En la Ingeniería de la Fundación, es un requisito común calcular la longitud mínima de incrustación requerida para un polo o pila para resistir la carga lateral. Por ejemplo, considere un poste de luz que puede tener acciones verticales mínimas, ya que solo respalda su auto peso pero acciones laterales significativas debido al viento y un gran voladizo. Incluso si nuestro poste de luz es infinitamente fuerte, existe el riesgo de que la carga lateral pueda causar una falla en el suelo de soporte, lo que resulta en nuestro poste de luz sobre el derribo. Como resultado, debemos verificar que nuestro poste esté lo suficientemente profundo para las fuerzas y la geología en nuestro problema.

La estabilidad de la pila lateral depende principalmente de los siguientes factores:

• Longitud de pila (L)
• Diámetro de pila (re)
• En cuanto a las propiedades mecánicas (do')
• Ángulo de fricción interna del suelo (Fi)
• Peso unitario del suelo (C)
• Carga horizontal en la parte superior de la pila (H)
• Momento en la cima de la pila (M)

La pila puede fallar debido a la carga lateral de tres maneras diferentes.. Los modos de falla son:

• falla geotécnica (ocurre para una pila fuerte sin una embarcación suficiente)
• falla de corte estructural (poco probable, pero una pila podría fallar en la cizalla, Se proporciona un diagrama de fuerza de corte para que se puedan revisar las fuerzas de corte)
• falla de flexión estructural (más probable, Pero si se tiene en cuenta una bisagra de plástico utilizando el método Broms, esto podría estar bien)

Por el resto de este blog, principalmente nos preocuparemos por el fracaso geotécnico para una pila. También determinaremos la fuerza de corte máxima y el momento de flexión en la pila para que luego podamos verificar que la capacidad estructural sea suficiente.

A medida que una fuerza lateral comience a actuar sobre una pila, la resistencia pasiva de un suelo comenzará a desarrollarse en la base de la pila. La forma en que se calcula la resistencia pasiva del suelo es una de las principales diferencias entre los broms y el método Brinch Hansen.

Como límite superior, podemos suponer que toda la resistencia pasiva actúa en un solo lado. Si nuestra pila no puede resolver estas fuerzas, entonces no es estable y no se requieren más verificaciones. Un diagrama para los diferentes métodos de estabilidad de la pila, suponiendo que la resistencia pasiva esté en un lado de la pila se muestra a continuación.

Para Brinch Hansen, los cálculos son un poco complicados de hacer a mano, pero para los broms resolver las ecuaciones a mano es más posible con la presión de tierra pasiva calculada a partir de las siguientes fórmulas.

Para broms granulares:

• PAG_z = 3 * re * C * z * K_pag
• K_pag = bronceado²(45 + Φ/2)

Para broms cohesivo:

• PAG_z = 9 * c_tu * re (Donde la parte superior 1.5 * D La profundidad de la pila tiene pz = 0)

Después de haber calculado las presiones de la tierra a lo largo de la pila, ahora debemos considerar cómo podría girar la pila. A cierta profundidad habrá un punto en el que la pila gira. Debajo del punto de rotación, las presiones pasivas actuarían a la izquierda de la pila en la misma dirección que la fuerza aplicada y por encima del punto de rotación, las presiones pasivas actuarían a la izquierda de la pila en la dirección opuesta a la fuerza aplicada. Este punto de rotación es un desconocido que necesitaremos resolver.

Podemos resolver el punto de rotación utilizando nuestras condiciones de contorno para el problema. Esperamos que la pila sea estable, la suma de todas nuestras fuerzas horizontales 0. También esperamos que la suma de nuestros momentos también sea 0, En el caso de nuestra pila anticipamos 0 momentos en la parte inferior de la pila y un momento de m en la parte superior de la pila.

El método Brinch Hansen implica sumar las fuerzas horizontales a 0 tal que el diagrama de la fuerza de corte comienza en la carga horizontal y termina en un 0 En el fondo de la pila. Una vez que hayamos encontrado el punto de rotación a través de este método, podemos interpretar el diagrama de momento de flexión para ver cuál es el momento máximo que la pila podría mantener para esta fuerza de corte.

El método BROMS es ligeramente diferente, ya que se considera la suma de los momentos de flexión para determinar el punto de rotación. Luego se revisa el diagrama de la fuerza de corte para ver cuál es la carga lateral máxima que la pila puede sostener.

Se pueden utilizar factores de reducción como un factor de seguridad para reducir las presiones de tierra pasiva que se consideran actuar sobre la pila. Una vez que las presiones pasivas se han reducido a una cantidad permitida, los cálculos pueden proceder como normales.

El método Brinch Hansen es bueno cuando se puede suponer que la pila es infinitamente rígida. Si se deben considerar las bisagras de plástico o los cálculos desean compararse con los cálculos manuales, el método de cálculo de BROMS es más adecuado.

Dependiendo del modo de falla de la pila, los diferentes enfoques pueden ser adecuados para aumentar la capacidad de una pila.

Un enfoque podría ser aumentar el diámetro de la pila. Por ejemplo, para un poste de cerca de acero hueco circular, es una práctica común incrustarlo en una base de concreto con un diámetro mayor que el poste. Esto ayuda a que la cerca sea estable contra la carga lateral.

Otro enfoque es aumentar la longitud de la incrustación de la pila. Cuando la pila no falla estructuralmente, esto aumentará la cantidad de presión de tierra pasiva que actúa sobre la pila y ayudará a aumentar la resistencia de las pilas.

Un método más difícil es aumentar la resistencia del material geotécnico que a menudo no es práctico. Esto podría significar usar relleno controlado alrededor de un poste o incluso un relleno estabilizado de cemento si es necesario.

La calculadora de capacidad de pila lateral SkyCiv tiene muchas características y capacidades:

• Cargas y momentos laterales: La calculadora explica el impacto de las cargas y momentos laterales, Proporcionar una evaluación precisa de la estabilidad de la Fundación en tales condiciones.
• Optimizador incorporado: Optimizar automáticamente la longitud mínima de una pila o una carga horizontal máxima
• Métodos: Use el método Broms o Brinch Hansen y compare los resultados entre ambos cálculos
• Múltiples capas del suelo: Para el cálculo de Brinch Hansen, use múltiples capas del suelo
• Bisagras de plástico: Para el método BROMS muestra el efecto de las bisagras de plástico en la distribución de la carga en la pila

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