CIMENTACIONES PROFUNDAS

Ing Antonio Timaná Fiestas

CAP VII : CIMENTACIONES PROFUNDAS

Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles ydemasiado débiles para soportar la carga transmitida por la superestructura se usanpilotes para transmitir la carga al lecho rocoso o a una capa dura. Cuando no seencuentra un lecho rocoso a una profundidad razonable debajo de la superficie delterreno los pilotes se usan para transmitir la carga estructural gradualmente al suelo.La resistencia a la carga estructural aplicada se deriva principalmente de laresistencia a fricción desarrollada en la interfaz suelo-pilote.

1.-Clases de pilotes

1.-Pilotes de acero: Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o deperfiles H laminados. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertoso cerrados. Los pilotes de acero llegan a estar sometidos a corrosión, como en suelospantanosos, las turbas y otros suelos orgánicos. Los suelos con un pH mayor que 7 no sonmuy corrosivos. Para compensar el efecto de la corrosión se recomienda considerar unespesor adicional de acero (sobre el área de la sección transversal real de diseño).

2.- Pilotes de concreto: Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a)pilotesprefabricados y (b) colados in situ.Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales ensu sección transversal. El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momentoflexionante desarrollado durante su manipulación y transporte, la carga vertical y el momentoflexionante causado por carga lateral.Los pilotes colados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenándolocon concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colados in situ se usan actualmente en laconstrucción y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes. Esos pilotes se dividenen dos amplias categorías: (a) ademados y (b) no ademados. Ambos tipos tienen unpedestal en el fondo.

3.- Pilotes de madera: Los de madera son troncos de arboles cuyas ramas y cortezafueron cuidadosamente recortadas. La longitud máxima de la mayoría de los pilotes demadera es de entre 30 y 65 pies (10-20 m). El Manual of Practice, No. 17 (1959) de laAmerican Society of Civil Engineers, los divide en tres clases:

Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 14pulgs (356 mm).

Pilotes clase B que se usan para tomar cargas medias. El diámetro mínimo del fuste debeser de entre 12 y 13 pulgs (305-330 mm).

Pilotes clase C que se usan en trabajos provisionales de construcción. Estos se usanpermanentemente para estructuras cuando todo el pilote esta debajo del nivel freático. Eldiámetro mínimo del fuste debe ser de 12 pulgs (305 mm).

4.- Pilotes compuestos: Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestosestán hechos de diferentes materiales, por ejemplo, se fabrican de acero y concreto ode madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten en una porción inferiorde acero y en una porción superior de concreto colado en el lugar. Este tipo es el usadocuando la longitud del pilote requerido para un apoyo adecuado excede la capacidad delos pilotes simples de concreto colados en el lugar. Los de madera y concreto consistenen una porción inferior de pilote de madera debajo del nivel permanente del agua y enuna porción superior de concreto. En cualquier caso, la formación de juntas apropiadasentre dos materiales diferentes es difícil y por eso, los pilotes compuestos no son muyusados.

2.-Forma de transmisión de cargas El mecanismo de transferencia de carga de un pilote al suelo es complicado. Paracomprenderlo, considere un pilote de longitud L, como se muestra en la figura. La cargasobre el pilote aumenta gradualmente de cero a en la superficie del terreno. Parte deesta carga resistirá la fricción lateral desarrollada a lo largo del fuste, y parte por lapunta del pilote, .

La resistencia por fricción por área unitaria a cualquier profundidad z se puede determinar como:

∆∆

p = perímetro de la sección transversal del pilote.

3.- Pilotes hincadosHincar pilotes en el terreno se realiza a brazo o mecánicamente, por choques repetidos deuna maza en los pilotes de madera u hormigón armado, por giro en los pilotes metálicosde rosca.Para desarrollar la capacidad de soporte de carga deseada, un pilote de carga de puntadebe penetrar el estrato denso de suelo lo suficiente o tener un contacto suficiente con unestrato de roca. Este requerimiento no siempre se puede satisfacer hincando un pilotehasta una profundidad predeterminada, debido a que los perfiles de suelos varían. Una delas primeras de esas ecuaciones, a la que comúnmente se le refiere como formula delEngineering News Record (ENR), se deriva de la teoría del trabajo y la energía.

Energía impartida por el martinete por golpe = (resistencia del pilote)(penetración por golpe del martinete) Donde:

=peso del arieteh= altura de caída del arieteS =penetración del pilote por golpe del martineteC =una constante

El esfuerzo máximo desarrollado sobre un pilote durante la operación de hincado se puede Estimar Para ilustrar esto, se utiliza la fórmula ENR modificada:

= PESO DEL PILOTEE= Eficiencia del martineteN= coeficiente de restitucionentre el arietey el casquete del pilote

4.- Pilotes moldeados in situLa denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforaciónen el suelo a la cual se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará conconcreto.

Pilotaje "in situ" en seco.Este tipo de pilotaje comprende diferentes fases como son la perforación del subsuelo con hélice o cazo, colocación de armadura de acero y vertido de concreto mediante tubo tremieque se realiza de abajo a arriba.Pilotaje "in situ" con camisa recuperable o perdida.

En terrenos fangosos o cercanos al nivel del mar o cuencas de ríos. Este pilotaje comprende la introducción de camisas para sujeción de las paredes a perforar, perforación del terreno, colocación de armaduras y vertido de concreto.

Pilotaje "in situ" con ayuda de lodos bentoníticos.Esta perforación no se realiza en seco ya que hay que suministrar el lodo bentonítico a laperforación, el cual penetra en las fisuras del terreno para crear una pequeña "costra" queimpida la caída de las paredes perforadas.

Pantalla de pilotes secantes "in situ".Este es el método más utilizado ya que permite hacer una excavación del terreno a granprofundidad, sin preocupación de que se puedan deteriora cimentaciones de viviendascontiguas como también del acerado de la calle, así impide el paso del nivel freático a lossótanos. Con este método se pueden construir diferentes plantas de parking.

5.- Determinación de la carga permisible de un pilote y grupo de pilotes

La capacidad de soporte de carga ultima de un pilote se determina:

= + donde :

capacidad de soporte de carga de la punta del pilote

= Resistencia por fricción superficial derivada de la interfaz suelo- pilote .

Capacidad de carga de la punta :

La capacidad de carga última de cimentaciones superficiales de acuerdocon las ecuaciones de Terzaghi.

= área de la punta del pilotec’ =cohesión del suelo que soporta la punta del pilote

= resistencia unitaria de puntaq’ = esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote

, = factores de capacidad de carga

Resistencia por fricción,

La resistencia por fricción, o superficial, de un pilote se puede escribir como:

∆

Donde:P= perímetro de la sección del pilote∆ longitud incremental del pilote sobre la cual p y f se consideran constantes

= resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad z

6.-Carga permisible

Después de que se ha determinado la capacidad de soporte de carga última total sumando la capacidad de carga de punta y la resistencia por fricción (o superficial), se debe utilizar un factor de seguridad razonable para obtener la carga permisible para cada pilote.

Donde:Qperm = capacidad de soporte de carga permisible para cada piloteFS = factor de seguridad

Grupo de pilotes :En la mayoría de los casos, los pilotes se utilizan en grupos, como se muestra en la figura. Para transmitir la carga estructural al suelo. Un larguero de pilotes se construye sobre un grupo de pilotes. El larguero puede estar en contacto con el terreno. Idealmente, los pilotes en un grupo se deben espaciar de manera que la capacidad de soporte de carga del grupo no sea menor que la suma de la capacidad de carga de los pilotes individuales.