UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
Peumo Repositorio Digital USM https://repositorio.usm.cl Tesis USM TESIS de Pregrado de acceso INTERNO
2005
ANALISIS ESTRUCTURAL DE
PILOTES EN ACERO
UREÑA SOTO, FABIOLA ANDREA
https://hdl.handle.net/11673/48518
)Z
UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA
SEDE CONCEPCION "REY BALDUINO DE BELGICA"
-
u'
(p\\
BSBLIOTECA
$1
00
ANALISIS ESTRUCTURAL DE PILOTES EN ACERO
Trabajo para optar al tituo profesional de:
IngenierIa de Ejecución en Proyecto y Diseño Estructural
ALUMNO : FABIOLA ANDREA URE1A SOTO
PROFESOR GUA : CARLOS OBANDO A.
RESUMEN
La presente Memoria de Titulo nombrada "Análisis Estructural de
Pilotes en acero" se resume de la siguiente forma:
Nos introducimos en el tema hablado de los antecedentes
Generales, los cuales describen el concepto de la palabra y elemento
"Pilote". Los materiales en que existe, sus partes, secciones y formas.
Con Ia informaciOn anterior nos damos cuenta de que el pilote es una
cimentaciOn que transfiere las cargas a mayor profundidad.
En el capitulo 2 se analizan distintas formas de transferencia y
Capacidad de carga, nos adentra al calculo estructural de los pilotes en
general. Formas en que transfiere las cargas al suelo, agrupaciones de
pilotes y su resistencia y el concepto interacciOn suelo pilote. Aparecen
los conceptos de resistente por punta, fricción, fricciOn negativa e
hinca de los pilotes.
En el capitulo 3 se describen los procedimientos para el calculo
estructural de un pilote de acero, desarrollando un ejercicio de ejemplo
que apiica todos los conceptos anteriormente explicados.
El calculo estructural de los pilotes, se basa mucho en ensayos y
seguimientos de ingenieros que proponen curvas y graficos de
fundaciones de pilotes en variados suetos. Lo que hace que las
ecuaciones tengan altos factores de seguridad por no saber a ciencia cierta el comportamiento exacto del suelo y todos los factores que hace cambiar su comportamiento.
Durante el desarrollo del tema se mencionan datos reales de una
IN DICE
INTRODUCCION. I
OBJETIVO GENERAL V OBJETIVOS ESPECIFICOS 2
CAPITULOI 3
Definiclón de pilotes. 4
1.2.- Tipo de pilotes. 5
1.3- Pilotes de acero. 7
1.4.- Tipos y formas de Pilotes en acero. 10
1.5.- Partes de un Pilote. 13
1.6.- Interacción pilote de acero y suelo 15
1.7.- Tipo de cimentaciOn con Pilotes. 16
1.8.- Comportamiento de los pilotes con carga vertical. 17
CAPITULO2 18
2.1.- Descripción de Capacidad de Carga. 19
2.2.- Formas de transferir la carga 19
2.3.- Capacidad de carga de un pilote Unico 21
2.3.1.- Capacidad de carga por punta. ( Qp ) En suelo con y sin
drenaje. 22
2.3.2.-Capacidad de carga por fuste ( Qs ) en suelo con y sin drenaje 26
2.4.- Ecuaciones Resumen. 31
2.5.- Capacidad de carga de un grupo de pilote. 32
2.6.- Fricción negativa. 34
2.7.- Influencia de las cimentaciones profundas en las estructuras adyacentes. 35
2.8.- Hinca de Pilotes y Formulas de Hinca 35
2.9.- Ejercicio de Ejemplo. 37
CAPITULO 3 39
3.1.-Resistencia estructural del pilote como Columna. 40 3.2.- Pasos para proyectar una cimentación de pilotes( pilotes
amarrados en sus cabezas por zapata-cabezal). 40
3.3.- Pasos para el diseño de un Pilote sin arriostramiento lateral 43
3.4.- Calculo de Zapata Cabezal 45
3.5.- Ejercicio. 46
CAPITULO4 49
4.1.- Conclusiones especificas 50
4.2.- Conclusiones Generales. 52
BIBLIOGRAFIA 54
INTRODUCCION.
Toda estructura, ya sea de hormigon, acero, madera o mixta, se divide en dos partes: sobre el suelo e inmersa en el suelo. Esta ultima conocida como fundaciôn o cimentaciOn.
El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas at terreno.
Dado que la resistencia y rigidez del suelo, salvo en casos como la piedra o roca, son muy inferiores a las de la estructura, las cimentaciones se construyen de volumen considerable para darle un area en planta superior a la de la estructura en general.
Dependiendo de la ubicaciOn y de las caracteristicas del suelo, las cimentaciones se clasifican en superficiates y profundas.
Entre las cimentaciones superficiales destacan las zapatas aisladas, corridas, combinadas, vigas de cimentación y losas de cimentaciOn.
Dentro de las cimentaciones profundas encontramos los pilotes, utilizadas cuando el estrato de suelo superficial no es capaz de resistir las cargas y tienen que ser transmitidas a mayor profundidad buscando el suelo resistente.
OBJETIVO GENERAL Y OBJETIVOS ESPECIFICOS
Objetivo General.
Objetivo general: Dar a conocer y analizar estructuralmente la tecnologIa de Pilotaje en Acero, la cual es utilizada principalmente en estructuras que se emplazan en suelos de mala resistencia superficial.
Se pretende analizar las distintas formas que posee este tipo de FundaciOn de recibir y transmitir esfuerzos, con el objeto de poder definir un procedimiento de diseño ante una solicitaciOn determinada.
Objetivos Especificos.
- Dar a conocer conceptos generales de pilotes en acero.
- Anãlisis Estructural de pilote individual y sistema de pilotaje en Acero.
- Estudiar el concepto de interacciOn suelo pilote.
- Estudiar y desarrollar base de calculo de una cimentaciOn en pilotes de acero.
CAPITULO I
ANTECEDENTES
I.I.- Definición de pilotes.
Cuando el suelo situado al nivel en que se apoyarla normalmente
una zapata o una losa de cimentación, es demasiado débil o
compresible para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se
transmiten a material más adecuado a mayor profundidad por medio de
pilotes. Los pilotes son miembros estructurales con un area de secciôn
transversal pequena comparada con su longitud. (Fig 1.)
Están fabricados en distintos materiales y de distintas formas, por
ejemplo prefabricados o hechos "in situ".
Figura 'I. Hincado de un pilote, donde se muestra la
1.2.- Tipo de pilotes.
Los pilotes se construyen en una gran variedad de tamaños, formas y materiales para adaptarse a muchos requisitos especiales.
Pilotes de Madera: Los pilotes de madera no pueden soportar los esfuerzos debidos a un fuerte, hincado, en ocasiones necesarlo para penetrar mantos muy resistentes.
Pueden durar indefinidamente en suelo saturado pero sobrepasando este limite se produce (a pudriciOn.
En algunas localidades este material puede set atacado pot termitas, 10 mismo Si están descansando en terreno con aguas estancadas o saladas, eso Si el ataque se produce pot organismos marinos.
En pocas palabras, su uso está orientado a estructuras pequenas, viviendas por ejemplo, uso además fortalecido pot 10 econômico de su adquisiciôn y montaje.
Pilotes de Hormigôn: Este tipo de pilotes se divide en dos grandes categorlas, prefabricados e "in situ". Los prefabricados pueden set de una sola pieza fuertemente armados o en partes ensamblables. La fortaleza de la armadura es para resistir los esfuerzos durante el transporte y el hincado en el terreno. ( Fig. 3)
Pufda acao
PARA SUELOS DUROS
Figura 2. Pilote de Hormigon con
punta de acero
I
I
W1JAUI ,
H N
••' H
AM 4 q •4
", 100F
Act
;\ 4 .
SO(DAC4JRA
SIMLAII
OTF
CON SOIDADURA CON VACIADO 0€ JUNTA CON MORTIRO EPDXiCO
El pilote de hormigón tamblén es atacado por él oxido que se introduce por las grietas atacando la armadura, pero esto se soluciona ocupando un hormigOn més denso y de alta calidad, dándole una gran duraciôn comparándolo con el pilote de madera.
Dentro de los pilotes fabricados "in situ" encontramos distintas formas, por ejemplo pilotes de hinca realizados con entubaciones recuperables y un tapón perdido en la punta.
Pilotes perforados, mediante la utilizaciOn de cucharas especiales, que permite realizar perforaciones en el terreno, pudiendo utilizar o no, una entubaciOn recuperable.
Pilotes en que se introduce el hormigon a la vez que se extrae el terreno.
Pilotes perforados sin entubaciôn, hormigonados con trompa desde el fondo de la perforaciOn.
Dentro de esta categorIa encontramos también tubulares de acero rellenos con hormigon, pero estos ültimos junto con las distintas distribuciones o formas de pilotes, lo analizaremos dentro del Punto 1.3
1.3- Pilotes de acero.
Los dos tipos de p11o4/tes en acero, que describiremos con detalle mas adelante, permiten, en un caso, el hincado violento, siendo muy resistentes al pandeo, además permiten, ambas formas, longitudes poco frecuentes, no muy comunes en los otros materiales para pilotes. lnspección visual del comportamiento del pilote durante la hinca, gran flexibilidad antes de alcanzar su limite elástico, caracterIstica que da el acero.
ILl U. U, ILl
Figura 4.
Durante ci proceso de fLinch- ciOn del hierro, ci grafito pasa
d'(
)
I
de una forma puntiaguda lami-nar (fundiciOn gris) a una forma esférica (fundiciOn dUctil). Debido a ello se moditican notablernente las propiedades mecnicas, aumentan la
resistencia y la ductilidad del material. 400 N/mm2 GGG-40---c-- 360 N/mm; ,—St37
Ii
g' 100 N/mm2 /GG.1O
DEFORMACION
Figura 5.
Figura 4: Vista rnicroscôpica de una fundición y las partIculas de grafito.
Figura 7
I - -
V .
Otra caracterIstica que entrega el acero al pilote es que cuando
los ataca la corrosion y se deja un margen de peilcula, esta protege al
elemento de futuros ataques.
En suelos fuertemente ãcidos como los relleno, materia orgánica y
el agua de mar, la corrosiOn es mucho més seria, en estos casos la
protecciOn catOdica o la inyecciOn de concreto son necesarios para
impedir el deterioro del pilote. ( Fig. 6,7,8 y 9 )
Figura 9.
Figura 6,7,8 y 9. Protección de acero
contra corrosion. Encofrados de fibra de
Nylon y fibra de vidrio
-
Figura 6.
1.4.- Tipos y formas de Pilotes en acero.
Existen tres tipos de pUotes en acero: De perfiles en acero, Tubulares y compuestos.
De perfiles en acero los más comunes son H y X. Estos son
usados para soportar cargas cuando se requiere una alta resistencia por la punta en suelo o roca. Esto por la simetrIa de su sección transversal que opone mayor resistencia al pandeo y cargas hasta el Ilmite elástico del acero.
Los perfiles H penetran en el suelo produciendo un desplazamiento mInimo junto con un levantamiento y presión lateral también mInimos.
Estos perfiles también se usan para resistir por fricciOn, como el area entre las alas es tan grande, la falla ocurre por esfuerzo cortante. Tambiéri se usan cuando las condiciones requieren un hincado violento, grandes longitudes o elevadas cargas de trabajo por pilotes.
Penetran en el suelo más fácilmente que otros tipos ya que desalojan poco material. Se usan frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. ( Fig. 10 )
Solciadura
c4
I
I A,/
3
Tramo 1 Tramo 2
Los Tubos de acero rellenos con Hormigón constituyen Un excelente pilote. Al rellenarse aumenta la resistencia del fuste, porque la resistencia del acero como la del hormigOn, contribuyen a la
resistencia de la columna.
Los pilotes de tubos son ligeros, fâciles de manipular, hincar, cortar y empalmar. Son más rIgidos que los pilotes H y no se desvIan tan fácilmente cuando encuentran obstáculos. Tiene la ventaja de poder inspeccionarse interiormente después de hincados y antes de vaciar el hormigon. ( Fig. 11 y 12)
Figura 11. Corte pilote tubular.
El porcentaje de Carbono influye mucho en el comportamiento del pilote sobretodo en la hinca de éste. Si tiene mucho contenido de carbono el pilote con los golpes se podria fisurar o agrietar, en cambio con bajo contenido de Carbono se puede deformar. No olvidemos que a mayor contenido de carbono el acero es más frágil.
Segun ensayos de empresas dedicadas al pilotaje como Terratest por ejemplo, empresa Española, la cual a aportado con gran tecnologIa y estudios a este tipo de cimentaciôn, han mencionado que la combinaciOn perfecta de elementos que facilitan el hincado es un Acero en frIo con un 0.22% de Carbono y un 0.6 % de Manganeso.
Con respecto a la forma de los pilotes, cuatro son las que se usan comünmente: secciOn transversal uniforme en toda la longitud del pilote, base o punta ensanchada, forma cônica y tablestaca.
Los pilotes de secciOn uniforme pueden presentarse en varias formas: sección circular, cuadrada, octogonal, estriada y H.
Fig. 13 )
4H
Figura 13. Vista secciôn transversal, formas de pilotes.
Los pilotes compuestos son aquellos que combinan un pilote de acero en el tramo inferior y un pilote de concreto, fabricado "in situ" en el tramo superior.
1.5.- Partes de un Pilote.
Los pilotes de dividen en tres partes: Cabeza, Fuste y Punta. ( Fig. 14 )
CABEZA
FUSTE
PUNTA
Figura 14. Esquema de un pilote
La Cabeza es el principio del pilote, la que recibe todo el impacto
$ :
PistOn
Martillo en la c pilote
Pilote ote
Figura 15. Cab eza de pilote, parte que recibe ía carga de
impacto en el hincado.
El fuste del pilote es una columna estructural que está fija en la punta y generalmente empotrada en la cabeza.
El pandeo de un pilote depende de su alineación, longitud, momento de inercia, modulo de elasticidad y resistencia elástica del suelo que lo sostenga, el soporte lateral del suelo es tan efectivo que solamerite en casos especiales o extremos podrIa ocurrir pandeo.
La secciôn uniforme hace que la resistencia del pilote como columna sea uniforme de la punta a la cabeza y que el rozamiento superficial esté bien distribuido en todo el fuste.
/
Figura 16. Fuste de un pilote.
La punta es la secciôn que opone resistencia al empuje del suelo
por lo tanto en algunos casos se refuerza para evitar pandeo local o se adapta para poder desplazar más fácilmente el terreno y tener una mayor penetración.
Con objeto de aumentar la resistencia en la punta y la fricción en la porcion inferior del pilote se han usado distintas formas de ensanchamiento de la punta.
Una de esas formas es la uniOn de una punta cilmndrica a un tubo de acero, se introduce concreto formando un bulbo dentro del suelo y en la punta del pilote.
Esta técnica en muy efectiva para pilotes con resistencia en la punta en suelos cohesivos compactos y aUn en arenas sueltas.
1.6.- InteracciOn pilote de acero y suelo.
Cuando el suelo es demasiado débil compresible, para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten al material correcto a mayor profundidad por medio de los Pilotes.
Para hacer una buena cimentaciOn es necesario un conocimiento previo del terreno en el que se va a construir la estructura.
La correcta clasificaciôn de los materiales del subsuelo es un paso importante para cualquier trabajo de cimentación.
La gran clasificaciOn general de los suelos , se divide en los
tipos de suelo, y pueden contener por añadidura material organico parcial o completamente descompuesto.
Las gravas y arenas se les llama suelos de grano grueso y a las arcillas con los limos se les llama suelos finos.
Las
caracterIsticas de esfuerzo - deformaciOn de un suelo o de una roca, determinan el asiento que una estructura puede experimentar.Se debe tener conocimiento de las propiedades fIsicas y las disposiciones de los materiales del suelo, a través de sondeos y muestras para su identificaciôn.
1.7.-
Tipo de
cimentación con Pilotes.Los pilotes de acuerdo a la estructura que va a resistir y las cargas que va a transmitir pueden ser aislados o en grupos, a esto Ultimo se le denomina Sistema de pilotes o pilotaje, donde varios pilotes soportar la carga de una sola columna 0 muro.
Las columnas con poca carga pueden, en algunos casos, necesitar un solo pilote.
Pueden usarse pilotes verticales para resistir cargas laterales. En ocasiones es necesario soportar grandes cargas de éste tipo más cargas horizontales, y para esto se usan pilotes inclinados combinados con los pilotes verticales.( Fig.17)
Figura 17. Esquema sistema de pilotaje. Combinación pilotes verticales con inclinados
Pilotes
1.8.- Comportamiento de los pilotes con carga vertical.
Los pilotes individuales se clasifican en pilotes de punta a de fricciôn.
Los pilotes de punta obtienen toda su capacidad de carga de la roca o suelo que está cerca de la punta, y muy poca del suelo que rodea su fuste.
Por otra parte un pilote de fricciOn adquiere su capacidad de carga principalmente del suelo que to rodea, por la resistencia at corte que se desarrolla entre et suelo y el pilote. El suelo que está cerca del extremo inferior del pilote soporta un porcentaje muy pequeno de carga.
CAPITULO 2
Formas de Transferencia y
2.1.- Descripción de Capacidad de Carga.
El pilote como elemento se usa para transferir las cargas a través de un suelo blando hacia un estrato a mayor profundidad y más resistente.
La forma de transferir estas cargas al suelo se denomina
Capacidad de carga del pilote ", donde se estudia la cimentación
profunda como elemento completo, Pilote y Suelo.
2.2.- Formas de transferir la carga
El pilote tiene dos principales formas de transferir las cargas al terre no:
Por Punta , donde Ia secciôn en que se concentran las cargas
que son transferidas al terreno, es la punta o base del pilote.
En el pilote resistente par la punta, se forma un cono de suelo no alterado que se adhiere a la punta. Como la punta, en un pilote hincado, va penetrando más profundamente conforme aumenta la carga, el cono fuerza el suelo hacia los lados cortando la masa a Ia largo de una superficie curva. Si el suelo es blando, compresible o tiene un mOdulo de elasticidad bajo, la masa situado más allá de la zona de esfuerzo cortante se comprime o deforma, permitiendo que el cono penetre más. ( Anexo , Figura 1)
Por friccióri, donde (a adherencia del suelo adyacente a su fuste
es el que recibe las cargas.
El análisis de los mecanismos de transferencia de la carga que
recibe un pilote hacia el suelo que 10 soporta, son el fundamento de los
métodos utilizados actualmente para predecir la Capacidad de carga
de un pilote.
Inicialmente el sistema suelo-pilote se comporta elásticamente
existe una relaciOn lineal hasta un cierto punto A, y si la carga se retira,
la cabeza del pilote vuelve prácticamente a su posiciôn original.
( Figura 1)
Cuando la carga se incrementa más allá del punto A , aparecen
deformaciones plásticas en la interfase suelo-pilote, hasta liegar al
punto B. Si la carga se retira a partir del punto B, la cabeza del pilote
ya no volverá a su posicion original, existirá un cierto asentamiento
permanente, representado por OC.
Gráfica 1)
'
a
Lt resistencia
QS
por fricciOn
lateral
to
resistenciap
de punta
Figura I : Pilote sometido a una carga Q, y ía resistencia por fuste
CARGA
G Descarga
RecargaBD
E
ASENTAMIENTO
Gráfica I Pilote sometido a una carga pro gresivamente creciente.
2.3.- Capacidad de carga de un pilote (inico.
La carga aplicada a un pilote aislado es resistida conjuntamente par punta como por fuste, siendo la capacidad maxima de carga que resiste el pilote, la suma de las capacidades parciales de carga, par punta y por fuste. ( Ecuaciôn 1)
La capacidad para resistir cargas de un pilote depende de las siguientes componentes del sistema suelo-pilote.
El pilote ocupa después de instalado el lugar de cierto volumen de suelo, cuyo peso fue previamente soportado par el suelo debaja de la punta del pilote.
El desplazamiento hacia abajo del pilote implica un movimiento relativo pilote-suelo, que moviliza fuerzas resistentes tangenciales sabre la superficie lateral del fuste del pilote. Estas fuerzas se originan en la adherencia y fricciôn del suelo en contacto con el pilote.
( Figura 1)
ofrecerá una resistencia al corte producida por tal desplazamiento.
Q = Qp + Qs. Ecuación 1.
Donde
Q = Capacidad maxima de carga
Qp = Capacidad de carga por punta.
Qs = Capacidad de carga por fuste.
2.3.1.- Capacidad de carga por punta. ( Qp ) En suelo con y sin drenaje.
Qp = Ap ((Lqs)p) Ecuaciôn 2.
Donde
Ap = Area de la punta del pilote.
(Aqs)u =Capacidad de carga final. = cNc+(BW7)/2+j.dNq
= CohesiOn en el crigen basada en esfuerzos efectivos.
NC = Coeficiente de capacidad de carga. Este factor cambia de acuerdo
al terreno que está recibiendo los esfuerzos , ya sea suelo con o sin
drenajes.
Nq y Ny= Factores adimensionales de capacidad de carga, que dependen solo del ángulo de fricciOn del suelo.
t/=(yt-l), peso especifico seco. ( peso especIfico total menos el peso especIfico del agua).
B =Diámetro pilote.
Para cimentaciones profundas, el Nq se calcula en funciOn del ángulo de fricciOn del suelo , como lo han propuesto diversos investigadores
como Vesic en 1967, donde supone diversas formas de falla de acuerdo a estudios teOricos.
( Gráfico 2).
Nq =10 A N tan
N = 2.7 cuando D=32cm N = 3.7 0<32cm.
Prakash y Sarma ( 1990 ) , crearon el siguiente gráfico basándose en
ensayos y muestreos. ( Lambe, texto Mecánica de Suelo)
20 25 28 30 32 34 36 38 40 42 45
Nq 8 12 20 25 35 45 60 80 120 160 230
Hincados
Nq 4 5 8 12 17 22 30 40 60 80 115
tco:
I
I
i;c
- -J
W35, 40' 45b
Anpilo di hicc.
Fig. 33.4. Fscthm di cWe*W di c*s pits cimmtodcaw puefunóss Cirw. ei ($n Vac 1P67).
Grafico 2 : Factores de capacidad de carga Nq, para cimentaciones
pro fundas circulares segun Vesic 1967( Lambe, Texto Mecánica de
Suelo)
Bajo una carga permanente de larga duraciôn, como la producida por el peso de una estructura, estas presiones pueden disiparse , pero
bajo cargas de corta duraciOn como la fuerza ejercida pot el viento en la estructura , las sobre presiones intersticiales no se disipan
inmediatamente.
El método razonable para calcuIr la resistencia por punta de un pilote en arcIIa es suponer la capacidad de carga sin drenaje. Método algo conservador.
El empleo de estos principios y el hecho de que la cohesion de las arenas es nula, nos permite simplificar la ecuaciOn 2, de la siguiente forma:
C
=
c
=Oy=Pot lo tanto
Qp = Ap (ONc(BNy)/2 + .dNq)
Como: (yBN)I2 , es pequeno comparado con ;wiNq , y:
avo =L(?1-1), Donde:
ovo= Esfuerzo vertical efectivo. L = Largo del pilote.
La ecuación para suelos permeables o granulares se muestra en la EcuaciOn 3
Qp = Ap(vo*Nq ). EcuaciOn 3 , para suelos permeables o granulares
( arenas )
ovo=Esfuerzo vertical total.
Sp = Resistencia al corte sin drenaje.
SegUn Skempton (1951).
Nc = 6 punta apoyada en el estrato fume
Nc = 9 , Penetraciôn en el estrato firme > 3 diámetros , interpolaciOn
lineal entre éstas condiciones.
2.3.2.-Capacidad de carga por fuste ( Qs ) en suelo con y sin
drenaje.
Qs = (\L)(as)(Ss) , Ecuación 5
Donde:
L= Incremento de la longitud del pilote.
as= Area lateral del pilote en la longitud LL en contacto con el suelo. (2,T r)
Ss = TensiOn media por fricciOn lateral en la falla
Para un contacto acero-suelo = ya que el angulo de fricciôn en una superficie rugosa como el hormigOn ,no es igual al contacto del suelo con una superficie lisa como la de un pilote de acero.
K es un factor que depende de la historia de tensiones del suelo y de los procedimientos de instalaciOn o construcciôn del pilote.
En arena generalmente los pilotes se hacen penetrar a presiOn 0 se hincan.
Las vibraciones producidas por la hinca de un pilote en arena tiene dos efectos:
b) Aumentar el valor de K = Coeficiente de presión lateral.
segUn pruebas de penetración antes y después de la hinca de un pilote, indican una compactaciOn importante de la arena en un radio de acciOn que puede Ilegar hasta ocho diámetros de pilote. El aumento de compacidad da lugar a un aumento del ángulo de fricciOn. La hinca del pilote desplaza el suelo lateralmente y por to tanto, aumento los esfuerzos horizontales sobre el mismo.
Como la resistencia de un suelo depende del esfuerzo efectivo y de los parámetros de resistencia del suelo, la resistencia del pilote especialmente en arcilla, depende mucho de la duraciôn de la carga.
HORN ( 1966 ) resume los resultados de estudios sobre los esfuerzos horizontales que actUan sobre pilotes en arena.(Lambe, Texto de mecánica de suelo)
Referencia Relación Base de la relación
Brinch Hansen y (a)TeorIa
Lundgren ( 1960 ah= cos" Q,*c,v__O.43i (b) Prueba de
Si(P=300 pilote
o-h=0.8o-v
Henry (1956) crh=Kp* av=3ov Teorla
Ireland (1957) aJi =K* av=(1.75a3)*ov Pruebas de
extracción
Meyerhof (1951) o-h=O.5v ; Arena Análisis de datos de
suelta campo.
crh=1.Oov ; Arena
Compacta
h=Kcv; K=0.3 ( Análisis de datos de
Mansur Kaufman
compresión) ,K=0.6 campo.
Como la tabla anterior muestra un amplio rango para el valor de K se considera un rango en arena entre 1 y 3.
Debido a que un pilote metático es más liso , la adherencia de la
arcilla puede ser, en este caso, ligeramente inferior a la resistencia at corte. Se considera como buena aproximaciOn el tomar la resistencia at corte de la arcilla como adherencia a lo largo del fuste del pilote.
En cuanto a la capacidad de carga, la maxima carga se aplicará sobre un pilote en un perlodo de tiempo tan corto que una arcilla no podrIa drenar totalmente, y por tanto resulta razonable emplear la resistencia at corte sin drenaje como valor aproximado de la adherencia de la arcilla at fuste del pilote.
Cummings, Kerkhoff y Peck ( 1950 ) han expuesto los resultados de una investigación en la que se midieron las variaciones de resistencia at corte producidas por la hinca de pilotes. Los resultados mostraron que la resistencia al corte en las proximidades del pilote se redujo por la hinca, pero un mes después de dicha hinca la resistencia habia vuelto a su valor inicial y al cabo de once meses era considerablemente mayor que en el instante inicial. La resistencia se recupera después de la disipaciôn de las sobre-presiones intersticiales y la consolidaciOn del terreno.
Seed y Reese (1957 ) han hecho medidas in situ demostrando la magnitud y disipaciOn de la sobre-presiones intersticiales en las proximidades de un pilote, asI como la correspondiente recuperaciOn de resistencia.
Suelos permeables o sin cohesion:
Ss= TensiOn media por fricciOn lateral en la fafla
Ss=(K)(m'o)(tan(p), EcuacOn 6.
Donde:
cvo= Esfuerzo vertical efectivo.
K, dependerá fundamentalmente del procedimientos de instalaciOn 0 construcciOn del pilote y de la derisidad inicial de la arena.
No existe un método racional para determinar K, to que obliga a recurrir a correlaciones empIricas desarrotladas a partir de los resultados de ensayos de carga en pilotes.
Dan (1984 ) , propone 10 siguiente:
K varla en el fuste con la profundidad, en la parte superior del pilote es
CKo, mientras que pueda Ilegar a ser menor que Ko en (a punta. ( Figura 2 ).
K
ie
Io
CD E C 0 a:. C if
En el caso de pilotes perforados:
K
=Ko
=1-
senp
SegUn Vargas (1999 )
K
=0.7Para
pilotes perforandos. Segtin Fleming (1985 )Para pilotes con gran desplazamiento
K=
50
!L .
Para Vesic ( 1964 ) , Si bien la expresiOn implica que la tension por
fricciOn lateral crece en forma continua con la profundidad, resultados
experimentales demostraron que para profundidades del orden de 10 a
20 diámetros se a(canza un valor máximo de Ia resistencia por fricciOn
lateral, que no es sobrepasado para profundidades mayores.
( Gráfico 3 )
Fricción Kgslcm2
0 0.1 0.2 0.3 0.4
r
° Arena dense
\
ol °
h
I
Ii 'I Arenade\L
-
oi 0
donsdad media
I
Arena 10
JlI
I
1k0I
Ensoyo do campo(Arena suetta hUmeda) I
Grafico 3: Gráfico de resultados experimentales, para demostrar
resistencias de fricciôn lateral, de acuerdo e profundidades en
Suelo cohesivo:
SS ji.
Ecuaciôn 7
Sp = c+(crhf)tanp
,
= Cohesion en el origen basado en esfuerzos efectivos.
crhf= Esfuerzo horizontal efectivo sobre el piano.
2.4.- Ecuaciones Resumen.
Formula general. EcuaciOn I Q=Qp+Qs.
EcuaciOn general de capacidad de carga por punta. EcuaciOn 2 Qp = A ((Aqs)1u)
Capacidad de carga por punta en suelos permeabies o granulares. Ecuaciôn 3
(Arena)
Qp = Ap( ovo *Nq ).
Capacidad de carga por punta en suelos no permeables o finos. Ecuaciôn 4
(Arcilla)
Qp = Ap(SiNc+ovo).
EcuaciOn general para capacidad de carga por fuste.
Qs = (iL)(as)(Ss). EcuaciOn 5
Capacidad de carga por fuste para suelos sin cohesiOn o granulares (Arena)
Capacidad de carga por fuste para suelos cohesivos 0 finos ( Arcillas )
p.
EcuaciOn 7
Sp
= c+(ohf) tan çoCapacidad de carga para un pilote Unico en suelos Arenas.
Q=
A p ( ovo *Nq )+ (AL)(as)(K)(ovo)(tan )
Donde K = I a 3 y çb=p para pilotes metálicos.
Capacidad de carga para un pilote Unico en suelos arcillosos
Q = A p (Sp1'Jc + 0vo)+ (L)(as)(S1u)
Nc = Se asocia la longitud o apoyo de la zapata soportada por arcilla, secciôn y profundidad. Este sistema también se utiliza en Fundaciones Sup e rf I ci ales.
(Anexo, Figura 2).
2.5.- Capacidad de carga de un grupo de pilote.
La capacidad de carga de un grupo de pilotes no es igual a la suma de las capacidades de cada uno de ellos, actuando aisladamente. El cuociente entre la capacidad de carga del pilotaje y la suma de las capacidades de carga individuales se denomina eficiencia del grupo o factor de reducciOn. ( Ecuación 1 de pilotaje )
Q pilotaje
EcuaciOn 1: Eficiencia del grupo de pilotes.
de pilotes resistentes es normalmente inferior a 1.
;ccr 1 -
Para piotes flotantes en arcilla, Ken I propuso en 1967 una
tabla de factres_de reducciOn. (Lambe, te ecánica se suelo)
SeparaciOn ntre ejes de pilotes F#Y de Reducción.
(diáme ros de pilotes )
/Z 10
All
LLuI ?'
8 0.95 6 0.90 0.85
4 0.75 1 0.65 0.55
Vesic 1967 a ( y " nto de capacidad de carga de un grupo de
pilotes en an 3ea al aumento de la resistencia por el fuste de
los pilotes d
, o. Estas pruebas arrojan eficiencias de hasta 3, mientras que as eficiencia por punta de un grupo de pilotes $ es
aproximadamente igual a los valores de la unidad-,
Estas pruebas indican además Ua eficiencia de un grupo de pilotes
aumenta , g. tr èbThs hasta un máximo de
separaciôn de 3 diámetros, descendiendo después Ilgeramente al seguir aumentando la separaciOn.
La razón de que la eficiencia de un grupo de pilotes en arena sea superior a la unidad se debe a que la hinca de los pilotes adyacentes
hace aumentar los esfuerzos horizontales efectivos y , por tanto, la
resistencia por el fuste de los pilotes ya colocados. Además Ia hinca de
los pilotes adyacentes tienden a aumentar la capacidad relativa de la arena, causando por tanto un aumento en el ángulo de fricciôn de la
2.6.- Fricción negativa.
En ocasiones, parte del suelo que rodea al fuste , o todo el suelo,
puede moverse hacia abajo respecto a el mismo, invirtiendo por 10 tanto la direcciOn de Qs ( Figura 3 ).
Figura 3. Qs en sentido contrario en comparación a Figura 1.
En este caso Qs , ya no es una fuerza sustentable sino que se converte
en una fuerza a ser resistida por el pilote y por lo tanto debe ser considerada en el calculo del mismo.
Generalmente esto sucede cuando se traspasa un terraplén de suelo blando, con señales de asentamientos. La perturbación del terreno por el pilote puede producir un aumento de compresibilidad del suelo, desarrollando elevadas sobre presiones intersticiales en tomb al fuste del pilote. Pci ello se puede producir el asentamiento del suelo blando.
2.7.- lnfluencia de las cimentaciones profundas en las estructuras
adyacentes.
La hinca de pilotes puede producir movimientos importantes en las
estructuras prOximas, por efectos del desplazamientos del suelo y por las elevadas presiones intersticiales desarrolladas en los suelos arcillosos.
Un estudio hecho por Ireland que sugiere que los pilotes hincados en arcilla puede producir movimientos estructurales hasta una distancia aproximadamente igual a la longitud de dichos pilotes.
2.8.- Hinca de Pilotes y Formulas de Hinca.
Generalmente los pilotes se hacen penetrar en el terreno mediante un martinete o martillo.
Como valores tIpicos se pueden citar pesos de 1 a 2 Toneladas, cayendo libremente desde una altura de 6 a 9mt.
La energia del Martillo se consume tanto en trabajo Util, haciendo penetrar el pilote en el terreno, como en pérdidas, comprimiendo el cabezal o sufridera, comprimiendo el pilote, etc. Debido a la energIa perdida en trabajo inütil suele ser más efectivo para la hinca un martillo de engria elevada.
Las formulas dinámicas de hinca se han utilizado ampliamente para determinar la capacidad de carga estática de un pilote. Estas formulas se deducen partiendo de la relaciOn.
Energia aplicada
=
Energia consumida + Energia perdidaresistencia a la hinca.
La fOrmula dinámica de hinca más corrieritemente utilizada, conocida coma fOrmula del Engineering News, es:
16.65E
- s+O.254
Una fOrmula mejor ( Boston Building code, 1964) es
R- 14.15E
s + 0.254./wp/wr
En ambas ecuaciones
R = Carga admisible del pilote en toneladas
E= EnergIa por golpe en metros-toneladas
s= PenetraciOn media, en centImetros, por golpe para los 15 Ultimos centimetros de hinca( valor mInimo admisible s0.13 cm)
wp = Peso del pilote y de los elementos mOviles en la hinca.
wr = Peso de la parte mOvil del martillo
( valores mmnimos admisibles de wp/wr=1.0)
2.9.- Ejerciclo de Ejemplo.
Datos: Pilote, Tubo de acero , relleno con concreto.
Diámetro = 0.30 mt
Penetraciôn = 12 mt
Suelo : Arena
Formula general para pilote Unico en Arena.
Q = A p (
ovo
* Nq )+ Y, (AL)(a.$)(K)(ovo)(tan )Angulo de fricciôn
= 1.90t0n/m3 . Peso especifico.
Ap =
,r * r 2
=0.0707 m2avo=12(I.90-I)=lO.8 ton /M2.
Nq= Segun el gráfico 2 , Ilnea de Vesic y q'p=300 Nq =30.
= 12 mt
as= 0.942mt2/rnt (2,rr)
tang, = tan 300= 0577
Como la resistencia varla linealmente, podernos trabajar con el nivel medio para todo el pilote
cTVO
= 5.4 ton/ mt2
2
K = 2. Por to Tanto
El mismo pilote pero en arcilla.
Formula general: Q =Ap(SNc+ovo)+ (AL)(as)(Sfl) Igual ángulo de fricción y peso especIfico.
Angulo de fricciOn
= 1.90ton/m3 Peso especIfico.
Sp = vo
ovo = 12rnt(1.90-1) = 10.8 tonI mt2.
ovo=12m1*1.90=22.8 ton/ mt2.
Su= Aplicado en el nivel medio para la capacidad de carga por fuste,
c,vo=6m1(1.90-1)=5.4 ton/ mt2.
10.8
Sp = Para Capacidad de carga por punta = =3.6 ton/ mt2.
5.4
= Para Capacidad de carga por fuste = = 1.8 ton/ mt2.
Nc = 9. (Anexo , figura 2 ).
Por Ic tanto:
Q = 0.0707(3.6 * 9 + 22.8) + (12)(0.942)(1.8)
CAPITULO 3
3.1-Resistencia estructural del pilote como Columna.
A través de estudios técnico y de resultados experimentales se
ha demostrado que el suelo en que se hinca un pilote lo confina tateralmente en toda su longitud. Por lo tanto, el pilote trabaja como columna corta aplicando la siguientes fOrmula:
Rp = A * fiy Cs.
Rp = Carga axial permisible o de trabajo, en Kg. A = Area de la sección transversal del pilote en cm'- .
= Esfuerzo de fluencia del acero kg/cm'-
Cs = Coeficiante de seguridad, usulamente 2.
(Texto, Mecánica de suelo, Ingeniero Carlos Crespo, Mexicano)
Hay casos donde el pilote no cuenta con este
arriostramiento lateral y se considera el pandeo en su diseño.
Uno de esos casos son las arenas finas, que sometidas a esfuerzos sIsmicos, se IicUan y no aporta ningUn soporte para el pilote en su fuste, pudiendo pandearse. En este caso se usa el modelo de diseño de Columna esbelta.
3.2.- Pasos para proyectar una cimentaciOn de pilotes( pilotes amarrados en sus cabezas por zapata-cabezal).
Para el proyecto de una cimentaciôn por medlo de pilotes se req uiere:
• Como elemento esencial, un perfil de suelo que represente los resultados de sondeos exploratorios. Comünmente este perfil de suelos provee toda la información necesaria para decidir si la cimentaciOn puede establecerse sobre pilotes de fricciOn, punta 0 mixtos.
impuestas por la caracterIsticas de la obra.
Se determina la capacidad de carga Ultima de un pilote (capitulo 2, capacidad de carga, pagina 32) y este valor se divide por un coeficiente de seguridad apropiado para obtener la carga admisible del pilote.
• El nUmero de pilotes será igual a la carga aportada por la sobre-estructura dividida por la carga admisible del pilote Unico, dividida por el coeficiente de seguridad.
• Espaciamiento de los pilotes. Segün el texto de Mecánica de Suelo, por el ingeniero Carlos Crespo Villaz, mexicano, y respaldado por experiencias y prácticas, se establece que la distancia D entre ejes de pilote debe estar comprendida entre 2.5 y 4 veces el diámetro
superior de dichos pilotes (dp), sobre todo en arena. Una distancia D, menor a 2.5 veces el diãmetro superior del pilote, dificulta el hincado y disminuye su .eficiencia, y una distancia D, mayor de 4 veces el
diámetro del pilote, aumenta el costo de la zapata-cabezal de los mismos, sin beneficiar a la cimentaciOn.( Punto 2.4 pagina 32) • Calculo de zapata-cabezal. Si el area de los cabezales es
considerablemente menor que la mitad del area total cubierta por la estructura, los pilotes se disponen en grupos que contienen zapatas comunes, pero si el area es mayor en extremo que la mitad del area ocupada por la estructura se proyecta una area soportada por un grupo de pilotes, en cuyo caso la separacion de entre los mismos se aumenta hasta conseguir una distribuciOn regular(Anexo, Figura 3). Si la
intensidad de carga que actüa en las diferentes partes del area es muy distinta, la distancia entre pilotes se acondiciona en cada parte a dicha intensidad(Anexo, Figura 4). La distancia de los pilotes perimetrales al borde de cabezal se considera igual a D/2. (Anexo, Fig 5)
alcance la carga admisible(Anexo , Figura 6).
Hay que calcular el conjunto de pilotes trabajando como una sola
unidad
Si los pilotes, junto con at masa de suelo confinada por los mismos, se
hunden en conjunto como si formasen un solo pilote, la capacidad de
carga Qc del conjunto viene dada,
aproximadamente por la siguiente ecuaciOn:
Qc =
Qd
+ 2 * * r * Of * S, para distribuci on circular. Qc =Qd
+ 4B * Df
* S, para distribuciOn cuadrada.Donde
Qd
=Capacidad de carga por punta, de un pilote cilindrico o cuadrado.
Qd
=77r 2 (1.3cNc
+r
*Df
*Nq
+0.6
* *Nw), para arreglo circular.
Qd
=B2 (1 .3cNc
+ y *Df
*Nq
+0.4
* *B
*Nw), para arreglo cuadrado.
Donde:
r
=Radio de la periferia del grupo de pilotes.
B
=Lado de la periferia del grupo de pilotes.
Df
=Profundidad a que se han hincado los pilotes
S
=Promedio de la resistencia unitaria al corte del suelo situado
entre la superficie y Ia profurididad Df.
S = c + pj*g
c
=CohesiOn del suelo Tnlmt 2 .
Pj=y* Df.
y
=Peso especifico natura o seco.
Nc, Nq, Nw = Se pueden obtener del Gráfico 1, anexo.
Formulas obtenidas, texto Mecánica de suelos, Ingeniero Carlos Crespo Vu/az, Mexico.
Segün el ingeniero Carlos Crespo, asegura que un grupo de
Qc/3. Si ésta condición no se satisface debe cambiarse el proyecto de la cimentaciOn, aumentando el largo de los pilotes, cambiando sus dimensiones o ambas cosas.
3.3.- Pasos para el diseño de un Pilote sin arriostramiento lateral.
Como mencionamos en el punto anterior , el pilote hincado y
resistente por fricciôn, se considera como un columna corta sin Pandeo. A continuaciôn enumeraremos los pasos para el diseño de un Pilote sin arriostramiento lateral, con el modelo de Columna Esbelta.
Se determinan las tensiones de trabajo. En nuestro modelo la :olumna estará sometida a Compresión y FlexiOn.
Las tensiones de trabajo serlan:
• N Carga axial. A Area seccion transversal.
fc= = — M Mornento Máxirno W Modulo de resistencia elástica
Diseño a Compresion:
Calculo de la esbeltez, K = Coeficiente de Longitud efectiva, que
Se compara la esbeltez del elemento con la esbeltez de Euler. Esta Ultima de calcula:
AE =
QFy
Se comparan ambas esbelteces, la esbeltez del elemento con la de Euler:
2>2E , Existe pandeo.
• Dependiendo de la geometrIa del elemento en su secciôn transversal, se verifica el pandeo local.
• Luego se Calcula el Fcrit, el cual tiene que siempre mayor al Fa.
Ecrit
• Diseño a FlexiOn.
• Se obtiene la carga de trabajo f=
(
• Se clasifica la secciOn en: Plastica.
OZ-9 BIBLIOTECA
Semi-plástica.
Compacta.
Esbelta.
• Se calcula las tensiones admisibles segUn la clasificaciôn
anterior.
• Se elige la tension mayor entre la de alabeo y TorsiOn.
• La tensiOn de trabajo tiene que ser menor a la Tension admisib(e. • Se comprueba Si el elemento resisten ambas solicitaciones.
flexiOn y la tensiOn admisible por flexiOn. Este resultado siempre tiene que ser menor a 1.
fc
F.crit F.adm(Alabeo 0 torsiOn.)
3.4.- Calculo de Zapata Cabezal.
Conocida la distribuciOn de los pilotes, el cálculo de la Zapata-Cabezal se Ileva a cabo en forma semejante a las zapatas aisladas, con algunas modificaciones. En el caso de las zapatas cabezales, la secciôn crItica por corte se considera localizada a una distancia de d12, medida a partir del parámetro de la columna o del pedestal, como se hace en las zapatas.
En el corte extremo sobre cualquier secciôn vertical se considerarã actuando la reacciOn entera de cualquier pilote cuyo centro esté localizado dp/2 o más dentro del area de la zapata que produce corte en la secciôn. La reacciOn de cualquier pilote cuyo centro esté localizado a dpl2 o más afuera del area de la zapata que produce corte en la secciOn, se considerará corno no produciendo corte.
Para posiciones intermedias del centro del pilote, la porciOn de la reacciOn del pilote que se considerará produciendo corte en la secciOn estará basada en una interpotaciOn lineal entre et valor completo a dpl2 dentro del area productora de corte y valor cero fuera del area que produce corte en la zapata( dp = diárnetro o lado de la parte superior del pilote en contacto con la zapata).
De acuerdo con 10 afirmado, los pilotes 2, 5 y 8 de la figura 7 del anexo, no producen corte. El corte producido por los pilotes 3,6 y 9 sobre la secciôn rn-n es:
Donde:
a y b: Son las distancias indicadas en la figura 7 del anexo. Rp : Carga admisible del pilote.
N: Numero de pilotes que produce corte en la secciôn.
Las secciones crIticas para momento en la zapata-cabezal están localizadas en secciones que pasan por la cara de la columna o del pedestal en caso de que exista éste.
3.5.- Ejercicio.
Camino a Lenga en la Avenida Principal, está en proceso de construcciôn el Terminal Maritimo San Vicente, perteneciente a la Empresa Arauco-Abastible.
La DirecciOn de obras portuarias, facilitO algunos datos para demostrar los pasos a seguir para el diseño de una Cimentaciôn basada en pilotes de acero. ( Fotograflas en anexo)
Los datos que no se pudieron obtener, se dedujeron asociando el proyecto a ejemplos escritos en textos.
Datos:
Cargas = Pp + Sc + C.tráfico + C.Dinamica = 115 Ton.
Factores de Seguridad = 2.
Parámetros de suelo:
= I ton/m3.
C=5 Ton/m2. u=30°. 0 = 30 cm
PenetraciOn = 12 mt, Promedio.
Nq = segttn curva de Vesic, gráfico Pag 24.
Grafico 1, anexo.
Acero A52 -34 ES. Fluencia = 3400 kglcm2.
Espesor Proniedio =6 mm SeparaciOn promedio = 3 0
Paso 1: Capacidad de Carga del pilote ünico en Arena.
Q=Qp±Qs.
Q =
Ap(avo
*Nq)
+ Y(zL)(as)(K)(civo)(tan (op).
Ap=x* r 2 =(.lr*0.152 )_(.7r*0.092 )=0.045m2
0vo =
12(id)
=12 ton/m2.
Nq=30.
AL
= 12m1as
= 2,ir *r =0.94 m2 I ml.
Para el fuste
crvose trabaja con el nivel medio para todo el pilote.
2
K=2,Pag27.
Q =
0.045 m2
*12 ton/m2 *30+ (12mt
*0.94 rn2lmt
*2 * 6 ton/m2
*tan 30°).
Q =
94.35 Ton.
Paso 2: Numero de pilotes.
N
=-=2.44.3 : Q/2=Ra
Q/2 94.35/2
Pt
115
Ra=
=38.3Ton.
N 3
Paso 3: Resistencia Estructural.
Como el pilote se encuentra hincado en Arena se considera columna
corta.
A
*Fy
--
452.3 9cm2* 3400 kg!cm2
=769.06 Ton.
Rp= -
- = -
2
La resistencia estructural sobrepasa bastante a la capacidad de carga
Paso 4: Comportamiento del conjunto de pilotes.
Qc =Qd+2*ir *r *Df*S.
Qd= 7r * r2(1.3cNc+7 *Df*Nq +0.6*y*r *Nw)
S =c+PI*tan
çoi.Qd
= *(0.6mt
) 2(1.3x5 ton/mt 2 x 35+1 tonlmt3
*12 mt
*30
+0.6
*1 tonlm3
*0.6 mt
*21.
Qd
= 672.99Ton.
S=5+(l*12)*tan30.
S
=11.92 tonlmt2.
Qc= 672.99 ton+2*)r*0.60mt*12mt* 11.92tonlmt2.
Qc= 1212.24 Ton.
Ra<Qc/3
1212.24
38.3
<3
38.3 <404.08 No falla el grupo de pilotes.
Paso 5: Eficiencia.
Qpi!otaje
-
121224Ton
427
CAPITULO 4
4.1.. Conclusiones especificas.
En las verificaciones por ejemplo de una columna esbelta de
acero, sometida a FlexiOn, los esfuerzos admisibles son un 60% de los
esfuerzos de fluencia, lo que nos dana un factor de seguridad de
aproximadamente 2.
1/Fs =0.6 = 1.666 = 2.
Que un Diseñador escoja un factor de seguridad superior al mInimo
reglamentado, depende netamente de la expeniencia en sus diseños
anteriores. EL factor de seguridad igual se considera como un termino
basado en experiencias y ensayos, asociado siempre al factor
econOmico.
Al estudiar los aspectos mecánicos del suelo, siempre se consideran
factores de seguridad altos, por 10 irregular o to incierto de su
comportamiento. Por ejemplo, bolsones de agua en arcilla, que al
reventar o disiparse, provocan asentamientos, Arenas finas que se licUan ante movimientos sIsmicos, etc.
Con respecto a la eficiencia de los pilotes hincados en arena.
Al disminuir su distanciamiento los bulbos de presiôn se encuentran y
provocan que los esfuerzos se contrarresten, disminuyendo asI su eficiencia.
Al aumentar esta distancia, aumenta la eficiencia, pero hasta el punto en que si se siguen separando los pilotes los esfuerzos efectivos
horizontales, empiezan a disiparse. El pilote se aleja de la zona de compactación del elemento adyacente.
Además al ser suelos impermeables sin drenaje, provoca que el agua ejerza excesivas presiones pudierido descolocar al pilote.
3. Con respecto al Ysuelo o peso especifico del suelo. La decision de considerar este termino en estado natural o seco, depende de que tan conservador sea el dfseño.
Si por ejemplo encontramos una arena que tiene un peso especifico de 1.9 ton/m3, podemos descontarle el peso especifico del agua y asI diseñar la fundaciOn para un suelo con menos resistencia, por to tanto mas robusta, considerando por supuesto los costos que esto implica.
Pero, Si flOS encontramos con un suelo de mala calidad, con un peso especifico bajo, al descontar el agua, se obtendria un peso especifico demasiado bajo.
A un valor de 1.2 ton/m3 , descontar el agua se obtendrIa 0.2
ton/m3.
4.2.- Conclusiones Generales.
Si bien se ocupa el modelo de la columna corta para el calculo estructural del Pilote de Acero, sobre todo en terrenos que donde el pilotes adquiere una buena capacidad de carga por fricciôn, por ejemplo, arenas. Se deben conocer muy bien el comportamiento del terreno ante determinados esfuerzos, lo que provocarla cambios drásticos en el diseño, pudiendo provocar la falla del elemento completo, por consideraciones erradas o la elecciôn de modelos para el calculo equivocados.
La elección de los pilotes a utilizar en una cimentaciOn profunda, está directamente relacionado con el costo del montaje.
En el montaje los pilotes se evalüan la accesibilidad de maquinaria al terreno por fundar, las caracterIsticas del terreno o ambiente que rodea al proceso de construcciôn de alguna sobre-estructura.
Por ejemplo:
En el proceso de investigación sobre obras en Chile fundadas sobre pilotes de acero, aparecieron en gran porcentaje, muelles o construcciones sobre el mar.
En estos casos la alternativa de hacer los pilotes "In-Situ", sallan demasiado complicado, extenso y costoso. Se tendrIa que utilizar un sistema donde se agotara el nivel del agua, excavar y depositar el material, a medida que aumenta la profundidad, mar adentro, el sistema se hace muy complicado.
Los pilotes prefabricados de HormigOn son muy pesados, fragiles y más complicados de ensamblar que los de acero.
Estudiando todas estas alternativas, se Ilega a optar per usar los pilotes de acero, los que a medida que se van hincando, se ensamblas soldando sus uniones. A la vez , si se Vega a la profundidad deseada y
Tamblén la elecciOn del pilote a ocupar la opcion más econômica,
rápida de ejecutar y resistente, depende de la experiencia del
diseñador y el equipo de personas dedicadas at montaje.
3.- Al analizar las ecuaciones y ejercicios de ejemplo, nos damos
cuenta que la fundaciOn se diseña de acuerdo a los resultados del
calculo de capacidad de carga. El análisis estructural es solo una
verificaciôn del elemento.
En situaciones donde el suelo tiene poca resistencia para soportar los
esfuerzos por fuste, el pilote se calcula por punta. Para este caso,
donde ya hablamos explicado que el modelo a ocupar es una columna
esbelta para el calculo estructural, el tipo de suelo firme que servirá de
descanso para la punta del pilote, es el que indicará el tipo de apoyo de
la columna.
Un ejemplo podria ser un pilote que con su punta se apoya y penetra
una roca mineral. De acuerdo a cuanto puede penetrar el pilote en la
punta , el apoyo puede comportarse como un empotramiento o un una
combinación entre rótula y empotramiento.
Si el pilote se apoya en una roca dura, sin permitir que la penetre, el
BIBLIOGRAFIA.
Mecánica de Suelos / T. William Lambe / Instituto TecnolOgico de Massachussets / Editorial Limusa Noruega Editores
Mecánica de suelos y cimentaciones I Ingeniero Carlos Crespo Villaz, Mexicano / 4ta Ediciôn.
(A 0 U 0 a) U) 0 U) a) U) 0 C a) 0 CL a) U) C a) U) C, Cr I.- a) 10 CD E I- 0 U. CD C) U-
id
!;
I1111
Figura 2.
N
Ar
,000 45-14
4
ck=iw
0cusads,B/L.1.0
1
L
-1
1
-1
r—B
d
L- Leuftvd ds
Zoo
m
wh
v-4 i1
d4!l.uI I A F '. •:-!a:
:C:eOfl e.00000
0000
00000
0000
00000
00000
P00000
0000
00000
00000
Figura 3: Planta Figura 4: Planta con distribuciOn Con distribuciOn regular irregular.
'2
EJ
D/ '2
Dv
0 02 2
Figura 5: Distancia Figura 6: Grupo de pilote
•-
40
Ii
ra
a M
o.-
®R
am ma.mmmu• u__am.
-
MIUMMENEELIN
ma....
• u.us.uuuur.;*g suiau.
$0 50 40 30 20 IOO 20 40 $0 SOVALOFS DE
NY $
VALORES DEN,
Gráfico 1: Factores de capacidad de carga segUn Terzagui.
Texto de mecánica de suelo, lngeniero Carlos Crespo, Mexico.
N
L----lz
-
. / ---
N
-- _SJ---
N
(I
' p
dil
Figura 7: Zona de corte de pilotes sobre Zapata - Cabezal.
., -,.---
PtA- -. .-'.
z_ •-i