PILOTES

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

ESCUELA

PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

“SISTEMA DE PILOTAJE”

INTRODUCCION

Las cimentaciones profundas (pilas, cajones, etc.) se suelen reservar para situaciones muy especiales (puentes, grandes edificios, muelles etc.); no es común por lo tanto el uso de pilotes para otras aplicaciones menores. La razón de esto suele ser en primer lugar el factor económico, pues es normal pensar en grandes equipos e infraestructura y por consiguiente gran inversiones importantes; en segundo lugar los métodos de clculo tanto geotécnico como estructural !an sido y siguen siendo "lancos de incertidum"res y la "i"liograf#a e$istente est "asada generalmente en li"ros de %eotecnia. Lo li"ros de estructuras tocan muy superficialmente el tema, en este informe intentaremos proveer información para el dise&o tanto geotécnico como estructural de"ido a la carencia antes mencionada. 'sto !a llevado a que la mayor#a de ingenieros no estén familiarizados con el dise&o de los mismos, muc!o menos con las consideraciones geotécnicas y estructurales que se de"en tener en cuenta al momento del dise&o. Lo normal es encontrar dise&os t#picos que se repiten una y otra vez, dejando de lado la ciencia que conlleva a una optimización y dise&o eficiente de l os pilotes. or lo tanto la modelación estructural y la aplicación de programas de cómputo especializados requieren tener claros los conceptos "sicos para poder determinar los parmetros de ingreso.

1 CONCRETO ARMADO II


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MARCO TEORICO

's en este informe pretende contri"uir de manera simple y funcional su dise&o. o o"stante ca"e advertir que en nuestro medios los factores de seguridad en el dise&o, sern siempre elevados, de"ido a la incipiente tecnolog#a y escasez de los equipos necesarios para ensayar el suelo. *e"e entenderse entonces que el susten sustento to de dic!os dic!os factor factores es radica radica en que los datos datos geotéc geotécnic nicos, os, generalmente recogidos de ta"las o !allados por correlaciones, tienen alta varia"ilidad. ero esta afirmación no de"e ser un o"stculo en el proceso de dise&o, pues con adecuado criterio y tomando las precauciones necesarias necesarias se puede llegar a dise&os eficientes y confia"les, entendiendo por supuesto que el é$ito de un dise&o depender de la seriedad con que se efectúen los ensayos previos y del criterio profesional al momento de elegir los parmetros de ingreso en los programas especializados. +rataremos rime rimero ro tien tiene e como como tema tema la desc descri ripc pció ión n los los tipo tiposs de pilo pilote tess e$is e$iste tent ntes es,, se&alando la clasificación de los mismos tanto en función del material como por el proceso constructivo. -egundo, mencionaremos las consideraciones geotécnicas necesarias para el dise&o de los pilotes, se recogen una serie de fórmulas ms corrientes, ta"las y grficos necesarios en dic!o proceso. +ercero, se !ace una introducción a la modelación estructural, mostrando una serie de correlaciones a partir de ensayos y datos comunes con el fin de determinar el coeficiente de "alasto, parmetro indispensa"le en la modelación. Luego Luego detall detallare aremos mos el dise&o dise&o estruc estructur tural al propia propiamen mente, te, se mencio mencionan nan las cons consid ider erac acio ione ness a tene tenerr en cuen cuenta ta en cada cada tipo tipo de pilo pilote te,, asim asimis ismo mo las las verificaciones necesarias. inalmente conclusiones y recomendaciones del presente informe.



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CONDICIONES DEL SUELO QUE REQUIERE LA CIMENTACIÓN PROFUNDA._ Las cimentaciones por pilotaje se utilizan cuando sucede alguna de las siguientes /ondiciones 0 'l estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresi"les y demasiado *é"iles para soportar la carga transmitida por la superestructura. 0 -e quieren reducir o limitar los asientos del edificio. 0 '$iste peligro inminente de licuación de suelos, es decir, presencia de arenas sueltas y nivel fretico alto. 0 resencia de suelos colapsa"les. 0 La permea"ilidad u otras condiciones del terreno impiden la ejecución de cimentaciones superficiales. 0 Las cargas son muy fuertes y concentradas. 0 1ay presencia de suelos e$pansivos, las cimentaciones con pilotes se consideran como una alternativa cuando éstos se e$tienden ms all de la zona activa de e$pansión y contracción. 0 Las cimentaciones de algunas estructuras estn sometidas a fuerzas de levantamiento. 0 1ay presencia de fuerzas !orizontales, las cimentaciones con pilotes resisten por fle$ión mientras soportan aún la carga vertical transmitida por la superestructura. 0 -e quiere evitar los da&os que puede sufrir una futura e$cavación a la cimentación de una edificación adyacente; en este caso el pilote lleva la carga de la cimentación de"ajo del nivel de e$cavación esperado. 0 -e desea proteger estructuras marinas como muelles, atracaderos contra impactos de "arcos u o"jetos flotantes.



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CLASIFICACIÓN DE PILOTES._ SEGÚN EL MATERIAL Pilotes De Acero._ Los pilotes de ae!o son generalmente a "ase de tu"os o de perfiles 1 laminados. Los pilotes de tu"o se !incan en el terreno con sus e$tremos a"iertos o cerrados. Las vigas de acero de pat#n anc!o y de sección 2 tam"ién se usan; sin em"argo se prefieren los perfiles 1 porque los espesores de sus almas y patines son iguales. *e"ido a su alta resistencia y ductilidad, los pilotes de acero pueden !incarse en suelos duros y soportar grandes cargas. +am"ién su resistencia en tracción es ms alta que cualquier otro tipo de pilote, por ello, es esencialmente apropiado para aplicaciones con grandes cargas de tracción. Los pilotes de acero son sencillos de unir, por consiguiente, constituyen una "uena opción cuando la longitud requerida es mayor que 34m. 'l constructor simplemente !inca la primera sección, luego suelda con la siguiente sección y continúa !incando. '$isten ciertos empalmes especiales de acero que agilizan esta operación. Los pilotes de acero tienen la desventaja de que son costosos y ruidosos cuando se !incan. 'n ciertos medios, pueden estar sujetos a corrosión.

Pilotes de concreto._ Los pilotes de o"!eto son elementos de concreto reforzado prefa"ricado o vaciados in situ. 5sualmente tienen una sección transversal cuadrada u octogonal y soportan cargas a$iales de tra"ajo de 678 a 9788 :. ctualmente los pilotes pretensados son una "uena alternativa, éstos tiene mayor resistencia en fle$ión y son consecuentemente menos suscepti"les a da&arse durante su manipuleo e !incado. 5sualmente, el pretensado es una mejor opción que el postensado porque permite el corte de los pilotes, si fuera necesario, sin afectar la fuerza del pretensado. Los pilotes de concreto no toleran condiciones dif#ciles de !incado como los de acero, y tienen una mayor pro"a"ilidad de da&arse. -in em"argo, los pilotes de concreto son muy populares porque son ms "aratos que los pilotes de acero y su capacidad de carga es importante.

Pilotes de madera._ Los pilotes de #ade!a son troncos de r"oles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud m$ima de la mayor#a de pilotes de madera es de entre 38 y <8 m. ara calificar como pilote, la madera de"e ser 4 CONCRETO ARMADO II


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recta, sana y sin defectos. El Manual of practice, Nº. 17 de la American Society of Civil Engineers lo divide en tres clases 0 ilotes clase  que soportan cargas pesadas. 'l dimetro m#nimo del fuste de"e ser de (97= mm). 0 ilotes clase > que se usan para tomar cargas medias. 'l dimetro m#nimo del fuste de"e ser de entre (987 ? 998 mm). 0 ilotes clase / que se usan en tra"ajos provisionales de construcción. 'stos se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote est de"ajo del nivel fretico. 'l dimetro m#nimo del fuste de"e ser de 987 mm. Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al !incarse; por lo tanto, su capacidad se limita a apro$imadamente <7 ? 98 ton. -e de"en usar elementos de acero para evitar da&os en la punta del pilote. La parte superior de los pilotes de madera tam"ién podr#a da&arse al ser !incados, para evitarlo se usa una "anda metlica o un capuc!ón o ca"ezal. Los pilotes de madera permanecern indefinidamente sin da&o si estn rodeados de suelo saturado. -in em"argo, en un am"iente marino, estn sometidos al ataque de varios organismos y pueden ser da&ados considera"lemente en pocos meses. /uando se localizan arri"a del nivel fretico, los pilotes son atacados por insectos. -u vida se incrementar tratndolos con preservadores como la creosota.

Pilotes compuestos._ Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos estn !ec!os de diferentes materiales, por ejemplo; se fa"rican de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten en una porción inferior de acero y en una porción superior de concreto colado en el lugar. 'ste tipo es el usado cuando la longitud del pilote requerido para un apoyo adecuado, e$cede la capacidad de los pilotes simples de concreto colados en el lugar. Los de madera y concreto consisten en una porción inferior de pilote de madera de"ajo del nivel permanente de agua y en una porción superior de concreto. 'n cualquier caso, la formación de juntas apropiadas entre dos materiales es dif#cil y por eso, los pilotes compuestos no son muy usados. '$isten tam"ién los pilotes compuestos de acero y plstico, consisten en un corazón tu"ular de acero rodeado por una cu"ierta de plstico. La cu"ierta de plstico est conformada por material reciclado. 'ste tipo de pilote !a sido usado e$itosamente en aplicaciones en contacto con el agua, donde su resistencia a la acción de organismos marinos, putrefacción y a"rasión, adems de su mayor resistencia, los convierte en pilotes superiores que los de madera. unque el costo de los materiales de estos pilotes es mayor, su largo per#odo de vida útil y "uen estado de conservación los convierte en una alternativa ms atractiva que los pilotes de madera.

SEGÚN EL SISTEMA DE CONSTRUCCIÓN Pilotes hincados._ 5 CONCRETO ARMADO II


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/onsisten en unidades prefa"ricadas, usualmente de madera, concretos o acero, !incados !acia el suelo mediante martillos a vapor, neumticos, diesel, o vi"ratorios.

Pilotes hincados y vaciados in situ._ ormados !incando un tu"o con una orilla cerrada !acia el suelo y llenando el tu"o con concreto. 'l tu"o, llamado tam"ién camiseta, puede ser o no removido.

Pilotes de gato._ 5nidades de acero o concreto !incadas en el suelo mediante gato !idrulico usados generalmente para, refuerzo y recalce de edificios y estructuras y o"ras de diferente naturaleza, en las que las soluciones convencionales resultan de dif#cil o imposi"le aplicación. ermiten tra"ajar en lugares angostos o de "aja altura y en pro$imidad de instalaciones en funcionamiento, evitndose la interrupción de actividades industriales, desalojo de vecinos o cualesquiera otras pertur"aciones que, con los procedimientos convencionales, resultan frecuentemente inevita"les.

Pilotes perorados y vaciados in situ._ -on pilotes formados perforando un orificio en el suelo y llenndolo con concreto.

Pilotes mi!tos._ /om"inaciones de dos o ms de los tipos anteriores, o com"inaciones de diferentes materiales en el mismo tipo de pilote. Los primeros tres tipos de pilotes son llamados a veces pilotes de despla"amiento# ya que el suelo es desplazado al tiempo que se !unde el pilote en él. 'n 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. 'sta diferencia "sica entre el desplazamiento y el no desplazamiento requiere de un seguimiento diferente para los pro"lemas en el clculo de la capacidad de soporte, por tanto, los dos tipos sern tratados en forma separada.

Ca$ones de cimentaci%n &Caissons' ._ 'structuras que se !unden a través del suelo o del agua con el propósito de e$cavar y colocar la cimentación a la profundidad prescrita y que su"secuentemente viene a ser una parte integral de tra"ajo permanente.

Ca$%" de e&a'ai%" e!!ado  's un cajón que es cerrado en el fondo pero a"ierto a la atmósfera en su e$tremo superior. 6 CONCRETO ARMADO II


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Ca$%" de e&a'ai%" a(ie!to  's un cajón a"ierto por am"os lados, tanto en el fondo como en su e$tremo superior. Ca$%" de e&a'ai%" "e)#*tio  /ajón con una cmara de tra"ajo en la que el aire se mantiene so"re la presión atmosférica para prevenir la entrada de agua a la e$cavación. Mo"ol+ti o /ajón a"ierto de concreto denso y pesado o de construcción de mamposter#a, que contiene uno o ms pozos para la e$cavación. CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA EN LA ELECCIÓN DEL TIPO DE PILOTE._ Pilotes ,i"ados

-e"ta$as 0 'l material del pilote puede ser inspeccionado antes de introducirlo en el suelo. 0 's esta"le en suelo e$primi"le. 0 o se da&a con el levantamiento del terreno ocasionado por el !undimiento de pilotes adyacentes. 0 'l procedimiento de construcción no se ve afectado por el agua su"terrnea. 0 ueden ser llevados fcilmente por encima del nivel del terreno, especialmente en estructuras mar#timas. 0 ueden ser !undidos en longitudes muy largas. Des'e"ta$as 0 -e pueden romper durante !undimientos dif#ciles, o peor aún pueden sufrir da&os mayores no visi"les en condiciones dif#ciles de !undimiento. 0 o son económicos si la cantidad de material en el pilote depende de los esfuerzos de manejo y !undimiento ms que de los esfuerzos de la carga permanente. 0 'l ruido y la vi"ración durante el !undimiento pueden causar molestias o da&os. 0 'l desplazamiento de suelo durante el !undimiento de pilotes en grupo puede da&ar estructuras adyacentes o causar levantamiento de pilotes adyacentes al levantar el suelo. 0 o pueden ser !undidos en dimetros muy grandes. 0 o se pueden !undir en condiciones de poco espacio. Pilotes ,i"ados  -aiados I" Sit) -e"ta$as 0 La longitud se puede ajustar fcilmente !asta alcanzar niveles varia"les en el estrato de carga. 0 'l tu"o se !unde con un e$tremo cerrado, evitando el paso del agua su"terrnea. 0 's posi"le formar una "ase agrandada en la mayor#a de los tipos. 7 CONCRETO ARMADO II


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0 'l material del pilote no est determinado por los esfuerzos de manejo o !undimiento. 0 'l ruido y la vi"ración se pueden reducir en algunos tipos.

Des'e"ta$as 0 uede ocurrir un desgaste o estrec!amiento en el suelo a menos que se tenga muc!o cuidado al colar con concreto el cuerpo del pilote. 0 'l fuste de concreto se puede de"ilitar si !ay un gran flujo de agua artesiana !acia el e$terior de éste. 0 'l concreto no puede ser inspeccionado después de terminado. 0 '$isten limitaciones en la longitud de !undimiento en la mayor#a de los tipos. 0 'l desplazamiento del concreto puede da&ar el concreto de pilotes adyacentes o causar levantamiento de los mismos al levantar el suelo. 0 'l ruido, la vi"ración y el desplazamiento del suelo puede causar molestias o da&os a estructuras adyacentes. 0 o pueden ser utilizados en estructuras de r#os o mares sin adaptaciones especiales. 0 o se pueden !undir en dimetros muy grandes. 0 o se pueden !acer ampliaciones muy grandes en los e$tremos. Pilotes Pe!/o!ados  -aiados I" Sit) -e"ta$as 0 La longitud puede ser variada fcilmente para adaptarse a las diversas condiciones del suelo. 0 'l suelo removido durante la perforación puede ser inspeccionado, de ser necesario, se puede muestrear o realizar prue"as in situ. 0 -e pueden instalar en dimetros muy grandes. 0 -on posi"les alargamientos de !asta dos o tres dimetros en arcillas. 0 'l material del pilote no depende de las condiciones de manejo o !undimiento. 0 -e pueden instalar en grandes longitudes. 0 -e pueden colocar sin ruido, ni vi"ración aprecia"les. 0 -e pueden instalar en condiciones de poca altura li"re. 0 o e$iste el riesgo de levantamiento del suelo.

Des'e"ta$as 0 -on suscepti"les a desgaste o @estrec!amientoA en tierra @e$primi"leA. 0 'l concreto no se instala en condiciones ideales y no puede ser inspeccionado luego. 0 'l agua "ajo presión artesiana puede empujar el cuerpo del pilote lavando el cemento. 0 o se pueden formar e$tremos alargados en materiales no co!esivos. 0 o se pueden e$tender fcilmente so"re el nivel del suelo, especialmente en estructuras de r#os y mares. 0 Los métodos de perforación pueden aflojar suelos arenosos o gravosos. 0 'n algunos casos se de"ern emplear lodos "entónicos para esta"ilizar el suelo. 8 CONCRETO ARMADO II


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ESTUDIOS GEOT0CNICOS ._ -e de"e tener muc!o cuidado al momento de considerar los parmetros geotécnicos para el clculo de las cimentaciones. La incertidum"re para la elección de los mismos o"liga a conocer detalladamente el comportamiento de los suelos a fin de elegir correctamente dic!os parmetros. 'l programa de e$ploración geotécnica de"er proporcionar información so"re las condiciones estratigrficas del sitio en estudio, las condiciones de presión del agua del su"suelo y las propiedades mecnicas de los suelos (resistencia, compresi"ilidad y permea"ilidad), a fin de facilitar el dise&o racional de la cimentación de estructuras y la selección del método constructivo adecuado para su ejecución. Las muestras que se utilizan en el la"oratorio para identificar el suelo, se utiliza para conocer algunas propiedades #ndices, definir la estratigraf#a y preparar espec#menes compactados o reconstituidos. 'l programa de estudios de la"oratorio se esta"lece para cumplir con dos o"jetivos esenciales clasificar cuidadosamente los suelos encontrados y o"tener sus parmetros de resistencia y deforma"ilidad para el dise&o de la cimentación; para alcanzar estos propósitos, se realizan las prue"as #ndice y mecnicas enumeradas en la siguiente ta"la.

Las condiciones de prue"a de"en elegirse en cada caso particular tratando de reproducir los estados de esfuerzo y patrones de drenaje que generar l a estructura; la selección adecuada de las muestras, de acuerdo a tales condiciones permitir o"tener parmetros de dise&o representativos del 9 CONCRETO ARMADO II


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comportamiento del suelo. 'sta selección podr facilitarse si se dispone de la información o"tenida de sondeos. 'n nuestro pa#s, los ensayos para o"tener las propiedades mecnicas no se utilizan con muc!a frecuencia de"ido a los costos que representan, sin em"argo permiten o"tener datos ms reales que las encontradas por medio de correlaciones con prue"as de penetración (de mayor uso -+) y propiedades #ndices, ya que éstas o"ligan a tomar factores ms conservadores en la determinación de la capacidad de carga de los suelos. 5tilizaremos este ejemplo de información de los resultados del -+.



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Fato! De Se1)!idad E" Pilotes ,i"ados._ -e recomienda un valor comprendido entre < y 9 si la confia"ilidad es alta y un factor comprendido entre 9 y 7 si la confia"ilidad es "aja.

DISE2O GEOT0CNICO DE PILOTE ._ 'l anlisis de una cimentación profunda se inicia con la selección de aquellos elementos que sean compati"les con la estratigraf#a y propiedades mecnicas de los suelos o rocas del sitio, en términos generales, toda cimentación de"e dise&arse para satisfacer dos requisitos esenciales seguridad adecuada contra falla y funcionalidad de la estructura. 'l dise&o geotécnico de una cimentación profunda comprende las siguientes 'tapas 3. 2nvestigación geotécnica. <. -elección del elemento de cimentación y del equipo de construcción. 9. *eterminación preliminar de la longitud y capacidad de carga del elemento. 6. Berificación de las etapas < y 9, con los datos o"tenidos en prue"as de carga.

ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE

-eleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas "astantes dif#ciles que requieren "uen criterio. Los pilotes se dividen en tres categor#as principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo 0 ilotes de punta 0 ilotes de fricción o

PI(OTE) DE PUNTA



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-i los registros de perforación esta"lecen la presencia de lec!os de material rocoso en un sitio a una profundidad razona"le, los pilotes se prolongan !asta la superficie de la roca. 'n este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material su"yacente; entonces se denominan pilotes de punta. 'n la mayor#a de estos casos, la longitud del pilote puede esta"lecerse con "astante precisión.

-in en vez de un lec!o rocoso se encuentra un estrato de suelo "astante compacto y duro a una profundidad razona"le, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro.



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Los pilotes con pedestales se construyen so"re el lec!o del estrato duro, y la carga última del pilote se e$presa como

*u + *p,*s *ónde CpD /arga transferida por la punta del pilote CsD /arga transferida por la fricción superficial desarrollada en los lados del pilote (causada por la resistencia cortante entre el suelo y el pilote)

-i Cs es muy peque&a

*s - *p 'n este caso la longitud requerida de pilotes se estima con muc!a precisión si se dispone de los registros de e$ploración del su"suelo. o

PI(OTE) DE .RICCI/N

/uando no se tiene un estrato de roca o material duro a una profundidad razona"le en un sitio, los pilotes de punta resultan muy largos y antieconómicos. ara este tipo de condición en el su"suelo, los pilotes se !incan en el material ms "lando a profundidades espec#ficas. La carga última de los pilotes se e$presa por la ecuación

*u + *p,*s -in em"argo el valor de C p es relativamente peque&o, entonces

*u - *s



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ECUACIONES PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE UN PILOTE 

Capaidad de a!1a de la p)"ta3 Q p. *p + Ap 0p + Ap &c1Nc2, 01N02'

*ónde p D Erea de la punta del pilote qp D Fesistencia unitaria de punta

Resiste"ia po! /!ii%"3 Q s. *s + 3435 N A)( &6g7cm5' *ónde CsD Fesistencia por fricción  D úmero de golpes, , para penetrar 98 cm del estrato resistente  D úmero de golpes, , para penetrar 98 cm del estrato intermedio sD 'l per#metro del pilote L D Longitud del pilote

M0TODOS PARA ESTIMAR LA CARGA POR PUNTA 4QP5

M6todo de Me7e!8o/ *p +Ap0p + AP 08N02

0l +3493 pa N02tan :; *ónde pa D presión atmosférica (388:GH < I <888l"Gpie<) JK D ngulo efectivo de fricción del suelo del estrato de apoyo



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M6todo de -esi *p+Ap0p+ Ap&c8Nc2,σ� 8oN<2' M6todo de 9a"() ('n arena) *p+Ap&c8Nc2,08N02'





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M=todo de Coyle y Castello *p+ 08N02Ap La figura 9.4 muestra la variación de q con LG* y el ngulo de fricción del suelo M N.

CORRELACIONES PARA CALCULAR :Q P: CON RESULTADOS SPT



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La ta"la 9.O da la correlación de 0p con el número N>3 de penetración estndar. 's importante o"servar que el valor  =8 es la condición promedio cerca de la punta del pilote (es decir, 6* a"ajo P 38* arri"a de la punta del pilote) 1ay dos métodos principales para estimar de q p usando la resistencia 0c de la penetración de cono

M=todo (CPC 0p + 0c&e0'6? *ónde qc(eq)D Fesistencia equivalente promedio del cono Q"D actor emp#rico de capacidad de carga

La magnitud de q c(eq) se calcula de la siguiente manera 3) /onsidere la resistencia qc en la punta del cono dentro de un intervalo de 3.7 * de"ajo de la punta a 3.7* arri"a de la punta del pilote. <) /alcule el promedio de qcRq c(prom)S dentro de la zona mostrada en la figura 9.O 9) 'limine los valores qc que son mayores que 3.9 q c(prom) y los valores qc que son menores que 8.T qc(prom) 6) /alcule qc(eq) promediando los valores qc restantes.



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igura 9.O

M=todo holand=s *e acuerdo con el método !olandés (de Fuiter y >eringen, 3OTO), se considera la variación de qc en el intervalo de 6* por de"ajo de la punta del pilote a 4* por arri"a de la punta.

pa D resión atmosférica (U 388QGm<)

RESISTENCIA POR FRICCIÓN QS EN ARENA Cs DVpWLf

CAPACIDAD DE CARGA POR PUNTA DE PILOTES SO;RE ROCA qp D qu(MX3) *ónde MDtan< (67XMYG<) quD resistencia a compresión no confinada de la roca MYDngulo de fricción drenado

PRUE;AS DE CARGA EN PILOTES 18 CONCRETO ARMADO II


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m

GRUPOS DE PILOTES Capacidad De Carga Del rupo De !ilotes

La capacidad del grupo es la suma de la capacidad de carga de la "ase de la ZcimentaciónZ, ms la resistencia a esfuerzo cortante a lo largo de las caras verticales del grupo que forma la ZcimentaciónZ.

Eficiencia Del rupo De !ilotes.

@ + *g &u' *ónde [D 'ficiencia del grupo. Cg (u) D /apacidad última de carga del grupo de pilotes. 19 CONCRETO ARMADO II


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Cu D /apacidad última de carga de cada pilote sin el efecto del grupo.

DISE2O ESTRUCTURAL EN PILOTES DE CONCRETO._ Los especialistas en dise&o tienen la li"ertad de dise&ar de acuerdo con su conocimiento y e$periencia, pero de"en verificar que sus resultados cumplan con el reglamento de dise&o y construcción que norme técnicamente las o"ligaciones generales de seguridad y funcionalidad de la localidad. 'n el dise&o estructural de una cimentación de"e tenerse en cuenta, en el grupo en que sean significativos, los siguientes factores /apacidad de carga del material de apoyo (suelo o roca). *eformaciones del suelo, inmediatas y diferidas. Fesistencia y rigidez de la su"estructura. Fesistencia y rigidez de la superestructura. Los pilotes de"en ser capaces de resistir sin da&arse 3) 'l aplastamiento "ajo cargas verticales. <) 'l aplastamiento por impacto durante en !incado. 9) 'sfuerzo durante el manejo. 6) +ensión de"ida a fuerzas de su"presión, "ufamiento del suelo o re"ote durante el !incado. 7) uerzas !orizontales que ocasionen fle$ión. =) uerzas e$céntricas que causen fle$ión. T) Homentos fle$ionantes por curvatura. 4) 'fecto de columna en los tramos sin soporte lateral del terreno en contacto con aire, agua o lodo muy fluido. Los pilotes de"en tener un rea suficiente tanta lateral como en sección transversal, para poder transferir la carga al estrato de suelo seleccionado en el caso de pilotes de fricción, y suficiente rea en la "ase si son pilotes tra"ajando por punta. 'n el dise&o estructural de una cimentación puede seguirse el procedimiento "sico siguiente •

•

/alcúlense las fuerzas y momentos transmitidos a la cimentación por la superestructura. -upónganse unas dimensiones para la cimentación (el rea de cimentación de"e ser tal, que "ajo las cargas y momentos que la estructura transmite a la su"estructura no se e$ceda la capacidad de carga calculada del terreno).



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“SISTEMA DE PILOTAJE” •

-upóngase una distri"ución de presiones de contacto entre la su"estructura y el suelo o, en caso en sistema formado por el suelo y los pilotes, que cumplen con las condiciones siguientes

0'$iste equili"rio local y general entre las presiones de contacto, las fuerzas internas en la su"estructura y las fuerzas de momentos transmitidos a esta por la superestructura. 0 Los !undimientos diferencial, inmediatos ms diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta actuando so"re el terreno y los pilotes, son menores que los tolerados por la superestructura. 0 Los asentamientos diferenciales, inmediatos ms diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta, actuando so"re com"inación de superestructura y su"estructura, son menores que los permisi"les. -i no se cumple alguna de las condiciones anteriores, de"e suponerse otra distri"ución de presiones de contacto y repetirse el proceso. Los pilotes de concreto colados en el sitio son cilindros o prismas de gran longitud en relación a su dimetro, cuya capacidad de carga es la suma de su resistencia por rozamiento con el terreno y su apoyo en punta. 5na vez determinada la carga de !undimiento y los asientos correspondientes a la carga admisi"le, se procede al dimensionamiento estructural del pilote; el cual puede ser calculado como una columna corta. -in em"argo, !ay dos diferencias importantes a ser tomadas en cuenta en el dise&o estructural. 0 'l pilote est rodeado por el terreno, lo que disminuye el peligro de pandeo. un cuando el terreno sea muy "lando. 0 Las cargas que se admiten para los pilotes de concreto colados en el sitio son inferiores que para otro tipo de estructura de"ido a la incertidum"re de la calidad del concreto en el interior de la perforación.

DISE2O ESTRUCTURAL< )olicitaciones4 Las cargas de servicio a que est sometido el pilote de"e estar factoradas. 'l /2 934‐8<, estipulan que las cargas factoradas 5 son

U + 45D , 4>( U + 45D , 43( , 4BE U + 45D , 4>( ,34

Dónd! " # $%&'% ()& *+n,) d -&*+$+) D # $%&'% ./&,% d -&*+$+) L # $%&'% *+*% d -&*+$+) E # $%&'% --.+$% d -&*+$+) CONCRETO ARMADO II

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-i los pilotes estn sometidos a carga a$ial como momento flectores, se dise&a como columna en fle$o ‐compresión.

Diseo por le!i%n ara determinar el esfuerzo longitudinal se puede !acer prue"a y error o utilizando los diagramas de interacción de columnas. uesto que las cargas de"en estar factoradas, se tiene

PU + 45 PD , 4> P( ACI F ‐35 MU + 45MD ,4> M( ACI F ‐35 *ónde 5 P H5 carga a$ial y momento último. * P L carga muerta y viva a$ial de servicio. H* P HL momentos de"idos a cargas muerta y viva de servicio. 9.6.<.9 -elección del diagrama a utilizar 'l diagrama que se seleccione de"e estar preparado para la misma sección transversal (circular o rectangular), resistencia del concreto (fYc), esfuerzo de fluencia del acero (fy) se de"e tomar como se muestra en la figura 9.39

Ag + &G!D5' 7B# para circulares &Hrea gruesa' AC + &G!D15' 7B# para circulares &Hrea del ncleo' Ag + &J' &('# para cuadrados y rectangulares &Hrea gruesa' AC + &J1' &('# para cuadradas y rectangulares &Hrea del ncleo'



ESCUELA



Resistencia estructural del pilote como columna  través de estudios técnicos y de resultados e$perimentales se !a demostrado que el suelo en que se !inca un pilote lo confina lateralmente en toda longitud. or lo tanto, el pilote tra"aja como columna corta y son aplica"les las fórmulas deducidas para este tipo de miem"ros estructurales. /onsecuentemente, se proponen la siguiente fórmula para pilotes de concreto

*a + K&349  1c' &Ag ‐A)' ,A)  y L 'n donde Ca /arga a$ial permisi"le o de tra"ajo f Nc 'sfuerzo de fluencia del concreto f y  'sfuerzo de fluencia del acero g Erea gruesa s Erea transversal de las varillas longitudinales de esfuerzo del pilote - /oeficiente de seguridad (se recomienda utilizar un valor de 9)

)ecuencia del proyecto ara el proyecto de una cimentación por medio de pilotes se requiere como elemento esencial un perfil del suelo que represente los resultados de sondeos e$ploratorios. /omúnmente este perfil de suelos provee toda la información necesaria para decidir si la cimentación puede esta"lecer so"re pilotes de fricción, so"re pilotes resistentes de punta o so"re pilotes mi$tos. 'l siguiente paso consiste en elegir la profundidad de !incado y el tipo de pilote a emplear, "asndose en aspectos económicos y en las condiciones impuestas por las caracter#sticas de la o"ra. -e determinan luego la capacidad de carga última de un pilote y este valor se divide por un coeficiente de seguridad apropiado para o"tener la carga admisi"le por pilote. reliminarmente el nmero de pilotes para una carga dada ser igual a dic!a carga entre la capacidad admisi"le de pilote empleado.

N + *U 7 *adm 23 CONCRETO ARMADO II


ESCUELA



*ónde  úmero de pilotes Cu /arga última Cadm /arga admisi"le o permisi"le *eterminado el número de pilotes, el siguiente paso es el de elegir su espaciamiento. or razones de #ndole económica y practica se !a esta"lecido que la distancia * entre ejes de pilotes de"e estar comprendida entre <.7 a 6.8 veces el dimetro superior de dic!os pilotes. 5na distancia * menos a <.7 veces el dimetro superior del pilote dificulta su !incado, una distancia * mayor de cuatro veces el dimetro del aumenta el costo de la zapata ca"ezal de los mismos, sin "eneficio a la cimentación.


PILOTES

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