CALCULO DE PILOTE PARA LA BARRERA ATENUADORA

Para el cálculo de la estructura es necesario utilizar el régimen extremal dado que debe soportar las cargas en caso de temporal.

Los datos de partida son los siguientes:

- Se estiman vientos no mayores a 150Km/h y cresta de ola no superior a 1.7m. - El terreno es un suelo arenoso.

Se considera que en la hinca se consigue un empotramiento del pilote.

La resistencia lateral del terreno se incrementa cuanto mas compacto es este. Una idea de esta resistencia la obtenemos de la operación de hinca ya que resulta que a mayor oposición a la hinca del pilote mayor resulta la compactación.

Los pilotes cumplen tanto la longitud de hinca como la resistencia para las condiciones tenidas en cuenta.

7.1 CALCULO DE ESFUERZOS

La metodología de cálculo de las acciones exteriores responde básicamente a las recomendaciones de la R.O.M. De esta forma se cuantifican las acciones externas ejercidas.

7.1.1 ACCIÓN DEL VIENTO

Según la tabla 3.2.2.11 Presión dinámica del viento en relación a la velocidad tenemos que: Vv,t = 150 Km/h →1040.5 Pa de presión dinámica del viento

A: área de la viga sometida al viento.

A = 3.3 x 0.8 = 2.64m² Entonces tenemos que la fuerza sobre cada viga de hormigón es:

F = P x A = 106.06 Kg/m² x 2.64 m² = 280.01 Kg

Cada viga soporta una fuerza de 280.01 Kg en bajamar que es la situación más desfavorable, y cada pilote soporta 6 vigas de hormigón (3 por cada lado). Por lo tanto, el pilote soporta una carga de viento de:

280.01 Kg x 6 = 1680.07 Kg.

La acción del viento que incide sobre el pilote es despreciable debido a su escasa área de exposición y su forma completamente redondeada.

Y D KT,1 KT,2 KT HT

11 11,5 0,369877 0,17 0,476998 0,801357 7 7 0,354487 0,33 0,567507 0,953411

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Grado en Tecnología de la Ingeniería Civil HORACIO PEQUEÑO PEREZ

7.1.2 ACCIÓN DEL OLEAJE

Según las recomendaciones de la R.O.M. la acción del oleaje es la siguiente:

𝐹𝑤 =

1

2

𝑥 𝑃𝑤 𝑥 𝑔 𝑥 (𝑅 𝑥 𝐻)² 𝑥 𝐿𝑒 Donde: Le = 0.80m Pw = 1026Kg/m³ R = (1−𝑇) 2 2 = 0.8 Hs =1.68m T = 4.02 Por lo tanto:

𝐹𝑤 = 1

2𝑥 1026 𝑥 9.8 𝑥 (0.8𝑥1.7) ² 𝑥 0.8 = 7438.94 𝑁 = 743.89 𝐾𝑔

Por lo tanto, cada pilote soporta una fuerza de oleaje de: 743.89Kg x 6 = 4463.34 Kg

7.2 CALCULO DE LA RESISTENCIA DEL PILOTE datos del pilote:

Pilote Ø = 762 mm E = 7.9 mm

Ix = Iy = 133052 cm4 Wx = Wy = 3492.18 cm³ A = 187.16 cm²

Cada pilote soporta el peso y los esfuerzos transmitidos por 2 vigas HEA320, 6 vigas de hormigón y 2 abrazaderas.

Se supone longitud de pilote sin hincar 13 m. Los esfuerzos son los siguientes:

Peso de las vigas de hormigón = 1800 Kg x 6 uds. = 10800 Kg Peso de los perfiles HEA (12m) = 1171.2 Kg

Peso de las abrazaderas metálicas = 310 Kg x 2 uds = 620 Kg. N = 10800 + 1171.2 + 620 = 12591.2 Kg F viento = 1680.07 Kg F oleaje = 4463.34 Kg Entonces: M = (1680.07 + 4463.34) x 1450 = 8951865 Kg cm

σ

Acero X-60 = 4210 Kg/cm²

𝜎

= 𝑁/𝐴 + 𝑀/𝑊 = 12591.2 𝑥 1.5 / 187.16 + 8951865 𝑥 1.5 / 3492.18 = 3946.017 𝐾𝑔/𝑐𝑚²

Por tanto, se cumple en Resistencia ya que 3946.017 Kg/cm² < 4210 Kg/cm²

7.3 CALCULO DEL PILOTAJE

Los pilotes que sirven de anclaje a los pantalanes están formados por tubos metálicos de acero X60 de 762 mm de diámetro y espesor 7.9 mm. Estos tubos se hincan en el fondo marino una distancia denominada cota de hinca que nos asegura el perfecto anclaje de los mismos. El esfuerzo principal al que está sometido un pilote, es una fuerza horizontal. Esta fuerza horizontal es debida a la acción del viento y al oleaje. Se determinará el esfuerzo máximo que puede resistir un pilote de las características indicadas.

Como base de cálculo se utiliza el método denominado Método de Oteo. Este método consiste en suponer un empotramiento ficticio del pilote a una profundidad que depende del terreno y de las dimensiones del pilote a hincar.

Se seguirá en todo lo concerniente al cálculo lo especificado en el libro Geotecnia y Cimientos III 1a parte (J. Antonio Jiménez Salas).

7.3.1 CALCULO EN SERVICIO DEL PILOTE

El Método de Oteo consiste en asimilar el pilote a una ménsula equivalente, de análogas características mecánicas, sometidas solo a las fuerzas exteriores y en el que la acción del suelo se transforma en un

empotramiento estructural ficticio. Este se sitúa a una profundidad L', desde la superficie del terreno, que es la que hay que calcular previamente.

Para terrenos uniformes, el módulo transversal G puede tomarse como uniforme en todo el terreno y por lo tanto un tercio del módulo elástico del suelo. En este caso de terreno rocoso puede situarse el empotramiento ficticio a una profundidad de 1.1 a 1.2 veces la longitud elástica o de 2.5 a 3 el diámetro del pilote, a partir de la superficie del terreno.

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A continuación, se muestra la equivalencia gráficamente del pilote a la ménsula empotrada.

Calculo de la longitud elástica:

Donde:

Le: Longitud elástica (m.)

Ep: Módulo de elasticidad del pilote (T/m2) Ip: Momento de Inercia (m4)

G: Modulo de deformación transversal del suelo (T/m2) En nuestro caso: Ep = 2.1 107T/m2.

Ip =  (Re

4

− Ri

4

)/4

Para pilote  762 mm y e = 7.9 mm. Ix = 133052 𝑐𝑚4_. G =E 3 Donde: E = 4 x n x Lo n = 500 (Se supone N.S.P.T. = 24-55) Lo = 3,4 𝐸 = 4 · 500 · 3,4 = 7000 𝑇 / 𝑚2 Entonces: 𝐺 = 7000 /3 = 2333 𝑇/ 𝑚2

Sustituyendo en la primera fórmula se obtiene Le

Le = (2.1𝑥107 _{𝑥 133052 𝑥 10}−8_{/ 2333)}1_{4 = 1,86 m}

Cumpliendo además que Lo ˂ 2 Le

Lo = 3,4 < 2 · 1,86 = 3,72

Calculando la longitud de hinca a una profundidad de 2.5 a 3 el diámetro del pilote, a partir de la superficie del terreno.

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𝐿 = 2,5 · 0,762 = 1,9 𝑚 𝐿 = 3 · 0,762 = 2,3 𝑚

Teniendo en cuenta la capa superficial de arena, se adopta un valor de 5 metros.

Calculo de L'

La longitud L' para considerar el pilote empotrado es:

𝐿′ = 1,2 · 𝑓 · 𝐿𝑒 = 1,2 · 1,7 · 1,86 = 3,75 𝑚

f = 1,7 (X = 0) f = 1,25(X = 0,5) f = 1 (X = 1)

Suponiendo el módulo E en la superficie sea cercano a 0 (caso más desfavorable), el grado de heterogeneidad del terreno será:

𝑋 = 𝐸𝑜 / 𝐸𝐼 = 0 / 3600 = 0

Con ello se consigue transformar el pilote en un elemento estructural equivalente, que puede introducirse, en caso de estar el pilote relacionado con otros elementos, en cualquier tipo de cálculo tradicional de estructuras. La longitud total desde el punto de momento máximo de pilote hasta el punto de altura máximo donde se aplican las cargas será.

𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐿′ + 𝑐𝑜𝑡𝑎 + 𝐶𝑀

Por lo tanto,

𝐿′𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,75 + 12,5 + 4 = 20,25 𝑚

La acción sobre el pilote es: 3,93 T, por lo tanto, el momento máximo será:

𝐹 · 𝐿′𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,93 · 20,25 = 79,58 𝑇𝑚

MOMENTO MÁXIMO REAL

Ahora calculamos el momento teórico máximo que soporta el pilote.

Debe tenerse en cuenta, en este método, que el momento máximo no está realmente situado en el punto en que se supone empotrado el pilote, ni su magnitud coincide con el momento de empotramiento de la viga equivalente a la que se ha asimilado el pilote, dada la relación de equivalencia utilizada para deducir L'. El momento máximo real puede obtenerse de una manera sencilla suponiendo que es el que

aparece en el punto de empotramiento virtual afectado de un coeficiente reductor, m.

𝑀

𝑚𝑎𝑥

= 𝑚 · ℎ · 𝐿′

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

Siendo m un coeficiente que depende de la longitud libre relativa del pilote se saca de la siguiente table el valor de m:

m = 0,9

M* = 0,9 ・ 79,58 = 71,63 T m

In document TítuloAmpliación y protección del puerto de Chapela (página 104-107)