análisis estático de la capacidad de carga de un pilote
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Análisis Estático De La Capacidad De Carga De Un Pilote
La máxima capacidad de carga de un pilote o pilar es la suma de la resistencia por la punta y
por la fricción lateral en el instante de la carga máxima:
QO = QBB + QSF (3)Los valores máximos de QEBC y QSFC se pueden analizar separadamente. ambos están
basados en el estado de los esfuerzos alrededor del pilote (o de cualquier cimentación profunda) y en la forma de distribución del esfuerzo cortante que se desarrolla al fallar.
En el pilote resistente por la punta, esta se asemeja a una cimentación por superficie
enterrada profundamente. Cuando se carga el pilote se forma un cono de suelo no alteradoque se adhiere a la punta. Como la punta va penetrando mas profundamente conforme
aumenta la carga, el cono fuerza el suelo hacia los lados cortando la masa a lo largo de una
superficie curva. Si el suelo es blando, compresible o tiene un modulo de elasticidad bajo, lamasa situada mas allá de la zona de esfuerzo cortante se comprime o deforma, permitiendo
que el cono penetre mas. Esta es una forma de esfuerzo cortante local similar al descrito para las cimentaciones poco profundas. Si el suelo o la roca son muy rígidos, la zona deesfuerzo cortante se extiende hasta que el desplazamiento total permita al cono perforar el
suelo hacia abajo. Se han propuesto varias formas para la zona de esfuerzo cortante para
evaluar la resistencia por la punta. Igual que los resultados de los análisis de las
cimentaciones poco profundas, estos se pueden expresar en la forma general siguiente:
qo = Br Nr + cNc + q'Nq (3)
2
Para los pilotes en que B es pequeño, frecuentemente se omite el primer termino:
qo = cNc + q'Nq (4)Aunque se ha deducido muchos factores diferentes de capacidad de carga paracimentaciones profundas, la variación de los que han sido verificados con alguna extensión,
por ensayos en pilotes de tamaño natural, se representan en figuras. Las curvas inferiores
son los factores de Meyerhof para cimentaciones poco profundas, corregidas para la formacircular o cuadrada. Las curvas superiores son para la falla general de esfuerzo cortante,
adaptadas de las de Meyerhof y se requiere el desarrollo completo de la zona de esfuerzo
cortante, lo que solamente puede ocurrir en un sólido rígido-plastico o en una arenacompacta. Las curvas intermedias son adaptadas de los trabajos de Berezantzev; en arena
estas curvas se ajustan a los resultados de los ensayos en modelos a escala grande y a
tamaño natural en pilotes hincados.
Es difícil precisar cual es el factor de capacidad de carga correcto que debe usarse en cada
caso. Los factores para cimentaciones poco profundas se aplican a los pilotes resistentes por la punta o a los pilotes, cuando descansan en estratos duros, y sobre los cuales se encuentran
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formaciones débiles. También se aplican a los pilotes embebidos en arcillas blandas y
arenas sueltas. Los factores mas altos se aplican solamente a las arcillas mas duras y a las
arenas muy compactas, en las cuales la punta del pilote queda embebida a una profundidadde 10D. Los factores para condiciones intermedias entre estos limites, se pueden hallar por
interpolación, pero con cautela. Los ensayos han demostrado, en muchos casos reales, que
las curvas intermedias son aplicables.
Si los pilotes son hincados en el suelo, el ángulo de fricción que debe usarse es el que se
obtiene después de la hinca. Según Meyerhof, en las arenas se produce un aumento de 2 a 5
grados sobre el valor obtenido antes de la hinca. Si la colocación del pilote se hace conchiflón de agua o con perforación previa, el ángulo no cambia prácticamente.
El valor apropiado de q' al nivel de la cimentación, depende de la longitud del pilote.
q' = rz si z < zc (5a)
q' = rzc si z > zc (5b)
La fricción lateral que actúa a lo largo del fuste del pilote es igual a la suma de la fracción
mas la adherencia en la superficie del pilote o a la resistencia al esfuerzo cortante del sueloinmediatamente adyacente al pilote, cualquiera que sea menor. Si f es la fricción lateral:
f = c' + 'h tan ' o (6a)
f = ca + 'h tan
donde ca es la adherencia y el angulo de rozamiento entre el suelo y la superficie del pilote.
Los valores de ca y de tan se pueden determinar por una prueba directa de esfuerzo cortante,substituyendo una mitad de la caja del aparato para el ensayo por el material de la superficie
del pilote. Los ensayos hechos con pilotes de tamaño natural indican los siguientes valores
de ca son relación a los de c en arcillas saturadas, obtenidos en pruebas de esfuerzo cortante
sin drenaje:
ca = 0.9c c < 0.5 Kg/cm2 (6b)
ca = 0.9 + 0.6(0.49c -1) c > 0.5 Kg/cm2 (6c)
En estas expresiones c y ca están en Kg. / cm2. La mas baja proporción en el aumento de ca
en suelos en los cuales c > 0.5 Kg/cm2, parece ser debido a un pequeño vacío que se forma
alrededor del pilote durante la hinca y posiblemente a los esfuerzos de tracción que se producen alrededor del extremo superior del fuste del pilote durante la carga. Hay alguna
evidencia de que ca aumenta lentamente con el tiempo hasta llegar a igualarse a c.
Se han hecho correlaciones empíricas entre la resistencia por la punta y fricción lateral de pilotes en suelos no cohesivos y la resistencia a penetración media durante las exploraciones
en el lugar. La resistencia por la punta determinada por el ensayo con el cono estático
holandés, en arenas no cohesivas es, aproximadamente, igual a la resistencia por la punta deun pilote colocado en el mismo material. La fricción lateral en los pilotes de acero y de
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hormigo es aproximadamente, el doble de la determinada por el cono de fricción, para
pilotes con L/D > 20. Cuando se hace la prueba estándar de penetración, N, Meyerhof
sugiere lo siguiente:
qo = 4N ( en Kg / cm2) (7a)
fo = 0.02N ( en Kg / cm2) (7b)
Inmediatamente después de la hinca, la resistencia del suelo (y la adherencia) corresponden
a la condición de reamasado. Después de que un suelo de arcilla ha tenido la oportunidad de
reconsolidarse y, en algunos casos, endurecerse tixotropicamente, la adherencia y la
resistencia del suelo inmediatamente adyacente al pilote aumenta y hasta puede exceder laresistencia original del suelo. Los pilotes extraídos de suelo arcilloso, frecuentemente están
cubiertos con una capa de suelo de varios centímetros de espesor que esta adherida
firmemente a la superficie del pilote.
La capacidad total de carga de un pilote es nominalmente, la suma de la resistencia por la
punta que se ha movilizado y el producto de la fricción unitaria lateral movilizada por el
área de la superficie lateral del pilote. Sin embargo, la carga máxima o de falla, Qo, no esnecesariamente igual a la suma de la resistencia máxima por la punta y la fricción lateral
máxima. Primero, porque puede que no se movilicen simultáneamente las resistencias por la
punta y por fricción lateral en las diferentes secciones del fuste del pilote. Considérese un pilote cuyo fuste este en un suelo débil, no rígido, pero cuya punta descanse en un estrato
rígido. Un movimiento relativamente pequeño del pilote, hacia abajo, seria suficiente para
producir la falla por capacidad de carga, mientras que el mismo movimiento no seria losuficientemente grande para producir la falla por fricción lateral; por consiguiente, solo una
parte de la fricción lateral se habría movilizado en el instante de la falla. La reflexión del
fuste del pilote por efecto de la carga (que es máxima en la superficie del terreno, pero
menor en la punta), la diferente rigidez de los distintos estratos en contacto con el pilote y la
compresión del suelo debajo de la punta del pilote, también contribuyen a una movilizacióndesigual de la resistencia por la punta y de la fricción lateral. El resultado final es que la
verdadera capacidad de carga del pilote puede ser notablemente menor que la suma de losvalores máximos. Esta diferencia se agrava en los suelos ultra susceptibles, donde la falla
produce una perdida de resistencia. Por estas razones la fricción lateral de los estratos
débiles generalmente se desprecia en los cálculos.
El pilote hincado tiene, generalmente, una capacidad de carga máxima mayor que la del
pilote colocado con excavación previa o con chiflón de agua, porque los valores máximos,
tanto el de resistencia por la punta como el de fricción, se alcanzan durante la hinca.
Una segunda causa de la diferencia entre la capacidad de carga calculada y la real de los
pilotes, proviene de la fricción negativa. Los esfuerzos que se desarrollan en el suelo por el pilote y por cualquier carga superficial, como el relleno, no soportada directamente por los pilotes, hace que el suelo no consolide. Si hay algún estrato muy compresible a algún nivel
por arriba de la punta del pilote, la consolidación hará que el suelo de arriba se mueva hacia
abajo con respecto al pilote. Esto estratos en vez de soportar el pilote, debido a sumovimiento descendente, añaden carga al pilote. Esta fricción negativa ha sido tan grande
en algunos casos, que ha producido la falla de la cimentación por pilotaje y debe por lo
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tanto, considerarse en el proyecto.
ANÁLISIS DINÁMICO DE LA CAPACIDAD RESISTENTE DEL PILOTE
Como la hinca de un pilote produce fallas sucesivas de capacidad de carga del pilote, seria
posible, teóricamente, establecer alguna relación entre la capacidad de carga del pilote y laresistencia que ofrece a la hinca con un martillo. Este análisis dinámico de capacidad de
carga del pilote, que a menudo da lugar a formulas de hinca, se ha usado por mas de una
canturía. En algunos casos estas formulas han permitido predecir con exactitud la capacidadde carga del pilote, pero en otros no y su uso indiscriminado ha traído como consecuencia,
unas veces, la seguridad excesiva y, otras, el fracaso.
La carga que recibe el pilote y la "falla" producida por la hinca con martillo, ocurren en una pequeña fracción de segundo, mientras que en la estructura la carga se aplica en un lapso
que varia de horas a anos. Una relación fija entre la capacidad de carga de un piloteobtenido dinámicamente y la obtenida a largo plazo, solo puede existir en un suelo en el quela resistencia a esfuerzo cortante sea independiente de la velocidad de aplicación de la carga.
Esto es aproximadamente cierto en un suelo no cohesivo seco y en suelos no cohesivos
húmedos de compacidad intermedia o de granos tan gruesos, que el esfuerzo cortante no
produzca un esfuerzo neutro apreciable. En las arcillas y en los suelos no cohesivos, ya seanmuy sueltos o compactos, de granos finos y saturados, la resistencia depende de la velocidad
con que se desarrolla el esfuerzo cortante; en estos suelos el análisis dinámico puede no
tener validez.
Análisis Por Onda
El proceso dinámico de la hinca del pilote es análogo al del choque de una masa
concentrada contra una varilla elástica. La varilla esta parcialmente impedida de
movimientos a lo largo de su superficie por la fricción lateral y, en la punta, por laresistencia por la punta. Este sistema se puede asemejar a un modelo de pequeñas masas
elásticas. La masa del pilote, distribuida a lo largo del mismo, se presenta por una serie de
pequeñas masas concentradas, W, unidas entre sí por resortes que simulan la resistencia
longitudinal del pilote. La resistencia por fricción lateral se puede representar por un modelogeológico de superficie restringida que incluye el rozamiento, de la deformación elástica y
la amortiguación.
Cuando el martillo golpea el sombrerete del pilote se genera una fuerza Rc, que acelera elsombrerete (Wc) y lo comprime. El sombrerete transfiere una fuerza, Ro, al segmento de la
cabeza del pilote, W1 y lo acelera un instante después de la aceleración de Wc. La fuerza de
compresión que se ejerce en la cabeza del pilote R1 produce aceleración en el segmentosiguiente del pilote, W2, produciéndose una onda de compresión que se mueve hacia la
punta del pilote. La fuerza vertical en cualquier instante, t, es equivalente a la compresión
del resorte. La onda de fuerza, cuando se mueve hacia abajo, es parcialmente disipada envencer la fricción y la fuerza que queda cuando la onda llega al extremo del pilote vence la
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resistencia por la punta. Para que el pilote penetre mas profundamente es necesario que la
fuerza en la onda sé mayor que las sumas acumuladas de la máxima resistencia por fricción
lateral y la máxima resistencia por la punta; Si no es así, se dice que el pilote ha alcanzadoel rechazo.
La forma de la onda de fuerza depende de la rigidez del pilote. En un pilote rígido (resortesfuertes) la forma de la onda es puntiaguda, con un pico mas alto que el de un pilote flexible.La fuerza que vence la resistencia por la punta R-EEB, es mayor para el pilote rígido. La
fuerza pico o máxima es también una función de la energía del martillo y de su eficiencia; el
de mayor energía produce la fuerza mayor. La fuerza dividida por el área transversal del pilote es igual al esfuerzo que se produce en el pilote durante la hinca si el esfuerzo máximo
producido excede la resistencia del pilote, este se daña y entonces se dice que el pilote ha
sido hincado excesivamente, o que ha sido sobre-hincado.
Aunque el análisis por onda de la hinca del pilote da una visión clara del mecanismo del
proceso de hinca, su utilidad es limitada para evaluar la capacidad de carga del pilote. La
disipación de energía por fricción lateral y su equivalencia a la constante del resorte y la
resistencia por la punta, son difíciles de evaluar bajo las condiciones de la obra y prácticamente imposibles de pronosticar. Los cálculos se hacen fácilmente con una
computadora digital, pues a mano es muy tedioso. Este análisis se usa generalmente para
diagnosticar las causas de un comportamiento anormal de hinca o como guía paraseleccionar el equipo o pilote más eficiente
Métodos Aproximados
Los métodos aproximados de análisis dinámico, las llamadas formulas de hinca, se hanusado por mas de una canturía y todavía se usan para predecir la máxima capacidad de cargade un pilote, basándose en simples observaciones de la resistencia a la hinca.
Todos los análisis dinámicos están basados en la transferencia al pilote y al suelo de la
energía cinética de la maza al caer. Esta realiza un trabajo útil forzando al pilote aintroducirse en el suelo venciendo su resistencia dinámica. La energía se gasta en el
rozamiento mecánico del martillo, en transferir la energía del martillo al pilote por el
impacto y en la compresión temporal del pilote, del sombrerete (sí lo hay) y del suelo. Larelación básica será, por tanto:
(Ro x s) + perdidas = Wr x h x (eficiencia) (8)
En esta ecuación Ro es la resistencia del pilote a la hinca; s es la distancia que el piloterecorre dentro del terreno por un golpe de martillo (la penetración); Wr es el peso de la
maza y h la altura de caída en la masa. Esta ecuación se resuelve para Ro que se supone es
igual a la capacidad del pilote para soportar la carga, Q.
La mayor incertidumbre en este enfoque del problema y la diferencia básica entre todas las
formulas dinámicas, estriba en como calcular las perdidas de energía y la eficiencia
mecánica del proceso. La formula más completa es la de Hiley, como la describe Chellis. La
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eficiencia mecánica del martillo se representa por e, que es un coeficiente que varia de 0.75,
para los martillos de maza libre que se operan con un torno o para la mayoría de los
martillos de vapor que no son nuevos, a 0.9 para martillos de doble efecto, nuevos y es masalto para los martillos hidráulicos. La energía disponible en el martillo después del impacto
se puede calcular aproximadamente por el método del impulso y momentum. Este método
considera el coeficiente de restitución n, que varia de 0.9 para aluminio-plastico laminado, a0.25 para un martillo que golpee sobre la cabeza de un pilote de madera o un bloque de
madera de un sombrerete; además comprende el peso del martillo Wr y el peso del pilote
Wp. La energía disponible después del impacto es igual a la energía del martillomultiplicada por:
Wr + n2Wp
Wr + Wp
Esto indica que a medida que aumenta el peso del pilote con respecto al peso de la maza, la
inercia relativa aumenta y hay menos energía disponible para el trabajo útil. Esto no es
estrictamente valido para pilotes largos, porque el pilote se mueve como onda que como uncuerpo rígido. La perdida de energía por la compresión elástica del pilote, el sombrerete y el
suelo, se puede estimar aproximadamente, suponiendo un aumento lineal en el esfuerzo que
se produce, desde cero a Ro mientras se produce la compresión. La perdida de energía será por tanto:
RoC1 + RoC2 + RoC3 ,
2 2 2
Siendo C1, C2 y C3 respectivamente, la compresión elástica temporal del sombrerete, del
pilote, y del suelo. El valor de C2 + C3 es el rebote del pilote con cada golpe del martillo
(figura 5) y se puede medir fácilmente, como se describió anteriormente. El valor de C1 se
puede estimar por el valor de Ro y por la forma y material del sombrerete. El balance de laenergía resultante y la formula dinámica son:
Ros + Ro (c1 + C2 + C3) = Wrhe (wr + n2Wp) (9a)
2 2 2 Wr + Wp
Qo = Ro =_ Wrhe _ (Wr + n2Wp) (9b)
s + (1/2)(C1 + C2 + C3) Wr + Wp
Nota: La formula es dimensionalmente homogénea, h y s deben estar expresados en la
misma unidad.
Para los martillos de doble efecto la energía E dada para un martillo determinado, substituirá
en la formula a Wrh, usando para E la misma unidad de longitud que para s.
Se han publicado tablas de las constantes para usar en la formula de Hiley. Aunque los
valores de e, n y Wp (para pilotes largos) deben ser estimados, lo cual requiere de gran
experiencia, el método es razonablemente exacto para pilotes hincados en suelos nocohesivos. Se usa generalmente un factor de seguridad de 2 a 2.5 para obtener la carga
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admisible.
La formula de Hiley es excesivamente conservadora para pilotes largos y para pilotes muy
rígidos, porque solamente una parte del peso total del pilote es acelerado cada vez, como sedemuestra por el análisis por onda. Se acercaría mas a la realidad, si la masa en movimiento,
Wp, fuera el peso del sombrerete mas el peso de la parte más alta del pilote. La longitudadecuada depende de la rigidez del pilote y del peso por unidad de longitud: para pesadosmandriles o núcleos de acero, y pilotes prefabricados de concreto, esta de 9 a 15 m.
Cargas De Proyecto En Pilotes
El proyecto del fuste del pilote esta regido por los esfuerzos que se producen durante la
hinca. Durante la hinca, la carga real o de trabajo en el fuste del pilote se iguala a la carga defalla entre el pilote y el suelo, Ro. Los esfuerzos producidos por la hinca se pueden estimar
por la ecuación 9b, cualquiera que sea el tipo de suelo, porque solamente la resistencia
dinámica se toma en consideración. El fuste deberá tener un factor de seguridad al menos de
1.3 con respecto a Ro, lo que significa que el factor de seguridad con respecto a la carga de proyecto Qa es mayor que para una columna corta. La carga admisible en el pilote esta
regida por la unión del pilote con el suelo y por la capacidad del grupo de pilotes.
Separación
La separación final de los pilotes esta basada en el análisis de la acción de conjunto del
grupo de pilotes. Los pilotes se colocan a distancias tales que la capacidad del grupo de
pilotes actuando como una unidad sea igual a la suma de las capacidades individuales de los
pilotes.Puede ser necesaria una mayor separación en arenas compactas y en arcillas resistentes para
reducir al mínimo la presión lateral producida por el desplazamiento.
En ciertos tipos de suelo, especialmente en arcillas compresibles, la capacidad de pilotesindividuales dentro de un grupo separado puede ser menor que el equivalente de un pilote
individual. Sin embargo, debido a su efecto insignificante, esto puede ignorarse en el diseño.
A cambio, la preocupación principal ha sido que la capacidad del bloque del grupo puedaser menor que la suma de las capacidades de los pilotes individuales. Como regla general, si
la separación es mayor a 2 - 3 veces el diámetro, entonces el bloque de falla es mas
improbable.
Es de vital importancia que el grupo de pilotes en suelos friccionantes y cohesivos se
acomoden de tal forma que se logre la distribución de carga en áreas mayores.
Se deben evitar grandes concentraciones grandes de pilotes debajo del centro del fuste. Esto
puede ocasionar que la concentración de carga resulte en asentamientos locales y falla en el
fuste del pilote. Variando la longitud de los pilotes en le mismo grupo puede tener efectos
similares.
Para cargas de pilote de hasta 300kN, la distancia mínima del fuste del pilote deberá de ser
de 100 mm.
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Para cargas mayores que 300 kN, esta distancia deberá ser mayor a 150 mm.
Por lo general, la siguiente fórmula puede usarse para determinar la separación de pilotes:
Para Pilotes friccionantes: S = 2.5× (d) + 0.02 × L ...............7.1
Para Pilotes de cohesión: S = 3.5× (d) + 0.02 × L ...............7.2
donde:d = Diámetro del pilote
L = Longitud del Pilote
S = Distancia de centro a centro de pilotes (separación)
Tolerancias
Es imposible colocar los pilotes en el punto o con el ángulo exactos que se hayan indicado
en el proyecto, porque tienen a apartarse o desviarse cuando encuentran puntos doble
colocar los pilotes en el punto o con el ángulo exactos que se hayan indicado en el proyecto, porque tienen a apartarse o desviarse cuando encuentran puntos duros, o blandos en el
terreno. Los proyectos y especificaciones deben tolerar un desplazamiento de 5 cm en la
cabeza de los pilotes pequeños hincados en suelo y 15 cm (y algunas veces mas) en pilotes
hincados a través del agua. Un desplome o angularidad en el eje del pilote de 1 o 2 por
ciento, con respecto a la longitud del pilote, no afecta, generalmente, su capacidad de cargay, por lo tanto, debe permitirse en el proyecto y en las especificaciones. Corrientemente se
permiten tolerancias mayores, si los ensayos de carga demuestran que los pilotes puedensoportar las cargas con seguridad.
PILOTES, ENCEPADOS Y VIGAS DE ATADO
8.1 EL PILOTE COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL
Anteriormente se ha determinado la carga de hundimiento de los pilotes, esdecir,
la capacidad del terreno para absorber la carga que los pilares le transmiten,pero el
pilote por si mismo debe ser capaz de resistir ese esfuerzo de transmisión decarga.
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La carga máxima que el pilote puede soportar se conoce con el nombre detope
estructural. Este valor debe ser igual o inferior a la carga de hundimiento delpilote
en el terreno y por lo tanto inferior a la carga transmitida por el pilar.
Los pilotes, normalmente para cimentación, se calculan para soportarcompresiones
pues los esfuerzos que los edificios transmiten a la cimentación sonprincipalmente
verticales. Los momentos que reciben los encepados son tan pequeños que se
pueden despreciar, si además la cimentación está arriostrada con vigas que
aten losencepados, los momentos que los pilotes reciben serán inapreciables, pues lasvigas
absorberán la mayor parte del momento, la cantidad de momento que cada
elemento que confluye al encepado absorbe es proporcional a su rigidez.
El tope estructural es el producto del área de cálculo del pilote por elcoeficiente de
trabajo del hormigón del pilote:QTOPE ൌ σ · A
Donde:
A el área de cálculo del pilote, que se calcula con el diámetro nominal del pilotesi es
encamisado, y con un 95% del diámetro nominal si es un pilote sin camisa dechapa
(según la EHE, articulo 59.6. Además este diámetro de cálculo debe cumplirDnom - 50 mm ≤ Dcal
= 0,95 Dnom ≤ Dnom -20 mm). Como es frecuente no conocer con
certeza el tipo de pilote hasta que se empiezan a ejecutar estos, conviene
proyectar considerando que el pilote es in situ y sin camisa de chapa. Es decir,
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considerando: IMPLEMENTACIÓN INFORMÁTICA PARA EL CÁLCULO DE PILOTESDE HORMIGÓN “IN SITU” SEGÚN EL
CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN
176
PEDRO PÉREZ CARBALLO, ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SEVILLA
MARZO DE 2010
A ൌ
π · ሺ 0Ԣ95 · d ୬୭୫ሻ
ଶ
4
σ Es el coeficiente de trabajo del hormigón que depende del grado de controldel
hormigonado de los pilotes.
En la Norma Tecnológica de Edificación (NTE) el coeficiente de trabajo delhormigón
es de 40 Kp/cm
2
si el pilote se hormigona en seco y 35 Kp/cm
2
si es bajo agua, pero
estos valores son muy conservadores ya que en dicha norma la resistencia
característica del hormigón es de 175 kg/cm
2
. La resistencia mínima del hormigón en
la actualidad es de 250 kg/cm
2
y por lo tanto los valores de coeficiente de trabajo
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podrían aumentarse. El valor a elegir depende del criterio del proyectista y su
confianza o desconfianza en la buena o mala ejecución del pilote o el nivel decontrol
en obra, no se debe pasar de un valor de 50 kg/cm
2
. Hay que tener en cuenta que
los pilotes son piezas de hormigonado vertical y que son piezas enterradas enun
terreno que puede o no desprenderse. Según el CTE, este valor depende del
método de ejecución empleado.
Procedimiento Tipo de pilote Valores de C [MPa]
Hincados
Hormigón pretensado
o postensado
0
ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ
3 ·ሺ
ൌ
0Ԣ9 · ሻ
Hormigón armado 0
ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ
3 ·
Metálicos 0
ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ ᇱ
3 · ௬
Madera 5
Suelo firme Roca
Perforados
(1)
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Entubados 5 6
Lodos 4 5
En seco 4 5
Barrenados sin control
de parámetros
3’5 -
Barrenados con
control de parámetros
4 -
(1)Con un control adecuado de la integridad, los pilotes perforados podrán serutilizados con topes estructurales
un 25% mayores.
Tabla 19. Valores recomendados para el tope estructural en pilotes.IMPLEMENTACIÓN INFORMÁTICA PARA EL CÁLCULO DE PILOTES DE HORMIGÓN“IN SITU” SEGÚN EL
CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN
177
PEDRO PÉREZ CARBALLO, ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE SEVILLA
MARZO DE 2010
8.2 EL ARMADO EN PILOTES
La armadura longitudinal que se utiliza para pilotes corresponde a cuantías
mínimas geométricas.
SEGÚN LA NORMATIVA EUROPEA UNE-EN 1536
En esta normativa se dan los siguientes valores (tabla 17):
Tabla 20.Cuantía mínima según UNE-EN-1536.
• La armadura longitudinal no será de diámetro inferior a 12 mm.
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• El número de barras será mayor a 4.
• La separación longitudinal no debe ser mayor que 40cm
SEGÚN LA NORMA EHE
• El número de barras para pilotes será mayor o igual a 6 (según la EHE ≥6).
• La separación longitudinal no debe ser superior a 20 cm.
Área de la sección transversal del
pilote: Ac
Cuantía geométrica mínima de la
armadura longitudinal: As
Ac ≤ 0’5 m2
As ≥ 0’5 % Ac
0.5 m
2
< Ac ≤ 1 m
2
As ≥ 0’0025 m
2
Ac > 1 m
2
As ≥ 0’25 % Ac IMPLEMENTACIÓN INFORMÁTICA PARA EL CÁLCULO DE
PILOTES DE HORMIGÓN “IN SITU” SEGÚN EL
CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN
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MARZO DE 2010
• Los estribos deben ser de diámetro no inferior a ¼ de la armaduralongitudinal y
su eparación no superior a 15 veces el diámetro de dicha armadura
Características técnicas.
Los pilotes prefabricados están capacitados para absorber esfuerzos verticales decompresión en el entorno de los 125 Kp/cm*, al tratarse de pilotes de categoría I,
prefabricados con todos los controles en instalaciones fijas según la normaTecnológica NTE-CPP 78.
Se fabrican en todos los casos con hormigones de resistencia característica 450Kp/cm*,( H-450 según norma EHE-99)
Así mismo se emplea cemento CEM I 42,5-SR (RC-97), que hace que los pilotessean resistentes a los sulfatos y al agua de mar.
Van armados en toda su longitud, y en sus esquinas, con cuatro u ocho barras deacero corrugado y calidad mínima AEH-400 ( límite elástico 4100 Kp/cm*).
Zunchados también a lo largo de toda su longitud mediante una armaduratransversal en acero AE-215l (lisa, de límite elástico 2200 Kp/cm*), de 6 mm dediámetro. El paso es de 16 cm, reduciéndose a 8 cm en los 0,8m próximos a losextremos y en la zona de los ganchos de izado.
Para concluir, abría que comentar, que este tipo de cimentaciones se estánimponiendo en todas las obras de gran envergadura, donde el terreno en el que seva a construir no cumple con las características necesarias de resistencia quenecesitamos para el aguante de las cargas producidas por la obra.
Topografía y construcción. Cimentación por pilotes.
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Ensayos y Pruebas Finales en Pilotes
Finalizada la construcción de los Pilotes, se realizan una serie de pruebas y ensayos, a saber:
Ensayos sónicos de integridad mediante martillo de mano
.
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Ensayos ultrasónicos de integridad mediante cross-hole en tubos introducidos en el
hormigón del pilote
Pruebas rápidas de carga
Veamos a continuación en qué consisten estas pruebas y ensayos.
Contenido
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• 1 Ensayos Sónicos de Integridad Mediante
Martillo de Mano
o 1.1 Tareas Previas
o 1.2 Ensayo
o 1.3 Aceptación o Rechazo del Pilote
o 1.4 Acciones Correctoras
o 1.5 Normativa
• 2 Ensayos Ultrasónicos Mediante Cross-Hole
o
2.1 Tareas Previaso 2.2 Ensayo
o 2.3 Aceptación o Rechazo del Pilote
• 3 Pruebas Rápidas de Carga
o 3.1 Tareas Previas
o 3.2 Ensayo
• 4 Artículos Relacionados
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• 5 Enlaces Externos
Ensayos Sónicos de Integridad Mediante Martillo deMano
Descripción de los ensayos a realizar para detectar posibles defectos del pilote
.
Es un método económico y sencillo que detecta defectos importantes en la masa y calidad del pilote.
Su inconveniente radica en que necesita la interpretación de un especialista.
Para efectuarlo se debe esperar a que el hormigón
adquiera una cierta resistencia. Cuando la esbeltez
del pilote es importante o tiene varios cambios en su sección, en la punta del pilote no se detecta
claramente.
Tareas Previas
Conocer los datos del Estudio Geotécnico realizado previamente.
Los pilotes deben estar descabezados o accesibles y con la zona exenta de agua.
Debe haber pasado al menos una semana de construído el pilote para realizar el ensayo.
La cabeza del pilote debe ser de hormigón
compacto y sano.
Conviene disponer de un plano para identificar cada pilote, su longitud, sección y las incidencias
posibles durante el proceso de construcción.
Ensayo
En los ensayos sónicos se emplea un martillo de mano para producir una onda sónica en la cabeza del
pilote, la misma se desplaza a lo largo del fuste haca abajo y es reflejada en la punta del pilote, o
advierte de defectos o discontinuidades si las hay.
Esta onda es captada por un acelerómetro y luego enviada a un procesador portátil donde se visualiza
de inmediato una gráfica para imprimir.
Aceptación o Rechazo del Pilote
Con este ensayo pueden detectarse reflexiones insignificantes de la onda sónica en puntos del fuste
por encima de la punta y una reflexión más importante de la onda en la punta. Si ésto sucede, el pilote
puede ser aceptado.
En el caso de no poder apreciar una clara reflexión de la onda sónica en la punta (ésto puede suceder
en pilotes muy esbeltos), el ingeniero especialista decidirá a que profundidad de ensayo puede
considerarse válido.
Cuando se detectan reflexiones significativas de la onda por encima de la punta del pilote, el
especialista debe dar una interpretación evaluando los defectos del pilote. Para realizarlo se vale de
las curvas en el dominio de frecuencia, de modelos matemáticos u otros métodos y de los datos
aportados por el constructor o la dirección facultativa.
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Cuando la evaluación efectuada llega a la conclusión que el defecto detectado reduce
significativamente la capacidad estructural, éste es rechazado.
Si las gráficas obtenidas resultan complicadas y de difícil lectura, se califica al pilote
como cuestionable.
Un pilote cuestionable puede ser sometido a otras pruebas y ensayos complementarios, como
pruebasd e carga estáticas y dinámicas, sondeos con recuperación de testigo continuo de hormigón,
ensayos ultrasónicos
cross-hole o, en el caso en que el defecto no esté a gran profundidad, se efectúa
una excavación perimetral.
Acciones Correctoras
Para subsanar los defectos se efectúan acciones correctoras consistentes en inyecciones a presión
mediante perforaciones en el hormigón del pilote, o en micropilotes perforados dentro del pilote.
Cuando se detectan defectos en la parte superior del pilote, puede demolerse esa parte y
reconstruirla. Luego de reparado, se vuelve a realizar el ensayo sónico en el pilote.
Normativa
Los ensayos se realizan según la norma ASTM D5882-96.
Ensayos Ultrasónicos Mediante Cross-Hole
Descripción de los trabajos a realizar en los ensayos ultrasónicos mediante
cross-hole. Este métodosuele usarse en pilotes hormigonados
in situ de diferentes longitudes y secciones.
Tiene la ventaja que pueden identificarse los defectos con certeza a cualquier profundidad.
Tiene el inconveniente que los tubos requieren estar embebidos dentro del hormigón
; por ende, en
los pilotes prefabricados
este método no es posible de hacer. En algunos casos, puede que se
deterioren los tubos quedando inutilizables.
Tareas Previas
Para efectuar el ensayo se necesita dejar instalados dentro de los pilotes, tubos para poder introducir
sondas hasta la profundidad que se quiera ensayar.
Los tubos por lo general son de acero
, con diámetros entre 40 y 50 mm, prefiriéndose el de
mayor diámetro. También se usan tubos plásticos en pilotes cortos, pero no convienen pues
se deterioran fácilmente durante el hormigonado quedando inutilizados.
Los empalmes se realizan con manguitos roscados, no se usan uniones soldadas pues dejan
rebarbas que dificultan el paso de las sondas o perjudican los cables.
El extremo inferior de cada tubo debe cerrarse con tapones metálicos en forma totalmente
hermética, de esta manera se impide que ingresen elementos extraños y que haya pérdida de
agua que deberá contener al momento del ensayo.
El extremo superior debe cerrarse para impedir que caiga cualquier material hasta el
momento del ensayo; deben sobresalir como mínimo 40 cm del hormigón del pilote.
Antes del ensayo se llenan los tubos con agua limpia, comprobando que no haya
obstrucciones ni pérdidas de agua.
Número de tubos por pilote:
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2 tubos para Ø de pilote igual o menor a 60 cm.
3 tubos para Ø de pilote hasta 120 cm.
4 tubos para Ø de pilote mayores a 120 cm.
El hormigón deberá tener al menos una semana de construido habiendo adquirido cierta
resistencia para efectuar el ensayo.
Conviene disponer de un plano identificando cada pilote, longitud aproximada y datos sobre
posibles incidencias durante su elaboración.
Antes del ensayo se debe pasar una plomada por cada tubo midiendo su longitud y
comprobando que no haya obstrucciones.
Comprobar previamente que estén llenos de agua.
Ensayo
Este método consiste en introducir y hacer descender un emisor y un receptor de ultrasonidos por dos
conductos huecos en el interior del fuste del pilote, guardando registro del tiempo empleado en
recorrer la distancia entre ambos.
Si se encontraran defectos en el paso de las ondas, como oquedades, coqueras, inclusiones de tierras
u otro problema que alargue el tiempo de recorrido, ésto queda reflejado en la gráfica de ensayo
indicado en las variaciones y la marcando la profundidad donde se ha encontrado.
En los pilotes con 4 tubos, se efectúan 6 ensayos, 4 en las aprejasde tubos adyacentes y 2 en parejas
de tubos opuestos en diagonal.
El ensayo se realiza cuando se han bajado las sondas hasta el fondo de los tubos, levantando ambas al
mismo tiempo después de cerciorarse que se encuentren en el mismo plano horizontal.
Aceptación o Rechazo del Pilote
Los pilotes que muestran una gráfica uniforme de tiempo de llegada de la onda ultrasónica en toda su
longitud y en todos los perfiles ensayados, son aceptados.
Cuando uno o varios de los perfiles entre parejas de tubos muestran retrasos notables o pérdidas de la
señal a una o varias profundidades, el ingeniero especialista dará una interpretación evaluando los
defectos probables del pilote.
La disposición y la cantidad de perfiles de una anormalidad detectada a una misma profundidad puede
indicar el lugar afectado en planta.
Para tener mayores precisiones, el ingeniero especialista acudirá a la información del constructor, y de
todos aquellos agentes que intervengan en el proceso constructivo.
Pruebas Rápidas de Carga
Estas pruebas permiten una evaluación estructural y geotécnica, obteniendo así su capacidad de
carga.
El inconveniente de este método radica en que necesita una masa de impacto considerable en su
ensayo dinámico y resulta muy costoso, sólo se suele utilizar en obras de presupuesto alto.
Cuando los pilotes son sometidos a cargas superiores a las de servicio, es mediante estas Pruebas de
Carga que puede conocerse el comportamiento real de los pilotes en el terreno.
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Para comprobar el diseño adoptado, estas pruebas se efectúan en la fase de proyecto
o en la deconstrucción del edificio.
Estos procedimientos insumen altos costes ya que para realizarlos se aplican cargas muy pesadas, por
lo general de cientos de toneladas; es por ello que no se emplean habitualmente, sólo para obras de
presupuesto elevado.
Estas pruebas de carga han sido reemplazadas por
Pruebas Rápidas de Carga
de costes inferioresque permiten pruebas de carga en obras de presupuestos medios.
Son ensayos estáticos
de carga con costes más bajos mediante los cuales se conoce el
comportamiento real de los pilotes sometidos a cargas y se puede llegar a un diseño más ajustado del
pilote con coeficientes de seguridad más bajos siempre considerando las cifras dentro de la normativa
correspondiente.
Los ensayos rápidos más usados son los
Ensayos Dinámicos
, realizados según la norma ASTM D 4945-
89.
Tareas Previas
Antes del ensayo se prepara la cabeza del pilote
realizando un recrecido de hormigón
dentro de unacamisa metálica donde se colocan los sensores de velocidad y deformación, en la parte superior se
deja una superficie plana protegida con una chapa metálica y una sufridera sobre la que cual se realiza
el impacto.
Los pilotes prefabricados
no requieren de preparación especial pues la carga se aplica directamente
con el mismo martillo de hinca.
Para los pilotes perforados y hormigonados in situ
se elige una carga cualquiera con un peso entre 1 y
1,5% de la carga de prueba estática y una altura de caída aproximada entre 2 y 3 metros.
Ensayo
Los Ensayos Dinámicos se efectúan en función de la fuerza y la velocidad, dejando caer una masa de
peso importante sobre la cabeza del pilote protegida con la sufridera.
Se eleva la carga con una grúa
y se la deja caer sobre el pilote, registrando en un ordenador la fuerza
y la velocidad (en función del tiempo) empleada sobre la cabeza del pilote.
Debe conseguirse que la energía del impacto sea tal que movilice la capacidad resistente del suelo
.Por lo general se aplican cuatro o cinco golpes con altura de caída decreciente; los parámetros de
respuesta del pilote se registran para su comprobación.
Mediante un programa informático, se registran los resultados en un ordenador empleando diferentes
fórmulas o métodos que estiman la capacidad de carga; de esta manera se obtiene un resultado
rápido que puede ser calculado en la misma obra.
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Funciones
Las funciones de la Dirección de Obras Portuarias están regidas por el DFL N°
850 de 1997, que refunde, coordina y sistematiza la Ley N° 15.840, Orgánicadel Ministerio de Obras Públicas y por el D.S. MOP N° 932 de 19 de noviembrede 2008, que establece la nueva organización y funciones del Servicio y dejasin efecto del D.S. MOP N° 351 del 23 de Diciembre de 1991.La estructura organizacional interna y funciones específicas de la Dirección deObras Portuarias se encuentran establecidas en la Res. D.G.O.P. N° 222 del 20de Septiembre de 2007, actualmente en proceso de reemplazo por una que seadecue a la nueva organización. Sus funciones son las siguientes:
•Planificar la infraestructura portuaria y ejecutar los procesos
establecidos en el sistema nacional de inversión pública.
•Desarrollar, directamente o través de consultorías externas, proyectos
de obras portuarias.
•Supervisar, fiscalizar y aprobar todos los proyectos de obras portuarias
desarrollados a nivel nacional, tanto públicos, sean éstos directos o a
través de consultorías externas, como privados.
•Establecer las normas técnicas respecto del desarrollo de proyectos
portuarios.
•Supervisar, y fiscalizar todas las obras públicas portuarias y de
dragado ejecutadas a nivel nacional, en sus aspectos técnicos y
administrativos.•Supervisar y fiscalizar la construcción de obras portuarias ejecutadas
por particulares, verificando el cumplimiento del proyecto aprobado.
Marco Araneda Santander
Profesión:
Ingeniero civil
Información de contacto:
Teléfonos:(41) 2852002Dirección:
Av. Prat 501, 4° Piso, Concepción.
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