CIMENTACIONES PROFUNDAS

EDER JAIR DURN CCERES

LUIS HUMBERTO NIO ALAVAREZ

Profesor: Ing. M.Sc. JOSE ALBERTO RONDN

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FUNDACIONES I

BUCARAMANGA - SANTANDER

2015

CONTENIDO

1. Definicin

2. Funciones de los pilotes

3. Clasificacin de los pilotes

4. Factores que rigen la seleccin del tipo de pilote

5. Ventajas y desventajas de los tipos de pilotes

6. Consecuencia de los procedimientos de instalacin de los pilotes

7. Conceptos de transferencia de carga

8. Ecuaciones para determinar la capacidad de carga de un pilote

8.1. Mtodo de Meyerhof clculo de : Suelos granulares ya arcillas

8.2. Mtodo de Janbu clculo de

8.3. Mtodo de Coyle y Castello clculo de en arenas

8.4. Resistencia por friccin en arenas

8.5. Resistencia por friccin (superficial) en arcillas

8.6. Capacidad de carga por punta de pilotes sobre roca

9. Asentamiento elstico de Pilotes

10. Grupos de pilotes

10.1. Espaciamiento

10.2. Eficiencia de los pilotes y capacidad ltima en arenas

10.3. Ecuacin de Feld

10.4. Capacidad ltima de un grupo de pilotes en arcillas saturadas

10.5. Asentamientos de grupos de pilotes

10.5.1. Asentamiento por consolidacin de grupo de pilotes

10.5.2. Asentamiento elstico de un grupo de pilotes

11. Frmulas para el hincado de pilotes

12. Friccin superficial negativa

13. Pilas Perforadas

13.1. Capacidad de carga de pilas perforadas

13.1.2. Pilas perforadas en arena

13.1.2. Pilas perforadas en arcilla

14. Asentamiento de pilas perforadas

15. Ejercicios

16. Bibliografa

1. DEFINICIN

Cimentaciones profundas (pilas y pilotes) son miembros estructurales de acero, madera o

concreto, que se usan para diseados para transmitir las cargas de una estructura a estratos ms

estables y profundos cuando los estratos superiores son ms dbiles para soportar dicha carga.

2. FUNCIONES DE LOS PILOTES

a) Pilote de punta: transmite cargas a travs de agua o suelos blandos hasta estratos con

suficiente capacidad portante por medio del soporte en la punta del pilote

b) Pilote de friccin flotante. transmite cargas a un cierto espesor de suelo relativamente

blando mediante friccin desarrollada sobre la superficie lateral del pilote , a lo largo de la

longitud del mismo es aplicable cuando, dentro de profundidades alcanzables , no se

encuentran estratos que provean soporte significativo en la punta.

c) Pilote de friccin compactacin. Compacta suelos granulares relativamente sueltos

incrementando su compacidad y, en consecuencia su capacidad de carga por friccin.

d) trasladar el soporte de la fundacin ms all de la profundidad de socavacin en corrientes

de agua para proveer seguridad contra perdida de soporte al ser erodado el suelo portante.

e) Pilotes de tensin. su capacidad para resistir fuerzas al arranque les permite evitar el

desplazamiento hacia arriba de estructuras sometidas a fuerzas de levantamiento (presin

hidrosttica) , o al trabajar conjuntamente con pilotes a compresin , configurar

mecanismos resistentes a momentos de volcamiento sobre la fundacin como los

producidos por cargas actuantes en la parte superior de estructuras de gran altura.

f) Pilotes de anclaje. Configuran mecanismos de anclajes resistentes a empujes horizontales

de tablestacados u otras estructuras. Usualmente se combinan pilotes a tensin con pilotes

a compresin.

g) Pilotes de defensa, son parte integrante de estructuras que se deforman elsticamente

bajo cargas dinmicas lo que les confiere gran capacidad de amortiguamiento de energa y

les permite proteger estructuras frente al agua (muelles) del impacto de embarcaciones y

otros elementos flotantes masivos. Frecuentemente se usa la madera.

h) Pilotes inclinados al instalar un pilote con su eje longitudinal inclinado con un cierto ngulo

respect a la vertical, la componente horizontal de la capacidad axial de carga del pilote se

puede aprovechar para resistir fuerzas horizontales. Si por ejemplo en la fundacin de un

muro de contencin sobre pilotes, los solos pilotes verticales no tienen capacidad para

resistir la fuerza horizontal proveniente de los empujes de tierra sobre el muro, se puede

considerar el uso de uno o ms filas de pilotes inclinados para trabajar en la forma descrita.

3. CLASIFICACION DE LOS PILOTES

3.1. SEGN LA INCIDENCIA DEL PROCEDIMIENTO DE INSTALACION EN LAS CONDICIONES DEL

SUELO.

A. Pilotes De Desplazamiento.

El suelo es desplazado del espacio que va a ocupar el pilote por accin de los esfuerzos de

penetracin. Puede generarse una densificacin. Posiblemente benfica en suelos

granulares sueltos en otros medios tiene lugar a levantamientos del terreno, empujes sobre

elementos vecinos y otras consecuencias casi siempre nocivas para estructuras aledaos.

pilotes prefabricados , hincados por el impacto de martillos

pilotes hincados por impacto y fundidos en el sitio

pilotes atornillados

pilotes penetrados mediante presin continua , como la producida por gatos

Pilotes Preexcabados (O Perforados). Se remueve el suelo del espacio que va a ocupar

el pilote formando una cavidad, se protege del derrumbe de sus paredes en cuyo

interior se funde el concreto.

B. Pilotes De Pequeo Desplazamiento

Ejemplos de estos pilotes son las secciones de acero laminado (pilotes H), los atornillados

de punta helicoidal y los tubos y secciones huecas con extremo abierto, que permiten

remover el suelo durante la penetracin son de fcil manejo y resisten un hincado fuerte.

Pueden hincarse en grandes longitudes y variarse la longitud del pilote con relativa facilidad.

Poseen capacidad para resistir cargas elevadas y anclarse satisfactoriamente en superficies

rocosas portantes muy inclinadas. Estos pilotes son vulnerables a la corrosin, lo que le exige

adoptar sobre espesores en el diseo, tratamiento por medio de proteccin catdica o usar

recubrimientos. Los pilotes H presentan tendencia a sufrir daos o deflexiones al hincarse

en mantos con obstrucciones no franqueables.

Son particularmente tiles si los desplazamientos del terreno y la alteracin deben ser

rigurosamente controlados resultan comparativamente ms costosos.

Su empleo es ms ventajoso en longitudes de 12 a 50 m, aunque permiten alcanzar

longitudes mximas superiores a 100 metros el intervalo ptimo de carga estara entre

350 y 1050 KN.

C. Pilotes sin Desplazamiento

Se forma una cavidad por perforacin o excavacin se llena la cavidad de concreto, pueden

ser o no soportadas con un revestimiento.

3.2. SEGN EL MATERIAL Y CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES

A. Pilotes de Acero

Tubos o perfiles H laminados, los pilotes de tubo se hincan en terreno con los extremos abiertos

o cerrados. La capacidad admisible es:

Area del acero Resistencia del acero

B. Pilotes de Concreto

Pueden ser prefabricados o colados in situ, los colados in situ pueden ser ademados o no

ademados y su capacidad admisible es

. Pilotes Revestidos: +

. Pilotes no Ademados:

C. Pilotes de Madera

Troncos de rboles cuidadosamente cortados con longitudes entre 30 y 65 pies, existen las

siguientes clases y su carga admisible:

Clase A: Cargas pesadas dmin=356 mm

Clase B: Cargas medias dmin=305-330 mm

Clase C: Trabajos provisionales dmin=305 mm

4. FACTORES QUE RIGEN LA SELECCIN DEL TIPO DE PILOTE

1. Ubicacin, tipo y cargas de las estructuras que se estn cimentando

2. Facilidades y costos de transporte de equipos materiales o pilotes

3. Disponibilidad regional o local de materiales

4. Espacios disponibles en la obra ubicacin de los pilotes respecto a estructuras y servicios

vecinos

5. Condiciones del subsuelo, incluidas posicin y oscilaciones del nivel fretico

6. ubicacin de los mantos portantes

7. asentamientos potenciales de los mantos en contacto con los pilotes instalados

8. Durabilidad del material del pilote

9. Costo total de la obra de instalacin. los pilotes ms barato no necesariamente conducen a

la solucin ms econmica.

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE PILOTES

A. Pilotes Hincados Y Fundidos In Situ

Ventajas

- Facilitan alcanzar en la instalacin niveles predeterminados de soporte.

- Es sencillo ajustar su longitud.

- Pueden formarse bases ensanchadas para incrementar el rea de soporte en la punta e

incrementar la densidad de suelos granulares.

- Pueden hincarse con extremo cerrado para controlar los efectos del agua del terreno.

Desventajas

-El desplazamiento horizontal y vertical del suelo por la instalacin pueden ser nocivos para:

* Estructuras, instalaciones y servicios vecinos.

* El suelo aledao, por alteracin y subsiguientes reconsolidacin y generacin de

friccin negativa.

* Pilotes previamente construidos (por tensin y aplastamiento)

- No es posible inspeccionar el concreto despus de fundido

- Debilitamiento del concreto por aguas a presin que fluyen ascendentemente alrededor del

pilote fundido.

- Secciones livianas de acero o corazas prefabricadas de concreto pueden deteriorarse o

deformarse por hincado fuerte

- Longitud limitada por motivo de la gran magnitud que pueden alcanzar las fuerzas de izamiento

requeridas para recuperar las camisas.

- Ruido vibracin e impacto, pueden producir trastornos y deteriorar estructuras y edificaciones

vecinas.

- No pueden hincarse con dimetros muy grandes

- Gran dificultad o imposibilidad para maniobrar los equipos cuando el espacio de trabajo es

insuficiente.

Son comunes longitudes de hasta 24 metros y cargas por pilote hasta del orden de 1500 kN.

B. Pilotes De Concreto Reforzado O Preesforzado, Prefabricados O Hincados

Ventajas

1. Facilitan alcanzar con la punta niveles predeterminados de soporte.

2. Estables en terrenos tales que fluyen tales como arcillas blandas, limos y turbas.

3. Es posible inspeccionar el material antes del hincado

4. Pueden rehincharse si son desplazados por levantamiento del terreno

5. Los procedimientos de construccin no son afectados por el nivel fretico

6. Pueden hincarse en tramos largos

7. Pueden usarse como pilotes de compactacin para incrementar la densidad de estratos

portantes granulares sueltos.

Desventajas

1. Desplazamientos horizontales y verticales del suelo

2. No resulta fcil variar su longitud

3. Pueden deteriorarse por hincado fuerte

4. El refuerzo del concreto queda controlado ms por los esfuerzos originados en la

manipulacin y el hincado que por los provenientes de las cargas normales sobre el pilote.

5. No pueden hincarse con dimetros grandes.

Para pilotes de concreto reforzado son usuales longitudes tpicas de 12 a 15 m; para los

preeforzados, de 18 a 30 m pueden disearse para un amplio intervalo de cargas sin embargo,

un intervalo tpico estara entre 350 y 3500 KN.

C. Pilotes de madera

Son livianos de fcil manejo y econmicos en algunos pases o regiones. Pueden empalmarse

mediante uniones probadas para formar tramos largos y reforzarse con puntas para el hincado.

Los pilotes de madera son altamente susceptibles a la degradacin por agentes biolgicos y al

ataque por insectos perforadores; por lo general solo se usan bajo el nivel fretico pero se

pueden impregnar a presin con sustancias qumicas para su proteccin por encima de dicho

nivel es normal su uso como pilotes de friccin , pero a veces pueden servir como pilotes de

punta de limitada capacidad en este caso se ejercer gran cuidado para evitar daos por sobre

hincado, como norma aproximada se puede aceptar un peso del martillo por lo menos igual al

peso del pilote , para hincado de fuerte intensidad y no menor que la mitad del peso del pilote

para hincado moderado, son usuales longitudes hasta de 20 m y capacidades de carga hasta de

600 KN.

D. Pilotes Sin Desplazamiento, Perforados (O Excavados) Y Fundidos In Situ.

Ventajas

1. Prcticamente no existe el riesgo de levantamiento del terreno

2. Es fcil variar su longitud

3. Resulta expedito inspeccionar el perfil estratigrfico en el sitio y compararlo con los

resultados de la investigacin previa del subsuelo.

4. Pueden instalarse en longitudes muy grandes con muy grandes dimetros y

ensanchamientos en la base de hasta dos y tres veces y tres dimetros del pilote

5. El refuerzo no depende de las condiciones de hincado y manipulacin.

6. Pueden instalarse sin ruido ni vibraciones de importancia, y bajo condiciones de espacio

limitado.

Desventajas

1. Los procedimientos de perforacin pueden aflojar suelos arenosos o gravosos, o convertir

rocas blandas en un lodo, como por ejemplo en margas o calizas blandas.

2. Gran susceptibilidad a sufrir adelgazamientos o tal vez estrangulamiento de la columna de

concreto en terrenos inestables durante las operaciones de fundido del concreto.

3. La colocacin del concreto bajo agua es una operacin delicada no exenta de dificultades.

4. No es posible la inspeccin del concreto despus de su colocacin

5. Flujos de agua hacia la cavidad perforada en el terreno pueden ocasionar daos en el

concreto fresco o producir alteracin en el suelo perifrico, que conduce a capacidad

reducida de carga

6. No es posible formar bases ensanchadas en suelos granulares.

6. CONSECUENCIA DE LOS PROCEDIMIENTOS DE INSTALACION DE LOS PILOTES

Al avanzar con trabajos desde la oficina y el laboratorio hasta el campo particularmente en el

estudio del comportamiento de pilotes a escala natural instrumentados. Se han observado

discrepancias fundamentales con las teoras clsicas de la mecnica de suelos y se han detectado

las consecuencias principales de los procedimientos de instalacin en el comportamiento bajo

carga de los pilotes.

Es la consideracin aun somera, de las operaciones constructivas permite comprender

fcilmente como la instalacin de los pilotes desarrolla condiciones altamente complejas en la

interface pilote- suelo que, como es usual guardan escasa relacin con el estado original.

Las presiones del agua intersticial alrededor del pilote pueden variar ampliamente durante

periodos de horas das meses o aun en aos despus de la instalacin en forma tal que no son

realistas las relaciones simples entre la friccin lateral y la presin efectiva.

Cuando se consideran las deformaciones de un pilote o grupo de pilotes bajo su carga de trabajo,

resultan muy desprovistos de significado los clculos de transferencia de carga basado en la

teora elstica que no tenga en cuenta la alteracin del suelo en un espacio de varios dimetros

alrededor del pilote.

Segn Vesic, en pilotes perforados se presenta el mayor cambio se presenta alrededor del

permetro. En los hincados hay una alteracin de suelo tanto por encima como por debajo de la

base de fundacin si el suelo que rodea el pilote es arcilla una zona que se extiende ms o menos

un dimetro puede experimentar cambios significativos y perder resistencia al corte.

En arcillas firmes saturadas puede verse afectado el suelo que este cerca a los dos dimetros del

pilote.

En suelos densos no cohesivos (tales como arena o grava) un hincado fuerte es capaz de dejar

grandes esfuerzos residuales tanto en el pilote como en el suelo, cuya consideracin es esencial

para comprender el comportamiento del sistema suelo-pilote.

7. CONCEPTOS DE TRANSFERENCIA DE CARGA

Factores que intervienen

1) resistencia a friccin y resistencia portante en la base del pilote.

2) Relacin entre la resistencia ultima del pilote y resistencia al corte inicial no drenada de

los suelos en contacto con el mismo.

3) Rigidez del pilote en comparacin con la del material del soporte.

4) Dimensiones del pilote e instalacin : aislados o en grupos

5) Consecuencias del procedimiento de instalacin de los pilotes, en especial alteraciones

y cambios en las caractersticas y el rgimen de esfuerzos del suelo vecino al pilote.

8. ECUACIONES PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE

Donde es la capacidad ltima del pilote y es la suma de la capacidad

en la punta del pilote , ms la capacidad por friccin .

Donde el valor L es la longitud del empotramiento y Lb es la longitud del empotramiento en el

estrato de apoyo.

MTODO PARA CALCULAR LA CARGA DE PUNTA

De acuerdo con las ecuaciones de Terzaghi:

(Ecuacin 1)

Los Factores , y se llaman factores de carga y tambin incluyen los factores de

forma y profundidad.

En cimentaciones profundas se usa se cambia la nomenclatura de B por D y la ecuacin 1

queda:

(Ecuacin 2)

Como el ancho D de la cimentacin es pequeo relativamente la ecuacin 2 se puede resumir:

(Ecuacin 3) donde es el esfuerzo efectivo, por lo tanto la carga que

soporta la cimentacin es:

(Ecuacin 4)

= rea de la punta del pilote

= Cohesin del suelo

= Resistencia unitaria de la punta

= Esfuerzo efectivo en la punta del pilote

= Factores de capacidad de carga

8.1. METODO DE MEYERHOF CALCULO DE

Para suelos granulares

La capacidad de carga crece con la profundidad del empotramiento en el estrato donde se

apoya y se alcanza el valor mximo para la relacin de empotramiento en un suelo

homogneo (Longitud de empotramiento en el estrato de apoyo) es igual a (Longitud real

del empotramiento), ms all de esta relacin el valor de permanece constante ,

es la resistencia de punta lmite, esto es para el caso de un suelo homogneo.

Para obtener el valor de la variacin de la relacin se usa la siguiente grfica donde sus

valores dependen del ngulo de friccin del suelo y de las curvas de

Para una arena con lo cual la ecuacin

Queda

Se tiene la condicin de que el valor de no debe exceder el valor de es decir:

Donde

ngulo de friccin del suelo en el estrato de apoyo

(En sistema Ingls)

El valor de se halla de acuerdo a la siguiente grfica:

El valor de en un suelo granular homogneo ( ) se puede calcular como funcin del

, de L (Longitud del pilote) y de D (Ancho del pilote).

= nmero de penetracin estndar corregido promedio cerca de la punta del pilote (10D

arriba y 4D debajo de la punta del pilote.

(Sistema Ingls)

Para suelos Arcillosos (

8.2. METODO DE JANBU CALCULO DE

Donde los factores de carga se calculan de la siguiente manera

En la figura se muestra la variacin de los factores y en funcin del ngulo de friccin

del suelo y el ngulo . El ngulo vara unos 70 en las arcillas blandas a unos 105 en

suelos arenosos densos

8.3. METODO DE COYLE Y CASTELLO CLCULO DE EN ARENAS

Factor de capacidad de carga

Esfuerzo vertical efectivo en la punta del pilote

En la siguiente grfica se muestra la variacin de con y el ngulo de friccin

8.4. RESISTENCIA POR FRICCIN EN ARENAS

= permetro de la seccin del pilote

= Longitud de incremento del pilote donde y son constantes

= resistencia unitaria por friccin a cualquier profundidad

El valor es difcil de calcular de acuerdo a los siguientes factores:

a- La instalacin del pilote, ya que para los que se hincan en arena, la vibracin que se causa

durante este proceso hace que se densifique el suelo alrededor

b- La friccin unitaria superficial crece linealmente hasta una distancia y despues

permanece constante. La magnitud de la profundidad crtica se encuentra entre 15 y 20

veces el diametro del pilote aproximadamente.

c- La friccin unitaria superficial de una arena suelta es mayor para los pilote de alto

desplazamiento que para los de menor desplazamiento.

d- Los Pilotes perforados o Hincados con chorro de agua a gran presin, tienen menos

friccin que los pilotes Hincados, esto si estn a profundidades similares.

El valor de se calcula de la siguiente manera:

Para hasta

Para hasta

Coeficiente efectivo de la tierra

Esfuerzo vertical efectivo hasta la profundidad a consideracin

ngulo de friccin entre el suelo y el pilote

Los valores recomendados de se dan en la siguiente tabla segn el tipo de pilote

Los valores de se encuentran entre a . Para pilotes hincados de gran

desplazamiento Bushan (1982) recomend:

Donde

Compacidad relativa (%)

Meyerhof indic que el factor de friccin unitaria promedio se obtiene de los valores de

la penetracin estndar corregidas promedio:

Para pilotes hincados de gran desplazamiento

Valor corregido de la resistencia a la penetracin estndar

Para pilotes hincados de pequeo desplazamiento

Ahora

Coyle y Castello (1981) propusieron:

Presin de sobrecarga efectiva promedio

ngulo de Friccin entre el suelo y el pilote

Entonces:

El valor de se calcula de acuerdo a la siguiente grfica

8.5. RESISTENCIA POR FRICCIN (SUPERFICIAL) EN ARCILLAS

Existen 3 mtodos para hallar el factor :

1- Mtodo :

Propuesto por Vijayvergiya y Focht (1972), est basado en la hiptesis de que el desplazamiento

causado por el hinchamiento de un pilote conduce a una presin lateral pasiva a cualquier

profundidad y la resistencia superficial unitaria promedio es:

)

Esfuerzo vertical efectivo medio para toda la longitud de empotramiento

Resistencia cortante media no drenada

El valor de cambia con la profundidad de la penetracin del pilote, y se calcula con esta grafica

La resistencia total por friccin:

Se debe tener cuidado al hallar los valores y en suelos estratificados de acuerdo a la

figura:

2- Mtodo :

La resistencia unitaria superficial en suelos arcillosos

Factor emprico de adhesin

El valor de vara de acuerdo a la grfica:

Para arcillas normalmente consolidadas con ahora:

3- Mtodo :

Cuando los pilotes se hincan en arcillas saturadas la presin de poro en el suelo alrededor del

pilote aumenta, en arcillas normalmente consolidadas el exceso es de 4 a 6 veces . En un

mes la presin se disipa gradualmente, por esta razn la resistencia unitaria se determina con

base en los parmetros de esfuerzo efectivo de la arcilla en un estado remoldeado (c=0), para

cualquier profundidad:

Esfuerzo vertical efectivo

ngulo de friccin drenada de la arcilla remoldeada

Coeficiente de presin de tierra.

Para arcillas normalmente consolidadas

Arcillas preconsolidadas OCR= tasa de preconsolidacin

Cambiando las ecuaciones:

Para arcillas normalmente consolidadas

Arcillas preconsolidadas

La resistencia total se calcula:

8.6. CAPACIDAD DE CARGA POR PUNTA DE PILOTES SOBRE ROCA

Resistencia a compresin no confinada de la roca

ngulo de friccin drenado

La resistencia no confinada de la roca se determina por medio de pruebas de laboratorio sobre

especmenes obtenidos durante investigaciones de campo. Se recomienda usar la siguiente

formula:

Valores representativos de laboratorio para y

9. ASENTAMIENTO ELASTICO DE PILOTES

El asentamiento de un pilote bajo una carga de trabajo se debe a tres factores

Asentamiento total del pilote

Asentamiento elstico del pilote

Asentamiento del pilote causado por la carga en la punta del pilote

Asentamiento del pilote causado por la carga transmitida a lo largo del fuste del pilote

Carga en la punta del pilote bajo condicin de carga de trabajo

Carga por resistencia de friccin (Superficial) bajo condicin de carga de trabajo

rea de la seccin transversal del pilote

Longitud del pilote

Mdulo de elasticidad del material del pilote

El valor de depende de la distribucin de resistencia por friccin (superficial) unitaria a lo

largo del fuste, de acuerdo a la figura:

El asentamiento del pilote por la carga en la punta se expresa:

Dimetro del pilote

Carga puntual por rea unitaria en la punta del pilote

Mdulo de Elasticidad del suelo en o bajo la punta del pilote

Relacin de Poisson del suelo

Factor de influencia=0.85

Vesic propuso un mtodo para obtener

Resistencia ltima de la carga del pilote

Coeficiente emprico

Los valores de se presentan a continuacin

El asentamiento causado por la carga llevada por el fuste se da por una relacin similar:

Permetro del pilote

Longitud empotrada del pilote

Factor de influencia

Mdulo de elasticidad del suelo bajo la punta del pilote

es el valor promedio de a lo largo del fuste del pilote

El factor se calcula segn la relacin emprica de Vesic (1977)

Existe una frmula emprica para el clculo de propuesta por Vesic

El valor de se obtiene de la siguiente tabla

10. GRUPOS DE PILOTES

Cuando se forman grupos de pilotes cercanamente espaciados se generan muchas

consecuencias que hay que tener en cuenta tales como densificaciones locales alteraciones ,

cambios en las presiones de poros y desplazamiento horizontales y verticales del terreno ya que

el terreno al interior de los apoyos resulta modificado por la accin aditiva de los efectos de

instalacin de varios pilotes en tal condicin de trabajo se acumulan los esfuerzos trasmitidos

por cada pilote dando lugar a diversos grados de superposicin de los mismos dentro del grupo.

Generando bulbos de presiones; dentro de dicho bulbo los incrementos de esfuerzos verticales

sean menores del 10% del mximo incremento. Con la proximidad de los pilotes en un grupo,

los distintos bulbos se combinan y llegan a constituir con idntica condicin, otro bulbo de

mayor volumen que caracteriza la accin del grupo y alcanza una mayor profundidad.

Por esto es que la capacidad portante del grupo no es la suma de las capacidades portantes de

los pilotes aislados y que su deformabilidad no sea directamente deducible del comportamiento

de un pilote aislado en efecto solo si los pilotes se profundizan hasta quedar firmemente

soportados por un manto incompresible, el asentamiento del grupo de pilotes puede ser igual

al asentamiento de un pilote aislado bajo la misma carga de trabajo.

Del estudio de varias experiencias reales con fundaciones sobre grupo de pilotes se puede

deducir que los problemas de estabilidad de los grupos de pilotes son:

a) la capacidad del suelo alrededor y por debajo del bloque que encierra los pilotes, para

soportar la carga total trasmitida por la estructura.

b) los efectos de consolidacin del suelo en una profundidad considerable por debajo del grupo.

Para estos problemas, la zona del suelo alterada por el mtodo de instalacin resulta muy

pequea en comparacin con el gran volumen de terreno sujeto a las presiones verticales

transmitidas por los pilotes en el grupo.

10.1. ESPACIAMIENTO

10.2. EFICIENCIA DE LOS PILOTES Y CAPACIDAD LTIMA EN ARENAS

La mayora de los pilotes se usan en grupos para transmitir las cargas al suelo, se construye un

capuchn sobre el grupo de pilotes. El capuchn est en contacto con el terreno en la mayora

de los casos a), excepto en el caso de las plataformas fuera de la costa.

a) b)

Es difcil la determinacin de la capacidad de carga de grupos de pilotes y no se ha resuelto

completamente, cuando los pilotes que colocan muy juntos los esfuerzos se traslapan, y se

reduce la capacidad de los pilotes, el espaciamiento mnimo de centro a centro es de 2.5D,

en otra situaciones extraordinarias es de 3D a 3.5D.

Se suele simplificar el anlisis para obtener la eficiencia en pilotes por friccin en arenas segn

la figura:

Se puede analizar como un bloque de dimensiones o como pilotes individuales.

a) Como Bloque

Donde carga ultima por friccin

b) Como pilotes individuales

Donde carga ultima por friccin

Para

Para

10.3. ECUACIN DE FELD

La capacidad ltima de un pilote se reduce en 1/16 por cada diagonal adyacente o fila de

pilotes.

Al tabular datos:

Para grupo de pilotes en arena con espaciamiento 3D La capacidad total es igual a la suma de

las capacidades individuales de cada pilote en friccin y punta.

10.4. CAPACIDAD LTIMA DE UN GRUPO DE PILOTES EN ARCILLAS SATURADAS

Se calcula de dos formas

1) Partiendo de que donde

2) Suponiendo que los pilotes trabajan como grupo con dimensiones ,

a) La resistencia superficial:

b) Capacidad de carga de punta

El valor de se calcula de la siguiente:

Se comparan los valores de 1) y 2) para y se escoge el menor y ese valor es

PILOTES EN ROCA

Siempre que

10.5. ASENTAMIENTOS DE GRUPOS DE PILOTES

Tambin se ven afectados por los bulbos de presin generados por los grupos de pilotes si en

un principio se pudiera determinar la distribucin de esfuerzos para una zona del terreno no

afectada por el grupo, es posible aplicar las soluciones de la geotecnia para calcular los

asentamientos como se hace para las fundaciones superficiales. Sin embargo no existe una

solucin rigurosa para determinar esta distribucin de esfuerzos

Por motivo de este complejo conjunto de factores es prctica comn adoptar hiptesis

simplificadas para evaluar la distribucin de esfuerzos en el terreno. La ms utilizada es la de

reemplazar la accin real del grupo por la de una placa o cimiento ficticio equivalente con un

grado de flexibilidad que depende de la rigidez de la superestructura.

10.5.1. Asentamiento Por Consolidacin De Grupo De Pilotes

Se usa la aproximacin de 2:1 de distribucin de esfuerzo de acuerdo a la figura:

Se usa el siguiente procedimiento:

1- Si es la profundidad de empotramiento del pilote y el grupo est sometido a una carga,

si el capuchn est por debajo de la superficie original del terreno es la carga total de la

estructura menos el peso efectivo del suelo removido durante la excavacin.

2- Se supone que se transmite al suelo comenzando a una distancia desde la parte

superior del pilote, la carga se reparte con lneas de pendiente 2V:1H a partir de esta

profundidad.

3- Se calcula el incremento del esfuerzo causado en la mitad de cada estrato, que es causado

por

En los estratos que se encuentran por encima de z=0 no generan incremento de esfuerzo segn

esta teora solo se genera incremento a partir de z=0 en 2L/3

4- Se calcula el asentamiento de cada estrato causado por el incremento de esfuerzo

5- El asentamiento total del grupo de pilotes es:

10.5.2 Asentamiento Elstico De Un Grupo De Pilotes

El asentamiento de un grupo de pilotes crece con el ancho y el espaciamiento entre centros

de pilotes, como en la figura se muestra

11. FORMULAS PARA EL HINCADO DE PILOTES

Para desarrollar la capacidad de carga deseada un pilote de punta debe penetrar

suficientemente el estrato denso del suelo o tener contacto suficiente con un estrato de roca

este requisito no es siempre satisfecho hincado un pilote a profundidad predeterminada debido

a la variacin de los perfiles del suelo, las aplicaciones dinmicas son ampliamente usadas en el

campo para determinar si el pilote ha alcanzado un valor satisfactorio de carga a la profundidad

predeterminada una de ellas se deriva de la teora del trabajo y energa

Donde

Peso del martinete

Altura cada del martinete

Penetracion del pilote por golpe de martillo

Constante

La penetracin S del pilote se basa usualmente en el valor promedio obtenido de los ltimos

golpes del martillo. Los valores de C para martillos de cada libre es de 1 pulg; para martillos de

vapor 0.1 pulg.

La frmula ha sido revisada a lo largo delos aos y tambin se han sugerido otras frmulas

como las siguientes.

12. FRICCION SUPERFICIAL NEGATIVA

1. Si un relleno de suelo arcilloso se coloca sobre un estrato de suelo granular en el que

se hinca un pilote, el relleno se consolidara gradualmente; esto ejercer una fuerza de

arrastre hacia abajo sobre el pilote durante el periodo de consolidacin.

2. Si un relleno de suelo granular se coloca sobre un estrato de arcilla blanda, inducir el

proceso de consolidacin en el estrato de arcilla y ejercer entonces una fuerza de

arrastre hacia abajo sobre el pilote.

3. El descenso del nivel fretico incrementara el esfuerzo vertical efectivo sobre el suelo

a cualquier profundidad, lo que inducir asentamientos por consolidacin en la arcilla.

Si un pilote se localiza en el estrato de arcilla, quedara sometido a una fuerza de

arrastre hacia abajo.

Relleno de arcilla sobre suelo granular

La fuerza de arrastre total hacia abajo, Qn, sobre un pilote es

Coeficiente de presin de tierra =Ko=1-sen

= peso especfico efectivo del relleno

Relleno de suelo granular sobre arcilla

13. PILAS PERFORADAS

Son pilotes colados in situ, se clasifican de acuerdo a la manera en la que se disean para que

transfieran la carga al suelo.

13.1. CAPACIDAD DE CARGA DE PILAS

La ecuacin para la carga ultima es similar a ala de cimentaciones superficiales

, y se llaman factores de carga

Esfuerzo efectivo vertical al nivel del fondo de la pila

Dimetro de la base

rea de la base

Muchas veces el trmino que contiene a se desprecia y la frmula queda:

La capacidad neta de la pila (carga total menos el peso de la pila)

La resistencia a friccin es:

Para pilas perforadas el valor se disea de acuerdo a:

13.1.2. Pilas Perforadas En Arena

Como c=0 la capacidad de carga es:

El valor de es menor para las pilas perforadas que para los pilotes hincados y se hallan segn

la siguiente grfica en funcin del ngulo de friccin del suelo.

La Resistencia por friccin se calcula:

El valor de crece hasta profundidad de y despus permanece constante

Rangos de valores de para pilas estndar

Existe una relacin entre el del ensayo de penetracin estndar de acuerdo con la siguiente

grfica

13.1.2. Pilas Perforadas En Arcilla

Con y

Como

segn resultados de pruebas de campo:

, se puede suponer

14. ASENTAMIENTO DE PILAS PERFORADAS

Se usan las mismas ecuaciones que para los pilotes hincados expuesto anteriormente, se debe

reemplazar el valor de

15. EJERCICIOS

1- Un pilote de concreto reforzado perforado tiene una longitud de 20 m la seccin transversal

del pilote es 460 mm x 460 mm y esta empotrado totalmente en arena, para la arena

y . Estime la carga utilizando:

a- Mtodo de Meyerhof

b- Mtodo de Janbu (usar =90)

c- Metodo de Coyle y Castello

d- Calcular la resistencia por friccin

e- Hallar la carga ultima

a) Usando la ecuacin de Meyerhof

El valor de segn la grfica es para

El valor de es:

Pero este valor debe ser menor o igual a

Entonces

b) Ecuaciin de Janbu (usar =90)

Como el suelo es arena c=0 y la ecuacin queda

Usando la grfica el valor de para

c) Metodo de Coyle y Castello

Usando la grfica el valor de para

d) Clculo de

En

En

Para hasta

e) Clculo de

2- Un pilote de concreto reforzado de 60 pies de longitud con seccin transversal 15x15 pulg

se muestra en la figura, calcular la resistencia superficial ltima usando: mtodo

usar un y las arcillas estn normalmente consolidadas

a) Mtodo

+

De la grfica

Reemplazando valores

+

b) Mtodo

)

)

En z=20 pies

En z=60 pies

rea del esfuerzo de z=0 a z=20 pies

rea del esfuerzo de z=20 a z=60 pies

Hallando el valor de para es

)

)

c) Mtodo

Usando los esfuerzos efectivos:

En z=0

En z=20 pies

En z=60 pies

3- Un pilote de concreto tiene 50 pies de longitud y una seccin transversal de 16 pulg x 16

pulg. El pilote est empotrado en un estrato de arena con y . La

carga admisible de trabajo es 180 klb. Si 110 klb son a portados por la resistencia por friccin

y 70 klb por punta, determine el asentamiento elstico del pilote. Se dan:

, , y .

Se tiene la frmula general de asentamiento:

Carga resistente por punta

Carga resistente por friccin

a) Se calcula el Asentamiento elstico del pilote

b) Asentamiento del pilote causado por la carga en la punta del pilote

Donde Factor de influencia=0.85 y

c) Asentamiento del pilote causado por la carga transmitida a lo largo del fuste del pilote

Entonces el asentamiento total es:

4- La figura muestra un pilote con ,

y . Relleno de arcilla sobre arena, Determinar la

fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote. Suponer que el relleno est localizado arriba

del nivel fretico y . Ahora si el nivel fretico coincide con la parte superior

del relleno , todas las otras cantidades permanecen constantes.

La fuerza de arrastre se calcula con la siguiente frmula:

Ahora si el nivel fretico se encuentra en el nivel del terreno, el nico valor que cambia es ,

el nuevo valor ser:

La nueva fuerza de arrastre es

5- La Seccin de un grupo de pilotes de 3x4 en un estrato de arcilla saturada se muestra en la

figura: Los pilotes son cuadrados y su seccin transversal (16x16) pulgadas el espaciamiento

d de centro a centro es de 40 pulgadas. Determinar la eficiencia de grupo, y la capacidad

admisible de carga use FS=3

a. Usando la siguiente frmula para el clculo de la eficiencia de grupo

b. Se calcula de dos formas

a)

Hallamos los 3 valores de para cada estrato ya que tiene cohesiones diferentes:

Para

,

,

,

a)

b)

Se halla el valor de con la siguiente tabla y es

Ahora:

Entre los valores de a) y b) el de b) es menor, por lo tanto ese es el valor de

Ahora Hallamos la carga admisible

6- En la figura se muestra un grupo de pilotes en arcilla. Determinar el asentamiento por

consolidacin del grupo. Usar el mtodo 2:1 para estimar el esfuerzo efectivo promedio en

los estratos de arcillas.

Tenemos que siguiendo el procedimiento del mtodo 2:1

entonces el esfuerzo comenzar a una distancia medidos desde la superficie del

terreno, desde este punto se mide z

Calculamos los incrementos de esfuerzo en la mitad de cada estrato de arcilla:

Para primer estrato de Arcilla ( ) no incluye todo el estrato porque el esfuerzo

solo afecta los ltimos 3 m y z es la mitad de este valor

15 m

Para segundo estrato de Arcilla

Para tercer estrato de Arcilla

Calculamos los esfuerzos efectivos en la mitad de cada estrato de arcilla

Para primer estrato de Arcilla el esfuerzo es en ( ) medido desde la superficie

Para segundo estrato de Arcilla

Para tercer estrato de Arcilla

Ahora se calcula el asentamiento de cada estrato causado por el incremento de esfuerzo

Para primer estrato, el espesor Hi se toma solo desde z=0 es decir solo la parte afectada

Para segundo estrato,

Para tercer estrato,

El asentamiento total de grupo de pilotes es

BIBLIOGRAFIA

DELGADO VARGAS, Manuel. Ingeniera de Fundaciones. Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniera. Quinta Reimpresin, Agosto 2008.

BRAJA M. DAS. Principios de Ingeniera de Cimentaciones. International Thompson Editores.

Cuarta Edicin. 2001.