diseño de pilotes de hormigon armado

7232019 Disentildeo de Pilotes de Hormigon Armado

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Rodrigo Cuentas Gallardo

DISENtildeO DE PILOTES DE HORMIGON ARMADO

1 INTRODUCCION

En nuestro medio las cimentaciones profundas (pilas etc) se suelen reservar para situaciones muyespeciales (puentes grandes edificios etc) no es comuacuten por lo tanto el uso de pilotes para otras aplicacionesmenores La razoacuten de esto suele ser en primer lugar el factor econoacutemico pues es normal pensar en grandesequipos e infraestructura y por consiguiente gran inversiones importantes en segundo lugar los meacutetodos decaacutelculo tanto geoteacutecnico como estructural han sido y siguen siendo blanco de incertidumbres y la bibliografiacuteaexistente estaacute basada generalmente en libros de GeotecniaLo libros de estructuras tocan muy superficialmente el tema el presente proyecto intenta recoger informacioacutenpara el disentildeo tanto geoteacutecnico como estructural debido a la carencia antes mencionadaEsto ha llevado a que la mayoriacutea de ingenieros no esteacuten familiarizados con el disentildeo de los mismos muchomenos con las consideraciones geoteacutecnicas y estructurales que se deben tener en cuenta al momento deldisentildeo Lo normal es encontrar disentildeos tiacutepicos que se repiten una y otra vez dejando de lado la ciencia queconlleva a una optimizacioacuten y disentildeo eficiente de los pilotesPor lo tanto la modelacioacuten estructural y la aplicacioacuten de programas de coacutemputo especializados requieren tener claros los conceptos baacutesicos para poder determinar los paraacutemetros de ingresoVale la pena advertir que el proceso constructivo no siempre estaacute ligado al uso de grandes equipos einfraestructura existen procesos constructivos simples y econoacutemicos que se han implementado con eacutexito enBolivia recientemente demostrando que soacutelo es cuestioacuten de pensar un poco en los medios disponiblesadaptaacutendose a la infraestructura existente Es entonces necesario dejar los paradigmas tradicionales acercade las dificultades y los costos de las soluciones con pilotes que suelen ser muchas veces la alternativa maacuteseficiente

2 OBJETIVOS

Analizar los procedimientos a seguir en el disentildeo y construccioacuten de cimentaciones profundas utilizandocoacutedigos vigentes internacionales y la aplicacioacuten de los mismos de manera manual en el disentildeo en un edificiode diversos usos de cuatro niveles

3 OBJETIVOS ESPECIFICOS

bull Disentildear pilotes de concreto colados in situ haciendo uso del coacutedigo ACI-318 antildeo 2008bull Proporcionar una guiacutea de procedimientos constructivos en pilotes de concreto colados in situbull Disentildear sistema de cimentacioacuten basado en pilotes de concreto colados in situ de un edificio de cuatro

niveles de alturabull Proporcionar a los lectores una guiacutea para interpretar un estudio de suelo relacionado con

cimentaciones profundasbull Detallar una metodologiacutea loacutegica y confiable que pueda aplicarse en cuanto a disentildeo de pilotes deconcreto colados in situ

bull Identificar los diferentes tipos de cimentaciones y su clasificacioacuten y conocer sus ventajas ydesventajas

bull Elaborar una guiacutea de uso del software en el disentildeo de pilotes

4 MARCO TEORICO

41 El suelo como elemento portante de las cimentaciones

Las cargas que transmite la cimentacioacuten a las capas del terreno causan tensiones y por tanto deformaciones

en la capa del terreno soporte Como en todos los materiales la deformacioacuten depende de la tensioacuten y de las




propiedades del terreno soportante Estas deformaciones tienen lugar siempre y su suma produce asientos delas superficies de contacto entre la cimentacioacuten y el terrenoLa conducta del terreno bajo tensioacuten estaacute afectada por su densidad y por las proporciones relativas de agua yaire que llenan sus huecos Estas propiedades variacutean con el tiempo y dependen en cierto modo de otrosmuchos factores

bull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia de la compactacioacuten del terrenobull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia del desplazamiento de las partiacuteculasbull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia de la deformacioacuten de las partiacuteculas del

terreno

Los cimientos constituyen los subsistemas de cualquier edificacioacuten que transmiten directamente las cargas deesta hacia el suelo o terreno su funcioacuten es distribuir las cargas del edificio dispersaacutendolas en el sueloadyacente de modo que eacuteste y los materiales que los sostienen tengan suficiente fuerza y rigidez parasoportarlas sin sufrir deformaciones excesivas

Debido a las interacciones de suelos y cimientos las caracteriacutesticas de los suelo o terrenos sobre los que seconstruye influyen de modo determinante en la seleccioacuten del tipo y tamantildeo de los cimientos usados estos

uacuteltimos a su vez afectan significativamente el disentildeo de la superestructura el tiempo de construccioacuten deledificio y en consecuencia los costos de la obra

Por tanto para lograr una edificacioacuten segura y econoacutemica es fundamental disponer de cierto conocimiento dela mecaacutenica de suelos y del disentildeo de cimentacionesEl estudio de los suelos sus propiedades y comportamiento desde el punto de vista de la ingenieriacutea civil esel campo de la Mecaacutenica de Suelos

42 Propiedades Fiacutesicas de los suelos o terrenos

Los geoacutelogos definen los suelos o terrenos como rocas alteradas mientras que los ingenieros prefierendefinirlos como el material que sostiene o carga el edificio por su baseLos materiales que estaacuten presentes en los suelos naturales se clasifican en cuatro tipos

bull arenas y gravabull limosbull arcillasbull materia orgaacutenica

Las arenas y grava son materiales granulares no plaacutesticosLas arcillas se componen de partiacuteculas mucho maacutes pequentildeas exhiben propiedades de plasticidad y son muycohesivas

Los limos son materiales intermedios en el tamantildeo de sus partiacuteculas y se comportan de modo tiacutepico comomateriales granulares aunque pueden ser algo plaacutesticosLa materia orgaacutenica consta principalmente de desechos vegetales

El origen de las capas de suelo o terreno (edafoloacutegicas) y la forma como se depositan arroja mucha luz sobresu naturaleza y variabilidad en el campoLos suelos son de dos oriacutegenes residual y sedimentarioLos suelos residuales se forman in situ por la intemperizacioacuten quiacutemica de las rocas y puesto que jamaacutes hansido perturbados fiacutesicamente conservan las caracteriacutesticas geoloacutegicas menores del material rocoso de origen(En el campo la transicioacuten de roca a suelo suele ser gradual)

Los suelos sedimentarios son transportados y depositados por la accioacuten de riacuteos mares glaciares y vientosEn general el mecanismo de sedimentacioacuten regula la granulometriacutea (tamantildeo de las partiacuteculas) susvariaciones y la estratigrafiacutea y uniformidad de las capas edafoloacutegicas

Para la completa identificacioacuten de un suelo o terreno el ingeniero necesita saber lo siguiente




bull tamantildeobull granulometriacuteabull formabull orientacioacuten

bull composicioacuten quiacutemica de las partiacuteculasbull las fracciones coloidales y sedimentables que contiene

No obstante las propiedades fiacutesicas del suelo pueden hacerse variar considerablemente mediante laincorporacioacuten de pequentildeas cantidades de sustancias quiacutemicas la aplicacioacuten de meacutetodos electroquiacutemicosCuando las propiedades superficiales de las partiacuteculas son importantes las formas de eacutestas adquieren por lomenos la misma importancia que la granulometriacutea En condiciones normales una caracteriacutestica significativaes la ubicacioacuten relativa de las partiacuteculas dentro del suelo lo que determina la resistencia a los desplazamientosinternos y constituye por lo menos una medida cualitativa de las fuerzas de resistencia a las fuerzas cortantesy a la compresioacuten

Se han realizado muchos intentos de clasificacioacuten de los suelos o terrenos con base en propiedades comunese identificables Sin embargo conforme se ha ido acumulando informacioacuten acerca de las propiedades de lossuelos los sistemas de clasificacioacuten se han tornado cada vez maacutes elaborados y complejos

Una de las principales dificultades consiste en que se quieren utilizar las mismas clasificaciones para distintosusos por ejemplo un sistema utilizable para el disentildeo de carreteras ya no es tan uacutetil cuando el problema serelaciona baacutesicamente con el disentildeo de cimentaciones para edificios industriales

43 Estados de la materia que afectan el comportamiento de los suelos

Un suelo o terreno cualquiera puede exhibir propiedades soacutelidas viscosas plaacutesticas o liacutequidas por tantocuando es posible predecir su verdadero estado fiacutesico el disentildeo estructural de las cimentaciones se realizatomando en cuenta esa informacioacuten

En contraste los soacutelidos son materiales que tienen densidad elasticidad y resistencia interna constantes quese ven poco afectados por cambios normales de temperatura variaciones en la humedad o vibraciones de

intensidad inferior a los valores siacutesmicos

La deformacioacuten por fuerzas cortantes ocurre a lo largo de dos conjuntos de planos paralelos cuyo aacutengulo esconstante para cada material e independiente de la naturaleza o intensidad de las fuerzas externas queinducen a la deformacioacuten

Estas propiedades baacutesicas de los soacutelidos sirven para el disentildeo de cimentaciones soacutelo mientras los suelossiguen siendo soacutelidos Pero si los cambios en las condiciones modifican las estructuras del suelo de modoque eacutestas ya no se comportan como soacutelidos dichas propiedades se anulan y otro conjunto de reglas vienen agobernar el nuevo estado fiacutesico

Casi todos los suelos se comportan como soacutelidos aunque soacutelo dentro de un cierto liacutemite de carga el cualdepende de muchos factores externos como flujo de humedad temperatura vibraciones edad del suelo y

en algunos casos velocidad de carga

No existe subdivisioacuten evidente entre los estados liacutequido plaacutestico y viscoso Estos tres estados de la materiatienen la propiedad comuacuten de que es muy difiacutecil cambiar su volumen aunque su forma cambia continuamenteSu diferencia estriba en la cantidad de fuerzas necesarias para comenzar su movimientoEn el caso de los estados plaacutestico y viscoso existe un valor miacutenimo necesario pero en el caso de los liacutequidosfuerzas praacutecticamente insignificantes ocasionan el movimientoCuando la fuerza deja de ser aplicada los materiales plaacutesticos dejan de moverse pero los de tipo viscoso yliacutequidos siguen movieacutendose indefinidamente hasta que entran en juego fuerzas contrarrestantes

En general la divisioacuten entre los estados soacutelido y plaacutestico depende del porcentaje de humedad del sueloDicho porcentaje sin embargo no es una constante sino que disminuye al aumentar la presioacuten a que estaacutesometido el material Por tanto en los suelos anegados la posibilidad de evitar desplazamientos o peacuterdidasde agua se traduce en la eliminacioacuten de problemas por cambio de volumen o por asentamiento




Humedad del suelo

El agua suele estar presente en los suelos o terrenos en forma de una delgada capa absorbida a la superficiede las partiacuteculas o como liacutequido libre entre eacutestasSi el contenido de agua de un suelo estaacute principalmente en forma de capa o humedad absorbida entoncesno se comporta como liacutequido Todos los soacutelidos tienden a absorber o condensar en su superficie cualquier liacutequido (y gas) que entra en contacto con ellosEl tipo de ioacuten o de elemento metaacutelico presente en la composicioacuten quiacutemica de un soacutelido influyeconsiderablemente en la cantidad de agua que eacuteste pueda absorber Por tanto los procedimientos deintercambio ioacutenico para la estabilizacioacuten de los suelos y el control de la percolacioacuten forman parte importantede la mecaacutenica de suelo

Las capas delgadas de agua son maacutes fuertes que el agua de poros En 1920 Terzaghi establecioacute que laspeliacuteculas de agua de menos de 504 x 10-5 mm de espesor se comportan como semi-soacutelidos no hierven ni secongelan a temperaturas normalesEn consecuencia con lo anterior los suelos o terrenos saturados se congelan con maacutes facilidad que los suelosanegados y los cristales de hielo crecen al tomar humedad libre de los poros Luego un deshielo repentino

libera grandes cantidades de agua lo que suele tener draacutesticos resultados Cuando los liacutequidos se evaporanlo primero que hacen es formar capas por lo que se requiere un considerable aumento teacutermico para efectuar el cambio de estado entre la peliacutecula liacutequida y el vapor Por consiguiente el efecto de temperatura sobre elestado fiacutesico del suelo se explica en teacuterminos de la reduccioacuten del espesor de las capas de liacutequido al elevarsedicha temperatura

La presencia de humedad en el suelo o terreno es fundamental para controlar la compactacioacuten La mejor manera de efectuar la compactacioacuten de suelos sea por medios artificiales o naturales es bajo condiciones dehumedad bastante definidas ya que la redistribucioacuten de las partiacuteculas del suelo para que ocupen un menor volumen no es posible cuando se carece de suficiente humedad para cubrir cada graacutenulo La peliacutecula de aguahace las veces de lubricante lo que facilita los movimientos relativos de las partiacuteculas y su tensioacuten capilar lassostiene en su sitio Desde luego si los granos son de menor diaacutemetro se necesita maacutes agua a fin de lograr mejor estabilizacioacuten que en el caso de partiacuteculas maacutes gruesas

44 Resistencia de los suelos a la presioacuten

Ya desde antes de 1640 Galileo sentildealoacute la diferencia entre soacutelidos semi-liacutequidos y liacutequidosEste naturalista aseveraba que los semi-liacutequidos a diferencia de los liacutequidos mantienen su forma cuando seles apila y que si se les hace un hueco o cavidad en la superficie la agitacioacuten hace que se rellene el huecomientras que en los soacutelidos la cavidad no se rellena Esta es una descripcioacuten muy burda de la propiedadllamada pendiente natural de los materiales granulares una propiedad muy faacutecil de observar en arenas limpiasy secas aunque los suelo o terrenos con diversas cantidades de arcilla y humedad tienen diferentespendientes Es importante no confundir el aacutengulo de reposo natural con el aacutengulo de friccioacuten interna aunquemuchos autores han seguido a Woltmann quien al traducir los escritos de Coulomb cometioacute ese errorFue Coulomb (1773) quien aplicoacute a los suelos las leyes fundamentales de la friccioacutenEacutel descubrioacute que la resistencia a lo largo de una superficie de falla dentro de un suelo es funcioacuten tanto de lacarga por unidad de aacuterea como de la superficie de contacto Puede considerarse como la primera contribucioacutenimportante a la Mecaacutenica de SuelosLa resistencia de los suelos a la deformacioacuten depende sobre todo de su resistencia a la fuerza cortante Estaresistencia equivale a su vez a la suma de dos componentes friccioacuten y cohesioacuten

45 Generalidades sobre las fundaciones

La cimentacioacuten puede definirse en general como el conjunto de elementos de cualquier edificacioacuten cuya misioacutenes transmitir al terreno las acciones procedentes de la estructuraSu disentildeo dependeraacute por tanto no solo de las caracteriacutesticas del edificio sino tambieacuten de la naturaleza delterreno La profundidad de la cimentacioacuten estaacute en funcioacuten del nivel donde se encuentra el terreno conveniente(que soportara todas las cargas actuando) de ahiacute que se dispone por parte del disentildeador elegir la cimentacioacutencorrecta con los datos que obtiene ahora el objetivo de la cimentacioacuten no es uacutenicamente el de dar unasuperficie portante suficiente sino el de arriostrar la construccioacuten




Todo proyecto de cimentacioacuten debe incluir un Estudio Geoteacutecnico (estudio de las caracteriacutesticas del terreno)ya que la cimentacioacuten es la encargada de garantizar la estabilidad de la estructura que soporta a lo largo dela vida uacutetil de la misma A partir del Estudio Geoteacutecnico podremos conocer las propiedades del suelo (tensioacutenadmisible del terreno a las distintas cotas en Kgcm2 densidad de la tierra profundidad del nivel freaacuteticoposible asiento aacutengulo de rozamiento del terreno cohesioacuten aparente expansividad etc)

Asiacute para la eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten debe tenerse en cuenta por una parte la estructura que soportay por otra las caracteriacutesticas del terreno en que se situacutea teniendo en cuenta que una vez alcanzado un nivelde seguridad adecuado para la misma eacutesta debe de ser lo maacutes econoacutemica posible

Ademaacutes se debe garantizar que la cimentacioacuten tenga una durabilidad adecuada ya que al tratarse deestructuras enterradas la deteccioacuten de deficiencias asiacute como las posibles medidas de actuacioacuten para corregir eacutestas deficiencias resultan complicadas Se debe prevenir por tanto que la cimentacioacuten se vea afectada por la posible agresividad del terreno asiacute mismo debe estar protegidas de las acciones fiacutesicas y a lasmodificaciones naturales o artificiales del terreno (heladas cambios de volumen variaciones del nivel freaacuteticoexcavaciones proacuteximas etc)

451 Tipos de cimentaciones

Existen varios tipos de cimentaciones los cuales dependen entre otras cosas de su forma de interactuar conel suelo esto es la manera en que transmiten al suelo las cargas que soportan tambieacuten dependen de suteacutecnica de construccioacuten y del material con que son fabricadas asiacute como mano de obra y equipo que se requierepara construirlas que puede ser sencillo en algunos casos o muy especializado en otros lo que se reflejadirectamente en la dificultad para llevarlas a cabo y en su costo

Tambieacuten puede influir la situacioacuten econoacutemica del lugar de construccioacuten o bien podriacutea darse el caso extremode que la obra sea tan compleja y el terreno tan malo para construirla que sea necesario desarrollar un tipo decimentacioacuten muy especial Aunque cada paiacutes ha generado ciertas teacutecnicas constructivas y de disentildeo muyparticulares basaacutendose principalmente en sus necesidades y experiencias propias

452 Cimentaciones superficiales

Se llama cimentaciones superficiales o semienterradas aquellas cuya carga se trasmite completamente alsuelo por presioacuten bajo la base sin intervencioacuten de los rozamientos laterales (o cuando su intervencioacuten esdespreciable) Bajo la denominacioacuten de cimentaciones superficiales se engloban las zapatas y losas decimentacioacuten como los elementos de transmisioacuten de cargas al terreno a traveacutes de superficies de apoyoconsiderablemente maacutes grandes que su peralte o dimensioacuten vertical En estos elementos pueden producirseflexiones para determinadas condiciones de rigidez El nivel de apoyo o implantacioacuten suele ser reducido(generalmente inferior a 3 m) en el caso de zapatas si bien puede resultar considerable en las cimentacionespor losa (caso de edificios con varios soacutetanos) Por ello el concepto de superficial se refiere maacutes a su extensioacutenen planta que a la cota de apoyo

Resultan adecuadas para cimentar en zonas en que el terreno presente unas cualidades adecuadas en cotassuperficiales es decir en zonas proacuteximas a la parte inferior de la estructura Las cimentaciones superficialesse clasifican en

bull Cimentaciones Cicloacutepeasbull Zapatas

1 Zapatas aisladas2 Zapatas corridas3 Zapatas combinadas4 Zapatas de medianeriacutea o esquina

453 Cimentaciones profundas

Son un tipo de Cimentaciones que solucionan la trasmisioacuten de cargas a los sustratos aptos y resistentes delsuelo




Los pilotes son miembros estructurales de acero concreto o madera y son usados para construir cimentaciones cuando son profundas y cuesta maacutes que la cimentacioacuten superficial a pesar del costo el uso depilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural La siguiente lista identifica algunas delas condiciones que requieren cimentaciones de pilotes

1 Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente comprensible y demasiado deacutebiles parasoportar la carga trasmitida por la suacuteper estructura se usan pilotes para trasmitir la carga al lecho rocoso o auna capadura cuando no se encuentra un lecho rocoso a una profundidad razonable debajo de la superficiedel terreno los pilotes se usan para trasmitir gradualmente la carga al suelo La resistencia a la cargaestructural aplicadas se deriva principalmente de la resistencia a flexioacuten desarrollada en la interfaz suelopilotes

2 Cuando estaacuten sometidas a fuerzas horizontales las cimentaciones con pilotes resisten por friccioacuten reaccioacutenmientras soportan auacuten la carga vertical trasmitida por la superestructura Este tipo de situacioacuten se encuentrageneralmente en el disentildeo y construccioacuten de estructuras de retencioacuten de tierra y en la cimentacioacuten deestructuras altas que estaacuten sometidas a fuerzas grandes de viento o siacutesmicas

3 En muchos casos suelos expansivos y colapsables estaacuten presentes en el sitio de una estructura propuesta

y se extienden a gran profundidad por debajo de la superficie del terreno Los suelos expansivos se hinchan yse contraen conforme el contenido de agua crece y decrece y su presioacuten de expansioacuten es considerable

Si se usan cimentaciones superficiales en tales circunstancias la estructura sufriraacute dantildeos considerables Sinembargo las cimentaciones con pilotes se consideran como una alternativa cuando eacutestos se extienden maacutesallaacute de la zona activa de expansioacuten y contraccioacuten

Los suelos como los constituidos por loess son de naturaleza colapsable Cuando el contenido de agua deestos suelos aumenta su estructura se rompe Una disminucioacuten repentina de la relacioacuten de vaciacuteo inducegrandes asentamientos de la estructura soportada por cimentaciones superficiales En tales casos lascimentaciones con pilotes se usan con eacutexito si estos se extienden hasta las capas del suelo estables maacutes allaacutede la zona de cambio posible de contenido de agua

4 Las cimentaciones de alguna estructura como torres de transmisioacuten plataformas fuera de la costa y losasde soacutetanos debajo del nivel freaacutetico estaacute sometida a fuerzas de levantamiento Algunas veces se usan pilotespara estas cimentaciones y asiacute resistir la fuerza de levantamiento

5 Los estribos y pilas de puente son usualmente construidos sobre cimentaciones de pilote para evitar laposible peacuterdida de capacidad de carga que de una cimentacioacuten superficial sufriraacute por erosioacuten del suelo en lasuperficie del terreno Numerosas investigaciones tanto teoacutericas como experimentales se efectuaron parapredecir el comportamiento y la capacidad de carga de pilotes en suelo granulares y cohesivos losmecanismos no han sido aun totalmente entendidos y tal vez nunca lo sean El disentildeo de las cimentacionescon pilote es considerado un arte en vista de la incertidumbre impliacutecita al trabajar con las condiciones delsubsuelo

454 Clasificacioacuten de las cimentaciones profundas

En el disentildeo y construccioacuten de cimentaciones profundas intervienen fundamentalmente cuatro variables ladimensioacuten de la cimentacioacuten la forma como transmiten las cargas al subsuelo el material con el que estaacutenfabricados

4541 Clasificacioacuten por dimensiones

La clasificacioacuten de las cimentaciones profundas se basa en los anchos de sus secciones transversales talcomo se muestra en la tabla




A) Micropilotes

Los Micropilotes o pilotines son pilotes cortos y de pequentildeo diaacutemetro conocidos tambieacuten por estacas o palosraiacutez que usan generalmente para estabilizar taludes o en recalce y refuerzo de edificios que han comenzadoa sufrir asentamientos por estar sustentados en suelos blandos y compresibles

Los Micropilotes trabajan por punta y por adherencia distribuyendo a lo largo de su altura las presioneslaterales que ejercen los bulbos de presiones de las bases directas existentes y a las cuales apuntalan Selos puede colocar verticales o inclinados y de su distribucioacuten como las raiacuteces de un aacuterbol deriva su nombre

Usualmente los Micropilotes se materializan en madera con secciones de 10 a 15 cm de diaacutemetro y alturasde hasta 10 m o metaacutelicos empleando tubos-forma con diaacutemetro no superior a los 20 cm los cuales se hacenpenetrar por rotacioacuten o barrenado en el suelo hasta alcanzar la profundidad necesaria por debajo de loscimientos de los edificios que deben ser reforzados La carga admisible usual por Micropilotes es de 20 tonCuando se ha finalizado el barrenado en el terreno se introduce dentro del terreno un tubo forma un perfil deacero como alma del pilotiacuten y luego se procede a inyectar un mortero a presioacuten extrayendo simultaacuteneamenteel tubo forma recuperable El mortero a usar debe tener una elevada dosificacioacuten de cemento y adecuadoaditivos para otorgarle suficiente resistencia y fluidez

A medida se va inyectando mortero en el tubo forma eacuteste penetra tambieacuten en el suelo circundante y rellenalos huecos dando forma a una masa de mayor volumen con perfil rugoso que incrementa la adherencia conel terreno y la resistencia a friccioacuten del fusteCuando el espacio necesario para colocar los pilotines es limitado por ejemplo cuando se debe trabajar dentrode un edificio construido se deben aplicar teacutecnicas especiales que permiten hincarlos o barrenarlos por tramoscortos acoplables ayudaacutendose para el avance de los mismos cuando aire comprimido o gas a presioacuten seguacutenla naturaleza del suelo

B) Pilotes

Los pilotes son columnas esbeltas con capacidad para soportar y transmitir cargas a estratos maacutes resistenteso de roca o por rozamiento en el fuste Por lo general su diaacutemetro o lado no es mayor de 60 cms Constituyeun sistema constructivo de cimentacioacuten profunda al que denominaremos cimentacioacuten por pilotaje Los pilotesson necesarios cuando la capa superficial o suelo portante no es capaz de resistir el peso del edificio o biencuando eacutesta se encuentra a gran profundidad tambieacuten cuando el terreno estaacute lleno de agua y ello dificulta lostrabajos de excavacioacuten Con la construccioacuten de pilotes se evitan edificaciones costosas y grandes voluacutemenesde cimentacioacuten Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una seccioacutentransversal de 20minus40 cms pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 200 tLos pilotes deben recibir fuerzas longitudinales de compresioacuten ya que las cargas por flexioacuten producendeformaciones mayores con alto grado de peligrosidad sin embargo en ocasiones deberaacuten tomarse en cuentaotras solicitaciones de cargas horizontales como viento y sismo Una excentricidad por pequentildea que seaprovoca cambios importantes en los esfuerzos de los pilotes La capacidad de estos para soportar las cargasdependeraacute de la resistencia desarrollada entre ellos y el subsuelo




C) Pilas

Las pilas son fundaciones profundas de gran capacidad de carga que se diferencian de entre los pilotes ensus dimensiones Las pilas tienen usualmente seccioacuten transversal circular u oblonga y por lo general llevanarmadura longitudinal y transversal Las caracteriacutesticas de las pilas y sus ventajas se enumeran a continuacioacuten

bull Pueden resistir cargas axiales superiores a las 500 ton e incluso alcanzan las 1000 tonbull Su altura promedio es de 35m pudiendo construirse bajo el nivel freaacuteticobull Soportan cargas horizontales e inclinadas con buena resistencia a la flexioacutenbull Su construccioacuten no afecta los edificios circundantes pues no se producen vibraciones por lo cual se

pueden ubicar proacuteximas a linderosbull El lapso de servicio es praacutecticamente ilimitado auacuten en medios agresivos tal como ocurre con las

construcciones costeras o en pilas de puentes sobre riacuteosbull Transfieren las cargas a estratos profundos lo cual es especialmente ventajoso cuando existe peligro

de socavacioacuten por las corrientes fluviales y mariacutetimas o las mareasbull Pueden construirse sin cabezales o con cabezales de reducidas dimensiones




Las pilas en forma similar a los pilotes pueden ser excavados o perforados y trabajan por punta o friccioacutenlateral Si las pilas descansan en roca dura soacutelo se toma en cuenta su resistencia por punta como unacolumna o pilar de grandes dimensiones despreciaacutendose su resistencia por friccioacuten lateral Pero cuando elsuelo es homogeacuteneo de gran profundidad la resistencia a friccioacuten alcanza magnitudes importantes

4542 Clasificacioacuten por material de fabricacioacuten

En los trabajos de construccioacuten se usan diferentes tipos de pilotes dependiendo del tipo de carga por soportadas de las condiciones del subsuelo y la localizacioacuten del nivel freaacutetico Los pilotes se dividen en lassiguientes categoriacuteas

a) de acerob) de concretoc) de maderad) pilotes compuestos

A) Pilotes de acero

Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de perfiles H Laminados Los pilotes de tubo sehincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados Las vigas de acero de patin ancho y de seccion Itambieacuten se usan Sin embargo se prefieren los perfiles H porque los espesores de sus almas y patines soniguales En las vigas de patiacuten ancho y de seccioacuten I los espesores del alma son menores que los espesoresde los patinesLa capacidad admisible estructural para pilotes de acero es

Donde As= aacuterea de la seccioacuten transversal del acerofs= esfuerzo admisible del acero

Con base en consideraciones geoteacutecnicas (una vez determinada la carga de disentildeo para un pilote) es siempreaconsejable calcular si Q (disentildeo) estaacute dentro del rango

Cuando es necesario los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura remaches o tornillosCuando se esperan condiciones difiacuteciles de hincado como a traveacutes de grava denza lutitas y roca blanda lospilotes de acero se usan adaptados con puntas o zapatas de hincado

Los pilotes de acero llegaron a estar sometido a corrosioacuten como en suelo pantanoso las turbas y otro soacuteloorgaacutenico Los suelos con un ph mayor de siete no son muy corrosivos

Para compensar el efecto de la corrosioacuten se recomienda considerar un espesor adicional de acero (sobre elaacuterea de la seccioacuten transversal real del disentildeo) En muchas circunstancias lo recubrimiento epoxicos aplicadosen la faacutebrica sobre los pilote funcionan satisfactoriamente El recubrimiento no es dantildeado faacutecilmente por elhincado del pilote El recubrimiento con concreto tambieacuten los protege contra la corrupcioacuten en la mayoriacutea de laszonas corrosivas

B) Pilotes de concreto

Los pilotes de concreto se dividen en dos categoriacuteas (a) pilotes prefabricados y (B) colados in situ Losprefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su seccioacuten transversalel refuerzo que proporciona para que el pilote resista al momento flexionando desarrollado durante sumanipulacioacuten y transporte la carga vertical y el momento flexionando causado por carga lateral Los pilotesson fabricados a la longitud deseada y curados antes de transportarlos a los sitios de trabajo




Los pilotes fabricados tambieacuten son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia Laresistencia uacuteltima de esos cables es de aproximadamente 260 ksi (1800 MNmsup2) Durante el colado de lospilotes los cables se pretensan entre 130-190 ksi (900-1300 MNmsup2) y se vierte concreto alrededor de ellosDespueacutes del tensado los cables se recortan producieacutendose asiacute una fuerza de compresioacuten en la seccioacuten del

piloteLos pilotes colados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenaacutendolo con concreto Variostipos de pilotes de concreto colados in situ se usan actualmente en la construccioacuten y la mayor parte fueronpatentados por sus fabricantesEsos pilotes se dividen en 2 amplias categoriacuteas (a) ademados y (B) no ademados Ambos tipos tiene un pedestal en el fondoLos pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocadodentro del tubo Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada se retira el mandril y el tubo se llena conconcreto Los pilotes no ademados se hacen hincando primero el tubo a la profundidad deseada y llenaacutendoloscon concreto fresco El tubo se retira gradualmenteLas cargas admisibles para pilotes de concreto colados in situ se dan por las siguientes ecuaciones

Donde As = aacuterea de la seccioacuten transversal de acero Ac = aacuterea de la seccioacuten transversal de concretoFs = esfuerzo admisible del aceroFc = esfuerzo admisible de concreto pilotes no ademados

Descripciones de los pilote colados en el lugar




C) Pilotes de madera

Los de madera son troncos de aacuterboles cuyas ramas corteza fueron cuidadosamente recortados La longitudmaacutexima de la mayoriacutea de los pilotes de madera es de entre 30 y65 pies (10-20 M) Para calificar como pilote la madera debe ser recta sana y sin defecto El manual of practique Ndeg 17 (1959) de la Ameacuterican soacuteciety of civil engineers los divide en 3 clases

1 pilotes clase A que soportan carga pesada El diaacutemetro miacutenimo del fuste debe de ser de (356mm)2 Pilotes clase B que se usan para tomar cargas medias El diaacutemetro miacutenimo del fuste debe ser entre (350-330 mm)3 Pilote clase C que se usan en trabajos provisionales de construccioacuten Eacutestos se usan permanentementepara estructurar cuando todo el pilote estaacute debajo del nivel freaacutetico El diaacutemetro miacutenimo del fuste debe ser de(305 mm)

En todo caso la punta del pilote no debe tener un diaacutemetro menor que 150 mm




Los pilotes de madera no resiste altos esfuerzos al hincarse por lo tanto su capacidad se limitaaproximadamente 25-30 toneladas (220-270 KN) Se deben usar Zapata de acero para evitar dantildeos en lapunta del pilote (en el fondo) La parte superior de los pilotes de madera tambieacuten podriacutean dantildearse al ser hincados para evitarlo se usa una banda metaacutelica o un capuchoacuten o cabezal Debe evitarse el empalme depilotes de madera particularmente cuando se espera que tome cargas de tensioacuten o laterales

Sin embargo si el empalme es necesario eacuteste se hace usando tubo o soleras metaacutelicas con tornillos Lalongitud del tuvo debe ser por lo menos de 5 veces el diaacutemetro del pilote Los extremos a tope deben cortarsea escuadra de modo que se tenga un contacto pleno entre las partes Las porciones empalmadas debenrecortarse cuidadosamente para que quede estrechamente ajustada dentro de los manguitos o camisas detubo En el caso de soleras metaacutelicas con tornillos los extremos a tope deben tambieacuten recortarse a escuadray los lados de las porciones empalmadas deben ser recortados planas para el buen asiento de las soleras

Los pilotes de madera permaneceraacuten indefinidamente sin dantildeo si estaacuten rodeados por suelo saturado Sinembargo en un ambiente marino estaacute sometido al ataque de varios organismos y pueden ser dantildeadosconsiderablemente en pocos meses Cuando se localiza arriba del nivel freaacutetico los pilotes son atacados por insectos su vida se incrementaraacute tratando los con preservadores como la creosota

La capacidad admisible de carga de los pilotes de madera es

Doacutende Ap = aacuterea medio de la seccioacuten transversal del pilotefw = esfuerzo admisible de la madera

D) Pilotes compuestos

Las proporciones superior e inferior de los pilotes compuestos estaacuten hechos de diferentes materiales por ejemplo se fabrican de acero y concreto o de madera y concreto Los pilotes de acero y concreto consiste enuna porcioacuten inferior de acero y en una porcioacuten de concreto colado en el lugar Este tipo es el usado cuando lalongitud del pilote requerido para un apoyo adecuado excede la capacidad de los pilotes simples de concreto

colados en el lugar Los de madera y concreto consiste en una porcioacuten inferior de pilote de madera debajo delnivel permanente del agua y en una porcioacuten superior de concreto En cualquier caso la formacioacuten de juntasapropiadas entre dos materiales diferentes es difiacutecil y por eso los pilotes compuestos no son muy usados




Comparacioacuten de pilotes de diferentes materiales




4543 Clasificacioacuten por transferencia de carga

A) Pilotes de carga de punta

Si los registros de perforacioacuten establecen la presencia del lecho de roca o de material rocoso a una profundidadrazonable los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca En este caso la capacidad uacuteltima de lospilote depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente entonces son llamados pilotesde carga de punta En la mayoriacutea de esos casos la longitud necesaria del pilote debe ser establecida lo maacutespreciso




Si en vez de un lecho rocoso se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y duro a una profundidadrazonable los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro Los pilotes con pedestalesse construye sobre el lecho del estrato duro y la carga uacuteltima del pilote se expresa como

Donde Qp = carga tomada en la punta del piloteQs = carga tomada por la friccioacuten superficial desarrollada en los lados del pilote (causada por la resistenciacortante entre el suelo y el pilote)

En este caso la longitud requeriacutea de pilote se estima con mucha precisioacuten si se pone en los registros deexploracioacuten del suelo

B) Pilotes de friccioacuten

Cuando no se tiene una capa de roca o material duro a una profundidad razonable los pilotes de carga resultanmuy largos y antieconoacutemicos Para este tipo de condicioacuten en el subsuelo los pilotes se friccionan con elmaterial de alrededor hasta profundidades especiacuteficas

Estos se denominan pilotes de friccioacuten porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la friccioacutensuperficial Sin embargo el teacutermino pilotes de friccioacuten no es muy apropiado aunque se usa con frecuencia enla literatura teacutecnica en suelos arcillosos la resistencia a la carga aplicada es tambieacuten generada por adhesioacuten

La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo de la carga aplicada y del tamantildeodel pilote Para determinar las longitudes necesarias con un ingeniero requiere de un buen entendimiento dela interaccioacuten suelo-pilote de buen juicio y de experiencia Los procedimientos teacutecnicos para el caacutelculo de lacapacidad de carga de pilotes se presentan en el siguiente capiacutetulo

C) Pilotes de compactacioacuten

Bajo ciertas circunstancias los pilotes se hincan en suelo granulares para lograr una compactacioacuten apropiadade suelo cercano a la superficie del terreno y se denominan pilotes de compactacioacuten Su longitud depende defactores como (a) la compasidad relativa del suelo antes que la compactacioacuten (b) la compasidad relativadeseada del suelo despueacutes de la compactacioacuten y (c) la profundidad requerida de compactacioacuten songeneralmente cortos sin embargo algunas pruebas de campo son necesarias para determinar una longitudrazonable




46 Transferencia de Carga al suelo

461 Mecanismo de transferencia de carga

El mecanismo de transferencia de carga del pilote al suelo es complicado para entenderlo considere delongitud L la carga sobre el pilote es gradualmente incrementada de cero a Q (z=0) en la superficie del terrenoParte de esta carga seraacute resistida por la friccioacuten lateral Q1 desarrollada a lo largo del fuste y parte por elsuelo debajo de la punta del pilote Q2 Como estaacuten relacionadas Q1 y Q2 con la carga totalSi se efectuacutean mediciones para obtener la carga Q (z) tomada por el fuste el pilote a cualquier profundidad zla naturaleza de la variacioacuten seraacute como lo muestra la curva de la figura La resistencia por friccioacuten por aacutereaunitaria f (z) cualquier profundidad se determina como

Donde P= periacutemetro de la seccioacuten transversal del piloteLa figura muestra la variacioacuten de f (z) con la profundidad

Si la carga Q en la superficie del terreno es gradualmente incrementada la resistencia maacutexima por friccioacuten alo largo del fuste del pilote que seraacute totalmente movilizada cuando el desplazamiento relativo entre el suelo y

el pilote sea aproximadamente de 02-03 pulgadas (5-10 mm) independientemente del tamantildeo de su longitudL sin embargo la resistencia maacutexima de punta Q2 =Qp no seraacute movilizada hasta que la punta del pilar se hayamovido de 10 a 25 del ancho o diaacutemetro del pilote El liacutemite inferior de aplicar pilotes hincados y el liacutemitesuperior a pilotes perforados o pre excavados Bajo carga uacuteltima

y

La explicacioacuten anterior indica que Qs o friccioacuten unitaria superficial f a lo largo del fuste del pilote se desarrollabajo un desplazamiento mucho menor comparado con el de la resistencia de la punta Qp que se ven losresultados de pruebas de carga en pilotes en suelo granular reportado por Vesic (1970)

Bajo carga uacuteltima la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote (falla por capacidad de carga causada

por Qp) note que las cimentaciones con pilotes son cimentaciones profundas y que el suelo vaya




principalmente por punzonamiento es decir se desarrolla una zona triangular en la punta del pilote que esempujada hacia abajo sin producir ninguna otra superficie visible de deslizamiento En suelos de arena densay suelo arcilloso firmes se desarrolla parcialmente una zona cortante radial

Accioacuten lateral

La transferencia de carga por accioacuten lateral se produce fundamentalmente a traveacutes de dos clases defenoacutemenosa Adherencia entre el suelo y la superficie del piloteb Friccioacuten desarrollada por la presioacuten existente en la superficie de separacioacuten entresuelo y pilote

A su vez la rotura por accioacuten lateral puede producirse por la superficie de separacioacuten entre pilotes y suelodebido al corte del suelo circundante de acuerdo a los valores relativos de la adherencia suelo ndash hormigoacuten yresistencia al corte de los suelosLa capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula suponiendo que el grupo de pilotes forma unacimentacioacuten gigantesca cuya base estaacute al nivel de las puntas de los pilotes y cuyo ancho y largo son el anchoy largo del grupo de pilotes

La capacidad del grupo es la suma de la capacidad de carga de la base de lacimentacioacuten maacutes la resistencia a esfuerzo cortante a lo largo de las caras verticales del grupo que forma lacimentacioacuten

La capacidad de carga del grupo de pilotes se encuentra generalmente usando factores para cimentacioacutenprofunda cuando la longitud del pilote es por lo menos diez veces el ancho del grupo y cuando el suelo eshomogeacuteneo en todos los casos se usan los factores para cimentaciones poco profundas El esfuerzo cortantealrededor del periacutemetro del grupo de pilotes es igual a la resistencia del suelo determinada sin tener en cuentaninguacuten aumento de presioacuten lateral debido al desplazamiento producido por el pilote multiplicada por eacutel aacutereade la superficie lateral del grupo Aunque los ensayos en modelos indican que la verdadera capacidad del grupo es siempre ligeramente menor que la calculada la diferencia estaacute ampliamente comprendida dentro del factor de seguridad de 2

462 Asentamiento de pilotes

El asentamiento de un pilote bajo una carga de trabajo vertical Qw es causado por tres factores

s=s1+s2+s3

Donde s= asentamiento total del pilotes1= asentamiento elaacutestico del pilotes2= asentamiento del pilote causado por la carga en la punta del pilotes3= asentamiento del pilote causado por la carga transmitida a lo largo del fuste del piloteSi el material del pilote se supone elaacutestico la deformacioacuten del fuste se evaluacutea usando los principiosfundamentales de la mecaacutenica de materiales

Donde Qwp= carga en la punta del pilote bajo condicioacuten de carga de trabajoQws= carga por resistencia de friccioacuten bajo condicioacuten de carga de trabajo Ap= aacuterea de la seccioacuten transversal del piloteL= longitud del piloteEp= moacutedulo de elasticidad del material del pilote

La magnitud de E dependeraacute de la distribucioacuten de la resistencia por friccioacuten (superficial) unitaria a lo largo delfuste Si la distribucioacuten de f es uniforme con paraboacutelica como muestra la figura a y b E= 05 Sin embargopara una distribucioacuten triangular de f figura c la magnitud de E es aproximadamente de 067 (Vesic 1977)




El asentamiento de un pilote causado por la carga en la punta se expresa en forma similar a la decimentaciones superficiales

Donde D= ancho diaacutemetro del piloteqwp= carga puntual por aacuterea unitaria en la punta del pilote =QwpApEs= moacutedulo de elasticidad del suelo en o bajo la punta del piloteμs= relacioacuten de poisson del sueloIwp= factor de influencia 085 Vesic (1977) tambieacuten propuso un meacutetodo semi empiacuterico para obtener lamagnitud del asentamiento s2

Donde qp= resistencia uacuteltima en la punta del piloteCp= coeficiente empiacuterico

Valores representativos de Cp para varios suelos se dan en la tabla 97

El asentamiento de un pilote causado por la carga llevada por el fuste se da por una relacioacuten similar a laecuacioacuten

Donde p= periacutemetro del piloteL= longitud empotrada del piloteIws= factor de influencia

Note que el teacutermino QwspL en la ecuacioacuten anterior es el valor promedio de f a lo largodel fuste del pilote El factor de influencia Iws tiene una relacioacuten empiacuterica simple

Vesic tambieacuten propuso una relacioacuten empiacuterica simple para obtener s3




Donde Cs = constante empiacuterica =

47 Descripcioacuten de meacutetodos de disentildeo de fundaciones profundas

La capacidad portante de un pilote instalado en suelo depende de factores muy variados y resulta difiacutecilestablecer su valor con una uacutenica foacutermula El proceso debe incluir factores variables de acuerdo al tipo defenoacutemeno que se provoca durante la instalacioacuten de un pilote

Accioacuten en la punta

Si el pilote se instala por hincado el suelo inmediatamente alrededor de la punta estaacute profundamente alteradopor efecto de la hinca Esta transformacioacuten de la estructura del suelo puede ser favorable por efecto de ladensificacioacuten Como ocurre en las arenasPero puede ser desfavorable en los suelos cementados o pre-consolidadosLa rotura producida por la hinca puede significar una disminucioacuten de la capacidad portante que no se recupera

con la readaptacioacuten producida a traveacutes del tiempo

Los pilotes pre-perforados y colados en sitio por lo general producen una alteracioacuten menor en las propiedadesresistentes del suelo alrededor de la punta del pilote Este sistema podriacutea ser favorable en suelos cementadoso pre-consolidados sin embargo al no densificar el suelo circundante puede ser desfavorable ante piloteshincados en suelos granulares sueltos

Para la resistencia por punta de pilote se puede considerar la analogiacutea con cimentaciones superficiales deforma que en principio se puede partir de la expresioacuten general de Brinch ndash Hansen




Terzaghi supone la rotura global (zona en rotura activa y zona en rotura pasiva) en el terreno bajo la punta del

pilote y el terreno lateral actuacutea en forma de sobrecargaMeyerhoff supone un mecanismo de rotura empieza de forma parecida al de rotura global sin embargo lasliacuteneas de rotura continuacutean en forma de espiral que se va abriendo hasta que se interseque con el fuste delpilote Esta teoriacutea es la maacutes utilizada para el disentildeo de cimentaciones profundas y su utilizacioacuten es muyconvenienteBerenzantsev la hipoacutetesis baacutesica de este autor es que en realidad la sobrecarga q en el plano de apoyo inferior que _ debido a efecto silo causado por la propia construccioacuten del pilote o por el estado natural del terrenoEsto facilita la subida del terreno en la zona lateralGibson se basa en la existencia de un bulbo en el que el suelo se encuentra plastificadoEste bulbo es estable hasta que se llega a rotura en que va creciendo alcanzando incluso la superficie delterreno

En ARCILLAS la resistencia por punta es maacutes compleja ya que se puede producir remoldeo del suelo con el

consiguiente cambio de propiedades y se puede producir procesos de consolidacioacuten simultaacuteneamenteGeneralmente se trabaja en tensiones totales En ARCILLAS BLANDAS (qu lt25kpcm2) puede despreciarse la contribucioacuten por punta del pilote ya que es pequentildea en comparacioacuten con lacontribucioacuten que se obtendraacute del fuste

Anaacutelogamente a como se ha hecho en arenas se partiraacute de la expresioacuten general de Brinch ndash Hansen

48 Modelamiento Numeacuterico

Como se ha mencionado se dispone de diferentes alternativas para el modelamiento de una cimentacioacuten conpilotes Sin embargo muchas de las propuestas soacutelo resultan viables en el aacutembito de investigacioacuten o enproyectos de gran envergadura Luego de revisar varias de las metodologiacuteas existentes los autoresconsideran que el uso de un modelo del tipo Winkler lineal resulta apropiado en la mayoriacutea de las aplicaciones

praacutecticas




El suelo se puede reemplazar por un conjunto de resortes lineales cuya curva carga deformacioacuten dependedel tipo de suelo ubicacioacuten y tipo de resorte De esta manera en el fuste se usan curvas T-Z P-Y y τminusθ paramodelar las respuestas por carga axial lateral y torsioacuten respectivamente Ademaacutes para la punta se usan

curvas Q-Z que permiten modelar el estrato portanteUna discusioacuten detallada de los diferentes tipos de curvas T-Z Q-Z P-Y y τminusθ se encuentra fuera del alcancedel presente artiacuteculo (Mosher 2000) La metodologiacutea de anaacutelisis se puede resumir de las siguientes maneras

bull Seleccionar o desarrollar un programa de anaacutelisis estructural con capacidad de modelar apoyos elaacutesticos detipo lineal como SAP2000 Algor GT-Strudl o STAD-III entre otrosbull Seleccionar el tipo de curvas T-Z Q-Z P-Y y τminusθ maacutes apropiadas seguacuten el suelo y las condiciones de cargaa las cuales se encontraraacute sometido el pilotebull Discretizar cada pilote del grupo como un conjunto de elementos tipo viga En cada uno de los nodos sedeberaacute ubicar un resorte con una regla de comportamiento dada por las curvas seleccionadas en el pasoanterior




5 Contenido de un estudio de suelos para una obra civil

51 Estudio Geoteacutecnico

Se define como estudio geoteacutecnico el conjunto de actividades que comprenden la investigacioacuten del subsuelolos anaacutelisis y recomendaciones de ingenieriacutea para el disentildeo y construccioacuten de las obras en contacto con elsuelo de tal forma que se garantice un comportamiento adecuado de la edificacioacuten y se protejan las viacuteasinstalaciones de servicios puacuteblicos predios y construcciones vecinas

983223 Investigacioacuten del subsuelo

Comprende el estudio y el conocimiento del origen geoloacutegico la exploracioacuten y los ensayos de campo ylaboratorio necesario para cuantificar caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas e hidraacuteulicas del subsuelo

983223 Anaacutelisis y recomendaciones

Consiste en la interpretacioacuten teacutecnica conducente a la caracterizacioacuten del subsuelo y la evaluacioacuten de posiblesmecanismos de falla para suministrar los paraacutemetros y las recomendaciones necesarias para el disentildeo y la

construccioacuten de las cimentaciones y otras obras relacionadas con el subsuelo

El estudio geoteacutecnico tiene por finalidad conocer las caracteriacutesticas del terreno que soportaraacute la obra tanto ensu fase de ejecucioacuten definiendo

983223 La naturaleza de los materiales a excavar 983223 Modo de excavacioacuten y utilizacioacuten de los mismos983223 Los taludes a adoptar en los desmontes de la explanacioacuten983223 La capacidad portante del terreno para soportar los rellenos y la estructura983223 La forma de realizarlos y sus taludes tanto en fase de obra como en fase de puesta en servicio

previendo los asientos que puedan producirse y el tiempo necesario para que se produzcan983223 Los coeficientes de seguridad que deben adoptarse983223 Las medidas a tomar para incrementarlos caso de no ser aceptables

983223 Las operaciones necesarias para disminuir los asientos yo acelerarlos

Como informacioacuten previa a la realizacioacuten del estudio geoteacutecnico y parte integrante del mismo se debe conocer todos aquellos datos que puedan condicionar sus caracteriacutesticas solicitaciones e influencias En particular ysin aacutenimo exhaustivo cabe mencionar el perfil del terreno la existencia de vertidos canalizaciones y serviciosenterrados la existencia de posibles fallas terrenos expansivos terrenos agresivos existencia y ubicacioacuten derellenos pozos galeriacuteas depoacutesitos enterrados la naturaleza y configuracioacuten de las cimentaciones de losedificios colindantes etc Es de especial intereacutes disponer de los datos que se hayan recogido en el estudiogeoteacutecnico realizado con motivo de las obras de urbanizacioacuten de la zona

52 Tipos de Estudios

A) Estudio geoteacutecnico preliminar

Se define como el estudio geoteacutecnico preliminar el trabajo realizado para aproximarse a las caracteriacutesticasgeoteacutecnicas de un terreno con el fin de establecer las condiciones que limitan su aprovechamiento lospotenciales problemas que puedan presentarse los criterios geoteacutecnicos y paraacutemetros generales para laelaboracioacuten de un proyecto

983223 Contenido

El estudio geoteacutecnico preliminar debe presentar en forma general el entorno geoloacutegico las caracteriacutesticas delsubsuelo y las recomendaciones geoteacutecnicas para la elaboracioacuten de proyecto la zonificacioacuten del aacuterea deacuerdo con sus caracteriacutesticas y amenazas geoteacutecnicas y los criterios generales de cimentacioacuten y obras deadecuacioacuten del terreno




983223 Obligatoriedad del estudio geoteacutecnico preliminar

El estudio geoteacutecnico preliminar no es de obligatoria ejecucioacuten se considera conveniente en casos deproyectos especiales o de magnitud considerable en los que puede orientar el proceso inicial deplanteamiento Su realizacioacuten no puede en ninguacuten caso reemplazar al estudio geoteacutecnico definitivo

B) Estudio Geoteacutecnico Definitivo

Se define como estudio geoteacutecnico definitivo el trabajo realizado para un proyecto especiacutefico en el cual elingeniero geotecnista debe consignar todo lo relativo a las condiciones fiacutesico-mecaacutenicas del subsuelo y lasrecomendaciones particulares para el disentildeo y construccioacuten de todas las obras relacionadas

983223 Contenido

El estudio geoteacutecnico definitivo debe contener como miacutenimo los siguientes aspectos

a) Del proyecto Nombre plano de localizacioacuten objetivo del estudio descripcioacuten general del proyecto sistemaestructural y cargas

b) Del subsuelo Resumen de la investigacioacuten adelantada en el sitio especiacutefico de la obra morfologiacutea delterreno origen geoloacutegico descripcioacuten visual sus caracteriacutesticas fiacutesico-mecaacutenicas debidamentefundamentadas y la descripcioacuten de los niveles de agua subterraacuteneas con una interpretacioacuten de su significadopara el comportamiento del proyecto estudiado

c) De los anaacutelisis geoteacutecnicos Resumen de los anaacutelisis y justificacioacuten de los criterios geoteacutecnicos adoptadosTambieacuten el anaacutelisis de los problemas constructivos de las alternativas de cimentacioacuten y contencioacuten laevaluacioacuten de estabilidad de taludes temporales de corte la necesidad y planteamiento de alternativas deexcavaciones soportadas con sistemas temporales de contencioacuten en voladizo apuntalados o anclados Sedeben incluir los anaacutelisis de estabilidad y deformacioacuten de las alternativas de excavacioacuten y construccioacutenteniendo en cuenta ademaacutes de las caracteriacutesticas de resistencia y deformabilidad de los suelos la influenciade los factores hidraacuteulicos

d) De las recomendaciones para disentildeo Los paraacutemetros geoteacutecnicos para el disentildeo estructural del proyectocomo tipo de cimentacioacuten profundidad de apoyo presiones admisibles asentamientos calculados tipos deestructuras de contencioacuten y paraacutemetros para su disentildeo perfil del suelo para el disentildeo sismo resistente yparaacutemetros para anaacutelisis de interaccioacuten suelo-estructura junto con una evaluacioacuten del comportamiento deldepoacutesito bajo la accioacuten de cargas siacutesmicas asiacute como los liacutemites esperados de variacioacuten de los paraacutemetrosmedidos asiacute como el plan de contingencia en caso de que se excedan los valores previstos Se debe incluir tambieacuten la evaluacioacuten de la estabilidad de las excavaciones laderas y rellenos disentildeo geoteacutecnico de filtros ylos demaacutes aspectos ya mencionados y los demaacutes artiacuteculos relacionados

e) De las recomendaciones para la construccioacuten Procedimientos de construccioacuten tolerancias de loselementos de cimentacioacuten instrumentacioacuten verificaciones y controles Se deben incluir ademaacutes lasrecomendaciones para la adecuacioacuten del terreno etapas constructivas en los movimientos de tierra controlesde compactacioacuten criterio para la proteccioacuten de drenajes naturales y procedimientos constructivos especialespara garantizar la estabilidad de la obra y las propiedades vecinas

f) Anexos En el informe de suelos se deben incluir planos de localizacioacuten local y regional del proyectoubicacioacuten de los trabajos de campo registro de perforacioacuten y resultados de ensayos de campo y laboratorio yresumen de memorias de caacutelculo Ademaacutes planos dibujos graacuteficas esquemas fotografiacuteas y todos losaspectos que se requieran para ilustrar y justificar adecuadamente el estudio y sus recomendaciones

g) De las recomendaciones para la proteccioacuten de edificaciones y predios vecinos Cuando las condiciones delterreno y el ingeniero encargado del estudio geoteacutecnico lo estime necesario se haraacute un capiacutetulo que contengaestimar los asentamientos ocasionales originados en descenso del nivel freaacutetico asiacute como sus efectos sobrelas edificaciones vecinas disentildear un sistema de soportes que garantice la estabilidad de las edificaciones opredios vecinos estimar los asentamientos inducidos por el peso de la nueva edificacioacuten sobre lasconstrucciones vecinas calcular los asentamientos y deformaciones laterales producidos en obras vecinas a

causa de las excavaciones y cuando las deformaciones o asentamientos producidos por la excavacioacuten o por




el descenso del nivel freaacutetico superen los liacutemites permisibles deben tomarse las medidas preventivasadecuadas

h) De cada unidad geoloacutegica o de suelo se daraacute su identificacioacuten su espesor su distribucioacuten y los paraacutemetrosobtenidos en las pruebas y ensayos de campo y en los de laboratorio Se debe estudiar el efecto o descartar la presencia de suelos con caracteriacutesticas especiales como suelos expansivos dispersivos colapsables y losefectos de la presencia de vegetacioacuten oacute de cuerpos de agua cercanos

53 Ensayos de laboratorios en un estudio geoteacutecnico

Existen una serie de paraacutemetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construccioacuten u obrade ingenieriacutea civil Muchos de estos paraacutemetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorioEn el informe geoteacutecnico se reuacutene la informacioacuten sobre las caracteriacutesticas del terreno de cimentacioacuten y debeser correctamente interpretado para conocer el alcance y limitaciones del mismo con el objetivo de proyectar estructuras seguras y al mismo tiempo evitar un incremento innecesario del coste de la ejecucioacuten de lascimentacionesCon los ensayos de laboratorio de suelos se van a perseguir los siguientes objetivos

bull Clasificar correctamente el suelobull Identificar el estado en que se encuentra el suelobull Evaluar sus propiedades mecaacutenicasbull Prever posibles problemas geoteacutecnicos (expansividad colpaso)

Los ensayos de laboratorio plantean el inconveniente de que tenemos que suponer que la muestra queensayamos es representativa del total del suelo y que se encuentra todo el suelo en el mismo estadoLos ensayos de laboratorio maacutes comunes al objeto de conseguir los objetivos indicados que se realizan enel reconocimiento geoteacutecnico de un terreno en el que se va a ubicar una cimentacioacuten profunda son lossiguientes

A) Ensayos de Identificacioacuten

983223 Granulometriacutea de un suelo983223 Liacutemites de Atterberg983223 Densidad aparente983223 Humedad natural983223 Densidad de las partiacuteculas soacutelidas983223 Proctor Normal983223 Proctor Modificado

B) Ensayos Mecaacutenicos

983223 Ensayo de compresioacuten simple983223 Corte directo983223 Ensayo de compresioacuten triaxial

983223 Ensayo edomeacutetrico983223 Ensayo de colapso983223 Ensayo de expansividad Lambe983223 Ensayo de hinchamiento libre en edoacutemetro983223 Presioacuten de hinchamiento en edoacutemetro983223 CBR

C) Ensayos Quiacutemicos

983223 Determinacioacuten cuantitativa de sulfatos solubles983223 Determinacioacuten cualitativa de sulfatos solubles

A continuacioacuten se describen los ensayos maacutes importantes referentes a los paraacutemetros geoteacutecnicos para elcaacutelculo de cimentaciones profundas




531 Ensayos de Identificacioacuten y estado

Los ensayos de identificacioacuten son aquellos que nos van a permitir caracterizar el suelo y su comportamientoen teacuterminos generales

983223 Granulometriacutea de un suelo

El anaacutelisis granulomeacutetrico es un ensayo de identificacioacuten del que no se obtendraacuten iacutendices que expresencuantitativamente las propiedades mecaacutenicas de un suelo La granulometriacutea indica la distribucioacuten por tamantildeosde partiacuteculas de un suelo determinando la curva granulomeacutetrica por tamizado en columna de tamices de laserie normalizadaLos tamices que se emplean se acoplan de manera que van disminuyendo sus aberturas de arriba abajo Lamuestra se deposita en el tamiz superior y se somete el conjunto de tamices a la accioacuten de un agitador mecaacutenico

983223 Limites de atterberg

Los suelos que poseen algo de cohesioacuten seguacuten su naturaleza y cantidad de agua pueden presentar

propiedades que lo incluyan en el estado soacutelido semi-soacutelido plaacutestico o semiliacutequidoEl contenido de agua o humedad liacutemite al que se produce el cambio de estado variacutea de un suelo a otroEl meacutetodo usado para medir estos liacutemites se conoce como meacutetodo de Atterberg y los contenidos de agua ohumedad con los cuales se producen los cambios de estados se denominan liacutemites de Atterberg Ellos marcanuna separacioacuten arbitraria pero suficiente en la praacutectica entre los cuatro estados mencionados anteriormenteLos liacutemites liacutequido y plaacutestico son determinados por medio de pruebas de laboratorio relativamente simples queproporcionan informacioacuten sobre la naturaleza de los suelos

983223 El Contenido de Humedad de los Suelos

Esta propiedad fiacutesica del suelo es de gran utilidad en la construccioacuten civil y se obtiene de una manera sencillapues el comportamiento y la resistencia de los sueles en la construccioacuten estaacuten regidos por la cantidad deagua que contienen El contenido de humedad de un suelo es la relacioacuten del cociente del peso de las partiacuteculas

soacutelidas y el peso del agua que guarda esto se expresa en teacuterminos de porcentaje532 Ensayos Mecaacutenicos

983223 Corte directo

La finalidad de los ensayos de corte es determinarla resistencia de una muestra de suelo sometida a fatigasyo de formaciones que simulen las que existen o existiraacuten en terreno producto de la aplicacioacuten de una cargaPara conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo siendo el maacutes tiacutepicouna caja de seccioacuten cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades Dentro de ella se coloca lamuestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv)y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad moacutevil de la cajaoriginando el corte de la muestra

983223 Compresioacuten triaxial

Este ensayo tiene por objeto la determinacioacuten de las relaciones tensioacuten deformacioacuten los paraacutemetrosresistentes cohesioacuten c y aacutengulo de rozamiento interno φ y las trayectorias de tensiones totales y efectivas deun suelo sometido a una presioacuten externa igual en todas las direcciones que se aplica a la muestra envueltaen una membrana de goma por medio del fluido que lo rodea Este ensayo suele realizarse sobre tres muestrasde un mismo suelo saturadas y sometidas cada una de ellas a una tensioacuten efectiva diferente en un graacuteficose dibujan los ciacuterculos de Mohr que representan los esfuerzos de rotura de cada muestra y trazando unatangente o envolvente a eacutestos se determinan los paraacutemetros φ y c del suelo




983223 Penetracioacuten estaacutendar

Este meacutetodo de exploracioacuten de suelos permite encontrar la resistencia del suelo y quizaacute entre todos losmeacutetodos exploratorios es el que mejor resultados proporciona en suelos friccionantes la prueba permiteconocer la compacidad relativa de los mantos que como ya se ha dicho es la caracteriacutestica fundamentalrespecto a su comportamiento mecaacutenico en suelos plaacutesticos permite adquirir una idea si bien tosca de laresistencia a la compresioacuten simple

54 Factores que definen la utilizacioacuten de cimentaciones

541 Etapas de la seleccioacuten del tipo de cimentacioacuten

El tipo de cimentacioacuten maacutes adecuado para una estructura dada depende de varios factores como su funcioacutenlas cargas que debe soportar las condiciones del subsuelo y el costo de la cimentacioacuten comparado con elcosto de la superestructura Puede ser que sea necesario hacer otras consideraciones pero las anterioresson las principales Debido a las relaciones existentes entre estos varios factores usualmente puedenobtenerse varias soluciones aceptables para cada cimentacioacuten Cuando diferentes ingenieros con su granexperiencia se ven ante una situacioacuten dada pueden llegar a conclusiones algo diferentes Por lo tanto el

criterio juega un papel muy importante en la ingenieriacutea de cimentaciones Es de dudar que alguna vez puedaelaborarse un procedimiento estrictamente cientiacutefico para el proyecto de cimentaciones aunque los progresoscientiacuteficos hayan contribuido mucho al perfeccionamiento de la teacutecnica Cuando un ingeniero experimentadocomienza a estudiar una obra nueva casi instintivamente desecha los tipos maacutes inadecuados de cimentacioacuteny se concentra en los maacutes prometedores Cuando su seleccioacuten se ha reducido a unas cuantas alternativasque se adaptan bien a las condiciones del subsuelo y a la funcioacuten de la estructura estudia la economiacutea relativade estas selecciones antes de tomar la decisioacuten finalLos ingenieros con menos experiencia pueden seguir un procedimiento semejante sin peligro de cometer errores serios si aprovechan los resultados de los estudios cientiacuteficos y el trabajo experimental de otros Sinembargo para que sea uacutetil esta informacioacuten debe estar organizada loacutegicamente Al elegir el tipo de cimentacioacuten el ingeniero debe dar los siguientes 5 pasos sucesivos

1 Obtener cuando menos informacioacuten aproximada con respecto a la naturaleza de la superestructura y de

las cargas que se van a transmitir a las cimentaciones2 Determinar las condiciones del subsuelo en forma general3 Considerar brevemente cada uno de los tipos acostumbrados de cimentacioacuten para juzgar si se puedenconstruirse en las condiciones prevalecientes si seriacutean capaces de soportar las cargas necesarias y sipudiera experimentar asentamientos perjudiciales En esa etapa preliminar se eliminan los tiposevidentemente inadecuados4 Hacer estudios maacutes detallados y auacuten anteproyectos de las alternativas maacutes prometedoras Para hacer estosestudios puede ser necesario tener informacioacuten adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsueloy generalmente deberaacuten extenderse lo suficiente para determinar el tamantildeo aproximado de las zapatas opilas o la longitud aproximada y numero de pilotes necesariosTambieacuten puede ser necesario hacer estimaciones maacutes refinadas de los asentamientos para predecir elcomportamiento de la estructura5 Preparar una estimacioacuten del costo de cada alternativa viable de cimentacioacuten y elegir el tipo que representela transaccioacuten maacutes aceptable entre el funcionamiento y el costo

En los pasos 3 y 4 se requiere el conocimiento del comportamiento probable de cada tipo de cimentacioacuten paracada tipo de condicioacuten del subsuelo

983223 Capacidad de carga y asentamiento

Habiendo supuesto que resulta praacutectico construir un tipo de cimentacioacuten determinado bajo las condicionesque prevalecen en el lugar es necesario juzgar el probable funcionamiento de la cimentacioacuten con respecto ados tipos de problemasPor una parte toda la cimentacioacuten o cualquiera de sus elementos pueden fallar porque el suelo o la roca seanincapaces de soportar la carga Por otra parte el suelo o roca de apoyo pueden no fallar pero el asentamientode la estructura puede ser tan grande o tan disparejo que la estructura puede agrietarse y dantildearse El malcomportamiento del primer tipo se relaciona con la resistencia del suelo o roca de apoyo y se llama falla por

capacidad de carga El del segundo tipo estaacute asociado a las caracteriacutesticas de la relacioacuten de esfuerzo-




deformacioacuten del suelo o roca y se conoce como asentamiento judicial En realidad los dos tipos de malcomportamiento frecuentemente estaacuten tan iacutentimamente relacionados que la distincioacuten entre ellos escompletamente arbitraria

Por ejemplo una zapata en arena suelta se asienta maacutes y maacutes fuera de proporcioacuten con el incremente decarga incluso hasta el punto en que para incrementos muy pequentildeos se producen asentamientos intolerablessin embargo no se produce un hundimiento catastroacutefico de la zapata en el terreno En otros casos la distincioacutenes clara una zapata colocada sobre arcilla firme que tiene un subestrato de arcilla blanda puede ser excesivoEn muchos problemas praacutecticos pueden investigarse los dos tipos de mal comportamiento separadamentecomo si fueran causas independientes Esta separacioacuten simplifica mucho el enfoque del ingeniero En cadauno de los capiacutetulos siguientes se considera una de las principales clases de depoacutesitos naturales En cadaclase se hace una lista de los diferentes tipos de cimentaciones y se describen meacutetodos para determinar lacarga que puede transmitirse con seguridad al suelo por la cimentacioacuten sin que se produzcan asentamientosexcesivos Finalmente se da para cada clase de depoacutesito natural un resumen de las dificultades deconstruccioacuten que puedan tener alguna influencia en la funcionalidad de cada tipo de cimentacioacuten

983223 Cargas de proyecto

La seleccioacuten de las cargas en las que debe basarse el proyecto de una cimentacioacuten influye no solamente enla economiacutea sino tambieacuten algunas veces hasta en el tipo de cimentacioacuten Ademaacutes las mismas condicionesdel suelo tienen influencia en las cargas que deberiacutean haberse consideradoCada unidad de cimentacioacuten debe ser capaz de soportar con un margen de seguridad razonable la cargamaacutexima a la que vaya a quedar sujeta aun cuando esta carga pueda actuar soacutelo brevemente o una vez en lavida de la estructura Si una sobrecarga o una mala interpretacioacuten de las condiciones del suelo hubieran detener como consecuencia simplemente un aumento excesivo de los asentamientos pero no una fallacatastroacutefica pudiera justificarse un factor de seguridad maacutes pequentildeo que si dicha falla pudiera producirseFrecuentemente se especifican en los reglamentos de construccioacuten las cargas maacuteximas las presionescorrespondientes en el suelo y las cargas en los pilotes estos requisitos son restricciones legales al proyectoque deben satisfacerse Sin embargo como no pueden considerarse todas las eventualidades el ingenierode cimentaciones debe asegurarse por siacute mismo que son seguras aunque satisfagan el reglamento Ademaacuteslas cargas que se requieren para las investigaciones de seguridad o para satisfacer los requisitos legales

pueden no ser adecuadas para asegurar el funcionamiento maacutes satisfactorio de la estructura con respecto alasentamiento

Por ejemplo como las arenas se deforman raacutepidamente bajo el cambio de esfuerzo los asentamientos de laszapatas en la arena acusa la carga real maacutexima a la que estaacuten sujetas Puede ser que la carga viva real nuncase aproxime al valor prescrito en el reglamento de construccioacuten mientras que las cargas muertas reales y lascalculadas deben ser praacutecticamente iguales Por lo tanto una columna que en el reglamento de construccioacutentenga una relacioacuten grande de la carga viva a la muerta probablemente se asiente menos que una que la tengapequentildea Asiacute para determinar las dimensiones de las zapatas que se apoyan en arena de modo que sufran igualasentamiento el ingeniero debe usar la estimacioacuten maacutes realista posible de las cargas vivas maacuteximas en vezde unas infladas arbitrariamente Por otra parte el asentamiento de una estructura apoyada en zapatas sobreuna arcilla saturada virtualmente no es afectado por una corta aplicacioacuten de una carga relativamente grandea una o maacutes zapatas siempre que no se llegue a una falla por capacidad de carga Debido a lo lento de larespuesta de la arcilla a las cargas aplicadas el asentamiento debe estimarse sobre la base de la cargamuerta maacutes la mejor estimacioacuten posible de la carga viva permanente en vez de tomar en cuenta la carga vivamaacuteximaEn cada proyecto seraacute necesario hacer una cuidadosa valoracioacuten de las condiciones peculiares del terreno yestructura de que se trate Como regla general debe aplicarse un factor de seguridad de 3 con las cargasespecificadas en los reglamentos de construccioacuten si el subsuelo no es de tipo anormal y si sus propiedadesse han investigado en forma correcta El facto de seguridad ordinariamente no debe ser menor de 2 aunquese conozcan las cargas maacuteximas con un grado de precisioacuten elevado y se conozcan excepcionalmente bienlas condiciones del suelo El asentamiento permisible depende del tipo de estructura y de su funcioacuten La cargatransmitida al suelo en la base de una pila de puente puede deberse en su mayor parte al peso muerto de lapila y el asentamiento correspondiente puede ser de varios centiacutemetros Si el asentamiento ocurre durante laconstruccioacuten de la pila no tiene importancia praacutectica




Si se produce durante un largo tiempo puede no tener consecuencias siempre que la superestructura sea dearmaduras sencillas o vigas en voladizo pero las consecuencias pueden ser serias si la superestructura esuna trabe o armadura continua Pocos edificios de concreto pueden soportar un asentamiento diferencial entrecolumnas adyacentes de maacutes de 2 cm sin mostrar algunos signos de dantildeo Una estructura de acero puedesoportar algo maacutes y una mamposteriacutea de ladrillo puede soportar tres o cuatro veces esta cantidad sin dantildeoserio El asentamiento irregular o erraacutetico es maacutes peligroso para una estructura de cualquier tipo que eluniformemente distribuido Ya que en el costo de una cimentacioacuten influye mucho la magnitud de losasentamientos diferenciales que se consideran tolerables el ingeniero no debe subestimar el asentamientoque su estructura puede soportarLas consideraciones anteriores se refieren a las cargas que influyen en el comportamiento del suelo o roca enque se apoya la cimentacioacuten Ademaacutes el proyecto estructural de los elementos de las cimentaciones deconcreto reforzado como zapatas cabezales para pilotes o losas como actualmente se hacen utilizandodisentildeo plaacutestico requieren que se asignen factores de carga que consideren la naturaleza de la misma y laprobabilidad de su ocurrenciaLa cimentacioacuten profunda seraacute usada cuando las cimentaciones superficiales generen una capacidad de cargaque no permita obtener los factores de seguridad o cuando los asentamientos generen asentamientosdiferenciales mayoresLas cimentaciones profundas se pueden usar tambieacuten para anclar estructuras contra fuerzas de levantamiento

y para colaborar con la resistencia de fuerzas laterales y de volteo Las cimentaciones profundas puedenademaacutes ser requeridas para situaciones especiales tales como suelos expansivos y colapsables o suelossujetos a erosioacuten Algunas de las condiciones que hacen que sea necesaria la utilizacioacuten de cimentaciones profundas se indicana continuacioacuten

a) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y demasiado deacutebiles parasoportar la carga transmitida por la estructura En estos casos se usan pilotes para transmitir la carga a la rocao a un estrato maacutes resistente

b) Cuando estaacuten sometidas a fuerzas horizontales ya que las cimentaciones con pilotes tienen resistencia por flexioacuten mientras soportan la carga vertical transmitida por la estructura

c) Cuando existen suelos expansivos colapsables licuables o suelos sujetos a erosioacuten que impiden cimentar las obras por medio de cimentaciones superficiales

d) Las cimentaciones de algunas estructuras como torres de transmisioacuten plataformas en el mar y losas desoacutetanos debajo del nivel freaacutetico estaacuten sometidas a fuerzas de levantamiento Algunas veces se usan pilotespara resistir dichas fuerzas

Estas consideraciones se establecen con el previo estudio geoteacutecnico realizado del terreno sobre el cual sepretende alcanzar el proyecto este a su vez puede dar distintas alternativas en cuanto a la cimentacioacuten de lasuperestructura logrando asiacute dejar a juicio del ingeniero la alternativa que mejor se adapte con los recursoscon los que cuenta (equipo maquinaria personal) asiacute como con la disponibilidad econoacutemica es decir laalternativa que sea menor sea el costo de su ejecucioacuten sin dejar a un lado la seguridad que pueda brindarEl elemento clave en la eleccioacuten del pilote es la estabilidad del terreno a la perforacioacuten determinar laestabilidad de un terreno con un estudio geoteacutecnico puede llegar a ser muy faacutecil cuando el terreno eshomogeacuteneo y tiene un grado de cohesioacuten alto y no existe agua con lo cual el terreno es claramente estableo muy difiacutecil cuando no se conocen alguna de las variables mencionadas anteriormente o el estudiogeoteacutecnico no es muy fiable De todas las variables mencionadas se debe extraer como conclusioacuten si el terrenoes estable o inestable si es inestable a que profundidad se encuentra dicha inestabilidad y cuaacutel es su potencia

55 Interpretacioacuten de resultados

Una vez concluidas todas las pruebas realizadas por el laboratorio de suelos y procesado todos los datosproporcionados por las mismas estas como ya se mencionoacute nos brindan informacioacuten sobre las caracteriacutesticasy propiedades del subsuelo que son de importancia para el ingeniero disentildee el mejor tipo de cimentacioacutenentre los resultados proporcionados por las distintas pruebas de laboratorio podemos mencionar




bull Granulometriacutea de un suelo

Diaacutemetro eficaz (D10) Abertura del tamiz por la que pasa el 10 de partiacuteculas del suelo Juega un importantepapel en el valor de la conductividad hidraacuteulica del suelo

Coeficiente de uniformidad Determina la uniformidad del suelo Un suelo con Cu = lt 2 se considera uniformemientras que un valor de Cu 10 indica que se trata de un suelo de una granulometriacutea muy diversa

Coeficiente de concavidad Proporciona informacioacuten sobre si el suelo estaacute bien o mal graduado Un suelo biengraduado tiene proporciones equilibradas de arena limo y arcilla Si hay tamantildeos de partiacutecula no presentesestaraacute mal graduado Un valor cercano a uno indica que el suelo estaacute bien graduado mientras que valoresmucho menores o muchos mayores indican suelos con una granulometriacutea muy diversa En general los suelosbien graduados se compactan mejor y pueden adquirir permeabilidad y deformabilidad maacutes bajas

Graduacioacuten de suelos en funcioacuten al porcentaje que pasan las mallasFuente Principios de ingenieriacutea de cimentaciones

bull Liacutemites de Atterberg

Liacutemite liacutequido (LL wL)

Es el contenido de humedad de un suelo expresado en porcentaje definido arbitrariamente como la fronteraentre sus estados plaacutestico y semiliacutequido Un liacutemite liacutequido alto indica una alta elasticidad del suelo

Liacutemite plaacutestico (LPwP)

Es el contenido de humedad de un suelo expresado en porcentaje definido arbitrariamente como la fronteraentre los estados semisoacutelido y plaacutestico

Iacutendice plaacutestico (IP)

Se define como el rango de contenido de humedad de un suelo en el cual un suelo se comporta plaacutesticamenteNumeacutericamente es la diferencia entre el liacutemite liacutequido y el liacutemite plaacutestico Un valor muy alto del iacutendice plaacutesticosignifica una alta probabilidad de hinchamiento La plasticidad se corresponde con otras propiedades del suelocomo son la cohesioacuten la permeabilidad el entumecimiento o la compresibilidad No interesa que el materialtenga plasticidad porque si se aplica una carga el material se deforma Es recomendable por tanto suelosque tengan comportamiento elaacutestico con deformaciones recuperables por lo que conviene que el IP seapequentildeo




Otra aplicacioacuten de estos dos ensayos mencionados anteriormente es la clasificacioacuten del SUCS (SistemaUnificado de Clasificacioacuten de Suelos) Esta es la clasificacioacuten utilizada para agrupar los suelos en todos lostrabajos geoteacutecnicos y se basa en la granulometriacutea del material y en su plasticidad Es decir que para clasificar cualquier suelo seguacuten esta clasificacioacuten necesitaremos haber efectuado los ensayos de Granulometriacutea yLiacutemites de Atterberg

bull Contenido de humedad

El contenido de agua es una de las propiedades fiacutesicas maacutes significativa debido a que con eacuteste se estableceuna correlacioacuten entre el comportamiento del suelo y sus propiedades iacutendices El contenido de humedad es deimportancia debido a que cuando el suelo se encuentra maacutes saturado su resistencia disminuye y viceversaesto puede ser un factor de riesgo para el ingeniero estructurista en el sentido que cuando se realicen dichosestudios el suelo no se encuentre en sus condiciones normales por lo cual esta afectara en cuanto a lasdimensiones de la cimentacioacuten Tambieacuten se puede mencionar que el contenido de humedad contribuye alcaacutelculo de la humedad oacuteptima sobre la cual se compactara

bull Corte directo

Cohesioacuten Es la maacutexima resistencia del suelo a la tensioacuten Resulta de la compleja interaccioacuten de muchosfactores como la adherencia coloidal de la superficie de las partiacuteculas la tensioacuten capilar de las peliacuteculas deagua la atraccioacuten electrostaacutetica de las superficies cargadas las condiciones de drenaje y el historial deesfuerzos Soacutelo existe verdaderamente cohesioacuten en el caso de arcillas que tienen contacto de canto con caraentre sus partiacuteculas Este es un paraacutemetro que nos puede indicar la estabilidad intriacutenseca del terreno A mayor cohesioacuten mayor probabilidad de que el terreno sea estable Angulo de friccioacuten interna El aacutengulo de Friccioacuten interna F resulta por una parte de la friccioacuten mecaacutenica directaentre granos y por la trabazoacuten entre ellos su valor para suelos grueso - granulares depende principalmentede la densidad forma de los granos y gradacioacuten como la mayor parte de la resistencia al cortante de estossuelos proviene del entrelazamiento entre los granos y no de la friccioacuten directa entre los mismos los valoresde F se encuentran asociados a las magnitudes maacutes altas del iacutendice de plasticidad lo que muestra la influenciaen ello de la composicioacuten mineraloacutegica de otro lado el contenido de agua de tales suelos y la velocidad deaplicacioacuten de las cargas y las condiciones de drenaje dan lugar a variaciones importantes en la friccioacuten interna

bull Penetracioacuten estaacutendar

Estratigrafiacutea la existencia distintos suelos puede condicionar el tipo de cimentacioacutenCapacidad de carga admisible Este valor esta correlacionada al valor de los ensayos de penetracioacuten estaacutendar SPT el cual presenta como su nombre lo dice la capacidad de carga que el subsuelo es capaz de resistir por lo cual queda a criterio del ingeniero estructurista considerar este valor para el disentildeo optimo del tipo decimentacioacuten

Nivel freaacutetico El agua es el elemento que en la mayoriacutea de las veces perjudica a la estabilidad El aumento decota del nivel freaacutetico Implica disminucioacuten de presioacuten efectiva (aumenta la presioacuten neutra que se ha de restar a la total) por tanto disminuye la resistencia eso indica peligro de posible licuefaccioacuten de material granular fino saturado sobre todo por terremotos

Rechazo a la penetracioacuten con punta coacutenica (RPC) Este paraacutemetro es el buscado para este tipo de ensayoya que a esta profundidad se logra identificar que el suelo presenta una consistencia densa por consiguientepresenta buena capacidad de carga

Resistencia a la penetracioacuten Es el nuacutemero de golpes de un martillo de peso especificado y con una distanciade caiacuteda establecida requerida para producir una penetracioacuten dada en el suelo de un pilote tuberiacutea derevestimiento o tubo de muestra con el cual se pueden correlacionar otros paraacutemetros como son aacutengulo defriccioacuten interna densidad relativa deformabilidad resistencia a compresioacuten simple y la compacidad del suelo




Correlacioacuten entre los resultados del ensayo SPT y la densidad relativa de arenas propuestos por Terzaghi y Peck

Fuente Principios de Cimentaciones Profundas

Correlacioacuten entre los resultados del SPT y el aacutengulo de rozamiento interno en arenas propuestas por

Terzaghi y PeckFuente Principios de Cimentaciones Profundas

Correlacioacuten entre los resultados del ensayo SPT la consistencia de arcillas y la resistencia acompresioacuten simple propuestos por Meyerhof


Todos estos resultados pretenden dar informacioacuten sobre la compacidad y la estabilidad del terreno Para laeleccioacuten del tipo de pilote es necesario tener en cuenta otros factores como son el espacio disponible para lamaquinaria existencia o no de edificios la existencia de cavidades subterraacuteneas o la existencia decimentaciones antiguas

56 Disentildeo geoteacutecnico de pilotes

Descripcioacuten de meacutetodos de disentildeo de fundaciones profundas

Ecuaciones para estimar la capacidad de un pilote

La capacidad uacuteltima de carga de un pilote se logra por una simple ecuacioacuten como la suma de la carga tomadaen la punta del pilote maacutes la resistencia total por friccioacuten (friccioacuten superficial) generaraacute en la interfaz suelo-pilote

DondeQu= capacidad uacuteltima del piloteQp= capacidad de carga de la punta del piloteQs= resistencia por friccioacuten




Numerosos estudios publicados tratan la determinacioacuten de los valores de Qp y Qs Excelentes resuacutemenes demucha de esa investigacioacuten de fueron proporcionadas por Vesic (1927) Meyerhof (1976) y Coyle y Castello(1981) Al estudio son una valiosa ayuda en la determinacioacuten de la capacidad la uacuteltima de los pilotes

983223 Capacidad de carga de la punta Qp

La capacidad uacuteltima de carga de cimentaciones superficiales se analiza de acuerdo a las invenciones deTerzaghi similarmente la ecuacioacuten general de capacidad de carga para cimentaciones superficiales es

Por lo tanto en general la capacidad uacuteltima de carga se expresa con

Donde NcNqNγ son los factores de capacidad de carga que incluyen los factores necesarios de forma yprofundidad

Las cimentaciones con pilotes son profundas Sin embargo la resistencia uacuteltima qp por aacuterea unitariadesarrollada en la punta del pilote se expresa por una ecuacioacuten similar a aunque los valores deNcNqNγ seraacuten diferentes

Como el ancho D de un pilote es relativamente pequentildeo el teacutermino se cancela del lado derecho dela ecuacioacuten anterior en introducir un serio error o

El teacutermino q fue reemplazado por qacute para indicar un esfuerzo vertical efectivo

Consiguiente la carga de punta del pilote es

Donde Ap= aacuterea de la punta del piloteC= cohesioacuten del suelo que soporta la punta del piloteqp= resistencia unitaria de puntaqacute= esfuerzo vertical efectivo al nivel de punta del pilote

= factores de capacidad de carga

983223 Resistencia por friccioacuten Qs

La resistencia por friccioacuten o superficial de un pilote se expresa como

DondeP= periacutemetro de la seccioacuten del piloteL= longitud incremental del pilote sobre eacutel la cual p y f se consideran constantesF= resistencia unitaria por friccioacuten a cualquier profundidad z

Hay varios meacutetodos para estimar Qp y Qs Debe recalcarse que en el campo para movilizar plenamente laresistencia de la punta (Qp) el pilote de desplazarse de 10 a 25 del ancho o diaacutemetro del pilote




983223 Meacutetodo de meyerhof estimacioacuten de Qq

Arena

La capacidad de carga de punta Qp de un pilote en arena generalmente crece con la profundidad deempotramiento en el estrato de apoyo y alcanza un valor maacuteximo para una relacioacuten de empotramiento deLbD=(LbD)cr Note que en el suelo homogeacuteneo Lb es igual a la longitud real L de empotramiento del pilote

Sin embargo donde el pilote penetroacute en un estrato de apoyo Lb ltL Maacutes allaacute de la relacioacuten de empotramientocriacutetico (LbD)cr el valor de qp permanece constante (Qp=Qt) Es decir L=Lb para el caso de un suelohomogeacuteneo Lo de que la curva de rayas es para la determinacioacuten de Nc y que la curva llena es para ladeterminacioacuten de Nq De acuerdo con Meyerhof (1976) los autores de capacidad de carga crecen con LbDY alcanza un valor maacuteximo en LbD_05(LbD)cr (LbD)cr para _=45deg es aproximadamente de 25 y quedecrece al disminuir el aacutengulo de friccioacuten _ En la mayoriacutea de los casos la magnitud de LbD

PARA pilote es mayor de 05(LbD)cr por lo que los valores maacuteximos de Nc y Nq seraacuten aplicables para elcaacutelculo de Qp en todos los pilote La variacioacuten de estos valores maacuteximos de Nc y Nq con el aacutengulo de friccioacutenφ

Para pilotes en arena c=0 y la ecuacioacuten toma la forma simplificada

Sin embargo Qp no debe exceder el valor liacutemite o sea

La resistencia de punta liacutemite es

Dondeφ= aacutengulo de friccioacuten del suelo en el estrato de apoyo En unidades inglesas la ecuacioacuten toma la forma




Con base en observaciones del campo Meyerhof (1976) sugirioacute tambieacuten que la resistencia de punta uacuteltimaqp en un solo granular homogeacuteneo (L=Lb) se obtenga de los nuacutemeros de penetracioacuten estaacutendar como

DondeNcor= nuacutemero de penetracioacuten estaacutendar corregido promedio cerca de la punta del pilote (aproximadamente

10D arriba y 4D abajo de la punta del pilote)

983223 Arcilla (condicioacuten =0)

Para pilote en arcilla saturadas en condiciones no drenadas (φ=0)

Dondecu= cohesioacuten no drenadas del suelo debajo de la punta del pilote




983223 Meacutetodo de Janbu estimacioacuten de Qp

Janbu (1976) propuso calcular Qp con la expresioacuten

Los factores de capacidad de carga Nc y Nq se calculan suponiendo una superficie de falla en el suelo en lapunta del pilote similar a la mostrada en la figura siguiente Las relaciones de capacidad de carga son entonces

El aacutengulo ηacute se define en la siguiente figura

Factores de capacidad de apoyo Janbu

La figura anterior muestra la variacioacuten de Nc y Nq con φ y ηacute El aacutengulo ηacute variacutea aproximadamente 70deg enarcilla blanda de aproximadamente 105deg en suelo arenoso denso

Independientemente del procedimiento teoacuterico usado para calcular Qp su magnitud plena no se obtiene sinohasta que el pilote ha penetrado por lo menos 10 y 25 de su ancho Esta profundidad criacutetica en el caso de

arena




La friccioacuten unitaria superficial crece con la profundidad maacutes o menos linealmente hasta una profundidad de Lacutey permanece luego constante La magnitud de la profundidad criacutetica Lacute esteacute entre 15 y 20 diaacutemetros del piloteUna estimacioacuten conservadora seriacutea Lrsquo = 15D3 a profundidad similar la friccioacuten unitaria superficial en arena suelta es mayor para un pilote de alto delanzamiento que para un pilote debajo de lanzamiento4 A profundidad similar los pilotes perforados o hincados parcialmente con chorro de agua a gran presioacutentendraacuten una friccioacuten unitaria superficial menor que en el caso de pilotes hincados




En realidad la magnitud de K variacutea con la profundidad Es aproximadamente igual al coeficiente Kp depresioacuten pasiva de rankine en la parte superior del pilote y menor que el coeficiente K0 de la presioacuten en reposouna profundidad mayor Con base en los resultados disponibles actualmente los siguientes valores promediode K son recomendados para usarse en la ecuacioacuten

Meyerhof tambieacuten indicoacute que la resistencia por friccioacuten unitaria promedio fprom para pilotes hincados de granemplazamiento se obtiene con los valores de la resistencia a la penetracioacuten estaacutendar corregido promedio como

Donde Ntildecor = valor corregido promedio de la resistencia a la penetracioacuten estaacutendar en unidades inglesas




el coeficiente K de presioacuten lateral de tierra que fue determinado por observaciones de campo se muestra enla figura siguiente

983223 Resistencia por friccioacuten (superficial) en arcilla

La estimacioacuten de la resistencia por friccioacuten de pilote en arcilla es casi tan difiacutecil como en arena debido a lapresencia de variables que no son cuantificadas faacutecilmente Actualmente se dispone en la literatura teacutecnica de varios meacutetodos para obtener la resistencia unitaria por friccioacuten de pilote Tres De los procedimientos actualmente afectados se describen a continuacioacuten

1 Meacutetodo λ Este fue propuesto por Vijayvergiya y focht (1972) Se basa en la hipoacutetesis de que eldesplazamiento del suelo causado por el hincado del pilote conduce a una presioacuten lateral pasiva a cualquier profundidad y que la resistencia unitaria superficial promedio es




Variacioacuten de K con _ (seguacuten Coyle y Castello 1981)

Donde = esfuerzo vertical efectivo medio para toda la longitud de empotramientoCu= resistencia cortante media no drenada

El valor de φ cambia con la profundidad de la penetracioacuten del pilote la resistencia total por friccioacuten entoncesse calcula como













61 Disentildeo Estructural







62 Cabezal de pilotes







63 Calculo de la zapata ndash pilote










631 Disentildeo del cabezal como elemento sometido a flexioacuten y corte






















632 Disentildeo del cabezal como estructura reticular o meacutetodo de las bielas




Formas de anclaje de la armadura principal

Disposicioacuten de la armadura secundaria




632 Encepado riacutegido sobre varios pilotes




Mecanismo de bielas y tirante en un encepado de tres pilotes

Meacutetodo de bielas y tirantes en un encepado de cuatro pilotes




Armadura principal en un encepado de cuatro pilotes




Disposicioacuten de la armadura principal

633 Documentacioacuten teacutecnica para un caacutelculo de pilotaje







Si el aacuterea de los cabezales es considerablemente menor de la mitad del aacuterea total cubierta por la

estructura los pilotes se disponen en grupos que contienen zapatas comunes pero si el aacuterea es

considerablemente mayor que la mitad del aacuterea ocupada por la estructura se proyecta una platea

soportada por un solo grupo de pilotes en cuyo caso la separacioacuten entre los mismos se aumenta

hasta conseguir una distribucioacuten regular La distancia de los pilotes perimetrales al borde del cabezal

se considera a D2

Separacioacuten miacutenima de centro a centro de pilotes




Aplicacioacuten de los procedimientos para el disentildeo de pilotes

Ejemplo de aplicacioacuten de disentildeo geoteacutecnico y estructural de pilotes de concreto colados en sitio para

el edificio de 4 niveles una vivienda unifamiliar

El terreno se ubica en la zona de Obrajes sobre la avenida 14 de septiembre entre la calle 8 y 9

Nota Cabe aclarar que para el ejemplo a desarrollar se utilizaraacute el estudio de suelos del proyecto

edificio Mariacutea Yolanda donde se recomendaron cimentaciones profundas
















Resultados obtenidos del estudio de suelos

En la siguiente tabla se resume las condiciones del suelo detectadas en las perforaciones y ensayos

de laboratorio realizados




La capacidad de carga admisible del subsuelo correlacionada a traveacutes de los

Ensayos de Penetracioacuten Estaacutendar es variable seguacuten cada sondeo y profundidad

Disentildeo geoteacutecnico

De acuerdo al estudio de mecaacutenica de suelos del edificio Maria Yoalnda se proponen los siguientes

valores La longitud estimada del pilote dependeraacute de la profundidad a la que se encuentre una

capacidad de carga admisible del suelo no menor de 5kgcm2 y la seccioacuten del pilote se propone

seguacuten criterio y experiencia del estructurista

Datos Estimados

Longitud del pilote= 70 metros (L)

Seccioacuten del pilote= 50 cm (D)

Nota El pilote se encuentra prolongado sobre el estrato del suelo compacto para el cual γ suelo=

1900 Kg m3 yφrsquo= 30deg iquestcalcular la capacidad de carga del suelo

Solucioacuten Utilizando el Meacutetodo de Meyerhof y Janbu por ser el maacutes desfavorable para la capacidad

de carga por punta Qp y Qs

Caacutelculo de carga por punta del pilote

Meyerhof




Jambu

Caacutelculo de carga por friccioacuten

Para el caacutelculo de la carga por friccioacuten se elegiraacute el sondeo donde se obtengan las capacidades de

los estratos del suelo maacutes desfavorables

Correlaciones de pruebas de penetracioacuten estaacutendar




Debido a que el pilote atraviesa varios estratos la carga admisible total es la suma de las

contribuciones de los diferentes estratos encontrados en el sondeo S‐1 Tomando en cuenta los

valores de NSPT encontrados en las diferentes profundidades se tiene la ecuacioacuten

Disentildeo estructural

Datos

2400




Numero de pilotes

Revisioacuten de esfuerzo en cada pilote por la accioacuten combinada de carga axial y flexioacuten biaxial




Carga en cada pilote

Evaluando cargas de servicio




El factor de capacidad admisible para cargas accidentales oscila alrededor de 150 por lo tanto

asumiendo 150 tenemos 15Qadm




Evaluando condiciones de cargas factoradas




Evaluando punzonamiento alrededor de la columna

Evaluando Punzonamiento alrededor del pilote tenemos




Disentildeo de zapata por flexioacuten




Colocar 12 φ en ambos sentidos en el lecho inferior

Encontrando Refuerzo longitudinal del pilote tenemos

Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm

Usamos φ de 20 cada 15

Encontrando Refuerzo transversal del pilote tenemos

El refuerzo transversal seraacute una heacutelice continua de paso constante (S)

15

Espiral φ 12



Usar φ de 12 cada 45 cm

Revisioacuten de la capacidad de carga del pilote




propiedades del terreno soportante Estas deformaciones tienen lugar siempre y su suma produce asientos delas superficies de contacto entre la cimentacioacuten y el terrenoLa conducta del terreno bajo tensioacuten estaacute afectada por su densidad y por las proporciones relativas de agua yaire que llenan sus huecos Estas propiedades variacutean con el tiempo y dependen en cierto modo de otrosmuchos factores

bull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia de la compactacioacuten del terrenobull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia del desplazamiento de las partiacuteculasbull Variacioacuten del volumen de huecos como consecuencia de la deformacioacuten de las partiacuteculas del

terreno

Los cimientos constituyen los subsistemas de cualquier edificacioacuten que transmiten directamente las cargas deesta hacia el suelo o terreno su funcioacuten es distribuir las cargas del edificio dispersaacutendolas en el sueloadyacente de modo que eacuteste y los materiales que los sostienen tengan suficiente fuerza y rigidez parasoportarlas sin sufrir deformaciones excesivas

Debido a las interacciones de suelos y cimientos las caracteriacutesticas de los suelo o terrenos sobre los que seconstruye influyen de modo determinante en la seleccioacuten del tipo y tamantildeo de los cimientos usados estos

uacuteltimos a su vez afectan significativamente el disentildeo de la superestructura el tiempo de construccioacuten deledificio y en consecuencia los costos de la obra

Por tanto para lograr una edificacioacuten segura y econoacutemica es fundamental disponer de cierto conocimiento dela mecaacutenica de suelos y del disentildeo de cimentacionesEl estudio de los suelos sus propiedades y comportamiento desde el punto de vista de la ingenieriacutea civil esel campo de la Mecaacutenica de Suelos

42 Propiedades Fiacutesicas de los suelos o terrenos

Los geoacutelogos definen los suelos o terrenos como rocas alteradas mientras que los ingenieros prefierendefinirlos como el material que sostiene o carga el edificio por su baseLos materiales que estaacuten presentes en los suelos naturales se clasifican en cuatro tipos

bull arenas y gravabull limosbull arcillasbull materia orgaacutenica

Las arenas y grava son materiales granulares no plaacutesticosLas arcillas se componen de partiacuteculas mucho maacutes pequentildeas exhiben propiedades de plasticidad y son muycohesivas

Los limos son materiales intermedios en el tamantildeo de sus partiacuteculas y se comportan de modo tiacutepico comomateriales granulares aunque pueden ser algo plaacutesticosLa materia orgaacutenica consta principalmente de desechos vegetales

El origen de las capas de suelo o terreno (edafoloacutegicas) y la forma como se depositan arroja mucha luz sobresu naturaleza y variabilidad en el campoLos suelos son de dos oriacutegenes residual y sedimentarioLos suelos residuales se forman in situ por la intemperizacioacuten quiacutemica de las rocas y puesto que jamaacutes hansido perturbados fiacutesicamente conservan las caracteriacutesticas geoloacutegicas menores del material rocoso de origen(En el campo la transicioacuten de roca a suelo suele ser gradual)

Los suelos sedimentarios son transportados y depositados por la accioacuten de riacuteos mares glaciares y vientosEn general el mecanismo de sedimentacioacuten regula la granulometriacutea (tamantildeo de las partiacuteculas) susvariaciones y la estratigrafiacutea y uniformidad de las capas edafoloacutegicas

Para la completa identificacioacuten de un suelo o terreno el ingeniero necesita saber lo siguiente






















Humedad del suelo












































A) Micropilotes





B) Pilotes





C) Pilas













A) Pilotes de acero

































































y








Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




15

Espiral φ 12


























Humedad del suelo












































A) Micropilotes





B) Pilotes





C) Pilas













A) Pilotes de acero

































































y








Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12








































A) Micropilotes





B) Pilotes





C) Pilas













A) Pilotes de acero

































































y








Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




15

Espiral φ 12








C) Pilas













A) Pilotes de acero

































































y








Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12












A) Pilotes de acero

































































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Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































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983223 Contenido









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bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12





























































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Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































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983223 Contenido









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bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12









Accioacuten lateral







s=s1+s2+s3




































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12





































praacutecticas


























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























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se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12






























983223 Contenido









983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























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se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12












983223 Contenido





































































































bull Corte directo












































Arena



























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se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




15

Espiral φ 12
































































































bull Corte directo












































Arena



























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




15

Espiral φ 12










































Arena



























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Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12
























arena





















































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12

























































































































se considera a D2







































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12










































Datos Estimados








Meyerhof




Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12








Jambu












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12












Datos

2400




Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12








Numero de pilotes






























Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12

































Usando φ de 20

N = (1963314) = 625 cm




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Espiral φ 12





diseño de pilotes de hormigon armado

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