CIMENTACIONES PROFUNDAS

ESTABILIDAD DE PILOTES 1.-Requisitos que debe cumplir una cimentacin con pilotes bien estable.profundidad adecuadaseguridad contra una posible fallaEstabilidadno asentarse

DAOS POR DESCONOCIMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS Las cimentaciones profundas a base de pilotes se comportan como estructuras rgidas y resistentes, que no permiten el asiento de un apoyo respecto a otro. Pero hay que tener en cuenta que una construccin cargada, aunque se comporte de forma unitaria, ser causante de un asiento de conjunto.

INESTABILIDAD DE PILOTES FLOTANTES De tratarse de un pilote flotante, es decir, si su capacidad portante proviene del rozamiento lateral (pilote A), los efectos del rozamiento negativos pueden determinar asientos excesivos y una reduccin inaceptable del coeficiente de seguridad.

Cuando la capa en que se ancla el pilote es suficientemente compacta y gruesa, el rozamiento negativo no tiene otro efecto que la reduccin del coeficiente de seguridad, sin que se produzcan asientos apreciables

Ataque a componentes de un pilote Los sumideros o pozos negros donde se almacenan aguas residuales (cargadas de sustancias qumicas en disolucin) pueden sufrir problemas de filtraciones. Con el tiempo, dichas aguas se irn extendiendo por las capas permeables del terreno y terminarn por atacar a los pilotes. En la primera etapa de este proceso, se destruye por completo el hormign dejando intactas las armaduras que, finalmente, son incapaces de soportar solas el peso de la construccin y acaban por doblarse, provocando un importante asiento.

Pilotes verticales influencia en la potenciaLa ejecucin de los pilotes verticales realizado con equipos adecuados es muy verstil y permite una gran variedad de posibilidades que lo torna atractivo para realizar pilotajes en todo tipo de obras. Los pilotes verticales ofrecen un elevado coeficiente de seguridad porque:Usan al mximo la capacidad mejorada del terreno por el proceso.La carga de trabajo del hormign es baja e inferior a la que permite su dosificacin y su ejecucin.En el hincado, el pilote no puede quebrarse como algunos pilotes premoldeados, porque el esfuerzo lo resiste el tubo.La base ensanchada trabaja como una zapata que se asienta en la profundidad y en un suelo fuertemente compactado.

Gran energa en el hincado

El proceso se inicia con el hincado del tubo, dentro del cual se desliza un pesado piln que permite el posterior hincado en los distintos tipos de suelos. La elevada potencia de hincado es obtenida por la gran altura de cada del piln, la cual puede ser variable dependiendo de la resistencia de los suelos a hincar. Suelos de piedra de gran dimensin y otros obstculos difciles que a menudo se encuentran en el suelo pueden ser atravesados o apartados fcilmente con este sistema.

1. Boca cerrada y piln2. Chapa de cierre (marmita)y martillo Diesel3.Tubo con la punta abierta.El tubo es clavado con el auxilio de la traccin de los cables y al suelo en el interior del tubo siendo retirado con una vasija colectora (campana).4a.Abertura del agujero por perforacin mecnica.4b.Colocacin del tubo FRANKI en el agujero abierto previamente.

Hincado por trepanacin

La elevada potencia de hincado se debe a la gran altura de cada del pesado piln.La altura vara y se adapta a la resistencia de las capas que los pilotes atraviesan.1.Clavado del tubo FRANKI hasta llegar a la capa de piedras 2.Trepanado total de la capa y clavado del tubo a traccin. atraviesa la capa se contina con 3.Si tapn, sino se llena el espacio abierto con suelo.4.Se retira el tubo FRANKI y se clava uno nuevo con dimetro menor al anterior.5.Ejecucin del hormigonado del piloteSecuencia de la ejecucin

BASE ENSANCHADAEl ensanche de la base es la caracterstica principal del Proceso porque aumenta la capacidad de carga del pilote o permite una misma capacidad de carga con una profundidad menor, debido al aumento de la seccin del pilote, y una mejora de las caractersticas mecnicas del suelo fuertemente compactado en torno a la base.

Tipos de pilote verticalEn el siguiente grfico se muestran algunos tipos ms requeridos de pilotes verticales que pueden realizarse con el proceso, aunque es posible estudiar otros modelos.

BLOQUES DE CORONAMIENTO DE PILOTES VERTICALESSOLICITADOS A LA COMPRESION AXIALPara los proyectos que emplean pilotes verticales con los espaciamientos normales, el proyecto de los bloques de coronacin ha sido tabulado, evitando la repeticin de los clculos y detalles estructurales .En la figura inferior se presenta una serie de tipos de bloques para las distintas cantidades de pilotes usados comnmente .Para el dimensionado estructural de los bloques as como el tipo de acero y dimensionado de las armaduras correspondientes a cada uno.

ESTABILIDAD DE UN PILOTEFACTORES QUE INTERVIENEN: Condiciones del sub suelo. La disposicin geomtrica y estructural del pilote.

Algunos de estos factores interdependientes son:

Resistencia friccionante en el fuste y resistencia portante en la base como funciones de los desplazamientos de fuste y base.Relacin entre la resistencia ltima en el fuste y la resistencia al corte inicial no drenado de los suelos en contacto con el mismo.Rigidez del pilote en comparacin con la del material de soporte.Dimensiones del pilote, configuracin e instalacin: aislados o en grupos.

Pilote aislado: Es aquel que est a una distancia lo suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interaccin geotcnica con ellos.Carga Resistente por Estabilidad de un Pilote Aislado: Se determina segn:

Resistencia al Hundimiento de un pilote aislado. Se considerar dividida en dos partes: resistencia por punta y resistencia por fuste.Siendo:Rck: la resistencia frente a la carga vertical que produce el hundimiento;Rpk: la parte de la resistencia que se supone soportada por la punta;Rfk: la parte de la resistencia que se supone soportada por el contacto pilote-terreno en el fuste.

Resistencia por puntaEl rea de la punta a utilizar en el clculo ser igual al rea de la seccin transversal del pilote al nivel de la punta o a la proyeccin sobre el plano transversal del rea del azuche en pilotes hincados. En casos de terreno heterogneo, se supondr que la carga de hundimiento por la punta est controlada por un terreno con las caractersticas medias de la zona comprendida entre tres dimetros bajo la punta (zona activa inferior) y seis dimetros sobre la punta (zona pasiva superior), aproximadamente.

En las situaciones en las que bajo la punta existan zonas arcillosas de menor resistencia, que reduzcan la resistencia unitaria por punta "qp", dicho valor vendr limitado por la expresin:Siendo:qp:la resistencia unitaria por la punta.H: la distancia de la punta del pilote al estrato del suelo cohesivo blando inferior;D: el dimetro real o equivalente (igual rea) del pilote;cu: la resistencia al corte sin drenaje del suelo cohesivo blando.

Resistencia por fuste

Cuando la resistencia unitaria por fuste vare con la profundidad, para el clculo de la resistencia total por fuste se debe realizar una integracin a lo largo del pilote. En los casos en que la resistencia total por fuste sea constante por tramos y tambin lo sea la longitud del contorno del pilote en cualquier seccin horizontal, la resistencia por fuste se considerar como un sumatorio con un trmino por cada tramo, esto es:SiendoAf: el rea del contacto entre el fuste del pilote y el terreno en cada tramo; f: la resistencia unitaria por fuste en cada tramo.

El pilote es un elemento apreciable en las cimentaciones, por motivo que pueden realizar gran variedad de funciones que va a depender del tipo de suelo o roca a cimentar:PILOTE DE PUNTAPILOTE DE FRICCION (Pilote flotante)Toda su Qu de la roca o suelo que esta cerca de la punta y muy poca del suelo del suelo que lo rodea al fuste.Su Qu principalmente se distribuye al suelo que lo rodea , la punta soporta un % pequeo de carga.Qp >>> QsQs >>> QpRoca firmeSuelo blandoSuelo que soporta por friccin (cohesivo)

CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTESEl primer paso en el diseo de pilotes es calcular la capacidad de carga ltima de pilotes individuales. Existen diversos procedimientos de diseo.

Despus de calculada la capacidad de carga ltima, deber determinarse la capacidad de carga admisible del pilote. Algunos comentarios sobre dicha determinacin sern indicados.

En ciertas condiciones del terreno, el suelo que rodea la parte superior del pilote se puede asentar con relacin al pilote, cambiando la direccin de las fuerzas de friccin en el lado del pilote y tendiendo a jalarlo hacia abajo. Este fenmeno, conocido como friccin negativa, produce una carga adicional en el pilote, de modo que reduce su capacidad portante. Se presentarn los casos donde puede ocurrir friccin negativa y un mtodo para estimar la mxima fuerza impuesta por la friccin negativa.

Capacidad de Carga ltima de un Pilote en Suelo CohesivoLa capacidad de carga ltima de un pilote est compuesta por la resistencia a la friccin y la resistencia en la punta. En arcillas la resistencia por friccin es mucho mayor que la resistencia por punta. Luego:Qu = Qs + Qb

Qu :Capacidad de carga ltimaQs :Resistencia a la friccinQb :Resistencia en la puntaLa resistencia por friccin lateral en un pilote est dada por:Donde:As = superficial lateral empotrada del pilote. = resistencia cortante no-drenada promedio de la arcilla a lo largo de los lados el pilote. = factor de adhesin.

Suelos GranularesEn suelos granulares la resistencia por punta es generalmente mayor que la resistencia por friccin lateral, luego:La friccin lateral f a la profundidad z est dada por:Donde:Ks: Coeficiente lateral de tierra, la relacin de presin lateral a vertical en los lados del pilote.pd: esfuerzo efectivo vertical a la profundidad : Angulo de friccin entre el pilote y el suelo.

CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE DE UN PILOTE:

La capacidad admisible se obtiene dividiendo la carga ltima por un factor de seguridad. Los factores de seguridad se pueden aplicar a la capacidad de carga ltima o a las capacidades de carga por friccin y por punta separadamente. La capacidad de carga admisible se toma como la menor de:donde Qs y Qb son las cargas ltimas por friccin y por punta respectivamente. El valor de Qs en la primera ecuacin se basa en factores que utilizan valores promedio de resistencia cortante, mientras que en la segunda ecuacin se emplean valores en el rango bajo de la resistencia cortante.

Friccin Negativa

La friccin negativa puede ocurrir en los siguientes casos:

Un pilote hincado a travs de un arcilla blanda sensible llega a un estrato relativamente incompresible. El remoldeo de la arcilla durante el hincado puede ser suficiente para causar asentamiento.

b) Un pilote hincado a travs de una arcilla blanda llega a un estrato relativamente incompresible con sobrecarga en la superficie. Normalmente una arcilla blanda que suprayace a una arcilla dura no tiene problemas. Sin embargo, la carga en la superficie producir asentamiento que puede generar friccin negativa en el pilote. El drenaje de reas pantanosas puede tener un efecto similar.

c) Un pilote hincado a travs de relleno recientemente colocado llega a un estrato compresible o relativamente incompresible. La friccin negativa resultar de la consolidacin del relleno. En rellenos antiguos la friccin negativa disminuye o no existe.

GRUPOS DE PILOTESFigura: Distribuidor vial San Antonio, ubicado en Mxico .

En la mayora de los casos, los pilotes se utilizan en grupos para transmitir la carga estructural al suelo.

Las consecuencias de los procedimientos de instalacin de un pilote aislado, tales como densificaciones locales, alteraciones, cambios en las presiones de poro y desplazamientos horizontales y verticales del terreno; se acentan cuando se forman grupos de pilotes cercanamente espaciados.

Uno de los problemas ms complejos en la ingeniera consiste en poder evaluar con exactitud la capacidad de carga de un grupo de pilotes o relacionarla con la de los pilotes aislados. La capacidad portante de un grupo de pilotes puede no ser igual a la suma de las capacidades portantes de todos los pilotes individuales en el grupo, por lo que debe considerarse el comportamiento del grupo como un todo.

Figura: Izquierda a derecha, se tienen pilotes verticales, luego pilotes verticales e inclinados, y por ultimo pilotes verticales e inclinados de forma simtrica.

El concepto de bulbo de presiones ayuda a comprender cualitativamente el mecanismo de interaccin o superposicin, el bulbo puede concebirse como aquella zona del terreno dentro de la cual son significativos para el comportamiento los cambios de esfuerzo producidos por ella.

Con la profundidad de los pilotes en un grupo, los distintos bulbos se combinan (funden) y llegan a constituir con idntica condicin, otro bulbo de mayor volumen que caracteriza la accin de grupo (Figura), este bulbo se distingue de los bulbos individuales de los pilotes en que encierra diferentes zonas con diversos grados de superposicin de esfuerzos y alcanza una profundidad mayor

Figura: Superposicin de bulbos de presin en los grupos de pilotes

Espaciamiento Frecuentemente los pilotes se colocan agrupados y en general la cantidad de pilotes por cabezal es de dos (2) a quince (15), el mnimo ideal es de tres pilotes para equilibrar excentricidades parsitas y la cantidad mxima sin disminucin importante de la eficiencia es de doce (12) pilotes; la separacin entre ejes es superior a 2.5 e inferior a 4 (= dimetro en la punta del pilote). Figura: pilote aislado Y Grupo de pilotes

Existe una expresin de la distancia entre ejes de pilotes; para que un pilote de un grupo de pilotes tenga su mxima eficiencia, su separacin de los pilotes circundantes debera cumplir:Siendonx = nmero de pilotes por fila del grupo de pilotesny = nmero de pilotes por columna del grupo de pilotessepil = separacin entre ejes de pilotes

= dimetro de la punta del pilote

Las recomendaciones para el espaciamiento son variadas. Teng (1964) ofrece la tabla, compatible con valores habituales en varios cdigos de edificacin.El propsito de estos espacimientos es minimizar el costo de la estructura cabezal del grupo

Eficiencia de GrupoEste valor est definido por SiendoQugp: carga ltima del grupo de pilotesQupi: carga ltima del pilote individual

Capacidad portante de los grupos de pilotesSe puede relacionar la capacidad portante del grupo, Qg con la capacidad individual Q de los pilotes en trabajo aislado, mediante el siguiente cociente que se define como eficiencia Siendo:n = nmero de pilotes en el grupoSi la capacidad del grupo es la suma de las capacidades de los pilotes en trabajo aislado, entonces Eg = 1.0. Un valor menor que uno significa una reduccin en la capacidad individual cuando los pilotes trabajan en grupo

Terzaghi y Peck (1948) propusieron el siguiente mtodo para analizar la capacidad portante de un grupo de pilotes, en el cual se supone:

1. El cabezal de grupo es perfectamente rgido.2. El suelo contenido dentro de un prisma perifrico al grupo se comporta como un bloque rgido.Figura: Mecanismo de falla de un grupo de pilotes como bloque rgido

Por consiguiente, el bloque completo se puede visualizar como una fundacin profunda (figura superior). La capacidad portante resulta:en donde:Qg = lmite superior de la capacidad del grupo, que no exceda la capacidad ltima de un pilote aislado multiplicada por el nmero de pilotes del grupo.s = resistencia cortante promedio del suelo a lo largo de la superficie lateral del bloque.D = longitud embebida de los pilotes en el suelo.p = permetro del rea que encierra todos los pilotes en el grupo.qbu= capacidad portante ltima del suelo a nivel de la base del grupo.A = superficie del rea que encierra todos los pilotes en el grupo.

Pilotes de Punta Hincados al RechazoDebido a que la carga ltima est limitada por la resistencia del pilote y no la capacidad portante del terreno, no existe efecto de grupo.

Suelos que Contienen Estratos BlandosCuando existen capas de arcilla blanda por debajo de los grupos de pilotes puede ocurrir un sobre esfuerzo, por lo que es necesario realizar una verificacin. Se asume que la carga del grupo de pilotes se repartir como se indica.

a) Pilotes de friccin en arcillaSe asume que la carga se distribuye como se muestra en la Figura, de los dos tercios del empotramiento del pilote en el estrato resistente.

b) Pilotes de punta en arena o grava

Se asume que la carga se distribuye como se muestra en la Figura, a partir de la base de los pilotes.

En cada uno de los casos indicados, para un grupo de pilotes de dimensiones en planta B x L Que soporta una carga Q.El rea esforzada del material blando ser:

Longitudes de Pilotes Cercanos

En tanto sea posible, todos los pilotes de un grupo deben tener aproximadamente la misma longitud.

Cuando se tengan pilotes de diferente longitud, cercanos, es usual disear al pilote ms corto lo suficientemente largo, de modo que una lnea inclinada a 45 de su base no intercepte al pilote vecino ms largo. Esto es para evitar que la carga de la punta del pilote corto sea transmitida al pilote largo.

ASENTAMIENTO DE UN GRUPO DE PILOTES EN ARENA O GRAVA

Una aproximacin al asentamiento de un grupo de pilotes en suelo granular en base al asentamiento de un pilote individual, donde

UN MTODO SIMPLE PARA ESTIMAR EL ASENTAMIENTO DE UN GRUPO DE PILOTES

El asentamiento promedio de un grupo de pilotes puede estimarse tratando al grupo como una cimentacin equivalente con un rea en planta igual al rea del grupo.

Para pilotes que trabajan predominantemente por punta (arenas), se asume que la cimentacin estar en la base de los pilotes. Para pilotes por friccin (arcillas), se asume los dos tercios de la longitud de empotramiento, y si existe una capa superior granular o arcilla blanda, los dos tercios de la profundidad de empotramiento en la arcilla portante. Lo anterior se ilustra en la Figura.

rea de influencia entre pilotes

PRUEBAS DE CARGA DE PILOTESLa nica manera segura de saber si un pilote es capaz de soportar la carga requerida, es ejecutar un ensayo de carga. La capacidad de carga vertical y horizontal de un pilote se debe probar en campo.Las etapas de carga se aplican al pilote y se deja transcurrir suficiente tiempo despus de cada carga de manera que ocurra una pequea cantidad de asentamiento.La cantidad de carga por aplicarse en cada paso varia.La prueba de carga debe llevarse acabo hasta una carga total de por lo menos dos veces la carga propuesta de trabajo.Las pruebas de carga sobre pilotes en arena se efectan inmediatamente despus de que los pilotes se han hincado.En los pilotes que estn hincados en arcillas las pruebas de carga varia de 1 2 meses hasta que el suelo gane resistencia.

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