Como estudiante de ingeniería o ingeniero, ¿alguna vez se ha preguntado cómo los puentes, los muros de contención y los pilares pueden resistir las enormes fuerzas horizontales del viento, el agua o la presión del suelo? La respuesta está en la forma inteligente en que se hacen las pilas de masa.
Cuando estas piezas de cimentación especiales se colocan en ángulo con respecto a la vertical, brindan a las estructuras que soportan la resistencia y la estabilidad que necesitan para ser seguras y durar mucho tiempo.
Ya sea que esté interesado en la ingeniería civil, estructural o geotécnica, saber cómo funcionan los pilotes de talud y para qué se pueden usar es importante para su carrera.
En este artículo, aprenderé más sobre las pilas de masa, incluido su propósito, sus beneficios y las cosas más importantes en las que pensar al diseñar una.
Prepárate para aprender sobre una parte interesante de la ingeniería que ha estado cambiando mi forma de vivir durante cientos de años.
Introducción a la pila de masa
Definicion formal:
Un pilote hincado con una inclinación respecto a la vertical para proporcionar resistencia a las fuerzas horizontales.
Una pila de rebozado es un tipo de pila que se instala en un ángulo con la vertical para que pueda resistir fuerzas laterales.
En ingeniería, este tipo de pilotes se usa a menudo para sostener estructuras, torres y puentes en alta mar.
También se puede utilizar para mover cargas en ángulo y fuerzas en línea recta.
En este artículo, hablaremos sobre qué es una pila de masa y cómo se usa en ingeniería.
Conceptos básicos de la pila de masa
Ángulo de masa:
El ángulo de masa es el ángulo entre la vertical y el eje de la pila.
El ángulo de inclinación puede ser diferente para cada estructura, según el tipo de edificio, las condiciones del suelo y otros factores de diseño.
La capacidad máxima de extracción de una pila de rebozado aumenta a medida que aumenta el ángulo del rebozado, hasta un valor máximo que se alcanza cuando el ángulo del rebozado es de unos 20°.
La capacidad máxima de extracción cae después de este ángulo.
Momentos de flexión:
Las pilas de talud se pueden doblar por su propio peso o por fuerzas externas a la pila.
La magnitud del momento de flexión depende de la longitud, el ancho y el ángulo de inclinación del pilote.
Al diseñar un pilote de talud, se debe tener en cuenta el momento de flexión para asegurarse de que el pilote pueda soportar las cargas esperadas.
La impactante verdad sobre los cimientos inclinados: cómo los pilotes de talud pueden salvar sus estructuras
¿Todavía es difícil de entender? Déjame cambiar un poco el punto de vista:
¿Está harto de ver los edificios y puentes que trabajó duro para construir caer ante la más mínima fuerza horizontal? Bueno, ¡no te preocupes! Tenemos la respuesta a sus problemas de construcción: simplemente hinque sus pilotes en ángulo.
Sí, así es, ¡olvídate de ser alto y abraza el maravilloso mundo de las pilas de masa! ¿Quién necesita una base sólida cuando puede tener una inclinada? Vale, vale, antes de que empieces a preguntarte si estoy loco, analicemos la ciencia y la ingeniería detrás de este enfoque que parece ir en contra del sentido común.
Ahora volvamos a la explicación.
Propósito y beneficios de la pila de masa
El objetivo de los pilotes de talud es transferir el momento de volcamiento a una combinación de pilotes de talud y verticales que pueden manejar tanto las fuerzas de compresión como las de tensión.
Distribución de carga y resistencia a fuerzas horizontales
En el diseño preliminar, la carga sobre el pilote de talud generalmente se considera en una dirección axial.
Las cargas se pueden repartir entre pilas de talud y pilas verticales en un grupo usando un gráfico o usando métodos analíticos.
Los pilotes de talud pueden manejar una gran cantidad de fuerza de lado a lado, y transmiten esa fuerza de lado a lado en parte en forma de fuerza axial en lugar de simplemente doblarse y cortarse.
Las fuerzas horizontales son detenidas por la resistencia pasiva del pilote de talud, que se basa en la parte horizontal de la carga axial.
Capacidad de extracción de pilas de rebozado
La cantidad de peso que puede soportar una pila de masa depende de su forma y de su inclinación.
Las pilas cuadradas o rectangulares se pueden sacar más fácilmente que las pilas redondas.
Cuando la densidad de la arena aumenta, la relación entre la capacidad de extracción áspera y suave disminuye.
La relación de esbeltez (L/d) de un pilote inclinado afecta su capacidad última de extracción.
A medida que aumenta la relación de esbeltez, la capacidad máxima de extracción disminuye.
Momento flector y asentamiento del suelo circundante
Las pilas de masa que se sostienen solas pueden doblarse por su propio peso o por fuerzas externas.
Debido al movimiento del suelo a su alrededor, las pilas de talud en rellenos sueltos o depósitos que se están volviendo más compactos pueden cargarse lateralmente.
Por ejemplo, se debe colocar una cubierta permanente cuando se endurece la arcilla.
Beneficios de la masa de pila
La masa para pilotes es importante porque puede brindar soporte adicional a los edificios que son golpeados por cosas como terremotos, viento y olas.
El rebozado de pilotes también puede hacer que sea más difícil sacar los pilotes del suelo en la arena y puede ayudar a que las pendientes sean más estables.
Además, la masa del pilote puede reducir el movimiento de la tapa del pilote y la superestructura al tiempo que permite grandes rotaciones.
En general, los pilotes de talud pueden hacer que las estructuras sean más estables y resilientes, haciéndolas más resistentes a las fuerzas laterales y asegurándose de que duren mucho tiempo.
Usos de la pila de masa en la construcción y la ingeniería
En la construcción y la ingeniería, los pilotes de talud se utilizan a menudo para dar soporte a las estructuras y resistencia a las fuerzas laterales.
Estos pilotes se hincan en ángulo con respecto al plano vertical.
Esto los hace lo suficientemente fuertes para resistir momentos de vuelco causados por cargas de viento o terremotos.
En esta sección, hablaremos sobre las diferentes formas en que se pueden usar los pilotes de talud en la construcción y la ingeniería.
Estructuras de apoyo en alta mar
Las pilas de talud a menudo se usan para construir estructuras como plataformas petroleras, turbinas eólicas y estructuras flotantes que están en el mar.
Las fuertes fuerzas de las olas y el viento empujan estas estructuras, lo que puede causar grandes cargas laterales que deben detenerse.
Los pilotes de talud se utilizan para dar a estas estructuras la resistencia lateral requerida y asegurar que sean estables.
Torres de apoyo
Las torres, como las torres de transmisión y las torres de comunicación, también se construyen con pilotes de talud.
La mayoría de las veces, estas torres son altas y delgadas, lo que las hace vulnerables a las cargas de viento y terremotos.
Los pilotes de talud se utilizan para mantener la estructura estable bajo estas cargas y para asegurarse de que sea segura y dure mucho tiempo.
Puentes de apoyo
Cuando se construyen puentes, los pilotes de talud se utilizan a menudo para soportar estribos, pilares y otras partes de la estructura que están sujetas a cargas laterales.
El uso de pilas de talud asegura que el puente sea estable y seguro, especialmente en lugares donde hay muchos terremotos o vientos fuertes.
Estructuras marinas de apoyo
Las pilas de talud también se usan para construir cosas como embarcaderos, muelles y rompeolas que están en el agua.
A menudo se ejercen fuertes fuerzas de olas sobre estas estructuras, lo que puede causar grandes cargas laterales.
Los pilotes de talud se utilizan para dar a estas estructuras la resistencia lateral necesaria y asegurar su estabilidad.
Resistiendo la extensión lateral
En la construcción de ingeniería geotécnica, las pilas de talud también se pueden usar para evitar que el suelo se extienda hacia los lados.
En lugares con suelos débiles o muchos terremotos, la dispersión lateral puede causar mucho daño a los edificios.
Los pilotes de talud se utilizan para dar a la estructura la resistencia lateral necesaria y mantenerla estable.
Comparación de pilotes de masa y pilotes verticales
Comportamiento bajo Cargas Laterales
Cuando se compara con pilotes verticales y de talud positivo, se ha visto que los pilotes de talud negativo pueden manejar mejor las cargas laterales.
Con la misma carga, una pila de talud positivo tiene un 19 % más de probabilidades de doblarse que una pila vertical.
La pila no puede soportar tanto peso como una capa uniforme de arena gruesa porque tiene una fina capa de arena fina encima, lo que la hace menos resistente.
Fricción y Presión Pasiva de Tierra
Tanto para los pilotes verticales como para los taludes, la presión pasiva de la tierra se ve afectada por el roce de la superficie del pilote contra el suelo.
El rebozado típico (horizontal a vertical) de pilotes inclinados varía de 1:5 a 1:3, dependiendo de las condiciones del suelo y las necesidades de la estructura.
Resistencia a Cargas Laterales
Los grupos de pilotes con pilotes en talud y pilotes verticales son más resistentes a las cargas laterales en la dirección del talud o contra el talud que los grupos de pilotes con solo pilotes verticales.
Un grupo con montones de talud negativos es más resistente que un grupo similar con montones de talud positivos.
Factores que afectan el ángulo óptimo de la pila de masa
Factores que afectan el ángulo óptimo de la pila de talud en ingeniería
El mejor ángulo de masa para un proyecto depende de una serie de factores que son exclusivos de ese proyecto.
En esta sección, hablaremos sobre las cosas que afectan el mejor ángulo para una pila de masa para un proyecto determinado.
Relación de esbeltez del pilote
La relación de esbeltez (L/d) de un pilote inclinado determina cuánto se puede extraer.
La capacidad máxima de extracción disminuye a medida que aumenta la relación de esbeltez.
Densidad de arena
Hasta 20 grados de ángulo de talud, aumenta la capacidad de extracción de una pila de talud en arena.
Después de eso, comienza a bajar.
La relación entre la capacidad de extracción rugosa y suave disminuye a medida que aumenta la densidad de la arena.
Otros factores
Además de la relación entre el ancho del pilote y la profundidad y la densidad de la arena, el ángulo óptimo del pilote también puede verse afectado por:
- Condiciones del suelo.
- Requisitos estructurales.
- El tamaño y la dirección de las cargas en el lateral.
- Ángulo de fricción de la interfaz.
- Contenido de humedad.
Tamaño y forma de los granos.
Comprender la masa en la conducción de pilotes
Los tipos de pilotes, como los pilotes de rebozado, se hincan en ángulo con respecto al eje vertical para resistir las fuerzas horizontales.
En esta sección, hablaremos sobre las diferentes partes de los pilotes de rebozado que se utilizan para hincar pilotes.
Medición del ángulo de la masa
La mayoría de las veces, se usa una plantilla en el campo para medir el ángulo de la masa en una pila de masa.
El mejor ángulo de talud para un proyecto determinado depende de una serie de factores específicos del proyecto, como las condiciones del suelo, las necesidades de la estructura y el tamaño y la dirección de las cargas laterales.
Carga lateral y asentamiento
Las pilas de talud se utilizan para mover cargas inclinadas y fuerzas horizontales, y pueden cargarse lateralmente si el suelo a su alrededor se mueve.
Al determinar el mejor ángulo de talud para un proyecto, es importante pensar detenidamente en las condiciones del suelo y las necesidades estructurales del proyecto.
Impacto en el equipo
Cuando se usan pilas de rebozado, el pistón y el cilindro se desgastan más, lo que puede hacer que duren menos.
Al hincar pilas de rebozado, es posible que se necesite una extensión de cilindro para reducir el desgaste y hacer las cosas más seguras.
Distribución de la carga
En el diseño preliminar, las cargas de los pilotes de talud generalmente se consideran axiales.
Las cargas se pueden repartir entre pilas de talud y pilas verticales en un grupo usando un gráfico o usando métodos analíticos.
Se deben tener en cuenta la flexión secundaria y el movimiento de la tapa del pilote, especialmente cuando la tapa del pilote es rígida.
Medición de campo de la pila de masa
Medición de campo del ángulo de masa de una pila
Se puede usar una plantilla en el campo para medir el ángulo de la masa en una pila.
Para medir el ángulo, puedes usar un clinómetro o un nivel digital.
También puede usar una cinta métrica y una plomada para medir la profundidad y la distancia entre dos puntos de la pila.
Con esta información, puedes calcular el ángulo de masa de la pila.
También puede usar una estación total con un retículo de círculo concéntrico para medir con precisión el ángulo de inclinación de una pila sin detener la construcción.
Características de comportamiento de pilas de talud bajo carga vertical
Los investigadores han analizado cómo actúan las pilas individuales cuando se cargan desde arriba.
A medida que aumenta el ángulo de talud, la capacidad de extracción de los pilotes en bruto de talud construidos en arena densa aumenta y alcanza su valor máximo.
La relación de la capacidad máxima de extracción entre pilotes rugosos y lisos disminuye a medida que aumenta la densidad de la arena.
Método de optimización y ajuste para la orientación de pilotes.
También se ha utilizado un algoritmo genético para crear un método para optimizar y ajustar la orientación de los pilotes.
Con este método, las pilas de talud para un muelle soportado por pilas se pueden girar para que no se crucen en el espacio.
Al asegurarse de que las pilas de talud estén colocadas de la mejor manera, se puede mejorar la estabilidad y la seguridad del muelle.
En general, existen diferentes formas de medir el ángulo de talud de una pila en el campo, y se han realizado investigaciones para aprender más sobre cómo se comportan las pilas de talud bajo carga vertical.
La estabilidad y la seguridad de las estructuras que están sostenidas por pilotes de talud también se pueden mejorar al idear una forma de optimizar y ajustar la dirección de los pilotes.
Secuencia de trabajo de pilotaje marino
Sugerencia: Active el botón de subtítulos si lo necesita. Elija "traducción automática" en el botón de configuración, si no está familiarizado con el idioma hablado. Es posible que primero deba hacer clic en el idioma del video antes de que su idioma favorito esté disponible para la traducción.
Conclusión
En conclusión, las pilas de talud son una parte fascinante e importante de la ingeniería que merece nuestra atención y reconocimiento.
Desde la antigüedad hasta hoy, han demostrado que son importantes para garantizar que nuestros edificios sean seguros y estables.
A medida que enfrentamos nuevos problemas como el cambio climático, ciudades en crecimiento y nuevas tecnologías, las pilas de talud se convierten en una parte aún más importante de nuestra infraestructura futura.
Como estudiante de ingeniería o ingeniero, tiene el poder y la responsabilidad de contribuir a este legado de excelencia e innovación.
Así que la próxima vez que cruce un puente, conduzca junto a un muro de contención o mire hacia un edificio alto, piense en las pilas de talud.
Son los héroes anónimos que hacen posible todas estas cosas.
Una pila a la vez, sigamos superando los límites de la ingeniería.
Enlaces y referencias
Diccionario de Arquitectura y Construcción
Compartir en…
