2.1
FUNDACIONES
Los pilotes son miembros estructurales de gran esbeltez, con sección transversal circular o poligonal, que penetran en Suelos de baja capacidad portante a fin de transmitir las cargas niveles más profundos del subsuelo.
2.1.1 Capacidad Portante para Fundaciones Profundas La resistencia de las fundaciones profundas depende de la naturaleza del terreno y del modo de difusión de la carga. En virtud del elevado número de parámetros que intervienen aleatoriamente en el problema, las soluciones propuestas sólo permiten alcanzar resultados aproximados, algunos de los cuales pueden ser confirmados por las pruebas de carga.
Las ecuaciones clásicas que permiten determinar la capacidad portante de un pilote aislado, bajo las cargas estáticas son: Método Método de Benabenq, Metódo de Dorr, Método de Terzaghi Peck, Metodo de Hansen, Metodo de Prandtl.
2.1.1.1
Método de Benabenq
FIGURA 2.27. Método de Benabenq Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli
Según Benabenq, en los pilotes cilíndricos de diámetro D, la carga límite resistida por fricción lateral, en la altura total del fuste bale:
Mientras que por punta, la carga limite resulta:
Donde:
=Peso específico del suelo =el ángulo que forma la inclinación de la punta cónica del pilote, con la verticalidad
Cuando el extremo inferior del pilote es recto, a 90º, = /2 f =Coeficiente de fricción entresuelo y pilote se expresa: f tg Ø = Ángulo de fricción interna del suelo D =Diámetro del pilote
Se deduce que la carga limite total se obtiene de:
Para hallar la magnitud de las cargas en servicio, Benabenq adopta un factor de seguridad (FS de 4 a 6), según el tipo de suelo. Por lo tanto, la carga admisible del pilote será:
2.1.1.2
Método de Dorr
La ecuación de Dörr tiene por fundamento, la teoría de empuje de tierras de Engesser. Para un pilote cilíndrico de diámetro D, en suelo homogéneo consistente, las cargas por punta y fricción se obtienen:
Donde: =Peso específico del suelo = Angulo de fricción interna S = Área del pilote l = Altura del pilote p =Perímetro del pilote f =Coeficiente de fricción entre la tierra y el pilote (Dörr aconseja tomar: f ≤0,3)
2.1.1.3
Método de Vierendeel
El criterio de Vierendeel se basa en suponer que la resistencia de los pilotes de debe fundamentalmente a la fricción lateral, despreciando la colaboración de la resistencia por punta.
El factor de seguridad en este caso es 3.
2.1.1.4
Método de Terzaghi Peck,
El método de Terzaghi Peck, dice que la capacidad por punta del pilote se obtiene usando la expresión:
Donde: Ap = Área en la punta del pilote Nc, Nq, N =factores de carga según ábacos o fórmulas hi =altura de los estratos del suelo i =Peso específico de los estratos del suelo B =Peso específico en la punta del pilote D =Diámetro en la punta del pilote
Y la capacidad por fricción:
Donde: P = Perímetro de la sección del pilote hi = Altura de los estratos del suelo fsi =Rozamiento lateral sobre el fuste del pilote
La carga total se obtiene de:
Y la capacidad admisible del pilote será:
2.1.1.5
Método de Hansen
Este método es recomendable para suelos arenosos cuando D/H ≥ 20 La capacidad por punta para del pilote se obtiene de la fórmula:
Donde: Ap = Area de la punta del pilote Sc =Factor de Correccion por forma del pilote dc =Factor de corrección por profundidad Nc, Nq =Factores de carga de Meyerhof
La capacidad por fricción:
Donde: P = Perímetro de la sección del pilote i =Peso específico de cada estrato del suelo hi =altura de cada estrato del suelo Ks = Coeficiente de empuje del suelo
n = 0.30 f = Coeficiente de fricción
f tag
2.1.2 Nuevas Teorías sobre la Capacidad Portante en Pilotes 2.1.2.1
Método de pilotes en arena
En el caso de los pilotes en arena, la carga limite por fricción lateral se obtiene de multiplicar el coeficiente de fricción entre el suelo y pilote, por la presión horizontal que ejerce el suelo en contacto con el pilote, aumenta con la profundidad.
Se ha podido comprobar, sin embargo, en forma experimental, que en los pilotes hincados la presión vertical efectiva no crece indefinidamente en toda la altura del pilote, sino que por debajo de un cierto nivel de penetración, conocido como “Altura critica” hc, se estabiliza y se mantiene constante como muestra la figura 2.28. La altura critica varía según el tipo de suelo y las dimensiones del pilote. En términos generales, se pueden adoptar los valores:
hc = 10 D en arenas y gravas sueltas hc = 15 D en arenas intermedias hc = 20 D en arenas densas y compactas
FIGURA 2.28. Altura Crítica en Pilotes Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli
La resistencia límite en suelos no cohesivos, por fricción lateral resulta:
Donde: Puf = Presión por fricción lateral Apv = Área obtenida de la altura critica p = Perímetro de la sección transversal K = Coeficiente de presión lateral del suelo f = Coeficiente dependiente del material del pilote
Cuadro 2.23.
Coeficientes de Presión Lateral Condición
K
En el momento de la hinca
1 a 1.25
Luego de hincado el pilote
0.7
En pilotes excavados
0.5
Pilotes a tracción
0.6
Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli
Cuadro 2.24.
Coeficientes de Fricción Material del pilote
f
Concreto
0.45
Madera
0.4
Acero pulido
0.2
Acero normal
0.4
Acero corrugado
tg o
Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli
La resistencia límite por punta se obtiene de:
( ) A es el área de la sección transversal del pilote en la punta. Los valores de Nq y Ny corresponden a los del estrato donde se encuentra la punta. Y se obtiene:
2.1.2.2
Métodos de Pilotes en arcilla
Si bien la hinca de pilotes en suelos granulares los densifica y compacta, en las arcillas
el
efecto
es
diferente,
ya
que
las
disturba
temporalmente,
incrementando su compresibilidad y disminuyendo la resistencia inicial del suelo.
Este efecto se produce porque a causa de la hinca, se aumenta la presión de los poros del suelo, pero a medida que transcurre el tiempo, este exceso de presión se va disipando y se consolida el estrato de arcilla, al disminuir su relación de vacíos.
Pero si por alguna causa los pilotes en arcillas deben cargarse inmediatamente luego de hincados o colocados, esta reducción transitoria de la resistencia debe ser tomada en cuenta.
La resistencia límite por fricción de los pilotes en arcillas se obtiene:
Donde: Af = Área del fuste = factor de adhesión que afecta la magnitud de la cohesión c c =Cohesión los valores de limite
se obtiene del grafico de figura 2.29, en función del esfuerzo
u, que representa la condición de falla del suelo, según los criterios de
Mohr-Coulomb.
FIGURA 2.29. Valor de Fuente: Suelos Fundaciones y Muros, Fratelli
La resistencia por punta de los pilotes en suelos arcillosos se obtiene:
Para Nc se adopta un valor constante: Nc = 9. en suelos con estratos diferentes, el valor de c corresponde al del estrato donde está la punta. A es el área de la sección transversal de la punta del pilote.
2.1.3 Capacidad Portante para Fundaciones Profundas Los cabezales son elementos estructurales monolíticos de H°A°, cuya función principal es conectar las cabezas de los pilotes, transfiriéndoles las cargas de la superestructura. La separación s entre ejes de pilotes deberá cumplir las siguientes condiciones:
√
Donde: S =separación entre ejes de pilotes D =diámetro del pilote cilíndrico o la magnitud de la diagonal en pilotes cuadrados
FIGURA 2.31. Ejemplo de cabezales 1 Fuente: Compendio para Asignatura de Fundaciones, Juan Carlos Mojica
Para la distribución de esfuerzos en los pilotes, se utiliza:
∑ ∑
FIGURA 2.32. Ejemplo de cabezales 2 Fuente: Compendio para Asignatura de Fundaciones, Juan Carlos Mojica
