PILOTES DE CIMENTACION elementos construct constructivos ivos de tipo puntual puntual usados usados para cimentació cimentación n Los pilotes pilotes son elementos profunda en obras de construcción, los cuales permiten transmitir las cargas de la estructura estructura hasta hasta capas de suelo suelo más profundas profundas que tengan tengan la capacida capacidad d de carga suficiente para soportarlas. Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura por medio de una combin combinaci ación ón de rozami rozamient ento o latera laterall o resist resistenc encia ia por fuste fuste y resist resistenc encia ia a la penetración o resistencia por punta. Pueden estar construidos con concreto armado ordinario, con concreto pretensados similares a postes de luz, con secciones metálicas o con madera.
Los pilotes se hincan verticalmente sobre la superficie del terreno por medio de golpe golpes, s, utiliz utilizánd ándos ose e para para eso
un martine martinete, te, o una pala pala metáli metálica ca equipa equipada, da,
maquinas maquinas a golpe de masas masas o con un martillo neumático neumático.. Esto permite permite que el pilote descienda, penetrando el terreno, hasta que se alcanza la profundidad de capas de suelos resistentes y se produzca el "rechazo" del suelo en caso de ser un pilote que trabae por "punta", o de llegar a la profundidad de dise!o, en caso de ser un pilote que trabae por "fricción". na vez hincado en el terreno, este eerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral, una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando más pilotes en las las
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una consolidación del terreno.
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TIPOS DE PILOTES •
Pilotes de hincados o de desplazamiento$ Pilotes hincados %onsisten en unidades prefabricadas, usualmente de madera, concreto o acero, hincados hacia el suelo mediante martillos a vapor, neumáticos, di&sel, o vibratorios. En este sistema de pilotae, el suelo es desplazado del espacio que va a ocupar el pilote al compactar el mismo, debido a la acción de los esfuerzos de penetración. Pueden generarse una densificación, posiblemente ben&fica, en los suelos granulares sueltos.
En algunas ocasiones el hincado de estos pilotes puede provocar levantamientos del terreno, empues sobre elementos vecinos y otras acciones casi siempre nocivas en las estructuras y servicios cercanos al sitio de instalación. 'entro de estos tipos de pilotes tenemos$ ( Pilotes prefabricados, hincados por el impacto de m artillos ( Pilotes hincados por impacto y fundidos en el sitio ( Pilotes atornillados ( Pilotes penetrados mediante presión continua )producida por gatos*.
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Pilotes perforados y vaciados in situ En este sistema se remueve el suelo del espacio que va ocupar el pilote, mediante t&cnicas de e#cavación o perforación, formando as+ una cavidad en cuyo interior se colocará una armadura de acero y posteriormente se rellenará con hormigón. Estos pilotes resultan más favorables en suelos que poseen cohesión suficiente para permanecer abierto durante la perforación, inspección y el colado del concreto. %on este m&todo se evitan inconvenientes como el ruido y las vibraciones que generan los equipos utilizados en los pilotes de desplazamiento.
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Pilotes mi#tos %ombinaciones de dos o más de los tipos anteriores, o combinaciones de diferentes materiales en el mismo tipo de pilote.. En todas las formas de pilotes perforados, y en algunas de pilotes compuestos, se remueve primero el suelo perforando un orificio en el cual se coloca el concreto o los diversos tipos de concreto precolado u otras unidades apropiadas. Esta diferencia básica entre el desplazamiento y el no desplazamiento requiere de un seguimiento diferente para los problemas en el cálculo de la capacidad de soporte, por tanto, los dos tipos serán tratados en forma separada.
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%aones de cimentación )%aissons*
Estructuras que se hunden a trav&s del suelo o del agua con el propósito de e#cavar y colocar la cimentación a la profundidad prescrita y que subsecuentemente viene a ser una parte integral de trabao permanente. %aón de e#cavación cerrado$ Es un caón que es cerrado en el fondo pero abierto a la atmósfera en su e#tremo superior. %aón de e#cavación abierto$ Es un caón abierto por ambos lados, tanto en el fondo como en su e#tremo superior. %aón de e#cavación neumático$ %aón con una cámara de trabao en la que el aire se mantiene sobre la presión atmosf&rica para prevenir la entrada de agua a la e#cavación. onol+tico$ %aón abierto de concreto denso y pesado o de construcción de mamposter+a, que contiene uno o más pozos para la e#cavación.
ELECCIÓN DEL FACTOR DE SEGURIDAD •
-actor de seguridad en pilotes hincados 'epende de la confiabilidad con la cual se determina la capacidad ltima del suelo y control que se efecte en la instalación del pilote. /e recomienda un valor comprendido entre 0 y 1 si la confiabilidad es alta y un factor comprendido entre 1 y 2 si la confiabilidad es baa.
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-actor de seguridad en pilotes e#cavados La determinación de la capacidad de carga de grupos de pilotes es e#tremadamente complicada y no se ha resuelto aun plenamente. %uando los pilotes se colocan cerca uno de otro, una suposición razonable es que
los esfuerzos transmitidos por los pilotes al suelo se traslaparán fig )c*, reduciendo la capacidad de carga de los pilotes. 3dealmente, deber+an espaciarse de manera que la capacidad de carga del grupo no fuese menor que la suma de las capacidades de carga de los pilotes individuales. En la práctica, el espaciamiento, d, m+nimo centro a centro es de 0.2' y en situaciones ordinarias, es apro#imadamente de 1 a 1.2 '.
La eficiencia de la capacidad de carga de un grupo de pilotes se define como$
Dónde: η = Efciencia del grupo.
Qg(u) = Capacidad última de carga del grupo de pilotes. Qu = Capacidad última de carga de cada pilote sin el eecto del grupo.
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Pilotes de arena Generalmente la hinca de pilotes compacta el terreno la resistencia del grupo es maor !ue la suma de las resistencias de los pilotes aislados. El eecto es m"#imo con separación de unos $.% di"metros. &in em'argo se !ueda del lado de la seguridad tomando:
En el caso de pilotes perorados disminue algo la resistencia por el uste so're todo en la punta por eecto de la superposición de tensiones. uede tomarse s = &eparación entre pilotes. •
Pilotes de arcilla El eecto en grupo o efciencia es en este caso menor !ue la unidad es decir: &i los pilotes est"n mu *untos (s ≤ +d) el ca'e,al se apoa en el terreno puede producirse la llamada -rotura en 'lo!ue del con*unto como si uera una ,apata prounda con efciencias de /.0 o menores. 1esulta con2eniente por tanto separar los pilotes como m3nimo +.% d en cuo caso la efciencia puede estimarse por di2ersas órmulas emp3ricas entre las !ue tenemos:
Ecuación Converse – Labarre:
Donde: θ (grados)= arctan (D4d) D = di"metro del pilote. d = separación entre pilotes. m = número de pilotes por fla. n = número de pilotes por columna.
Ecuación de Los Ángeles:
Donde: φ = arctan d4+s.
Ecuación Sller!"eene#:
Donde: d = Est" en pies. 5eld (678$) sugirió un m9todo para determinar la capacidad de carga de pilotes indi2iduales (de ricción) en un grupo hincados en arena. De acuerdo con esto la capacidad última de un pilote se reduce en 6460 por cada diagonal adacente o fla de pilotes. El procedimiento se e#plica con reerencia a la (fgura +.+) !ue muestra la planta de un grupo de pilotes ha cinco adacentes para el tipo C ha tres adacentes. ;hora se prepara la ta'la +.6:
or consiguiente:
<9todo de 5eld para estimar la capacidad de un grupo de pilotes de ricción •
Pilotes en roca ara pilotes de carga de punta apoados so're roca la maor3a de los reglamentos de construcción especifcan !ue Qg(u) = Σ Qu siempre !ue el espaciamiento m3nimo centro a centro de pilotes sea D $// mm. ara pilotes > o con sección trans2ersal cuadrada la magnitud de D es igual a la dimensión diagonal de la sección trans2ersal del pilote.
DISEÑO ESTRUCTURAL De'emos entender !ue la modelación estructural aplicada a programas de cómputo es cada 2e, mas usada por los ingenieros calculistas en
todo el mundo. Es entonces necesario sa'er el ni2el de confa'ilidad las t9cnicas usadas para la aplicación del mismo. ?nteracción suelo estructura El an"lisis el"stico de las undaciones es una simplifcación de la interacción real entre la undación el suelo (>ain @ee 67A8B >or2ant 67$). Consecuentemente no se producen siempre estimaciones e#actas de las tensiones por e#ión o los esta'lecimientos dierenciados en la cimentación. El pro'lema primario con el modelo de la 2iga el"stica de undación es !ue asume la acción de cada resorte independientemente de los otros en contraste a esto las cargas ocasionan inuencias de'a*o de un suelo en los suelos pró#imos. Esta carencia de la interacción entre los resortes genera m"s error !ue la incertidum're en seleccionar s. 1utinariamente los ingenieros usan modelos de elementos fnitos 9stos representan el suelo como un medio el"stico usando resortes. &in em'argo ahora este m9todo puede go,ar de un uso m"s amplio a !ue con la tecnolog3a se han logrado ordenadores de gran alcance el sotFare apropiado para dicho an"lisis. Comportamiento cargadeormación
Donde: ! =resión en la placa. I =Deormación. El módulo s tiene unidades de uer,a por longitud al cu'o. Estos m9todos tempranos siempre consideraron s como una constante en cual!uier proundidad determinada. En otros tra'a*os se asumió !ue la resistencia lateral era proporcional a la dee#ión lateral. En realidad esta unción es claramente no lineal.
lineal. Eran tam'i9n los primeros para seJalar datos e#perimentales de una prue'a de carga lateral a escala completa Determinación del módulo de reacción del su'suelo Cuando se a'orda el estudio de cimentaciones o de estructuras em'e'idas en el terreno es cada 2e, mas recuente utili,ar programas de c"lculo en ordenador !ue utili,an el modelo matem"tico de KinHler (o del coefciente de 'alasto) para defnir el comportamiento del terreno. Desaortunadamente esta tarea no es tan simple como pudiera parecer por!ue s no es una propiedad undamental del suelo. Esta magnitud tam'i9n depende de muchos otros actores incluendo los siguientes: L @a anchura del "rea cargada. L @a proundidad del "rea cargada de'a*o de la superfcie. L Miempo. L @a posición de la carga. ;ctualmente no sólo el 2alor de s incluso otros actores se pueden defnir por la relación no lineal cargadeormación.
1elación no lineal carga N deormación 1ecordaremos !ue en el modelo de KinHler el coefciente de 'alasto s es un par"metro !ue se defne como la relación entre la presión !ue actúa en un punto p el asiento !ue se produce es decir s= p4. Este par"metro tiene la dimensión de un peso espec3fco aun!ue depende de las propiedades del terreno no es una constante del mismo a !ue el asiento de una cimentación apoada so're un medio seudo el"stico depende de las dimensiones del "rea cargada e#isten grandes dierencias si se estudian estructuras 2erticales según se 2er" m"s adelante. Mer,aghi para el estudio de cimentaciones hi,o dos propuestas una para suelos arcillosos otra para suelos arenosos indicando en cada caso el 2alor s (6) a utili,ar con una placa cuadrada de lado igual a (6 pie) para pasar luego a placas cuadradas de lado (') a cimentaciones rectangulares de dimensiones (' # l ). ara el estudio de elementos 2erticales Mer,aghi dio las oportunas recomendaciones considerando coefcientes de 'alasto en sentido hori,ontal pero dierenciando dos casos: L El estudio de pilotes o placas sometidos a cargas hori,ontales defniendo el par"metro h.
L El estudio de pantallas o ta'laestacas construidas para contener el terreno contiguo a una e#ca2ación en cuo caso defnió el par"metro lh. ilotes sometidos a cargas trans2ersales En este caso Mer,aghi admitió una 2ariación lineal del coefciente de 'alasto de acuerdo con la siguiente e#presión: k h =nh .
z b
Donde: , =Es la proundidad del punto donde se e2alúa h. ' =Es la anchura de la placa 2ertical considerada. nh =Es un coefciente de reacción hori,ontal igual al coefciente de 'alasto a la proundidad ,='. @os 2alores propuestos por Mer,aghi para el par"metro nh en el caso de arena seca o húmeda ueron los siguientes:
ara arenas sumergidas Mer,aghi recomenda'a 2alores iguales al 0/O. Mer,aghi esta'leció esos 2alores en unción del peso espec3fco de la arena multiplicada por una constante 2aria'le según su compacidad. uede compro'arse !ue los 2alores anteriores del coefciente de 'alasto hori,ontal h a la proundidad ,=' oscilan entre el 6AO el 66O de los 2alores propuestos como coefciente de 'alasto 2ertical s(6) para la placa cuadrada hori,ontal de 6 pie de lado. En consecuencia relacionando el 2alor de nh con la resistencia a la penentración est"ndar P o'tenida en el &M pasando todo a unidades m9tricas se pueden esta'lecer las relaciones siguientes similares a las anteriores: ilotes o placas 2erticales en arena seca o húmeda
ara pilotes o placas 2erticales en arena sumergida ; continuación se presentan algunos 2alores sólo a modo de reerencia mas no como 2alores a tomar en cuenta para un diseJo fnal.
esic (6706) propuso la siguiente relación entre s el módulo de elasticidad del suelo:
Donde: = ;ncho del plato. E = <ódulo de elasticidad del suelo. Rp = <ódulo de oisson. E = <ódulo de elasticidad de la undación S 8.% T 6/ l'4t+ S +$///
la resistencia corregida ser":
Donde: U V/ = Esuer,o 2ertical eecti2o de tapada E1 = 1elación de transormación de la energ3a transmitida realmente a la 'arra del &M di2idida por la energ3a teórica li're de ca3da. Correlaciones para calcular el módulo de 'alasto (). ; partir de la teor3a de elasticidad: &e han ela'orado distintas relaciones entre el módulo de corte del suelo (G) el módulo de 'alasto () para distintos comportamientos del pilote (despla,amiento hori,ontal 2ertical torsión etc.) las cuales se muestran en la siguiente ta'la:
Khitman 1ichard recomendaron los siguientes 2alores para el módulo de oisson: ;renas parcialmente saturadas W = /.$% N /.8 ;rcillas saturadas W = /.% @os 2alores de 5# 5, 5X se muestran en las gr"icas