico introduciendo los parámetros de módulo de deformación y coeficiente de Poisson.
Para su análisis se tuvieron en cuenta dos pasos: geostático y carga lateral. Además se atribuyeron las condiciones de contacto tal como explica el epígrafe (1.3.2), donde para la interacción con el fuste se adoptó un contacto friccional y para la punta se adoptó condiciones normales de contacto.
En la tabla (1.12) y en la figura (1.16) se muestran los resultados de la modelación usando ABAQUS.
Tabla (1.12). Resultados de la modelación del ensayo de carga Gomes Dantas de Araújo (2013)
Figura (1.16): Curvas carga /desplazamiento horizontal. Ensayo carga: Gomes Dantas de Araújo (2013)
En las curvas se observa como para la prueba de carga las deformaciones se mantuvieron constantes hasta los 100KN de aplicada la carga, y a partir de los 200KN comienza a incrementarse casi exponencialmente hasta alcanzar el valor último de desplazamiento.
Al contrario, la curva obtenida en ABAQUS alcanza el estado plástico de forma más suave y constante. Tal como ilustra la tabla (1.12), para el último estado de carga la diferencia entre las deformaciones obtenidas supera el 10%.
Es de esperar que en la modelación de pilotes flexibles susceptible a los fenómenos de fisuración y degradación progresiva de la rigidez, el modelo constitutivo lineal-elástico no reproduzca el comportamiento real de un pilote de hormigón armado, cuando en este caso el hormigón se comporta de forma elasto-plástico.
Es por tal motivo que se concluye con esta experiencia, que al adoptar pilotes de hormigón armado flexibles o largos, debe considerarse un comportamiento no lineal del concreto a fin de obtener resultados más cercanos a la realidad.
Adoptar este estado para su simulación utilizando ABAQUS exige un cúmulo de datos que la mayoría de las veces los ensayos de carga no aportan. Para modelar el hormigón ABAQUS ofrece la opción (Demage Concrete Plasticy) capaz de simular el comportamiento plástico del hormigón como modelo constitutivo.
Igualmente con los datos obtenidos en el ensayo de carga fue determinado el coeficiente de reacción horizontal (nh) y la rigidez suelo-pilote (T) para cada estado de carga impuesto al pilote. A fin de determinar conjuntamente con el software las deformaciones por los métodos analíticos presentados en el marco teórico de este trabajo
La ecuación anterior permite determinar el valor de (nh) para estado de carga, y conociendo este valor se puede calcular (T) a fin de conocer el valor de deformación por los diferentes métodos analíticos. La tabla (1.13) resume estos cálculos
Tabla (1.13): Valores de deformación calculados en la cabeza del pilote para los diferentes estados de carga
Figura (1.17): Curva carga/deformación para vía analítica, experimental y por MEF
Como puede observarse en la gráfica existe una concordancia entre los valores calculados por los métodos analíticos y los obtenidos por la vía experimental lo que demuestra la validez de estos métodos en la previsión de los desplazamientos laterales en pilotes.
Al finalizar las modelaciones de pruebas de carga consideradas, validando matemáticamente el proceso de modelación, principalmente el método de solución (MEF) se generan algunas conclusiones parciales en relación el proceso de modelación y validación del modelo
1. La forma de dominio del suelo y las dimensiones del modelo fueron suficientes para eliminar la influencia de borde minimizando así los tiempos computacionales
2. El tipo de elemento finito calibrado así como la densidad de malla obtenida son capaces de reproducir el comportamiento del pilote cargado lateralmente ante un problema real validado mediante un ensayo de carga real.
3. El modelo constitutivo considerado para el suelo fue suficiente para simular el comportamiento no lineal elasto-plástico del suelo para cargas estáticas consideradas en la modelación.
4. Los modelos de interface, normal para la punta y friccional para el fuste, mostraron ser adecuados para simular el fenómeno de interacción suelo-pilote, llevando en cuanta la separación que acontece en la zona donde ambos materiales entran en contacto.
5. El modelo constitutivo seleccionado para modelar el pilote rígido logra simular bien su desempeño, al contrario de adecuar un modelo similar en pilotes flexibles donde es necesario considerar el modelo constitutivo más adecuado (comportamiento elasto-plástico) tanto para el suelo como para el pilote. El modelo de comportamiento lineal elástico no consigue reproducir la actuación real del material analizado sin tener en cuenta la pérdida de rigidez por fisuración.
6. Fueron validados los resultados obtenidos de la calibración del modelo para abordar la modelación de pilotes rígidos cargados lateralmente, pudiendo extenderse su aplicación a otras geometrías y condiciones de los materiales
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Autor:
Dr. C Ing. Luis O. Ibañez Mora
Ing. José Alberto Paz Pérez
Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Facultad de Construcciones. Departamento de Ingeniería Civil.
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