Tomada de GCOC, 2003
CIMENTACIONES PROFUNDAS PILOTES. CÁLCULO II Tomada de Meyerhof, G.G.
Luis Ortuño Abad
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN ANALÍTICA DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO. FUSTE. HUNDIMIENTO HUNDIMIENTO POR EL FUSTE. CONDICIONES DRENADAS. CTE (2006)
τf : Kf : φ’ : σ′ v: f:
resistencia unitaria por por fuste al nivel considerado coeficiente de empuje horizontal ángulo de rozamiento interno del suelo presión vertical efectiva efectiva al nivel considerado. considerado. factor de reducción del rozamiento por el fuste
Para pilotes hincados, Kf =1. Para perforados, K f=0,75.
f=1 para pilotes de hormigón in situ o de madera, f=0,9 para pilotes prefabricados de hormigón y f= 0,8 para pilotes de acero
Se desprecia la cohesión en suelos finos
En suelos granulares
En suelos finos
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN ANALÍTICA DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO. FUSTE. HUNDIMIENTO POR EL FUSTE. CONDICIONES DRENADAS. ROM (2005)
τf : resistencia unitaria por fuste al nivel considerado K : coeficiente de empuje horizontal φ’ : ángulo de rozamiento interno del suelo σ′ v: presión vertical efectiva al nivel considerado. f: factor de reducción del rozamiento por el fuste
Para pilotes hincados, Kf =0,75. Para perforados, K f=0,50.
f=1 para pilotes de hormigón in situ o de madera, f=1 para pilotes prefabricados de hormigón y f= 0,9 para pilotes de acero
En suelos granulares
En suelos finos
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN ANALÍTICA DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO. FUSTE. FUSTE EN ARCILLAS. CONDICIONES SIN DRENAJE. Para estudiar esta situación existe la “tradición” de relacionar la resistencia por fuste del pilote con l a resistencia al corte sin drenaje del suelo, su.:
Tomada de G&C II, pág .974 (α varía entre 0,3 y 1,0)
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Código Canadiense, propuesto para arcillas con su<100 kPa. Se observa un rango de variación para α entre 0,4 y 1,0.
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN ANALÍTICA DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO. FUSTE. FUSTE EN ARCILLAS. CONDICIONES SIN DRENAJE. Tomada de Burland, J.B. (1988) (Procede a su vez de Skempton (1959).) La figura muestra los valores de α deducidos a partir de ensayos de carga .Su fue obtenida de ensayos triaxiales convencionales. La media del rango mostrado en el gráfico da lugar al un valor empleado con profusión en el pasado.
α
= 0,45,
Tomada de Burland, J.B. (1988) Pruebas de carga sobre arcillas NC y OC. 1,5.
α oscila entre 0,4 y
NOTA: Las Normas y Recomendaciones suelen contener expresiones basadas en este tipo de información para estimar la resistencia por fuste a corto plazo en arcillas en función de la resistencia al corte sin drenaje del suelo, s u. Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO
OTROS MÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTO
DISEÑO EMPÍRICO BASADO EN CORRELACIONES CON:
EL SPT
LOS PENETRÓMETROS DINÁMICOS
PENETRÓMETROS ESTÁTICOS
ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS
PRUEBAS DE CARGA ESTÁTICAS Y DINÁMICAS
PARA LOS PILOTES HINCADOS SE CUENTA ADEMÁS CON MÉTODOS DERIVADOS DE LAS FÓRMULAS DE HINCA, DEL ANÁLISIS DE LA ECUACIÓN DE ONDA, ETC.
NOTA: Se muestran a continuación algunos de estos procedimientos, extraídos directamente de las Normas y Recomendaciones españolas. Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL SPT GCOC (2003). Pilotes perforados. Aplicable a suelos granulares (< 15% finos; sin tamaños > 5 cm). No aplicable a calizas orgánicas (conchíferas o coralinas).
Resistencia por punta = 0,1 MPa para arenas finas con d50 < 0,2 mm α = 0,2 MPa para arenas gruesas con d50 > 0,6 mm Para valores intermedios de d50 se interpola linealmente α
es el golpeo SPT corregido por el efecto de la sobrecarga de tierra y normalizado a la energía estándar del 60%, promediado en la zona de influencia de la punta (tiene un límite máximo) fD es el factor de forma
Resistencia por fuste N60 es el golpeo SPT corregido por sobrecarga y normalizado a la energía estándar del 60% correspondiente a cada profundidad de cálculo
GCOC (2003). Pilotes hincados: Se aplican las mismas correcciones vistas para el método analítico.
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES MÉTODOS EMPÍRICOS LOCALES GCOC (2003)
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CIMENTACIONES SUPERFICIALES MÉTODOS EMPÍRICOS LOCALES
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL SPT CTE (2006). Aplicable a suelos granulares (% finos < 35%), y con < 30% de partículas > 2 cm (que pueden desvirtuar el ensayo).
Resistencia por punta fN=0,4 fN=0,2
para pilotes hincados para pilotes hormigonados in situ N es valor medio del SPT normalizado a la energía estándar del 60% en la zona de influencia de la punta
Resistencia por fuste NSPT es el golpeo SPT normalizado a la energía estándar del 60% correspondiente a cada profundidad de cálculo
Otras reglas: No se utilizarán valores de NSPT superiores a 50 En pilotes metálicos la resistencia por fuste se reduce a un 80% de la de los pilotes de hormigón
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL PENETRÓMETRO ESTÁTICO
GCOC (2003). Pilotes perforados.
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL PENETRÓMETRO ESTÁTICO
GCOC (2003). Pilotes perforados.
GCOC (2003). Pilotes hincados: Se aplican las mismas correcciones vistas para el método analítico. Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO A PARTIR DEL PENETRÓMETRO ESTÁTICO
CTE (2006)
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO CON FORMULAS DE HINCA Aunque hoy en día se dispone de métodos de análisis del proceso de hinca considerablemente avanzados, aún se emplean de forma bastante habitual las tradicionales “fórmulas de hinca”, que se esbozan a continuación. Se trata de estudiar la relación entre la energía potencial disponible y el trabajo realizado para vencer la resistencia del terreno e hincar el pilote:
Q= Resistencia del terreno δ = “Rechazo” (penetración/golpe) Pm = Peso de la maza H = Altura de caída
Si el choque fuera perfectamente elástico:
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO CON FORMULAS DE HINCA Si el choque fuera perfectamente anelástico:
Y habría una pérdida de energía:
La realidad será intermedia, y se perderá sólo una fracción (1-ρ2) de la energía inicial (ρ = coeficiente de percusión (si ρ = 0, el choque es anelástico)).
ANÁLISIS DE LA HINCA 1.- Energía cinética de la maza:
3.- Trabajo consumido para penetrar en el terreno:
4.- Energía elástica perdida (compresión recuperable):
2.- Pérdida en el choque:
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δes = compresión elástica del sombrerete δep = compresión elástica del pilote δet = compresión elástica del terreno
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE HUNDIMIENTO CON FORMULAS DE HINCA ANÁLISIS DE LA HINCA Luego:
Fórmula de Hiley (1930)
δr se mide para andanadas de varios golpes δe se mide con transductores (antes a mano, con riesgo para la misma) NOTA: Ver valores propuestos por Hiley en G&C III 1ª Parte, pág. 341
Tomada de G&C III. Pág. 340
Fórmula holandesa:
η = 1 (eficiencia total del golpe) ρ = 0 (choque anelástico) δes =δep =δet = 0
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL
ASIENTO DEL PILOTE AISLADO
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL ASIENTO DEL PILOTE AISLADO GCOC 2003
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES CUESTIONES BÁSICAS A CONSIDERAR:
1.- DISTRIBUCIÓN DE CARGAS
2.- CAPACIDAD DE CARGA (HUNDIMIENTO)
3.- ASIENTOS Tomada de GCOC, 2003
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 1.- DISTRIBUCIÓN DE CARGAS GCOC (2003): “Los coeficientes de reparto entre pilotes dependen de la naturaleza del terreno y de la rigidez de los pilotes y del encepado. En general, para los primeros tanteos de proyecto y para ciertas situaciones sencillas que no necesitan ser resueltas con precisión, basta con la distribución de cargas que se obtiene al suponer que los pilotes están articulados en cabeza y que el encepado es infinitamente rígido (véase figura 5.7). Este procedimiento de cálculo de esfuerzos sobre las cabezas de los pilotes no debe ser utilizado cuando las fuerzas horizontales son claramente condicionantes del proyecto, como suele ocurrir en las cimentaciones profundas de estribos de puentes o de muros de contención.
Tomada de GCOC, 2003 Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 2.- CAPACIDAD DE CARGA La carga de hundimiento de un grupo de pilotes no es igual, en general, a la suma de las cargas de hundimiento de los pilotes (considerados como aislados) que forman el grupo. Para obtenerla es preciso aplicar un determinado factor de eficiencia:
donde: - Qhg = carga de hundimiento del grupo de pilotes. - Qhp = carga de hundimiento del pilote individual. - n = número de pilotes en el grupo. - E = factor de eficiencia.
Tomada de Uriel, A. (1982). La curva para arenas se refiere a pilotes hincados
NOTA: Aunque lo muestre el gráfico, no es habitual emplear coeficientes de eficiencia superiores a 1.
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 2.- CAPACIDAD DE CARGA En principio, el grupo puede fallar haciéndolo cada pilote individual o como grupo, con el conjunto pilotes-terreno funcionando como un bloque. Hay que calcular los dos modos de rotura.
GCOC (2003): “En primer lugar, el conjunto de todos los pilotes del grupo se asimilará a un gran pilote cuya sección transversal sea tal que englobe (circunscriba) a todas las secciones transversales de los pilotes y del terreno que existe entre ellos. Como longitud de ese pilote virtual equivalente, se tomará la longitud media de los pilotes del grupo.. Como contorno del pilote equivalente se considerará el correspondiente al de la sección transversal antes indicada, y sobre él se aplicará la resistencia por fuste. En la parte del contorno que sea ocupada por el propio terreno —y no por pilotes—, se supondrá que la resistencia unitaria por fuste es la misma que en el contacto real pilote- terreno. Como peso del pilote equivalente debe tomarse la suma del correspondiente a cada uno de ellos y el del terreno que los rodea, dentro del grupo.
Tomada de Burland, J.B., (1988)
El cálculo de la carga de hundimiento de este gran pilote virtual, representativo del comportamiento conjunto, se realizará por alguno de los procedimientos anteriormente descritos”. Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS
Comparación de distribución de tensiones en profundidad:
Tomada de Tomlinson, M.J. (1981) Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS En general los grupos de pilotes asientan más que los pilotes aislados, ya que involucran a un mayor volumen de terreno (mayor bulbo de tensiones). En ocasiones, esta situación puede resultar muy condicionante (caso de existir una capa blanda próxima, por debajo de las puntas), Quizás el procedimiento más sencillo para estimar el asiento de un grupo de pilotes sea asimilarlo al de una cimentación directa (losa) situada a una profundidad variable entre 2/3 L y L (siendo L la longitud de los pilotes). Adicionalmente se suele suponer una cierta expansión del área cargada, de manera que la losa equivalente de cálculo puede tener unas dimensiones mayores que la base del grupo de pilotes. Hay varias propuestas al respecto:
Tomadas de Uriel, A. (1982) Cimentaciones profundas
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS (Algunos criterios de interés)
Recomendaciones generales de Burland, J.B. (1988):
Para arcillas, suponer la losa equivalente a una profundidad de 2/3L puede dar lugar a sobreestimaciones del asiento, sobre todo si la resistencia del terreno aumenta en profundidad.
Puede ser preferible suponer la losa situada a la profundidad de la base de los pilotes (L), expandiendo la carga con pendiente 1H:4V .
Es preferible no considerar expansión si existe una capa rígida próxima a las puntas de los pilotes.
Para arenas se recomienda suponer la losa en la base de los pilotes, sin expansión, y calcular los asientos mediante el procedimiento de Burland & Burbidge (1985). (Ver apuntes de Cimentaciones directas).
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Tomada de Burland, J.B. (1988)
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS (AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 2010)
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS (GCOC)
Tomada de Burland, J.B. (1988)
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DIMENSIONAMIENTO DE PILOTES SOMETIDOS A CARGA AXIAL GRUPOS DE PILOTES 3.- ASIENTOS (GCOC)
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