PILOTES El uso de los pilotes es necesario cuando el suelo a nivel superficial es dema demasi siad ado o débil débil y la coloc colocac ació ión n de una zapa zapata ta reque requeri rirí ríaa de una una base base superior a la del terreno. Los pilotes son adecuados para transmitir las cargas a mayores profundidades donde un estrato es más resistente. Su sección transversal y su gran esbeltez propician, que su colocación mediante una piloteadora o martinete faciliten el incado. !recuentemente se incan en series de filas, soportando cada grupo de pilotes un muro o una columna.
Tipos de pilotes y sus características estructurales En el trab traba" a"o o de cons constr truc ucci ción ón se util utiliz izan an dife difere rent ntes es tipo tiposs de pilo pilote tes, s, dependiendo dependiendo del tipo de carga carga que soportarán, soportarán, de las condiciones condiciones del subsuelo y de la ubic ubicac ación ión del del nive nivell freá freáti tico co.. Los Los pilo pilote tess se puede pueden n divi dividir dir en las las cate catego gorí rías as sigu siguie ient ntes es## a$ de acer acero, o, b$ de conc concre reto to,, c$ de made madera ra y d$ compuestos.
Pilotes de acero. acero. Los pilotes de acero por lo general son a base de tubos o de perfiles % de acero laminado. Los pilotes de tubo se incan en el terreno con sus e&tremos abiertos o cerrados. Las vigas de patín anco y de perfil ' también se pueden utilizar como pilotes. Sin embargo, los pilotes de perfil % suelen preferirse debido a que sus espesores del alma y del patín son iguales. (En las vigas de patín anco y de perfil ', los espesores del alma son menores que los del patín$. En la tabla ).) se indican las dimensiones de algunos pilotes de acero de perfil % estándar empleados en Estados *nidos. En la tabla ).+ se muestran algunas secciones de tubos de uso frecuente para fines de pilota"e. En mucos casos, los pilotes de tubo se rellenan con concreto después de su incado. La capacidad estructural permisible para pilotes de acero es#
onde# A s - área de la sección transversal del acero f s
-esfuerzo
permisible del acero ( . /.001/.2 /.001/.2 f f y$
1
*na vez que se fi"a la carga de dise3o para un pilote, se debe determinar, con base en consideraciones geométricas, si Q (dise3o$ está dentro del intervalo permisible seg4n su definición con la ecuación ).). 5uando es necesario, los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, remaces o pernos. En la figura ).+a se muestra un empalme com4n de un pilote %. En la figura ).+b aparece un empalme com4n mediante la soldadura de un pilote. En la figura ).+c se muestra un diagrama de d e un empalme de un pilote % mediante remaces o pernos. 5uando se esperan condiciones de incado difíciles, como a través de arena densa, esquistos esquistos o roca suave, los pilotes de acero se pueden adaptar adaptar con puntas o zapatas de incado. En las figuras ).+d y ).+e se muestran los diagramas de dos tipos de zapatas utilizadas en pilotes de tub tubo. o. Los pilotes pilotes de ace acero ro pued pueden en est estar ar e&pu e&puest estos os a la cor corros rosión. ión. 6or e"e e"empl mplo, o, los suelos pantanosos, las turbas y otros suelos orgánicos son corrosivos. Los suelos que tienen un p% mayor que 7 no son tan corrosivos. 6ara compensar el efecto de la corrosión, por lo general se recomienda considerar un espesor adicional de acer ac ero o (s (sob obre re el ár área ea de la se secc cció ión n tr tran ansver sversa sall re real al de di dise se3o$ 3o$.. En mu muc cas as circunstanc circ unstancias ias los recub recubrimie rimientos ntos epó&ic epó&icos, os, aplica aplicados dos en la fábric fábrica, a, sobre los pilotes funcionan satisfactoriamente s atisfactoriamente contra la corrosión. Estos recubrimientos no se da3an con facilidad por el incado del pilote. El encapsulado con concreto de los pilotes de acero en la mayoría de las zonas corrosivas también los protege contra la corrosión. Los siguientes son algunos datos generales de los pilotes de acero# • •
Longitud usual# )2 a 8/ m 5arga usual# 0// a )+// 9: ;enta"as# a. b. c. d.
!ácil mane"o con respecto al corte y a la e&tensión a la longitud deseada. 6ueden soportar esfuerzos de incado altos. 6ueden penetrar estratos duros como grava densa y roca suave.
esventa"as a. =elativamente costosos. b.
*na vez que se fi"a la carga de dise3o para un pilote, se debe determinar, con base en consideraciones geométricas, si Q (dise3o$ está dentro del intervalo permisible seg4n su definición con la ecuación ).). 5uando es necesario, los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, remaces o pernos. En la figura ).+a se muestra un empalme com4n de un pilote %. En la figura ).+b aparece un empalme com4n mediante la soldadura de un pilote. En la figura ).+c se muestra un diagrama de d e un empalme de un pilote % mediante remaces o pernos. 5uando se esperan condiciones de incado difíciles, como a través de arena densa, esquistos esquistos o roca suave, los pilotes de acero se pueden adaptar adaptar con puntas o zapatas de incado. En las figuras ).+d y ).+e se muestran los diagramas de dos tipos de zapatas utilizadas en pilotes de tub tubo. o. Los pilotes pilotes de ace acero ro pued pueden en est estar ar e&pu e&puest estos os a la cor corros rosión. ión. 6or e"e e"empl mplo, o, los suelos pantanosos, las turbas y otros suelos orgánicos son corrosivos. Los suelos que tienen un p% mayor que 7 no son tan corrosivos. 6ara compensar el efecto de la corrosión, por lo general se recomienda considerar un espesor adicional de acer ac ero o (s (sob obre re el ár área ea de la se secc cció ión n tr tran ansver sversa sall re real al de di dise se3o$ 3o$.. En mu muc cas as circunstanc circ unstancias ias los recub recubrimie rimientos ntos epó&ic epó&icos, os, aplica aplicados dos en la fábric fábrica, a, sobre los pilotes funcionan satisfactoriamente s atisfactoriamente contra la corrosión. Estos recubrimientos no se da3an con facilidad por el incado del pilote. El encapsulado con concreto de los pilotes de acero en la mayoría de las zonas corrosivas también los protege contra la corrosión. Los siguientes son algunos datos generales de los pilotes de acero# • •
Longitud usual# )2 a 8/ m 5arga usual# 0// a )+// 9: ;enta"as# a. b. c. d.
!ácil mane"o con respecto al corte y a la e&tensión a la longitud deseada. 6ueden soportar esfuerzos de incado altos. 6ueden penetrar estratos duros como grava densa y roca suave.
esventa"as a. =elativamente costosos. b.
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5
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Figura 1.2 6ilotes de acero# a$ empalme de un pilote % con soldadura> b$ empalme de un pilote con soldadura> c$ empalme de un pilote % con remaces y pernos> d$ punta de incado plana de un pilote de tubo> e$ punta de incado cónica de un pilote de tubo.
Pilotes de concreto. Los pilotes de concreto se pueden dividir en dos categorías básicas# a$ precolados y b$ colados in situ. Los pilotes precolados se pueden preparar empleando un refuerzo ordinario y pueden tener una sección transversal cuadrada u octagonal. (5onsulte la figura ).0$. El refuerzo se proporciona con el fin de abilitar al pilote para resistir el momento fle&ionante desarrollado durante su levantamiento y transporte, la carga vertical y el momento fle&ionante causado por una carga lateral. Los pilotes se cuelan a la longitud deseada y se curan antes de transportarlos a los emplazamientos de traba"o. Los siguientes son algunos datos generales de los pilotes de concreto# • • •
Longitud usual# )/ a )2 m 5arga usual# 0// a 0 /// 9: ;enta"as a. Se pueden someter a un incado pesado. b. =esistentes a la corrosión. c. Es fácil combinarlos con una superestructura de concreto
Figura 1.3 6ilotes precolados con refuerzo ordinario. •
esventa"as# 7
a. ifícil de lograr su corte deseado. b. ifíciles de transportar. Los pilotes precolados también se pueden presforzar mediante cables de presfuerzo de acero de alta resistencia. La resistencia 4ltima de estos cables es de
casi )?// @: y m+. urante el colado de los pilotes, primero los cables se pretensan entre A// a )0// @: y m+ y luego se vierte el concreto alrededor de ellos. espués del curado, los cables se recortan produciéndose así una fuerza de compresión en la sección del pilote. En la tabla ).0 se da información adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octagonales.
Longitud usual# )/ a B2 m Longitud má&ima# 8/ m 5arga má&ima# 7 2// a ? 2// 9:
Las venta"as y desventa"as son las mismas que para los pilotes precolados. Los pilotes colados in situ o colados en el lugar se construyen aciendo un barreno en el terreno y luego colándolo con concreto. En la actualidad en la construcción se utilizan varios tipos de pilotes de concreto colados en el lugar y la mayoría de ellos fueron patentados por sus fabricantes. Estos pilotes se pueden dividir en dos categorías generales# a$ ademados b$ no ademados. Los dos tipos pueden tener un pedestal en el fondo. Los pilotes ademados se acen incando un tubo (ademe$ de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. 5uando el pilote llega a la profundidad adecuada se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. En las figuras ).Ba, ).Bb, ).Bc y ).Bd se muestran algunos e"emplos de pilotes ademados sin pedestal. En la figura ).Be se muestra un pilote ademado con pedestal. El pedestal es un bulbo de concreto e&pandido q ue se forma de"ando caer un martillo sobre el concreto fresco.
Longitud usual# 2 a )2 m Longitud má&ima# 0/ a B/ m 5arga usual# +// a 2// 9: 5arga má&ima apro&imada# ?// 9:
Tabla 1.3 6ilotes de concreto presforzado comunes.
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S -sección cuadrada> C -sección ortogonal
9
•
;enta"as# a. =elativamente baratos. b. 6ermiten su inspección antes de verter el concreto. c. !ácil de e&tender.
•
esventa"as# a. ifíciles de empalmar después de fraguar. b. Los tubos delgados se pueden da3ar durante el incado.
5arga permisible#
onde#
10
11
Figura 1.4 6ilotes de concreto colados en el lugar.
En las figuras ).Bf y ).Bg se muestran dos tipos de pilotes sin ademe, uno con un pedestal y otro sin pedestal. Los pilotes sin ademe se acen primero incando el ademe asta la profundidad deseada y luego llenándolo con concreto fresco. Luego el ademe se saca gradualmente. Los siguientes son algunos datos generales acerca de los pilotes de concreto colados en el lugar sin ademe# • • • •
Longitud usual# 2 a )2 m Longitud má&ima# 0/ a B/ m 5arga usual# 0// a 2// 9: 5arga má&ima apro&imada# 7// 9:
;enta"as# a. Económicos inicialmente. b. Se pueden terminar en cualquier elevación. esventa"as# a. Se pueden crear vacíos si el concreto se vierte rápidamente. b. ifíciles de empalmar después de fraguar. c. En suelos suaves, los lados del agu"ero se pueden derrumbar, disminuyendo la sección el concreto •
5arga permisible#
Ac f c
-
área de la sección del concreto
-
esfuerzo permisible del concreto
Pilotes de madera Los pilotes de madera son troncos de árboles a los que se les recortaron cuidadosamente las ramas y la corteza. La longitud má&ima de la mayoría de los pilotes de madera es de )/ a +/ m. 6ara calificar para su uso como pilote, la
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madera debe ser recta, resistente y sin defectos. El Manual of Practice, :4m. )7 ()A2A$ de la por lo tanto, la capacidad del pilote por lo general está limitada. Se pueden utilizar zapatas de acero para evitar da3ar la punta del pilote (fondo$. Las partes superiores de los pilotes de madera también se pueden da3ar durante la operación de incado.
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Figura 1. Empalme de pilotes de madera# a$ con manguitos tubulares> b$ con soleras metálicas y pernos.
Los pilotes de madera pueden permanecer indefinidamente sin da3arse si están rodeados por suelo saturado. Sin embargo, en un entorno marino, los pilotes de madera están e&puestos al ataque de varios organismos y se pueden da3ar en gran medida en algunos meses. 5uando se ubican arriba del nivel freático, los pilotes están e&puestos al ataque de los insectos. La vida 4til de los pilotes se puede incrementar tratándolos con preservativos como la creosota. La capacidad de soporte de carga permisible de los pilotes de madera es
onde. Ap
-
área promedio de la sección transversal del pilote
f w
-
esfuerzo permisible de la madera
Los esfuerzos permisibles siguientes son para pilotes de madera redondos tratados a presión ecos con abeto 6acific 5oast ouglas y pino Soutern utilizados en estructuras idráulicas (
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Abeto Pacific Coast Douglas
•
5ompresión paralela a la veta# 8./B @@: y m+ !le&ión# )).7 @: y m+
•
5ortante orizontal# /.88 @: y m+
•
5ompresión perpendicular a la veta# ).0) @: y m+
•
Pino Southern • • • •
5ompresión paralela a la veta# 2.7 @: y m+ !le&ión# )).B @: y m+ 5ortante orizontal# /.8+ @: y m+ 5ompresión perpendicular a la veta# ).B) @: y m+
La longitud usual de los pilotes de madera es de 2 a )2 m. La longitud má&ima es de apro&imadamente 0/ a B/ m ()// a )0/ pies$. La carga usual soportada por los pilotes de madera es de 0// a 2// 9:.
PILOTES COMPESTOS. Las partes superior e inferior de los pilotes compuestos están ecas de materiales diferentes. 6or e"emplo, los pilotes compuestos se pueden acer de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten de una parte inferior de acero y una parte superior de concreto colado en el lugar. Este tipo de pilote se utiliza cuando la longitud del pilote requerida para un soporte adecuado e&cede la capacidad de un pilote simple de concreto colado en el lugar. Los pilotes de madera y concreto suelen 15
consistir de una parte inferior del pilote de madera deba"o del nivel freático permanente y una parte superior de concreto. En cualquier caso, la formación de "untas apropiadas entre dos materiales disimilares es difícil, y por esa razón, los pilotes compuestos no se utilizan ampliamente.
!".#Estimaci$n de la longitud del pilote% La selección del tipo de pilote que se utilizará y la estimación de su longitud necesaria son tareas muy difíciles que requieren buen "uicio.
&".#Pilotes de carga de punta. Si los registros de perforación del suelo establecen la presencia de leco de roca o de un material rocoso en un emplazamiento dentro de una profundidad razonable, los pilotes se pueden prolongar asta la superficie de la roca. (5onsulte la figura )).8a$. En este caso, la capacidad 4ltima de los pilotes depende completamente de la capacidad de soporte de carga del material subyacente> entonces son denominados pilotes de carga de punta. En la mayoría de estos casos, la longitud necesaria del pilote se puede establecer muy fácil. Si en vez de un leco de roca, se encuentra un estrato muy compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se pueden prolongar algunos metros dentro del estrato duro. (5onsulte la figura )).8b.$ Los pilotes con pedestales se pueden construir sobre el leco del estrato duro y la carga 4ltima del pilote se puede e&presar como
onde# Q p = carga soportada en la punta del pilote Q s = carga soportada por la fricción superficial desarrollada en los lados del pilote (causada por la resistencia cortante entre el suelo y el pilote$ Si Q s es muy peque3a 16
En este caso, la longitud requerida del pilote se puede estimar con precisión si se dispone de registros apropiados de la e&ploración del subsuelo.
Figura 11.' a$ y b$ 6ilotes de carga de punta> c$ pilotes de fricción.
Pilotes de (ricci$n.
5uando no se encuentra un estrato de roca o de un material rocoso a una profundidad razonable en un emplazamiento, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. En este tipo de subsuelo, los pilotes se incan a través del material más suave asta las profundidades especificadas. (5onsulte la figura )).8c.$ La carga 4ltima de los pilotes se puede e&presar por la ecuación ().2$. Sin embargo, si el valor de Q p es relativamente peque3o, entonces
Estos pilotes se denominan pilotes de fricción, debido a que la mayoría de su resistencia se deriva de la fricción superficial. Sin embargo, el término pilote de fricción, aunque se utiliza con frecuencia en la bibliografía técnica, es un término inapropiado# en suelos arcillosos, la resistencia a la carga aplicada también se ocasiona por adhesión. La longitud de los pilotes de fricción depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tama3o del pilote. 6ara determinar la longitud necesaria de estos pilotes, un ingeniero necesita comprender muy bien la 17
interacción suelo1pilote, tener buen "uicio y e&periencia.
)".# *ecanismo de trans(erencia de carga El mecanismo de transferencia de carga de un pilote al suelo es complicado. 6ara comprenderlo, considere un pilote de longitud L, como se muestra en la figura ).Aa. La carga sobre el pilote aumenta gradualmente de cero a Q ( =/$ en la superficie del terreno. 6arte de esta carga resistirá
18
Figura 1.+ @ecanismo de transferencia de carga de pilotes. 19
La fricción lateral desarrollada a lo largo del fuste, D) y parte por la punta del pilote, D+. <ora, cómo se relaciona D) y D+ con la carga totalF Si se toman mediciones para obtener la carga, Dz, soportada para el fuste, a cualquier profundidad z, la naturaleza de la variación será como la que se muestra en la curva ) de la figura ).Ab. La resistencia por fricción por área unitaria a cualquier profundidad z se puede determinar como#
donde p
- perímetro
de la sección transversal del pilote. En la figura ).Ac
se muestra la variación de f ( $ con la profundidad. Si la carga Q en la superficie del terreno se aumenta de manera gradual, la resistencia por fricción má&ima a lo largo del fuste se movilizará por completo cuando el desplazamiento relativo entre el suelo y el pilote sea de apro&imadamente 2 a )/ mm, con independencia del tama3o y de la longitud L del pilote. Sin embargo, la resistencia má&ima de punta Q+ - Q p no se movilizará asta que la punta del pilote se aya movido apro&imadamente )/ a +2G del anco del pilote (o diámetro$. (El límite inferior se aplica a pilotes incados y el límite superior a pilotes perforados$. < carga 4ltima (figura ).Ad y la curva + en la figura ).Ab$, Q( - /$
-
Qu.
Entonces#
En la e&plicación anterior se indica que Q s (o la fricción superficial unitaria, f , a lo largo del fuste del pilote$ se desarrolla a un desplaamiento mucho menor del pilote comparado con la resistencia de punta! Q p" < fin de demostrar este punto, considere los resultados de una prueba de carga en un pilote realizada en el campo por @ansur y %unter ()A7/$. Los detalles del pilote y de las condiciones del subsuelo son# Hipo de pilote# de acero con diámetro e&terior de B/8 mm y espesor de 20
pared de ?.)2 mm Hipo de subsuelo# arena
Longitud de empotramiento del pilote# )8.? m En la figura ).)/a se muestran los resultados de la prueba de carga, que son una gráfica de la carga en la parte superior del pilote IQ( - /$J contra el asentamiento ( s$. En la figura ).)/b se muestra la gráfica de la carga soportada por el fuste del pilote IQ ( $J a cualquier profundidad. La gráfica la reportaron @ansur y %unter ()A7/$ que, para esta prueba, a la falla
<ora, considere la distribución de la carga en la figura ).)/b cuando el asentamiento del pilote ( s$ es de apro&imadamente +.2 mm. 6ara esta condición
e aquí, en s - +.2 mm
21
Figura 1.1, =esultados de la prueba de carga de un pilote de tubo en arena (con base en @ansur y %unter, )A7/$.
< carga 4ltima, la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote (una falla de capacidad de carga causada por Q p$ es como la que se muestra en la figura ).Ae. Cbserve que las cimentaciones con pilotes son profundas y que el suelo falla en su mayoría en un modo de punonamiento, como se ilustró antes en las figuras 0.)c y 0.0. Es decir, en la punta del pilote se crea una ona triangular , ', que se empu"a acia aba"o sin producir ninguna otra superficie de deslizamiento visible. En arenas densas y suelos arcillosos firmes, se puede desarrollar parcialmente una ona radial de cortante, ''. e aquí, las curvas de desplazamiento de los pilotes se parecerán a las que se muestran en la figura 0.)c.
22
Ecuaciones
!ara esti"ar la ca!acidad de un !ilote.
La capacidad de soporte de carga 4ltima Qu de un pilote se determina por la ecuación
onde# Qp = capacidad de soporte de carga de la punta del pilote" Q s = resistencia por fricción (fricción superficial$ derivada de la interfaz suelo1 pilote En mucos estudios publicados se analiza la determinación de los valores de Q p y Q s. ;esic ()A77$, @eyerof ()A78$ y 5oyle y 5astello ()A?)$ proporcionaron rese3as e&celentes de mucas de estas investigaciones. En estos estudios se presenta una visión del problema de la determinación de la capacidad 4ltima de un pilote.
Figura 1.11 )apacidad de soporte de carga -ltima de un pilote.
23
)apacidad de carga de la punta / p
La capacidad de carga 4ltima de cimentaciones superficiales. e acuerdo con las ecuaciones de Herzagi.
e manera similar, la ecuación general de la capacidad de carga para cimentaciones superficiales.
e aquí, en general, la capacidad de soporte de carga 4ltima se puede e&presar como#
onde :cK, :Kq y :Kɣ , son los factores de capacidad de carga que incluyen los factores de forma y profundidad necesaria. Las cimentaciones con pilotes son profundas. Sin embargo, la resistencia 4ltima por área unitaria desarrollada en la punta de un pilote, # p, se puede e&presar mediante una ecuación similar en forma a la ecuación ().)/$, aunque los valores de $ Kc, $ K# y $ Kg cambiarán. La notación utilizada en este capítulo para el anco de un pilote es %. e aquí, al sustituir % por B en la ecuación ().)/$ da#
ebido a que el anco % de un pilote es relativamente peque3o, el término ɣ %$ Kɣ se puede omitir en el lado dereco de la ecuación anterior sin introducir un error considerable> entonces, se tiene# 24
Cbser ve que el término # se reemplazó por # p en la ecuación ().)+$, para denotar el esfuerzo vertical efectivo. 6or lo tanto, la capacidad de punta de los pilotes es#
onde#
A p - área de la punta del pilote C L - coesión del suelo que soporta la punta del pilote # p - resistencia unitaria de punta #L - esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote :Kc y :Kq - factores de capacidad de carga
•
0esistencia por (ricci$n /s
La resistencia por fricción, o superficial, de un pilote se puede escribir como#
onde# p - perímetro de la sección del pilote M L - longitud incremental del pilote sobre la cual p y f se consideran constantes f - resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad Es necesario enfatizar que, en el campo, para una movilización total de la resistencia de punta (Q p$, la punta del pilote debe desplazarse de )/ a +2G del anco del pilote (o diámetro$. •
)arga permisi1le / perm.
espués de que se a determinado la capacidad de soporte de carga 4ltima total sumando la capacidad de carga de punta y la resistencia por fricción (o superficial$, se 25
debe utilizar un factor de seguridad razonable para obtener la carga permisible para cada pilote.
onde# Q perm
-
capacidad de soporte de carga permisible para cada pilote
!S - factor de seguridad El factor de seguridad utilizado en general varía de +.2 a B, dependiendo de las incertidumbres asociadas con el cálculo de la carga 4ltima.
2".#*3todo de *eyer4o( para estimar / p !0E5!.
La capacidad de carga de punta, # p, de un pilote en arena aumenta con la profundidad de empotramiento en el estrato de carga y alcanza un valor má&imo a una relación de empotramiento de LbN %
-
( LbN %$cr Cbserve que un suelo omogéneo Lb es
igual a la longitud de empotramiento real del pilote, L. Sin embargo, cuando un pilote a penetrado en un estrato de carga, Lb& L. @ás allá de la relación de empotramiento crítica, ( LbN %$cr , el valor de # p permanece constante (# p
-
#l $. Es
decir, como se muestra en la figura ).)+ para el caso de un suelo omogéneo, L - Lb. 6ara pilotes en arena, cL - / y la ecuación ().)0$ se simplifica en
La variación de $ K con #el ángulo de fricción del suelo O se muestra en la figura ).)0. Los valore interpolados de $# K para varios ángulos de fricción también se dan en la tabla ).2. Sin embargo, Q p no debe e&ceder el valor límite A p#l > es decir,
26
27
Figura 1.13 ;ariación de los valores má&imos de $# K con el ángulo de fricción del suelo O. Ie @eyerof, P.P. ()A78$. QRearing 5apacity and Settlement of 6ile !oundations, Tournal of te Peotecnical Engineering ivision,
28
!igura ).)+ :aturaleza de la variación de la resistencia de punta en una arena omogénea.
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La resistencia de punta límite es#
onde# pa - presión atmosférica (-)// 9:N m $ O - ángulo de fricción efectivo del suelo del estrato de apoyo *n buen e"emplo del concepto de la relación de empotramiento crítica se puede encontrar de las pruebas de carga de campo sobre un pilote en arena en el emplazamiento del Cgeecee =iver reportado por ;esic ()A7/$. El pilote probado fue uno de acero con un diámetro de B27 mm. En la figura ).)B se muestra una gráfica de # p con la profundidad obtenida de las pruebas de campo "unto con el intervalo de resistencia a la penetración estándar en el emplazamiento. 5on base en la figura, se pueden acer las observaciones siguientes. ). E&iste un valor límite de # p. 6ara las pruebas en consideración, es de apro&imadamente )+ /// 9:Nm+. +. El valor ( LN %$cr es de apro&imadamente )8 a )?.
31
32
Figura 1.14 =esultados de la prueba de un pilote de ;esic ()A7/$ de la variación
de # p y $ 8/ con la profundidad. 0. El valor $ 8/ promedio es de apro&imadamente 0/ para LN % U- ( LN %$cr . *tilizando la ecuación#
La resistencia de punta límite es B pa$'( = (B$()//$(0/$ - )+/// 9:Nm+. Este valor en general es consistente con la observación de campo. •
!rcilla 6 O- # "
6ara pilotes en arcillas saturadas en condiciones no drenadas (O- /$, la carga 4ltima neta se puede dar como.
onde cu
-
coesión no drenada del suelo deba"o de la punta del pilote.
E".#*3todo de 7esic para estimar / p •
!rena
;esic ()A77$ propuso un método para estimar la capacidad de carga de punta de un pilote con base en la teoría de e)pansión de ca*idades. e acuerdo con esta teoría, con base en los parámetros del esfuerzo efectivo, se puede escribir
onde# Esfuerzo efectivo normal medio del terreno al nivel de la punta del pilote. 33
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Cbserve que la ecuación
Es una modificación de la ecuación#
5on#
e acuerdo con la teoría de ;esic
onde + rr
-
índice de rigidez reducida para el suelo. Sin embargo
onde#
, s - s
-
módulo de elasticidad del suelo
-
relación de 6oisson del suelo
. s - módulo de cortante del suelo - deformación unitaria volumétrica promedio en la zona plástica deba"o de la punta del pilote Los intervalos generales de + r para varios suelos son
35
V de aquí + rr ecuación.
Se puede utilizar la apro&imación siguiente (5en y WulaXy, )AAB$
onde#
5on base en pruebas de penetración de cono en el campo, Raldi y colaboradores ()A?)$ dieron las correlaciones para + r siguientes.
6ara la definición de / r , consulte la ecuación (+.B)$. En la tabla ).7 se dan los valores de $0Y para diversos valores de + rr y OL •
!rcilla 6 O - # " 36
En arcilla saturada (condición con O - /$, la capacidad de carga de punta 4ltima de un pilote se puede apro&imar con#
onde 5u- coesión no drenada e acuerdo con la teoría de e&pansión de cavidades de ;esic ()A77$.
Las variaciones de $0c con + rr para la condición con O - / se indican en la tabla ).?.
0esistencia
por (ricci$n 6/ " en arena s e acuerdo con la ecuación La resistencia por fricción#
La resistencia unitaria por fricción, f , es difícil de estimar.
+. Se a observado que la naturaleza de la variación de f en el campo es apro&imadamente como se muestra en la figura ).)8. La fricción superficial unitaria aumenta con la profundidad más
o menos linealmente asta una profundidad de LL y después permanece constante. La magnitud de la profundidad crítica LL puede ser de )2 a +/ diámetros del pilote. *na estimación conservadora sería
0. < profundidades similares, la fricción superficial unitaria en arena suelta es mayor para un desplazamiento mayor del pilote, comparada con un pilote de ba"o desplazamiento. B. < profundidades similares, los pilotes perforados o incados con ayuda de un corro de agua tendrán una fricción superficial unitaria menor comparada con los pilotes incados Homando en cuenta los factores anteriores, se puede dar la relación apro&imada siguiente para f (consulte la figura ).)8$
38