10.7 PILOTES HINCADOS 1 Requisitos Generales
10.7.1.2 PENETRACIÓN DE LOS PILOTES
La penetración requerida para los pilotes se debería determinar en base a la resistencia a las cargas verticales y laterales y el desplazamiento tanto del pilote como de los materiales subsuperficiales. En general, a menos que se tope con un rechazo, la penetración de diseño de cualquier pilote debería ser mayor o igual que 3000 mm en suelo cohesivo duro o material granular denso, y mayor o igual que 6000 mm en suelo cohesivo blando o material granular suelto.
A menos que se tope con un rechazo, los pilotes para caballetes deberán penetrar una distancia como mínimo igual a un tercio de la longitud del pilote que no tiene apoyo lateral.
Los pilotes utilizados para penetrar un estrato superior blando o suelto que se encuentra sobre un estrato duro o firme deberán penetrar el estrato firme una distancia suficiente para limitar el movimiento de los pilotes y lograr capacidades de carga suficientes.
10.7.1.3 RESISTENCIA
Los pilotes se deberán diseñar de manera que tengan capacidades de carga y resistencias estructurales adecuadas, asentamientos tolerables y desplazamientos laterales tolerables.
La resistencia de los pilotes se debería determinar mediante métodos de análisis estático en base a la interacción con la estructura del suelo, ensayos de carga, el uso un analizador durante el hincado de los pilotes u otra técnica de medición de onda de tensión, con el programa CAPWAP. La resistencia de los pilotes se debería determinar mediante una adecuada combinación de estudios de suelo, ensayos en laboratorio y/o in situ,
historial de comportamientos anteriores. También se deberán considerar los siguientes factores:
• La diferencia entre la resistencia de un pilote individual y la de un grupo de pilotes;
• La capacidad de los estratos subyacentes para soportar la carga del grupo de pilotes;
• Los efectos del hincado de los pilotes sobre las estructuras adyacentes;
• La posibilidad de socavación y sus consecuencias; y • La transmisión de esfuerzos del suelo al consolidarse,
como por la fricción negativa.
Los factores de resistencia que se aplican a las capacidades de los pilotes obtenidas a partir de ensayos de carga in situ o en base al analizador del hincado deberán ser como se especifica en la Tabla 10.5.5-2. 10.7.1.4 EFECTO DEL ASENTAMIENTO DEL
TERRENO Y CARGAS DE FRICCIÓN NEGATVA
Se deberá considerar el posible desarrollo de fricción negativa en los pilotes cuando:
• Los predios yacen sobre arcillas compresibles, limos o turbas;
• Recientemente se ha colocado relleno sobre la superficie anterior; y
• El nivel freático se ha reducido considerablemente. Las cargas de fricción negativa se deberán considerar como una carga al investigar la capacidad de carga y el asentamiento de las fundaciones con pilotes.
C10.7.1.4
Cuando un depósito de suelo en el cual o a través del cual se han instalado pilotes está sujeto a consolidación y asentamiento en relación con los pilotes, en los pilotes se inducen fuerzas de fricción negativa. Las cargas de fricción negativa inducidas tienden a reducir la capacidad utilizable de los pilotes.
Como se explicó en la Sección 3.11.8, la fricción negativa es una carga y la fricción superficial una resistencia. Las cargas de fricción negativa no se combinan con las cargas temporarias, ya que las cargas temporarias provocan un movimiento hacia abajo del pilote con respecto al suelo, ocasionando la reducción temporaria o eliminación de las cargas de fricción negativa.
La fricción negativa solamente está relacionada con la capacidad de los pilotes en aquellos casos en los cuales hay un pilote totalmente de punta en un suelo muy denso o duro o en roca, donde la capacidad del pilote es normalmente controlada por la resistencia estructural del pilote y los asentamientos del pilote son despreciables. En todos los demás casos de pilotes apoyados en suelos compresibles, donde la capacidad del pilote es controlada por la resistencia de punta y la adherencia o fricción del fuste, la fricción negativa se puede considerar
Las cargas de fricción negativa se pueden determinar como se especifica en el Artículo 10.7.3.3, invirtiendo la dirección de los esfuerzos de fricción superficial. Al evaluar la capacidad de carga en el estado límite de resistencia, a la carga vertical permanente mayorada aplicada a la fundación profunda se deberán sumar las cargas de fricción negativa mayoradas.
Al evaluar el asentamiento en el estado límite de servicio, a la carga permanente vertical aplicada a la fundación profunda se deberán sumar las cargas de fricción negativa.
como una cuestión relacionada con asentamiento.
Observaciones in situ de pilotes existentes demuestran que la magnitud de la fricción negativa es función de la tensión efectiva que actúa sobre el pilote y se puede calcular de manera similar al cálculo de la resistencia positiva del fuste. Las cargas de fricción negativa se pueden estimar utilizando los métodos α o λ. Sin embargo, se debe permitir una tolerancia para el posible aumento de la resistencia al corte no drenada a medida que se produce consolidación, ya que el aumento de la resistencia al corte provocará cargas de fricción negativa más elevadas. Un enfoque alternativo sería utilizar el método β en aquellos casos en los cuales sea necesario considerar las condiciones a largo plazo luego de la consolidación.
Cuando se diseña para fricción negativa, las cargas de fricción no se deben combinar con las cargas temporarias. Por lo tanto, junto con las cargas de fricción negativa sólo es necesario incluir las cargas permanentes, siempre que las cargas temporarias sean menores que las cargas de fricción negativa.
Las fuerzas de fricción negativa se pueden reducir aplicando una delgada capa bituminosa sobre la superficie del pilote.
Para determinar la longitud del pilote afectada por las fuerzas de fricción negativa es necesario localizar el denominado plano neutro. El plano neutro se define como el plano en el cual el asentamiento del pilote y el asentamiento del suelo son iguales, como se ilustra en la Figura C1. Por encima del plano neutro el suelo carga al fuste con fricción superficial negativa. Por debajo del plano neutro el pilote deriva apoyo del suelo y en consecuencia la carga total del pilote disminuye. En la Figura C1 se ilustra la distribución de la carga y la resistencia en el pilote, en base a las cargas no mayoradas.
Figura C10.7.1.4-1 – Representación esquemática de las cargas, asentamiento y plano neutro de un pilote
En el estado límite de resistencia, el tema de los factores de carga y factores de resistencia a aplicar a la fricción negativa y la fricción superficial requieren del juicio profesional. Consideremos la situación idealizada ilustrada en la Figura C2. Inicialmente un pilote soporta su proporción de las cargas totales de la fundación indicadas en la Figura C2 como Pui. Por encima del plano
neutro, la carga del pilote continúa aumentando con la profundidad debido a la fricción negativa, situación en la cual la carga mayorada se suma a la carga mayorada inicial del pilote, como lo indica el recorrido A-B en la Figura C2. Por debajo del plano neutro, la fricción superficial comienza a soportar el pilote, y el problema a considerar es si la fricción superficial se mayora como una resistencia en algún punto debajo del plano neutro o si la fricción superficial se debería utilizar inicialmente para contrarrestar la carga de fricción negativa acumulada tanto como sea posible, en vista de la situación particular. En la Figura 2(b) se ilustra una interpretación razonable. A lo largo del recorrido B-C la fricción superficial se considera contrarrestada por la fricción negativa y, por lo tanto, se considera como una carga mayorada. Dicho en otras palabras, la diferencia neta entre la fricción negativa y la fricción superficial continúa siendo aplicada al pilote como una carga mayorada hasta que la fricción superficial acumulada equilibra la fricción negativa acumulada. En el ejemplo idealizado en la Figura C2, la fricción superficial es suficiente para contrarrestar la totalidad de la fricción negativa cuando el recorrido de la carga llega al punto C. A lo largo del recorrido D-C la resistencia del pilote se acumula hasta un total igual a la resistencia de punta
Distribución del asentamiento
Compresión elástica del
pilote cabeza Asentam. del pilote
Asentamiento superficie del terreno
Asentamiento
Suelo Pilote
Desplazamiento de la base del pilote
( b ) ( a ) Distribuc. de la carga y resistencia Cabeza del pilote Base del pilote Carga Plano neutro Q + Qpl s P + Pul sn PD Qp Prof un dida d
mayorada, más la resistencia mayorada debida a la fricción superficial a lo largo del recorrido D-C.
Figura C10.7.1.4-2 – Representación esquemática de las cargas mayoradas en pilotes con fricción negativa
10.7.1.5 SEPARACIÓN, LUCES LIBRES Y LONGITUD