pilotes teoria y ejemplos modo de compatibilidad compress

FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL

Hormigón Armado II

PILOTAJE PILOTAJE

Docente: Ing. Miguel Muñoz Black

Pilotaje

Un pilotaje es una cimentación constituida por una zapata o encepado que se apoya sobre un grupo de pilotes o columnas, y que se introducen profundamente en el terreno para transmitir su carga al mismo.

Los pilotajes se emplean en las siguientes situaciones:

-Terreno resistente está a profundidades mayores de los 5 ó 6 m - Terreno es poco consistente hasta una gran profundidad

- Cuando existe nivel freático alto

- Cuando se deben resistir acciones horizontales de cierta importancia.

1.º TIPOS Y SISTEMAS DE PILOTES Los principales tipos de pilotes de hormigón son:

• Pilotes prefabricados, que se hincan en el terreno mediante máquinas del tipo martillo. Son relativamente caros, ya que deben ir fuertemente armados para resistir los esfuerzos que se producen en su transporte, izado e hinca.

Tienen la ventaja de que la hinca constituye una buena prueba de carga.

• Pilotes moldeados “in situ” en perforaciones practicadas previamente mediante sondas de tipo rotativo.

Generalmente son de mayor diámetro que los prefabricados y resisten mayores cargas.

• Pilotes mixtos, realizados a partir de una perforación que se ensancha posteriormente inyectando hormigón a presión; o hincando pilotes prefabricados de mayor sección que la perforación

Por su forma de trabajo, los pilotes se pueden clasificar en:

- Pilotes columna, en los que la punta se apoya en el terreno firme (arena compacta, grava, arcilla dura, roca, etc.) y trabajan (arena compacta, grava, arcilla dura, roca, etc.) y trabajan predominantemente por punta.

- Pilotes flotantes, que son los que se apoyan en limos o arcillas fluidas y trabajan, predominantemente, por rozamiento lateral del fuste.

En general, la capacidad de carga de un pilote es la suma de su resistencia de punta y su resistencia por rozamiento.

2.°ENCEPADOS. GENERALIDADES Y CRITERIOS DE DISEÑO

Los encepados o zapatas sobre pilotes son piezas prismáticas de hormigón armado que transmiten y reparten la carga de los soportes o muros a los grupos de pilotes.

Como generalmente se emplean pilotes de diámetro grande, por razones económicas, el número de pilotes por encepado no suele ser muy elevado

•Es conveniente arriostrar debidamente los distintos encepados de una cimentación

•Con dos pilotes se dispondrá de vigas centradoras encargadas de absorber tanto las excentricidades accidentales como los momentos del pie del soporte.

•Para la cimentación de una obra es frecuente adoptar un determinado tipo de pilote con una carga admisible conocida.

•Como número mínimo debe adoptarse tres para encepados aislados que soportan un pilar; si están arriostrados transversalmente puede bajarse a dos.

•De este número no se bajará salvo para encepados bajo pilares poco importantes y sometidos a cargas reducidas, a los que se deberá arriostrar en dos direcciones ortogonales.

•Análogamente, un encepado continuo deberá apoyarse en dos filas de pilotes, salvo si está debidamente arriostrado.

•Cuando además de las cargas verticales existan cargas horizontales que actúen sobre el encepado, deben colocarse pilotes inclinados capaces de resistirlas.

•No es necesario tomar la anterior precaución si las fuerzas horizontales se deben exclusivamente al viento y no sobrepasan el 3 % de las cargas verticales.

3.º CALCULO DE PILOTES

a) Carga actuante sobre un pilote

La carga total que actúa sobre un pilote se obtiene sumando, a la carga que le transmite el encepado, el peso propio del pilote y el rozamiento negativo, en su caso.

Los encepados en general transmiten a los pilotes tres tipos de esfuerzos:

Axiales, Momentos y Cortantes.

De ellos los axiales son los esfuerzos o cargas principales, mientras que los momentos y cortantes son esfuerzos secundarios, por lo general desprecia- bles frente a los primeros.

Para el cálculo de los esfuerzos axiales que el encepado transmite a cada pilote suele admitirse, en la práctica, que los pilotes están biarticulados y que el encepado es infinitamente rígido, lo cual simplifica el cálculo.

- Pilotajes isostáticos, los esfuerzos axiales en los pilotes se obtienen simplemente descomponiendo la carga F en vectores que actúan según los ejes de los pilotes. Varios pilotes próximos y paralelos pueden sustituirse por su resultante Ver figura siguiente.

- Un pilotaje cuyos pilotes sean verticales, sometido a cargas verticales, es en general hiperestático si tiene más de tres pilotes no alineados

Suponiendo que el encepado es infinitamente rígido, la carga en un pilote cualquiera de coordenadas (xi, yi) respecto al centro de gravedad del pilotaje puede hallarse aplicando la siguiente fórmula, análoga a la de compresión compuesta:

Donde:

 





 



 + +

=

x i y y

i x z

iz

I

y e I

x e F n

R 1 · ·

·

R_iz = carga en un pilote cualquiera, producida por la carga vertical F_z; F_z = carga vertical total (incluyendo el peso del encepado);

e_x,e_y = excentricidades de dicha carga.

I_x = Σy_i² = momento de inercia del pilotaje respecto al eje OX que pasa por el centro de gravedad

Iy = Σx_i² = momento de inercia del pilotaje respecto al eje OY;

n = número de pilotes verticales iguales.

En el caso de que sea necesario resistir, además de la carga vertical Fz una fuerza horizontal Fα (fig. anterior), bastará con inclinar algunos de los pilotes un ángulo β con respecto a la vertical, dé forma que se cumpla:

= α

∑ ^R iz ^{· tg (} β i ^{) F}

Entonces, los esfuerzos axiales en los pilotes inclinados serán:

) ( Cos R R

i i iz

= β

β

Para el cálculo de los esfuerzos secundarios (flectores y cortantes) que el encepado transmite a cada pilote, se tendrá en cuenta el empotramiento de los pilotes y la flexibilidad del encepado.

los pilotes y la flexibilidad del encepado.

Para ello se usa un programa de análisis matricial en computadora, que permitirá obtener a la vez los esfuerzos principales en los pilotes (axiales) y los secundarios.

Por último, la carga debida al rozamiento negativo se presenta en los pilotes columna situados en terrenos compresibles y puede evaluarse mediante la fórmula:

 





 



 + γ

= 2

q l

· u

· 25 . 0 R

2 o

Donde:

u = perímetro del pilote;

u = perímetro del pilote;

q_o = sobrecarga unitaria en la superficie del terreno:

l = longitud del pilote:

γ = peso específico del terreno.

b) Carga de hundimiento y carga admisible de un pilote

La carga de hundimiento de un pilote depende de las características del suelo y del tipo y dimensiones del pilote. Para su determinación suelen utilizarse ensayos de carga y fórmulas basadas en los rechazos medidos durante el proceso de hinca.

Como carga admisible del pilotaje suele admitirse la suma de las cargas admisibles de los distintos pilotes siempre que la separación mínima entre ejes de los mismos sea de dos veces su diámetro (1.75 veces su diagonal si son de sección cuadrada).

La carga admisible para un pilote aislado es función de su carga de hundimiento, de la deformabilidad del terreno y de la capacidad de deformación de la estructura cimentada.

c) Cálculo del pilote

El cálculo geotécnico del pilote consiste en comprobar que su carga total (esfuerzo principal o axial) no supera su carga admisible.

•El cálculo estructural del pilote consiste en su comprobación como elemento de hormigón armado, se desprecian los esfuerzos secundarios (momentos y cortantes) transmitidos por el encepado.¹

•El cálculo de los pilotes se efectúa como el de los soportes con carga centrada.

•Respecto al posible pandeo, sólo es necesario tenerlo en cuenta en los pilotes que trabajan por punta. Por otra parte, el terreno constituye un apoyo elástico a lo largo del pilote que coarta, al menos parcialmente, sus deformaciones laterales, limitando los efectos de segundo orden.

laterales, limitando los efectos de segundo orden.

•En terrenos de buena consistencia se admite como longitud de pandeo 1/3 de la longitud enterrada del pilote.

•La armadura longitudinal de los pilotes normales estará constituida por no menos de seis barras para los de sección circular y de cuatro para los cuadrados

•La cuantía geométrica debe ser ρ > 0,005. La armadura transversal debe estar formada por espirales o cercos dimensionados con los mismos criterios y limitaciones que para compresión céntrica.

Pilotes Pilotes Pilotes Pilotes

La comprobación de un pilote es análoga a la de un soporte (columna), Artículo 55º, en que el terreno impide, al menos parcialmente, el pandeo.

Se considerará, en cualquier caso, una excentricidad mínima definida de acuerdo con las tolerancias.

Pilotes . Pilotes . Pilotes .

Pilotes .---- Articulo 59.6 Articulo 59.6 Articulo 59.6 Articulo 59.6 ---- Norma EHE Norma EHE Norma EHE Norma EHE

tolerancias.

Para el dimensionamiento de los pilotes hormigonados in situ, sin camisa de chapa, se utilizará un diàmetro de cálculo d

igual a 0,95 veces el diámetro nominal del pilote.

d

cumpliendo con las siguientes condiciones:

mm 20

d - 0,95 d

d = mm

50

d

- ≤

≤

Los pilotes se calcularán, frente a solicitaciones normales, de acuerdo con el Artículo 42º.

Excentricidad : b

Diámetro

Separación de estribos

Cuantìas Mìnimas

donde:

f^yc,d Resistencia de cálculo del acero a compresión fyc,d = fyd = 400 N/mm².

N^d Esfuerzo actuante normal mayorado de compresión.

f^cd Resistencia de cálculo del hormigón en compresión.

Ac Área de la sección total de hormigón.

El diámetro de la barra comprimida más delgada no será inferior a 12 mm.

yd s

cd c

d

f A A f

N = 0 . 85 *

* + *

•A partir de los valores de cálculo de las resistencias de los materiales (Artículo 15º). Coeficientes parciales de seguridad de los materiales

para Estados Límite Últimos: Hormigón γc =1.5 Acero pasivo y activo γs=1.15

•Los valores mayorados de las acciones combinadas (Artículo 11º).

Cargas permanentes γf=1.5 Cargas variables γf=1.6

•Cuando la esbeltez del soporte sea apreciable, se comprobará el Estado Límite de Inestabilidad (Artículo 43º).

La esbeltez mecánica λ no ser superior a 200.

El esfuerzo cortante, se calculará la pieza frente a dicho esfuerzo con arreglo

V V

≤

V V

≤

•Y con arreglo al Artículo 45º si existe, además torsión.

θ α θ

cotg + 1

cotg + d cotg f b

K

V

=

[ ^{0,12 ( 100 f ) - 0,15} ] ^{b d}

V =

3 1/

ck

u2

ξ ρ

σ ′

El esfuerzo cortante, se calculará la pieza frente a dicho esfuerzo con arreglo al Artículo 44º.

Cuando sea necesario se comprobará el Estado Límite de Fisuración de acuerdo con el Artículo 49º.

La armadura principal estará formada, al menos, por 4 barras, en el caso de al menos, por 4 barras, en el caso de secciones rectangulares y por 6 barras en caso de otras secciones.

Además, todas las barras irán sujetas por cercos o estribos transversales con las separaciones máximas y diámetros mínimos de la armadura transversal, como se indican en el artìculo 42.3.1.

En soportes circulares los estribos

podrán ser circulares o adoptar una

distribución helicoidal.

Articulo 59º

Elementos de cimentación Elementos de cimentación Elementos de cimentación Elementos de cimentación

Encepados (Cabezales)

La distancia exis- tente entre cual-

La altura total mínima en el borde, no será inferior a 40 cm. si se trata de encepados sobre pilotes. Además, en este caso el espesor no será, en ningún punto, inferior al diámetro del pilote.

tente entre cual-

quier punto del

perímetro del pilo-

te y el contorno

exterior de la base

del encepado no

será inferior a 25

cm.

La armadura principal se obtendrá para resistir la tracción Td indicada en el modelo, que resulta:

A f d =

0,85

) a 0,25 +

v N (

T =

d d

La armadura longitudinal dispuesta en la cara superior del encepado y extendida, sin escalonar, en toda la longitud del mismo. Será igual a 1/10 de la principal.

Elementos de cimentación - Cabezales

Una armadura horizontal y vertical dispuesta en retícula en las caras laterales.

La armadura vertical consistirá en cercos cerrados que aten a la armadura longitudinal superior e inferior.

La armadura horizontal consistirá en cercos cerrados que aten a la armadura vertical.

La cuantía de estas armaduras, referida al área de la sección de hormigón perpendicular a su dirección, será, como mínimo, del 4‰.

En el caso de encepados sobre tres pilotes colocados según los vértices de un triángulo equilátero, con el pilar situado en el baricentro del triángulo, la armadura principal entre cada principal entre cada pareja de pilotes puede obtenerse a partir de la tracción Td dada por la expresión:

A f

= ) a 0,25 -

l 0,58 d (

0,68 N

T

=

En el caso de encepados de cuatro pilotes con el pilar situado en el centro del rectángulo o cuadrado, la tracción correspondiente a cada banda puede obtenerse a partir de obtenerse a partir de las expresiones si- guientes:

A f

= a )

0,25 l -

0,50 d (

0,85

= N

T

d 1d

A f

= a )

0,25 l -

0,50 d (

0,85

= N

T

d 2d

RECOMENDACIONES

Pilotes de hormigón armado o pretensado .

AAAAdemás de lo expuesto vigente, Instrucción

de Hormigón Estructural (EHE•, e Instrucción

para la Recepción de Cementos así como lo

para la Recepción de Cementos así como lo

especificado en el artículo 630, "Obras de

hormigón en masa o armado", y en el artículo

631, "Obras de hormigón pretensado" .

EEEEl tipo de hormigón a emplear será el fijado en el Proyecto.

En cualquier caso, la dosificación de cemento

no será inferior (350 kg/m ³ •, y el tamaño

máximo del árido grueso no será superior a (25

mm.• La resistencia característica a compresión

a 28 días no será inferior al mayor de entre los

a 28 días no será inferior al mayor de entre los

dos valores siguientes: (30 MPa• o el valor

mínimo que especifique la vigente Instrucción

de Hormigón Estructural (EHE• para una pieza

de las características de que en cada caso se

trate.

EEEEn la ejecución de los pilotes se emplearán encofrados metálicos, suficientemente robustos para que las caras del pilote queden bien planas y lisas. El hormigonado se hará de una sola vez y sin interrupciones. Se cuidará especialmente que las armaduras queden bien fijas; de modo que el las armaduras queden bien fijas; de modo que el recubrimiento sea el especificado en la vigente Instrucción de Hormigón Estructural (EHE•, en todo caso, superior a (2,5 cm•, materializándose éste mediante la disposición de separadores.

La compactación del hormigón se hará por

vibración.

• La playa o plataforma sobre la cual se hormigonen los pilotes estará pavimentada con hormigón perfectamente liso y plano.

• Las superficies de hormigón que puedan quedar en contacto con el pavimento de la plataforma, tales como las de la cara inferior de los pilotes, se pintarán con sustancias separadoras adecuadas.

• Si la sección es poligonal se dispondrá, como mínimo, (1) una barra de armadura longitudinal en cada vértice.

• Si la sección es circular se repartirán uniformemente en el

• Si la sección es circular se repartirán uniformemente en el perímetro, con un mínimo de (6) seis barras de armadura longitudinal en cada vértice. En cualquier caso serán de una sola pieza.

• El empalme, cuando fuera necesario, se hará mediante soldadura y no coincidirá más de (1) un empalme en la misma sección transversal del pilote.

• En los pilotes de hormigón armado, sin pretensar, la

armadura longitudinal tendrá una cuantía respecto al área de

la sección transversal del pilote no menor del (1,25 por 100) y

el diámetro de las barras no será menor de (12 mm.).

LLLLa armadura transversal tendrá una cuantía no menor (0,2 por 100• respecto al volumen del pilote, en toda su longitud, y su diámetro no será menor de (6 mm.•. En punta y cabeza, y en una longitud no menor (3• veces el diámetro de la circunferencia que circunscribe a la sección transversal del pilote, se duplicará dicha cuantía (0,4 por 100• respecto al volumen del pilote.

LLLLa punta del pilote dispondrá de un azuche apuntado, o bien, en una longitud mínima de (30 cm.• estará protegida por una LLLLa punta del pilote dispondrá de un azuche apuntado, o bien, en una longitud mínima de (30 cm.• estará protegida por una cazoleta o por pletina de acero.

C C C

Cada pilote se marcará, cerca de la cabeza, con un número de identificación, la fecha de su hormigonado, en su caso la de pretensado, y su longitud.

SSSSe tomarán las precauciones usuales para un curado

conveniente.

EEEEn la fabricación de pilotes de hormigón se tendrá en cuenta que éstos deberán ser capaces de soportar las operaciones de transporte, manejo e hinca de forma que no se produzcan roturas ni fisuras mayores de (0,15 mm•.

No deberán tener una flecha, producida por peso propio, mayor de (0,003• de su longitud, ni pandeos locales superiores a un (1 cm./m.• de longitud de éste.

SSSSi el pilote está constituido por varios tramos, los correspondientes empalmes se harán de forma que su SSSSi el pilote está constituido por varios tramos, los correspondientes empalmes se harán de forma que su resistencia no sea inferior a la de la sección normal del pilote y quede garantizada la perfecta alineación de los diversos tramos.

EEEEn pilotes de hormigón pretensado las tensiones de

pretensado se definirán de forma que los pilotes puedan

resistir los esfuerzos de manipulación, transporte e hinca,

así como los de servicio.

TOLERANCIAS EN LA POSICION DE LOS PILOTES

• Los pilotes deberán quedar hincados en una posición que

no difiera en más de (5 cm.) o el (15 por 100) del diámetro,

el mayor de ambos valores. Para los grupos inferiores a

tres (3) pilotes conjuntamente encepados, y más de quince

centímetros (15 cm.) para los grupos de tres (3) o más

centímetros (15 cm.) para los grupos de tres (3) o más

pilotes, y con una inclinación tal que la desviación de un

extremo, respecto de la prevista, no sea mayor del tres por

ciento (3 por 100) de la longitud del pilote.

• Se exceptúan de las reglas anteriores los pilotes hincados desde plataformas flotantes.

• En el caso de que se trate de pilotes cuya punta deba

descansar sobre un estrato muy resistente, se vigilará,

mediante nivelación, que la hinca de unos pilotes no

mediante nivelación, que la hinca de unos pilotes no

produzca la elevación de los ya hincados ; lo cual podría

ocasionar que éstos perdieran el contacto con el

mencionado estrato. Si así fuera, se procederá a rehincar

los pilotes hasta asegurar el referido contacto.

MN Nd 3 . 75

4 15 =

=

fyd As

Ac cd

f

Nd = 0.85* ^* * + *

[

]

fyd = 400

[

]

fyd =16.66 Datos:

Carga de diseño: 15 MN.

Hormigón 25 MPa Acero 500 MPa

Diámetro nominal elegido del pilote = 50 cm.

El diámetro de cálculo será el 90% del nominal esto es 45 cm. mínimo

Ejemplo de aplicaciòn

fyd

Ac cd

f

As = Nd − 0.85* ^* *

(

^α

^ω

)

*cd = fcd * + f

4 .

= 0

a α

Volumetric Cuantia

D * 10 _

3 . 7

2

−3 ϖ

=

ω ⁽ ω

⁾ → ^{para _} φ ^{6 / c 10 cm}

 



 

 +

=

*

45 . 0

10

* 3 .

* 7 4 . 0

* 6 . 1 1

* fcd cd

f f

cd = 17 . 05 Mpa

El diámetro de cálculo será el 90% del nominal esto es 45 cm. mínimo.

Despejando el área de acero de la fòrmula anterior:

(

) * 100

0

. 400

45 . 0

*

* 05 . 17

* 85 . 0 75 .

3 −

= As

[ ]

12 .

36 cm As =

10 / 6 c A

= φ

: _ Zunchados Estribos

Reemplazando todos los datos tenemos que:

( ^{36 . 19} )

16 18 φ

=

As ^{= 18 φ 16} ( ^{36 . 19} )

As

[

]

f_yd = 434.78

[

]

f_cd =16.66

Cálculo del Cabezal

Carga de diseño: 15 MN.

Carga por Pilote: 3.75 MN.

Hormigón 25 MPa:

Acero 500 MPa:

Debe verificarse que: V≤2H

0.60≤ 2*0.5 → cumple

A f

= a ) 0,25 l -

0,50 d (

0,85

= N

T

d 1d

78 . 434

* 60

. 0

* 8

. 1 4 *

. 43

* 75 .

3 ( 0,50 - 0,25 ) = A

= 0,85

T

78 . 434

* 2

.

76 = A T1d = s

[ ]

2 17.53 100

78* . 434

2 .

76 cm

As = = As = 9

φ

Cálculo de la armadura principal, para el encepado de 4 pilotes:

Recubrimiento d=50–5–1.6 = 43.4 cm.

[ ]

53 . 17 100

78* .

434 cm

As = =

100

78 * . 434

67 . 16

* 80 . 2

* 50 . 0

* 004 .

= 0

As

[

]

30 / 10 c A_st ^⇒φ

Los cercos verticales tendrán una cuantia de 4 ‰, respecto del área transversal a su direccion, por lo tanto tenemos que será la cara de 2.80 x 0.50.

Armadura en los dos sentidos del cabezal:

Esquema de armaduras