PILAS Y PILOTES

PILAS Y PILOTES

DOCENTE:

Ing. Ovidio Serrano Zelada

Integrantes

ANDONAIRE CASTILLO ANDONY

HERRERA QUINTOS EISER

JIMENEZ VILLEGAS WALTER

MOSQUERA VISALOT MARLON

ZAPATA ALARCON LUIS

LAMBAYEQUE-MAYO DEL 2015

INTRODUCCION

Cuando comenzamos a realizar las excavaciones para la ejecucin de una obra, nos podemos topar con diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar. En este proceso se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno no firme, o difcilmente accesible por mtodos habituales; para solucionar estos tipos de dificultades usamos los pilotes o pilas,

A pesar del costo el uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural

PILOTES

DEFINICIN

Se denomina pilote al elemento constructivo de cimentacin profunda de tipo puntual utilizado en obras, que permite transmitir las cargas de la superestructura e infraestructura a travs de estratos flojos e inconsistentes, hasta estratos ms profundos con la capacidad de carga suficiente para soportarlas; o bien, para repartir estas en un suelo relativamente blando de tal manera que atraviesen lo suficiente para que permita soportar la estructura con seguridad.

CONDICIONES DEL SUELO QUE REQUIERE LA CIMENTACIN PROFUNDA

Las cimentaciones por pilotaje se utilizan cuando sucede alguna de las siguientes condiciones:

a) Transferir cargas de la superestructura y del resto de la infraestructura a travs de estratos dbiles o compresibles, a travs del agua o aire, hasta estratos inferiores con la suficiente capacidad de carga como para soportar la estructura, comportndose el pilote como una extensin de columna o pilar. Estos estratos inferiores pueden ser rocas, arcillas duras o suelos de baja compresibilidad. Al pilote que reposa sobre estos estratos se le denomina "pilote de punta", (fig a).

b) Cuando no se encuentra un lecho rocoso a una profundidad razonable debajo de la superficie del terreno, se usan los pilotes para transmitir gradualmente la carga estructural al suelo. La resistencia a la carga estructural aplicada proviene principalmente de la resistencia a la friccin desarrollada en la interfaz suelo-pilote. Este tipo de pilote se le denomina "pilote de friccin" y a su vez se puede subdividir, segn Terzaghi, en pilotes de friccin en suelos de grano grueso muy permeable y pilote de friccin en suelos de grano fino o de baja permeabilidad. En la naturaleza es difcil encontrar estratos de suelos homogneos, por lo que no existe un lmite real entre estas categoras. (figura b).

c) En situaciones donde el suelo alrededor de un pilote lo mueve hacia abajo, a esto se le denomina "friccin negativa", esta friccin tiende a hundir el pilote y si ste no puede penetrar ms, en la punta del pilote se generar una presin concentrada. Este caso se puede presentar cuando se hinca un pilote en un estrato blando en cuya superficie se coloca un relleno que consolide el terreno, entonces ste al consolidarse generar en las caras del pilote unas fuerzas de friccin hacia abajo que se denominan friccin negativa. (figura c)

d) Proporcionar anclaje a estructuras sujetas a subpresiones, momentos de volteo o cualquier efecto que trate de levantar la estructura. Cuando estn sometidas a fuerzas horizontales, las cimentaciones con pilotes resisten por flexin mientras soportan an la carga vertical transmitida por la estructura (figura d) o por grupos de pilotes verticales e inclinados que actan como un sistema estructural, combinando las resistencias axiales y laterales de todo el grupo (figura e). Este tipo de situacin se encuentra generalmente en el diseo y construccin de estructuras de retencin de tierra y en la cimentacin de estructuras de gran altura que estn sometidas a fuerzas grandes de viento y/o ssmicas.

e) Cuando existe peligro inminente de licuacin de suelos, es decir, presencia de arenas sueltas y nivel fretico alto, presencia de suelos colapsables, problemas de socavacin, presencia de suelos expansivos u otros efectos. (figura f)

f) Los Para evitar los daos que puede producir una futura excavacin a la cimentacin de una edificacin adyacente; en este caso el pilote lleva la carga de la cimentacin debajo del nivel de excavacin esperado (figura g)

CLASIFICACIN

SEGN EL MATERIAL

Pilotes de acero

Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de perfiles H laminados. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados. Las vigas de acero de patn ancho y de seccin I tambin se usan; sin embargo se prefieren los perfiles H porque los espesores de sus almas y patines son iguales.

Debido a su alta resistencia y ductilidad, los pilotes de acero pueden hincarse en suelos duros y soportar grandes cargas. Tambin su resistencia en traccin es ms alta que cualquier otro tipo de pilote, por ello, son esencialmente apropiados para aplicaciones con grandes cargas de traccin.

Los pilotes de acero son sencillos de unir, por consiguiente, constituyen una buena opcin cuando la longitud requerida es mayor que 18m. El constructor simplemente hinca la primera seccin, luego suelda con la siguiente seccin y contina hincando. Existen ciertos empalmes especiales de acero que agilizan esta operacin.

Los pilotes de acero tienen la desventaja de que son costosos y ruidosos cuando se hincan. En ciertos medios, pueden estar sujetos a corrosin.

Algunas propiedades de los pilotes de acero:

Longitud usual: 15 a 60 m

Carga usual: 300 a 1200KN ( 30 a 120 ton)

Capacidad admisible (tambin conocida como permisible) estructural para pilotes de acero

As = rea de acero de la seccin transversal del acero

fs = esfuerzo admisible de acero ( 0.33 a 0.5 fy)

Pilotes de concreto

Los pilotes de concreto son elementos de concreto reforzado prefabricado o vaciados in situ. Usualmente tienen una seccin transversal cuadrada u octogonal.

Se subdividen en:

Prefabricados

Algunas propiedades generales de los pilotes de concreto prefabricados son las siguientes:

Longitud usual: 10 a 15 m

Carga usual: 300 a 3000 kN ( 30 a 300 ton)

Actualmente los pilotes pretensados son una buena alternativa, stos tiene mayor resistencia en flexin y son consecuentemente menos susceptibles a daarse durante su manipuleo e hincado. Usualmente, el pretensado es una mejor opcin que el postensado porque permite el corte de los pilotes, si fuera necesario, sin afectar la fuerza del pretensado.

Algunos aspectos generales de pilotes de concreto pretensados:

Longitud usual: 10 a 45 m

Longitud mxima 60 m

Carga mxima 7 500 a 8 500 kN

Fabricados in situ.

Los Pilotes colocados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenndolo con concreto. Diferentes tipos de pilotes de concreto fabricados in situ se usan actualmente en la construccin y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes.

Estos se dividen en dos amplias categoras:

Pilotes fabricados in-situ mediante tubos recuperables

La construccin de este tipo de pilotes se efecta hincando en el suelo un tubo de acero provisto de una punta. la cual puede ser recuperable o no de acuerdo a su forma. A medida que el tubo se llena de concreto fresco, ste se retira progresivamente. Entre stos se tiene: pilote Simplex, pilote Express, pilote Vibro y pilote Franki; que son los ms usados. Estas patentes se diferencian en el procedimiento de llenado y compactacin del concreto as como en el proceso de extraccin del tubo.

Pilotes fabricados in-situ mediante tubos no recuperables

Se usan cuando es preciso proteger el concreto de agentes erosivos como aguas subterrneas o suelos agresivos. Se utiliza una camisa de proteccin de chapa ondulada la cual una vez hincada queda junto con el hormign. Este procedimiento es ms caro y debe emplearse en casos muy especficos. El proceso de construccin de estas piezas es similar al anterior slo que antes de vaciar el concreto se introduce en el tubo de hincado la chapa ondulada o sta se hinca (ver figura 12.25). Entre estos pilotes se tiene: pilote "Buttonbottom", pilote "Pedestal", pilote "Cobi" de mandril neumtico y los pilotes Raymond, los ms usados.

Pilotes de madera

Los pilotes de madera fueron los primeros en ser utilizados. Actualmente son usados en zonas en las que constituyen una alternativa adecuada, por economa y eficiencia frente al concreto y el acero. El pilote debe cortarse siguiendo exactamente las fibras de la madera, direccin en la cual sta tiene mayor resistencia.

Los pilotes de madera se protegen contra insectos, larvas marinas, moluscos terenides, teredo, etc. Para ello, se utilizan, bsicamente, dos mtodos: la proteccin mecnica mediante recubrimiento del pilote y la proteccin qumica con creosota, pentaclorofenol u otros productos similares.

Los pilotes de madera tienen el inconveniente que:

Soportan mal las variaciones de sequa y humedad, sin embargo trabajan bien cuando estn permanentemente bajo agua.

Sus dimensiones estn limitadas.

La sustitucin de pilotes carcomidos bajo una cimentacin precisa de trabajos subterrneos y de recalce de cimentaciones que son lentos y caros.

Pilotes compuestos

Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos estn hechos de diferentes materiales, por ejemplo; se fabrican de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten en una porcin inferior de acero y en una porcin superior de concreto colado en el lugar. Este tipo es el usado cuando la longitud del pilote requerido para un apoyo adecuado, excede la capacidad de los pilotes simples de concreto colados en el lugar. Los de madera y concreto consisten en una porcin inferior de pilote de madera debajo del nivel permanente de agua y en una porcin superior de concreto. En cualquier caso, la formacin de juntas apropiadas entre dos materiales es difcil y por eso, los pilotes compuestos no son muy usados.

Existen tambin los pilotes compuestos de acero y plstico, consisten en un corazn tubular de acero rodeado por una cubierta de plstico. La cubierta de plstico est conformada por material reciclado. Este tipo de pilote ha sido usado exitosamente en aplicaciones en contacto con el agua, donde su resistencia a la accin de organismos marinos, putrefaccin y abrasin, adems de su mayor resistencia, los convierte en pilotes superiores que los de madera. Aunque el costo de los materiales de estos pilotes es mayor, su largo perodo de vida til y buen estado de conservacin los convierte en una alternativa ms atractiva que los pilotes de madera.

SEGN EL METODO DE INSTALACION

Pilotes hincados (Por golpes de martillo).

Consisten en unidades prefabricadas, usualmente de madera, concreto o acero, hincados hacia el suelo mediante martillos a vapor, neumticos, diesel, o vibratorios.

Ventajas

El material del pilote puede ser inspeccionado antes de introducirlo en el suelo.

Es estable en suelo exprimible.

No se daa con el levantamiento del terreno ocasionado por el hundimiento de pilotes adyacentes.

El procedimiento de construccin no se ve afectado por el agua subterrnea.

Pueden ser llevados fcilmente por encima del nivel del terreno, especialmente en estructuras martimas.

Pueden ser hundidos en longitudes muy largas.

Desventajas

Se pueden romper durante hundimientos difciles, o peor an pueden sufrir daos mayores no visibles en condiciones difciles de hundimiento.

No son econmicos si la cantidad de material en el pilote depende de los esfuerzos de manejo y hundimiento ms que de los esfuerzos de la carga permanente.

El ruido y la vibracin durante el hundimiento pueden causar molestias o daos.

El desplazamiento de suelo durante el hundimiento de pilotes en grupo puede daar estructuras adyacentes o causar levantamiento de pilotes adyacentes al levantar el suelo.

No pueden ser hundidos en dimetros muy grandes.

No se pueden hundir en condiciones de poco espacio.

Pilotes hincados y vaciados in situ:

Hincado de una seccin hueca (envoltura de acero delgado), que luego de ser rellenada por el concreto se retira. El tubo, llamado tambin camiseta, puede ser o no removido.

Ventajas

La longitud se puede ajustar fcilmente hasta alcanzar niveles variables en el estrato de carga.

El tubo se hunde con un extremo cerrado, evitando el paso del agua subterrnea.

Es posible formar una base agrandada en la mayora de los tipos.

El material del pilote no est determinado por los esfuerzos de manejo o hundimiento.

El ruido y la vibracin se pueden reducir en algunos tipos.

Desventajas

Puede ocurrir un desgaste o estrechamiento en el suelo a menos que se tenga mucho cuidado al colar con concreto el cuerpo del pilote.

El fuste de concreto se puede debilitar si hay un gran flujo de agua artesiana hacia el exterior de ste.

El concreto no puede ser inspeccionado despus de terminado.

Existen limitaciones en la longitud de hundimiento en la mayora de los tipos.

El desplazamiento del concreto puede daar el concreto de pilotes adyacentes o causar levantamiento de los mismos al levantar el suelo.

El ruido, la vibracin y el desplazamiento del suelo puede causar molestias o daos a estructuras adyacentes.

No pueden ser utilizados en estructuras de ros o mares sin adaptaciones especiales.

No se pueden hundir en dimetros muy grandes.

No se pueden hacer ampliaciones muy grandes en los extremos.

No pueden ser hundidos en condiciones de poco espacio.

Pilotes perforados y vaciados in situ:

Remueven el suelo por perforacin, para posteriormente ser rellenados de concreto.

Ventajas

La longitud puede ser variada fcilmente para adaptarse a las diversas condiciones del suelo.

El suelo removido durante la perforacin puede ser inspeccionado, de ser necesario, se puede muestrear o realizar pruebas in situ.

Se pueden instalar en dimetros muy grandes.

Son posibles alargamientos de hasta dos o tres dimetros en arcillas.

El material del pilote no depende de las condiciones de manejo o hundimiento.

Se pueden instalar en grandes longitudes.

Se pueden colocar sin ruido, ni vibracin apreciables.

Se pueden instalar en condiciones de poca altura libre.

No existe el riesgo de levantamiento del suelo.

Desventajas

Son susceptibles a desgaste o estrechamiento en tierra exprimible.

El concreto no se instala en condiciones ideales y no puede ser inspeccionado luego.

El agua bajo presin artesiana puede empujar el cuerpo del pilote lavando el cemento.

No se pueden formar extremos alargados en materiales no cohesivos.

No se pueden extender fcilmente sobre el nivel del suelo, especialmente en estructuras de ros y mares.

Los mtodos de perforacin pueden aflojar suelos arenosos o gravosos.

En algunos casos se debern emplear lodos bentonticos para estabilizar el suelo.

Pilotes tornillos:

Son pilotes roscados en el suelo. Se instala con maquinaria especial y con una hlice adosada a un mandril.

ESTIMACIN DE LA LONGITUD DEL PILOTE

Seleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas bastante difciles que requieren buen criterio

Los pilotes se dividen en tres categoras principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo: pilotes de punta, de friccin, de compactacin.

a) Pilotes de punta

Si los registros de perforacin establecen la presencia de roca o material rocoso en un sitio a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan hasta la superficie de la roca.

En este caso la capacidad ltima de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; por lo cual se denominan pilotes de punta. En la mayora de estos casos, la longitud necesaria del pilote puede establecerse con bastante precisin.

Si en vez de un lecho rocoso se encuentra un estrato de suelo de suelo bastante compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro.

Los pilotes con pedestales se construyen sobre el lecho del estrato duro y la carga ltima del pilote se expresa como

Donde:

= carga transferida por la punta del pilote

= carga transferida por la friccin superficial desarrollada en los lados del pilote (causada por la resistencia cortante entre el suelo y el pilote)

Si Qs es muy pequea

En este caso, la longitud requerida de pilote se estima con mucha precisin si se dispone de los registros de exploracin del subsuelo.

b) Pilotes de Friccin o Fuste

Cuando no se tiene un estrato de roca o material duro a una profundidad razonable en un sitio, los pilotes de punta resultan muy largos y antieconmicos. Para este tipo de condicin en el sub suelo, los pilotes se hincan en el material ms blando a profundidades especficas.

La carga ltima resulta:

Debido a que Qp es relativamente pequeo

La longitud de estos pilotes depende de la resistencia al cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamao del pilote.

c) Pilotes de compactacin

Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactacin apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de compactacin.

La longitud depende de los factores como

La compacidad relativa del suelo antes de la compactacin

La compacidad relativa deseada del suelo despus de la compactacin

La profundidad requerida de compactacin

ECUACIONES PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE

El primer paso en el diseo de pilotes es calcular la capacidad de carga ltima de pilotes individuales. Despus de calculada la capacidad de carga ltima, deber determinarse la capacidad de carga admisible del pilote.

La capacidad de carga ltima Qu de un pilote est dada por la ecuacin

Dnde:

Qp = Capacidad de Carga de la punta del pilote

Qs = Resistencia por friccin (friccin superficial) generada en la interfaz suelo pilote.

La capacidad de carga ltima de cimentaciones superficiales est dada de acuerdo a las ecuaciones de Terzaghi.

Similarmente la ecuacin general de capacidad de carga segn la forma sugerida por Meyerhof.

Donde: se llaman factores de capacidad de carga debido a la cohesin, sobrecarga y al peso del suelo.

Capacidad de carga de la punta, Qp

Las cimentaciones con pilotes son profundas. Sin embargo, la resistencia ultima por rea unitaria desarrollada en la punta del pilote se expresa por una ecuacin similar en forma a la ecuacin general sugerida por Meyerhof, aunque los valores de sern diferentes.

La nomenclatura usada para el ancho de un pilote es D por B en la ecuacin general de la capacidad de carga ltima.

Como el ancho D de un pilote es relativamente pequeo, el trmino se cancela del lado derecho de la ecuacin anterior sin introducir un serio error, entonces tenemos

Observe que el trmino q fue reemplazado por q en la ecuacin anterior para indicar un esfuerzo vertical efectivo. Por consiguiente, la carga de punta de pilotes es.

Donde: Ap = ara de la punta del pilote

c = cohesin del suelo que soporta la punta del pilote

= resistencia unitaria de punta

q = esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote

= factores de capacidad de carga

Resistencia por friccin o fuste, Qs

La resistencia por friccin superficial de un pilote se expresa como

Donde: Ss = esfuerzo lateral (resistencia unitaria por friccin a cualquier

profundidad Z).

p = permetro de la seccin del pilote

L = longitud incremental del pilote sobre el cual p y f se

consideran constantes

f = resistencia unitaria por friccin a cualquier profundidad Z

Correlaciones empricas segn Meyerhof propuso una manera sencilla para determinar la resistencia por friccin a partir de los datos obtenidos en una prueba de penetracin estndar, expresada en la siguiente ecuacin.

Qs= Resistencia por friccin

N = Nmero de golpes, N, para penetrar 30 cm del estrato intermedio

As= El permetro del pilote

L = Longitud del pilote

Mtodos para estimar Qp y Qs

Capacidad de Carga ltima de un Pilote en Suelo Granular

La capacidad de carga ltima de un pilote est compuesta por la resistencia a la friccin y la resistencia en la punta. En suelos granulares la resistencia por punta es generalmente mayor que la resistencia por friccin lateral, luego:

Capacidad de Carga de la Punta Qp

Para pilotes en arena, c= 0

La variacin de Nq* con el ngulo de friccin del suelo se muestra en la figura siguiente, Qp no debe exceder el valor lmite, es decir.

La resistencia de punta lmite es:

Donde:

Pa = presin atmosfrica (100KN/m2 O 2000lb/pie2)

= ngulo efectivo de friccin del suelo del estrato de apoyo

En el clculo de la resistencia por punta, el tercer trmino de la ecuacin de Meyerhof (relacionado a la friccin en la base) es relativamente pequeo para pilotes largos y esbeltos, por lo que usualmente se ignora. Luego, la resistencia en la base es:

pb = esfuerzo efectivo de sobrecarga en la base del pilote.

Ab = rea de la base del pilote.

Los valores de se obtienen de los resultados del ensayo de penetracin estndar (sin aplicar correcciones por profundidad, nivel fretico o contenido de limo).

Los valores de Nq de Meyerhof tienden a ser extremadamente altos para cimentaciones por pilotes, cuando se comparan con fallas reales, por lo que los valores obtenidos por Berezantsev (1961), son ms adecuados. El valor mximo de resistencia por punta a ser usado es de 1,100 KN/m.

Capacidad de Carga por fuste Qs

La capacidad de carga ltima de un pilote est compuesta por la resistencia a la friccin y la resistencia por punta. En suelos granulares la resistencia por punta es generalmente mayor que la resistencia por friccin lateral, luego:

Donde la resistencia unitaria por friccin f en arenas, es difcil de estimar debido a que depende de varios factores:

La friccin lateral f a la profundidad z est dada por:

Donde:

K = coeficiente lateral de tierra, la relacin de la presin lateral a vertical en los lados del pilote.

= esfuerzo efectivo vertical a la profundidad z.

= ngulo de friccin entre el pilote y el suelo = 0.8

El coeficiente K de presin lateral de tierra que fue determinado por observaciones de campo, se da en la siguiente figura.

Capacidad de Carga ltima de un Pilote en Suelo Cohesivo

La capacidad de carga ltima de un pilote est compuesta por la resistencia a la friccin y la resistencia en la punta. En arcillas la resistencia por friccin es mucho mayor que la resistencia por punta. Luego

La resistencia por punta se obtiene de la ecuacin de Meyerhof (1953) para la capacidad portante de suelos cohesivos.

Capacidad de Carga de la Punta Qp

Acilla ( = 0)

Cu = resistencia cortante inalterada en la base del pilote.

Nc = factor de capacidad de carga, generalmente se toma = 9.

Ap = rea de la punta del pilote.

Capacidad de Carga por fuste Qs

Mtodo

De acuerdo con ste, la resistencia unitaria superficial en suelos arcillosos se representa por la ecuacin.

Donde = factor emprico de adhesin

As = rea superficial lateral empotrada del pilote

Factores de Adhesin para pilotes excavados (TOMLINSON).

Se usa un factor de adhesin de 0.45 para pilotes excavados en muchas arcillas; aunque para pilotes cortos en arcilla muy fisurada, un valor de 0.3 es ms usual. Se han reportado valores de 0.49 a 0.52 para arcilla de California. Para arcilla dura puede ser tan bajo como 0.1.

Tomlinson recomienda utilizar un valor de 0.45 si no se tiene experiencia previa con la arcilla, hasta un valor mximo de 100 KN/m2. Esto puede ser conservador para arcillas blandas y optimista para arcillas muy rgidas y fisuradas.

Capacidad de Carga Admisible de un Pilote

La capacidad admisible se obtiene dividiendo la carga ltima por un factor de seguridad. Los factores de seguridad se pueden aplicar a la capacidad de carga ltima o a las capacidades de carga por friccin y por punta separadamente. La capacidad de carga admisible se toma como la menor de:

Donde: Qs y Qp son las cargas ltimas por friccin y por punta respectivamente. El valor de Qs en la primera ecuacin se basa en factores que utilizan valores promedio de resistencia cortante, mientras que en la segunda ecuacin se emplean valores en el rango bajo de la resistencia cortante.

Las frmulas de capacidad de carga de pilotes solo presentan un rango aproximado de la capacidad de carga ltima. Excepto cuando se hincan pilotes hasta el rechazo, es usual realizar por lo menos un ensayo de carga en cada sitio. Se pueden hincar pilotes de prueba y ensayarlos hasta la falla. En base a los resultados alcanzados, el ingeniero puede decidir la modificacin de las longitudes requeridas.

Es preferible demorar el ensayo de los pilotes tanto cuanto sea posible despus del hincado, para permitir el asentamiento del pilote. Esto no es importante en pilotes en suelo granular, donde no son significativos los efectos del tiempo, pero en limos y arenas limosas la capacidad de carga ltima de un pilote puede ser mucho ms alta inmediatamente despus del hincado, que una vez que ha transcurrido un perodo de tiempo. En arcillas lo contrario es usualmente (pero no siempre) cierto; la capacidad portante aumenta con el tiempo, particularmente en arcillas blandas o sensibles.

Para un grupo de pilotes debe verificarse la capacidad portante del grupo como un todo.

FRICCION NEGATIVA

La friccin negativa puede ocurrir en los siguientes casos:

a) Un pilote hincado a travs de una arcilla blanda sensible llega a un estrato relativamente incompresible. El remoldeo de la arcilla durante el hincado puede ser suficiente para causar asentamiento. Las arcillas blandas marinas o de estuario pueden ser particularmente susceptibles a desarrollar friccin negativa.

Factor de Capacidad Portante de Berezantsev, Nq

b) Un pilote hincado a travs de una arcilla blanda llega a un estrato relativamente incompresible con sobrecarga en la superficie. Normalmente una arcilla blanda que suprayace a una arcilla dura no tiene problemas. Sin embargo, la carga en la superficie producir asentamiento que puede generar friccin negativa en el pilote. El drenaje de reas pantanosas puede tener un efecto similar.

c) Un pilote hincado a travs de relleno recientemente colocado llega a un estrato compresible o relativamente incompresible. La friccin negativa resultar de la consolidacin del relleno. En rellenos antiguos la friccin negativa disminuye o no existe.

Actualmente es imposible predecir con precisin la friccin negativa que se producir en un pilote. Sin embargo, la mxima fuerza que se desarrollar por friccin negativa puede evaluarse si se asume la distribucin de esfuerzos de friccin propuesta por Tomlinson (1987). Aunque dicho autor diferencia los casos entre estrato compresible e incompresible en la base, el mismo procedimiento puede emplearse en todos los casos con suficiente precisin.

La mxima carga hacia abajo producida por friccin negativa que se permite para propsitos de diseo puede calcularse asumiendo la distribucin de esfuerzos mostrada en la Figura:

La friccin (o adhesin) en los puntos A y B, que corresponden a las resistencias cortantes pico y residual del suelo respectivamente, sern:

fA = cp y fB = cr

Donde cp y cr son las resistencias cortantes pico y residual y es un factor de adhesin, generalmente tomado como 1.

Luego la fuerza hacia abajo en el pilote causada por friccin negativa ser:

[ ( 0.1 H x cp ) + ( 0.1 H x b cr ) + ( 0.8 H x ( cp + cr ) ) ] S= 0.45 H ( cp + cr ) S

Distribucin asumida de la friccin negativa

Donde S es la circunferencia del pilote.

Cuando se calcula la longitud requerida del pilote, la friccin negativa debe aadirse a la carga permisible.

Los efectos de la friccin negativa pueden reducirse o eliminarse si se protege la seccin del pilote dentro del relleno o de la arcilla blanda. Como alternativa se puede cubrir el pilote con una membrana plstica de baja friccin o con una capa de bitmen. Si se emplea bitumen debe tenerse mucho cuidado en su aplicacin para asegurar que ste se adhiere bien al pilote y tiene un espesor mnimo de 3 milmetros.

CAPACIDAD DE CARGA DE GRUPOS DE PILOTES

Eficiencia de Grupo

Este valor est definido por:

Suelos Granulares

Los pilotes hincados compactan al suelo granular, aumentando su capacidad portante. Ensayos en modelos han demostrado que los factores de eficiencia de grupo de pilotes hincados en arena pueden llegar hasta 2. En pilotes excavados, la accin de excavacin ms bien reduce que aumenta la compactacin, por lo que el factor de eficiencia de grupo es difcil que sea mayor que 1.

En diseo se usa un factor de eficiencia de grupo de 1 para todo tipo de pilotes en suelo granular. Esto significa que se ignoran los efectos de grupo al predecir la capacidad portante. Sin embargo, los pilotes excavados deben tener un espaciamiento mayor que 3 dimetros (centro a centro).

Suelos Cohesivos

En suelos cohesivos se considera al grupo (pilotes y suelo contenido) como una cimentacin profunda; la carga ltima del grupo se puede evaluar con la ecuacin de Meyerhof. Por ejemplo, para un ancho de grupo B1, longitud B2, profundidad D, la carga de falla es:

Dnde:

Nc = factor de capacidad de carga de Meyerhof.

= factor de forma.

= cohesin promedio de la arcilla que rodea al grupo.

La siguiente figura presenta los resultados de ensayo en modelos de Whitaker (1957) para grupos de 3 x 3 y 9 x 9. Se puede utilizar como un mtodo alternativo para estimar eficiencias de grupo.

Eficiencias de grupo de pilotes en suelo cohesivo

Por lo tanto, la carga de falla del grupo es:

Qu = n Qu Ef

Donde n es el nmero de pilotes en el grupo y Qu es la carga de falla de un pilote individual.

Pilotes de Punta Hincados al Rechazo

Debido a que la carga ltima est limitada por la resistencia del pilote y no por la capacidad portante del terreno, no existe efecto de grupo.

Suelos que Contienen Estratos Blandos

Cuando existen capas de arcilla blanda por debajo de los grupos de pilotes puede ocurrir un sobreesfuerzo, por lo que es necesario realizar una verificacin. Se asume que la carga del grupo de pilotes se repartir como se indica.

a) Pilotes de friccin en arcilla

Se asume que la carga se distribuye como se muestra en la Figura 2.4, de los dos tercios del empotramiento del pilote en el estrato resistente.

Distribucin de carga para pilotes de friccin

b) Pilotes de punta en arena o grava

Se asume que la carga se distribuye como se muestra en la Figura 2.5, a partir de la base de los pilotes.

Distribucin de carga para pilotes de punta

En cada uno de los casos indicados, para un grupo de pilotes de dimensiones en planta B x L, que soporta una carga Q, el rea esforzada del material blando ser:

(B + 2 H tg30 ) ( L + 2 H tg30 ) = (B + 1.15 H ) ( L + 1.15 H )

Luego, el esfuerzo en la parte superior del estrato blando ser:

DISTRIBUCIN DE CARGAS

Cuando la carga vertical transmitida por el pilar P coincide con el centro de gravedad de los n pilotes agrupados bajo un encepado de suficiente rigidez, puede admitirse que cada pilote recibe una carga.

Existen bastantes casos, sin embargo, en que el pilar transmite al encepado adems de la carga vertical P, un esfuerzo cortante o carga horizontal Q y un momento M. Bajo estas solicitaciones el encepado sufre desplazamientos y giros de los que resultan cargas desiguales en los pilotes, llegando stos, en algunos casos, a trabajar a traccin.

Para determinar los esfuerzos en cada pilote pueden seguirse tres mtodos:

a) Ignorar la presencia del terreno, descomponiendo por mtodos estticos las acciones exteriores segn las direcciones de los pilotes, suponiendo estos articulados en el encepado.

b) Sustituir las reacciones horizontales del terreno sobre los pilotes por un empotramiento ficticio a una cierta profundidad, determinando luego los esfuerzos mediante un programa de clculo de estructuras.

c) Suponer los pilotes embebidos en un medio elstico continuo al que se aplican las condiciones de equilibrio y compatibilidad de deformaciones.

El ms sencillo es evidentemente el primero, el cual resulta suficientemente aproximado cuando los pilotes son relativamente largos y esbeltos y de la misma longitud.

El caso ms frecuente es el del grupo de pilotes paralelos:

Factores de seguridad

Para el clculo de de la capacidad de carga admisible, mediante mtodos estticos, a partir de la carga ltima, se utilizan los factores de seguridad siguientes:

Para cargas estticas: 3

Para solicitacin mxima de sismo o viento (la que ms sea desfavorable): 2.5

Para el clculo mediante mtodos dinmicos, se utilizara el factor de seguridad correspondiente a la frmula utilizada. En ninguno de caso el factor de seguridad en los mtodos dinmicos ser menor a 2.

Espaciamiento entre pilotes

ESPACIAMIENTO MNIMO ENTRE PILOTES

LONGITUD (m)

ESPACIAMIENTO ENTRE EJES

L VU; ok

Evaluando cortante en zapata

VUltimo = 240.112/ (2.60)2 = 35.52 ton/m2

VU critico = VUltimoXL = (35.52X2.6X 0.57) = 52.64 ton

VC = 0.85 (0.53) Ld = 0.85 (0.53) (260x43)/1000

VC = 84.28 ton

VC > VU; ok

Encontrando Refuerzo longitudinal del pilote tenemos:

min = 0.01

AS = min AP = 0.01 (x502) /4 = 19.63 cm2

Utilizando varilla numero N 7

N = (19.63/ 3.88) = 5.06

S = d /6 = (X30) / 6 = 15.71 cms

Utilizar varilla N 7 @ 15.71 cms

Encontrando Refuerzo transversal del pilote tenemos:

El refuerzo transversal ser una hlice continua de paso constante (S)

S = (4Av) / (c s)

Av = rea de la varilla

c = dimetro del ncleo del concreto

Ag = (x502) /4 = 1963.50 cm2

Ac = (x(50 2 recubrimiento)2) /4 = (x302) /4 = 706.86 cm2

s = 0.45[Ag/AC 1](f'C / fy) 0.12(f'C / fy)

0.12 (f'C / fy) = (0.12X280) / 4200 = 0.008

s = 0.45[1963.50/706.86 1](280 / 4200) = 0.053

0.053 0.008 ok

S = (4X1.27) / (30 X0.053) = 3.19 cms

Colocar refuerzo transversal N 4 con S =4.0 cms

Revisin de la capacidad de carga del pilote:

Qa = (0.85 fc (Ag AS) +AS fy )

As = acero longitudinal = (6 x 3.87 cm2) cm2

AS = 23.22 cm2

Ag = 1963.50 cm2

Qa = [(0.85 X280) (1963.50 23.22)] + (23.22X4200)] X 103 = 559.31 ton

Qadm = Qa / FS = 559.31 /3 =186.44 ton

186.44 > PU = 48.03 ok

CONCRETO ARMADO IIPgina 1