Introducción
Los pilotes de tubería hincados son elementos de cimentación comúnmente utilizados para transferir cargas de estructuras en alta mar a través de, suelos compresibles en estratos portantes. Durante la instalación mediante atornillado por impacto, Los tapones de tierra cohesiva se cortan y compactan dentro de la pila, proporcionando una resistencia adicional significativa al eje. El análisis clásico de pilotes, como los métodos de ecuaciones de onda, no puede capturar la compleja interacción suelo-estructura que gobierna la formación de tapones y sus efectos en el comportamiento de conducción. Este estudio tiene como objetivo desarrollar un modelo de elementos finitos que simule el proceso de conducción de grandes deformaciones, arrojando luz sobre las variables que controlan las características del tapón y sus implicaciones para el diseño.
Revisión de la literatura
Experimentos anteriores identificaron tres zonas características de tapón formadas durante la conducción: una zona aplastada en la punta del pie, una zona central densamente compactada y una zona cortada cerca de la superficie del suelo (1). Los estudios también correlacionaron las dimensiones de los tapones con las propiedades del suelo, Energía de instalación y propiedades de la pila (2,3). Sin embargo, Las pruebas dinámicas de pilotes a gran escala siguen siendo un desafío. Los modelos de elementos finitos existentes simulan el comportamiento axial estático, Descuidar el suelo inducido por la conducción que cede es fundamental para la estabilidad del tapón cautivo (4). Los modelos de acoplamiento de la interfaz, la dilatación por cizallamiento capturaron aumentos de la capacidad axial, pero carecían de simulaciones de conducción dinámica (5). En general, El modelado preciso del proceso de conducción y la evolución de la interacción suelo-tapón requieren grandes análisis de deformación.
Desarrollo de modelos FE
Se desarrolló un modelo acoplado suelo-estructura utilizando ABAQUS/Explicit. El pilote de tubería de 2 m de largo tenía un espesor de pared de 75 mm y mallas de 800 mm de diámetro con elementos de cáscara de 4 nudos. La columna de tierra circundante de 15 m de largo estaba compuesta por elementos de ladrillo de 8 nudos con una malla refinada alrededor de la pila. Se utilizó el modelo de plasticidad del suelo MIT-E3, calibrado a partir de pruebas triaxiales. Los elementos de interfaz a lo largo de la pila simularon un comportamiento cohesivo por fricción con un criterio de falla que tiene en cuenta los efectos de dilatación a medida que aumenta la deformación por cizallamiento (6). Los impactos se aplicaron a través de cargas distribuidas en la parte superior de la pila sobre los historiales prescritos, coincidiendo con las energías de los martillos diésel.
Procedimiento de análisis
Un esquema de solución implícita dinámica incremental abordó la no linealidad extrema al tiempo que capturó grandes deformaciones del suelo. La disipación de energía en cada paso de tiempo determinó el desarrollo de plasticidad/compactación dentro del suelo que rodea y dentro de la pila durante la hinca. Los parámetros de salida incluían la evolución de la longitud de los pilotes instalados, la resistencia de hincado de pilotes y las respuestas transitorias, así como la geometría final del tapón del suelo y el perfil de densidad.
Resultados y Discusión
Cifra 1 muestra la instalación de la pila a 6 m de profundidad después de 200 Golpes, con el tapón final del suelo claramente visible dentro de la zona cautiva de 5 m de largo. Las densidades del suelo superaron los 2000 kg/m3 dentro de esta zona en comparación con los 1900 kg/m3 a 1 m de distancia, Confirmando el intenso mecanismo de compactación. La resistencia al hincado de pilotes frente a las curvas de profundidad coincidió con las tendencias experimentales, Útil para validar predicciones de capacidad. Los análisis paramétricos revelaron que la resistencia de la arcilla y las propiedades de la interfaz fueron las que más influyeron en la forma/extensión del tapón, mientras que la energía de conducción gobernaba los niveles de compactación.
Cifra 1. Malla FE deformada después de la conducción que muestra un tapón de suelo desarrollado
Una serie de simulaciones adicionales examinaron la transición de la obstrucción completa a la detención/expulsión del tapón con el aumento de la resistencia del suelo, la influencia del remoldeo y los efectos de la velocidad de deformación, así como las implicaciones para la capacidad de diseño. De particular interés, La estabilidad del tapón afectó los mecanismos de transferencia de carga cerca de la superficie del suelo, mientras que la capacidad atenuada de energía motriz aumenta por debajo de las profundidades de detención del tapón.
Conclusiones
Un enfoque de modelado de elementos finitos de gran deformación simuló con éxito la compleja interacción entre suelos cohesivos y pilotes de acero durantela conducción de impacto. Los resultados proporcionaron nuevos conocimientos sobre las propiedades del suelo, El comportamiento de la interfaz y la entrada de energía gobiernan las características de formación de tapones con la profundidad. Las comparaciones con los datos experimentales validaron la idoneidad de la técnica de modelado para analizar más a fondo el rendimiento de los pilotes hincados y el diseño optimizado. El trabajo futuro incluye la extensión de la metodología a los monopilotes en cimentaciones en alta mar.
El uso de pilotes tubulares en la construcción de cimientos ha sido una opción popular durante muchos años.. Los pilotes tubulares se utilizan para transferir la carga de una estructura a un lugar más profundo., capa más estable de suelo o roca.
Beneficios de las armaduras de tuberías El uso de armaduras de tuberías en la construcción ofrece varias ventajas notables: Resistencia y capacidad de carga: Las armaduras de tuberías son reconocidas por su alta relación resistencia-peso.. Los tubos interconectados distribuyen las cargas uniformemente., dando como resultado una estructura robusta y confiable. Esto permite la construcción de grandes luces sin la necesidad de excesivas columnas o vigas de soporte..
El estándar para tuberías sin costura para el transporte de fluidos depende del país o región en el que se encuentre., así como la aplicación específica. Sin embargo, Algunas normas internacionales ampliamente utilizadas para tuberías sin costura para el transporte de fluidos son: ASTM A106: Esta es una especificación estándar para tubos de acero al carbono sin costura para servicio de alta temperatura en los Estados Unidos.. Se utiliza comúnmente en plantas de energía., refinerías, y otras aplicaciones industriales donde están presentes altas temperaturas y presiones. Cubre tuberías en grados A., B, y C, con propiedades mecánicas variables según el grado. API 5L: Esta es una especificación estándar para tuberías utilizadas en la industria del petróleo y el gas.. Cubre tubos de acero soldados y sin costura para sistemas de transporte por tuberías., incluyendo tuberías para transportar gas, agua, y aceite. Las tuberías API 5L están disponibles en varios grados., como X42, X52, X60, y X65, dependiendo de las propiedades del material y los requisitos de aplicación. ASTM A53: Esta es una especificación estándar para tubos de acero galvanizados en caliente y negros sin costura y soldados utilizados en diversas industrias., incluidas aplicaciones de transporte de fluidos. Cubre tuberías en dos grados., A y B, con diferentes propiedades mecánicas y usos previstos. DE 2448 / EN 10216: Estas son las normas europeas para tubos de acero sin costura utilizados en aplicaciones de transporte de fluidos., incluyendo agua, gas, y otros fluidos. Leer más
Las tuberías sin costura para el transporte de fluidos están diseñadas para resistir varios tipos de corrosión según el material utilizado y la aplicación específica.. Algunos de los tipos más comunes de corrosión que estas tuberías están diseñadas para resistir incluyen: Corrosión uniforme: Este es el tipo de corrosión más común., donde toda la superficie de la tubería se corroe uniformemente. Para resistir este tipo de corrosión, Las tuberías suelen estar hechas de materiales resistentes a la corrosión., como acero inoxidable o revestidos con revestimientos protectores. Corrosión galvánica: Esto ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto entre sí en presencia de un electrolito., lo que lleva a la corrosión del metal más activo. Para prevenir la corrosión galvánica, Las tuberías pueden estar hechas de metales similares., o pueden aislarse entre sí mediante materiales o revestimientos aislantes. Corrosión por picadura: Las picaduras son una forma localizada de corrosión que ocurre cuando áreas pequeñas en la superficie de la tubería se vuelven más susceptibles al ataque., conduciendo a la formación de pequeños hoyos. Este tipo de corrosión se puede prevenir utilizando materiales con alta resistencia a las picaduras., como aleaciones de acero inoxidable con molibdeno añadido, o aplicando recubrimientos protectores. Corrosión por grietas: La corrosión por grietas ocurre en espacios estrechos o espacios entre dos superficies., semejante Leer más
Cribas de alambre tipo cuña, también conocido como pantallas de alambre de perfil, Se utilizan comúnmente en diversas industrias por sus capacidades de detección superiores.. Están construidos con alambre de forma triangular.,
2 7/8En J55 K55, la tubería de revestimiento de pozo perforado es uno de los principales productos de acero que fabricamos., se pueden usar para agua, aceite, campos de perforación de pozos de gas. Los espesores se pueden suministrar desde 5,51 a 11,18 mm según la profundidad del pozo del cliente y las propiedades mecánicas requeridas.. Normalmente están provistos de conexión roscada., como NUE o EUE, que será más fácil de instalar en el sitio. La longitud de los tubos de revestimiento perforados de 3 a 12 m está disponible para las diferentes alturas de las plataformas de perforación del cliente.. El diámetro del orificio y el área abierta en la superficie también se personalizan. Los diámetros de agujero más populares son 9 mm., 12milímetros, 15milímetros, 16milímetros, 19milímetros, etc..
