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Doctorado: El Requisito Básico de Seguridad Estructural en la Ley Orgánica de la Edificación: Código Técnico de la Edificación

Documento básico SE-CSeguridad estructural

Cimientos

Tema 5: Cimentaciones profundas. El pilote aislado

José Luis de Justo Alpañés Juan Diego Bauzá CastellóCatedrático de Universidad Profesor Asociado

Departamento de Mecánica de Medios ContinuosUniversidad de Sevilla


ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

OBJETO DE LOS PILOTES

TIPOS DE PILOTES

CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADO SOMETIDO A CARGAS VERTICALES

COEFICIENTES DE SEGURIDAD

FÓRMULAS DE HINCA


INTRODUCCIÓN (SE-C)A efectos del CTE se considera que una cimentación es profunda si su extremo inferior en el terreno está a una profundidad superior a 8 veces su diámetro o ancho

Se contempla cuando no es técnicamente viable o conveniente la ejecución de una cimentación superficial

Según el CTE hay tres tipos de cimentaciones profundas:Pilote aislado: Está a una distancia suficientemente alejada de otros pilotes como para que no tenga interacción geotécnica con ellosGrupo de pilotes: Cuando por su proximidad interaccionan entre sí y se considera que trabajan conjuntamenteZonas pilotadas:

• Se disponen amplias zonas con grupos de pilotes repartidos• Persiguen reducir asientos o el riesgo de hundimiento• Suelen ser pilotes de escasa capacidad portante individual• Regularmente espaciados o situados en puntos estratégicos

Micropilotes: Compuestos por una armadura metálica de tubos, barras o perfiles introducidos dentro de un taladro de pequeño diámetro, a veces inyectados con lechada de mortero a presión


OBJETO DE LOS PILOTES

Transferir cargas a través de agua o suelo blando hasta un estrato duro adecuado, con pilotes “columna”

Transferir cargas a estratos más profundos que aseguren un aumento de la carga de hundimiento y disminución de asientos

Dado que a mayor presión efectiva de un suelo mayor es su carga de rotura y menores los asientos para un mismo incremento de presiónSe interesa una mayor masa de suelo en el sostenimiento de la estructura

Anclar estructuras sometidas a la subpresión o a fuertes momentos (pilotes de tracción)

Para resistir fuertes cargas horizontales o inclinadas (pilotes inclinados)

Formar pantallas de pilotes

Transmitir cargas a estratos más profundos, no sometidos a cambios de volumen (pilotes en arcillas expansivas)

Para compactar terrenos flojos (pilotes de compactación)

Para recalce de obras (pilotes y micropilotes)


TIPOS DE PILOTES (SE-C)

CLASIFICACIÓN DE LOS PILOTES:Por la forma de trabajo:

• Pilotes de punta. Se alcanza un estrato resistente en la punta.• Pilotes de fuste. No se alcanza un estrato claramente más duro.

Por el tipo de material:• Hormigón “in situ”• Hormigón prefabricado• Otros materiales:

– Acero– Madera– Mixtos

Por el procedimiento constructivo:• Pilotes prefabricados hincados (pilotes de desplazamiento): Sin

excavación previa• Pilotes hormigonados in situ: el hormigonado se realiza dentro

del terrenoPor la forma de la sección transversal



POR LA FORMA DE TRABAJO:Por fuste: Cuando al no existir un nivel claramente más resistente al que transmitir la carga del pilotaje, éste transmite su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste (pilotes “flotantes”)Por punta: Cuando existe a cierta profundidad un estrato claramente más resistente, y las cargas del pilotaje se pueden transmitir fundamentalmente por la punta (pilotes “columna”)



POR LA FORMA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL:La sección transversal del pilote suele ser circular o poligonal regular (cuadrada, hexagonal u octogonal)Se asimilan a elementos cilíndricos de longitud L y de diámetro D

• Cuando se quiere evaluar la capacidad portante por la punta, se hace la equivalencia igualando el área de la sección transversal:

Siendo A la sección transversal del área de apoyo• Para la resistencia por fuste, se hace la equivalencia en la longitud

del contorno de la sección (perímetro), p, esto es:

• En pilotes metálicos en H, la longitud de contorno se toma igual al doble de la suma del ancho del ala más el canto

ADeq ⋅=π4

πpDeq =



POR EL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO:Pilotes prefabricados hincados:

• Se produce un desplazamiento del terreno, ya que el pilote se introduce sin hacer excavaciones previas que faciliten su alojamiento

• Se hincan por vibración o percusión con golpes de maza• Pueden estar constituidos por la unión de varios tramos, mediante las

correspondientes juntas• La resistencia del pilote nunca será superior a la de las juntas• Se puede construir aislados si se arriostran en dos direcciones

ortogonales. Si, aun así, existen momentos, los deberán resistir las armaduras del pilote.

Pilotes hormigonados “in situ”. Pueden ser de extracción o de desplazamiento.

– D < 0,45 m: En general no se deben ejecutar pilotes aislados– 0,45 m < D < 1,00 m: Se pueden realizar pilotes aislados siempre

que se arriostren en dos direcciones ortogonales– D > 1,00 m: Se pueden realizar pilotes aislados sin necesidad de

arriostramiento, pero hay que armarlos para las excentricidades y momentos resultantes


TIPOS DE PILOTESSe pueden distinguir los siguientes tipos principales de pilotes, según el material y el modo de ejecutarlos:

Pilotes de maderaPilotes prefabricados de hormigónPilotes tubulares postesadosPilotes de perforaciónPilotes de perforación de gran diámetroElementos de pantallaPilotes apisonadosPilotes de acero


PILOTES DE MADERASe emplean desde el Neolítico (5.000 años a.C.):

En la actualidad se emplean muy pocoSon de desplazamiento: Se hincan a golpes

Si se encuentran situados por encima del nivel freático pueden durar 25 años, pero no son permanentesSirven para generar zonas pilotadasVentajas:

Bajo coste por metro de piloteMaterial dúctil: Muy conveniente en zonas sísmicasBajo el nivel freático se conservan, en general, satisfactoriamente

Inconvenientes:Longitud limitadaPueden astillarse durante la hinca (atravesando roca o bolos)No son permanentes (sobre todo en zona de oscilación del N.F.); se puede solucionar tratando la madera con creosota


PILOTES METÁLICOSSe utilizan mucho en los países nórdicos y muy poco en España

Son vigas de perfil HEB en “doble T” que se clavan en el terreno

Pueden presentar el problema de la corrosión (v. Schwerdtfeger, 1965)

En general, este problema es más importante en suelos con resistividad inferior a 500 Ω cmSe resuelve con tratamientos de pintura o protección catódica

Se emplean cuando hay limitaciones al hormigonado:Plazos reducidosTemperaturas bajas permanentesContención de deslizamientos


PILOTES PREFABRICADOS DE HORMIGÓNSe fabrican en el exterior antes de su colocación:

En obra: Requiere espacio para su fabricación o almacenamiento.En fábrica (más habitual): Mejor calidad

Se hincan, al menos en parte, a golpes

Carga máxima: 1500 – 1600 kN (150-160 t) (para hormigones de resistencia 35-45 MPa)

Si la longitud es superior a 15 m se colocan sectores de pilotescon juntas, por problemas de transporte y manejo

Si se utilizan pilotes de una sola pieza, el terreno debe ser homogéneo:

Es preferible que todos los pilotes tengan longitudes similaresComo la estratigrafía es, en parte, interpretada, se suelen hacer más largos de lo previsto y luego se cortan, una vez que se ha alcanzado una penetración fijadaTambién pueden acoplarse mediante juntas si se han quedado cortos

Si las puntas de los pilotes encuentran una superficie rocosa lisa inclinada, pueden deslizar sobre ella, perdiendo su verticalidad


PILOTES PREFABRICADOS DE HORMIGÓNVentajas:

Carga de trabajo elevada (fck>35 MPa)Adecuados para terrenos agresivos (tratados)Se prueba cada pilote con la hinca (registro): Se exige un “rechazo”Bastante permanentesRapidez de ejecuciónPueden construirse inclinadosSe puede eliminar el “rozamiento negativo” pintándolos con betún

Inconvenientes:Precisan armaduras para la colocación (flexiones en el manejo)Mucho espacio si se fabrican en obra (fabricación, curado..)Pueden dañarse durante la hinca o desviarseRequieren equipo pesado para manejo e hincaProducen vibraciones en el terreno (zonas urbanas)

Con juntas se evita la limitación en el transporte:Se pueden alcanzar profundidades de hasta 90 mSuelen tener juntas machihembradasExiste un azuche para atravesar o empotrar en estratos duros


PILOTES DE PERFORACIÓNSon los pilotes hormigonados in situ que se construyen haciendo un orificio en el terreno, hasta la profundidad deseada, y rellenándolo con hormigónSe emplean más en zonas urbanas que los prefabricados, por los problemas de vibración de estos últimosSe construyen con diámetros entre 350 y 3000 mmVentajas:

Carga de trabajo relativamente altasBastante permanentes. En terrenos agresivos se fabrican con cemento resistente.Se hacen de la longitud deseadaNo hay daño por manejo e hincaLas vibraciones son pequeñas, sólo la hinca del revestimiento

Inconvenientes:No se pueden hacer inclinadosAflojan los terrenos arenosos en la excavaciónPueden estrangularse al retirar el revestimiento o la hélice


TIPOS DE PILOTES DE PERFORACIÓN

Entubación recuperable

Entubación perdida

Sin entubación

Fabricado con lodos

Barrena continua


PILOTES DE PERFORACIÓNEntubación recuperable, entubación perdida y sin entubación

ENTUBACIÓN RECUPERABLE:• Se realiza la excavación protegiéndola con un tubo que avanza con ella

(revestimiento)• La excavación se suele realizar con cuchara bivalva. Si el terreno es muy

duro, se requiere emplear previamente el trépano antes de usar la cuchara

• Una vez terminada la perforación se coloca la armadura• Se hormigona con trompa, retirando la entubación evitando cortar el

pilote (al menos 2D de hormigón dentro del tubo)• Se pueden realizar pilotes de hasta 1.500 mm de diámetro y 25 m de

profundidad• Adecuados para pilotes donde exista un relleno de tipo aluvial, bolos, o

cantos

ENTUBACIÓN PERDIDA• Si hay corrientes de agua, huecos, terrenos muy agresivos o muy blandos

se deja la entubación perdida o se coloca en su interior una camisa perdida.


PILOTES DE PERFORACIÓN

Pilotes sin entubaciónEn arcillas firmes, a veces las paredes de la excavación se sostienen sin entibación.La excavación se realiza con una barrena corta o un cubo Por este procedimiento se han hecho pilotes hasta de 3.000 mm de diámetro y hasta 60 m de longitud.


PILOTES DE PERFORACIÓNPILOTES PERFORADOS CON LODOS:

Las paredes de la perforación se mantienen estables rellenándola con lodos bentoníticosNo valen para suelos con bolos (los lodos se “van”)Es un sistema más económico que el de entubación recuperableProceso:

• Se ejecuta un antepozo que sirve de guía.• Con una cuchara bivalva se extrae el terreno.• No se emplea revestimiento: Las paredes se mantienen rellenando la

perforación con lodo bentonítico que al tener mayor densidad que el agua y mayor altura que el N.F., sostiene por empuje hidrostático y crea una película en las paredes (“cake”).

• La excavación circular es muy estable por el efecto “arco”• Una vez terminada la excavación hay que limpiar el fondo para evitar un

“colchón” blando en la punta del pilote• Se hormigona con trompa de abajo a arriba, introducida un mínimo de 4

m en la masa para que el hormigón sucio salga a la superficie.• El hormigón que se emplea es muy fluido


Pilotes de perforación: pilotes de barrena continua

Gran rapidez y economía de ejecución.

Se perfora con barrena helicoidal hasta la profundidad deseada. La barrena debe tener como mínimo la longitud de la perforación.

Se hormigona desde el fondo a presión. El hormigón desaloja la barrena y el terreno. Precisa un hormigón fluido.

Finalmente se coloca la jaula de armadura mediante vibración. Es muy difícil colocar armadura profunda. Las limitaciones de longitud vienen fijadas por la de la hélice:

Para D = 350 mm ⇒ l < 23 mPara D = 1.000 mm ⇒ l < 15 m



PILOTES DE BARRENA CONTINUA:VENTAJAS:

• Ausencia de vibraciones que puedan afectar a edificios• Altera poco la arcilla de las paredes y del fondo• Por la rapidez con que se realiza la excavación, el

reblandecimiento del terreno durante la perforación es pequeño

• No quedan detritus en el fondo de la excavación, ya que la punta de la barrena sólo se separa del fondo cuando el hormigón bombeado alcanza una presión entre 5 y 10 kp/cm²

• También se limita el riesgo de estrangulación si el control es adecuado, ya que es el hormigón el que empuja la barrena



PILOTES DE BARRENA CONTINUA:INCONVENIENTES:

• Limitación en la longitud de la armadura

• Dificultad de colocar la armadura con sus recubrimientos, y la dificultad para hacerla penetrar suficientemente en pilotes sometidos a cargas laterales importantes

• Limitación de longitud por la longitud precisa de barrena

• No sirve para traspasar capas duras

• Requieren control y un operador especializado

• No vemos la totalidad del terreno perforado hasta después de hormigonar


PILOTES DE PERFORACIÓNTIPOS DE PILOTES DE PERFORACIÓN:

PILOTES DE GRAN DIÁMETRO (850 - 3.000 mm):• Para grandes cargas

• Ahorran encepado

• Se pueden inspeccionar desde el interior

• No adecuados cuando se requiere resistencia importante por fuste: Mejor menos diámetro y más pilotes (asítenemos más perímetro)

• Se suelen construir mediante lodos bentoníticos, entubación recuperable o sin entubación.


PILOTES DE PERFORACIÓNTIPOS DE PILOTES DE PERFORACIÓN:

PILOTES ACAMPANADOS:• En arcillas firmes, una campana en la base del pilote, con un

diámetro doble al del fuste, hace que aumente mucho la resistencia por la punta

• Se pueden hacer pilotes de hasta 20.000 kN (2.000 toneladas)


PILOTES HORMIGONADOS IN SITU DE DESPLAZAMIENTO

PILOTE APISONADO:Se hinca por golpeo en el terreno una tubería de revestimiento que tiene en el fondo un tapón de grava o de hormigónA la profundidad deseada, se sujeta el revestimiento y se golpea el tapón hasta romperlo e introducirlo en el terrenoSe coloca la jaula de armadurasSe rellena con un hormigón bastante seco y se golpea con la maza a la vez que se va elevando el revestimientoEl hormigón se adhiere muy bien al terreno y forma un bulbo muy eficaz en la base, donde se rompió el tapónTiene las ventajas de los prefabricados (al golpear con la maza se hace un registro de la hinca) pero no tiene el inconveniente de la longitud, ya que las camisas se empalman fácilmenteSu inconveniente son las vibracionesAprovecha al máximo la resistencia del terreno y trabaja bien a tracciónNo es adecuado para terrenos blandos: El hormigón fluiría hacia los lados


TIPOS DE PILOTESCARACTERÍSTICAS DE LOS PILOTES MÁS FRECUENTES:

Pilote caro10.0001.50025Entubación recuperable

Sólo se puede usar en suelos firmes20.0003.00080Perforado en

seco

Terrenos muy permeables

pilotes inclinados13.0002.00025Perforado

con lodos

Cuando hay bolos pilotes inclinados3.3001.00023Barrena

continua

Cercanía de edificios antiguos1.60042590Prefabricado

de hormigón

Circunstancias en que no puede

utilizarse

Qmax(kN)

dmax(mm)

Lmax(m)Tipo


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADO

Se comprueba un pilote o grupo predimensionado:TIPO:

• Aspectos constructivos y de edificaciones cercanas• Propiedades del terreno y nivel freático• No se colocan tipos ni diámetros diferentes en un mismo encepado

NÚMERO:• Vendrá condicionado por el tope estructural• Lo ideal son 3 pilotes por encepado o apoyo• Si se usan 1 ó 2, es posible que se necesite arriostramiento

LONGITUD:• Hay que elegir profundidad suficiente para la carga a soportar

(punta+fuste)• Si trabajan fundamentalmente por punta, hay que empotrarlos en la

capa resistente (grava, marga, roca, …) de 3 a 5 veces su diámetro• Hay que saber si existen capas blandas inferiores

CONSTRUCCIÓN • Si es de hinca hay que evitar que se rompa la punta


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADO (SE-C)

ESTADOS LÍMITE ÚLTIMOS:Estabilidad globalHundimientoRotura por arrancamientoRotura horizontal del terreno bajo cargas del piloteCapacidad estructural del pilote Se podrá producir este modo de rotura cuando la carga vertical sobre la cabeza del pilote supere la

HUNDIMIENTO:Cuando la carga vertical sobre la cabeza del pilote supere la resistencia del terreno causando asientos desproporcionadosSe cuantifica mediante la carga de hundimiento, Rck:

Sólo veremos pilote bajo carga vertical

R

ckcd

RRγ

=



El pilote transmite al terreno la carga que recibe de la estructura mediante dos mecanismos diferentes:

Por rozamiento a través de la superficie perimetral del FUSTEPor la resistencia que opone el terreno a la penetración de la PUNTA

Cuando se llega a la máxima resistencia del terreno en ambos casos, se ha alcanzado la carga de hundimiento:

La resistencia de un pilote aislado (Rck) es la suma de:

• La resistencia por punta, Rpk, es proporcional al área de su sección en la punta, Ap:

• La resistencia por fuste, Rfk, es proporcional a su superficie lateral:

Las resistencia unitarias, qp y τf, dependen del tipo de terreno y de pilote

fkpkck RRR +=

pppk AqR ⋅=

∫ ⋅⋅τ=L

0dzfffk pR



CONSIDERACIONES SOBRE LA PUNTA:El área de la punta a utilizar en el cálculo será:

• La sección transversal a nivel de la punta (pilotes de extracción)• La proyección en el plano transversal en pilotes hincados• Para pilotes huecos o para perfiles metálicos hincados sin

azuche, se calcula el área de la punta equivalente• Para pilotes metálicos en H, el menor de:

– El área del rectángulo circunscrito– Vez y media el cuadrado del ala

• En los pilotes huecos hincados, el área de la superficie encerrada por el contorno externo

Si bajo la punta existen zonas arcillosas de menor resistencia (cu), la resistencia unitaria por punta "qp" está limitado por la expresión:

• H la distancia de la punta al estrato del suelo cohesivo blando• cu la resistencia al corte sin drenaje del suelo cohesivo blando

u

2

p cDH

16q ⋅⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +⋅≤



CONSIDERACIONES SOBRE LA PUNTA: En casos de terreno heterogéneo, se supone que la carga de hundimiento por la punta está controlada por un terreno con las características medias de la zona comprendida entre:

• Tres diámetros bajo la punta: zona activa (inferior)• Seis diámetros sobre la punta: zona pasiva (superior)



CONSIDERACIONES SOBRE LA RESISTENCIA POR FUSTE:Cuando la resistencia unitaria por fuste varíe con la profundidad, se debe realizar una integración a lo largo del piloteCuando se puede considerar constante por tramos y también lo sea la sección del pilote, se cuantifica mediante un sumatorio con un término por cada tramo:

Af = Área de contacto entre el pilote y el terreno en cada tramoτf = Resistencia unitaria por fuste en cada tramo

En los pilotes con sección transversal especial (en H), se toma como perímetro del contorno la correspondiente a la figura geométrica simple (circunferencia, rectángulo o cuadrado) que conduzca a un perímetro menorEn los pilotes columna sobre roca, no debe contemplarse la resistencia por fuste en los suelos cuya deformabilidad sea claramente mayor que la correspondiente a la zona de la punta

∑ ⋅τ= fffk AR



Hay tres métodos básicamente (CTE):MEDIANTE SOLUCIONES ANALÍTICAS:

• PRESIONES EFECTIVAS:– Válido para suelos granulares y no coherentes– También se podría aplicar a suelos cohesivos a largo plazo

• PRESIONES TOTALES:– Para suelos finos a corto plazo

MEDIANTE ENSAYOS DE PENETRACIÓN IN SITU:• Ensayo de penetración estándar SPT• Ensayos de penetración dinámica ó estática• Ensayos presiométricos

Las FÓRMULAS DE HINCA:Sirven para comprobar en obra que la longitud es la correctaProporcionan parámetros “reales” in situ



MÉTODO DE LAS PRESIONES EFECTIVAS:Según el CTE para terrenos granulares (φ’- Se supone c’=0)La resistencia unitaria por la punta del pilote es:

fp = 3 para pilotes hincados; 2,5 para perforadosσ’v = presión efectiva al nivel de la punta del pilote, antes de

instalar el piloteNq = coeficiente de la carga de hundimiento, función de φ:

• Se suele considerar que crece linealmente con la profundidad– Hasta una profundidad crítica (Dc), a partir de ella, es

constante– La profundidad crítica depende del ángulo de rozamiento

interno del terreno (φ) y del diámetro del pilote

φ⋅π⋅φ−φ+

= tgq e

sen1sen1

N

MPa20Nfq q'vppp ≤⋅σ⋅=

Dc

σ’v


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADO

1

10

100

20 25 30 35 40 45

Ángulo de rozamiento interno (º)

Rel

ació

n lo

ngitu

d cr

ítica

/diá

met

ro (D

c / d

)



ESTIMACIÓN DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO INTERNO:


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADOESTIMACIÓN DEL ÁNGULO DE ROZAMIENTO INTERNO:

Correlaciones con SPT y CPT:

Correlación entre SPT y CPT



MÉTODO DE LAS PRESIONES EFECTIVAS. Según el CTE para suelos granulares:

La resistencia unitaria por el fuste es:

σ’v = presión efectiva al nivel consideradoKf = coeficiente de empuje horizontal: 1 para pilotes hincados; 0,75 pilotes perforadosf = factor de reducción del rozamiento del fuste:

• 1 para pilotes de hormigón “in situ” o de madera• 0,9 pilotes prefabricados de hormigón; 0,8 pilotes de acero en el fuste

φ = ángulo de rozamiento interno del sueloA partir de la longitud crítica, al igual que pasaba con la resistencia por la punta, τf suele suponerse constantePara suelos cohesivos a largo plazo se limita: τf < 0,1 MPa

kPa120tgfK f'vf ≤φ⋅⋅⋅σ=τ



MÉTODO DE LAS PRESIONES TOTALES:Válido para arcillas y limos a corto plazoResistencia por la punta:

Resistencia por fuste:

En pilotes con fuste de acero en suelos finos, el valor de τf a corto plazo se afectará por un coeficiente reductor de 0,8cu puede obtenerse en ensayo triaxial sin drenaje bajo la presión de confinamiento al nivel de la punta, o como:

• cu = qu/2 ; cu = (qc –q0)/15

uupp c9cNq ⋅=⋅=

)kPaency(MPa1,0c100c100

ufu

uf τ≤

+⋅

=τ



MÉTODO BASADO EN EL SPT:Válido para pilotes perforados e hincados en suelos granulares, sin gravas gruesas, cantos ó bolos (<30% de tamaño mayor de 2 cm) que pueda desvirtuar el resultado del ensayoResistencia unitaria por punta:

• Siendo:fN = 0,4 para pilotes hincados y 0,2 para pilotes

hormigonados in situN el valor medio de NSPT entre la zona activa inferior y la

media en la zona pasiva superiorResistencia por fuste:

• Pilotes hincados:• Pilotes hormigonados in situ:

– NSPT es el valor del SPT al nivel considerado (NSPT < 50)Para pilotes metálicos la resistencia por fuste se reducirá al 80%En suelos cohesivos, con qu > 0,1 MPa se podrán utilizar correlaciones con los ensayos SPT y CPT (penetrómetro estático)

)MPa(Nfq Np ⋅=

)kPa(N5,2 SPTf ⋅=τ

)CTENo()kPa(NSPTf =τ


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADOMÉTODO BASADO EN PENETRÓMETROS ESTÁTICOS:

Con el CPT se puede medir, de manera continua, la resistencia unitaria en la punta del cono "qc" y también en su fuste "τf"El valor de "q*

c" es el promedio de las zonas activa y pasivaLa carga unitaria de hundimiento por punta, se supondrá igual al 80% del valor así determinado:

• Siendo:fq = 0,5 para pilotes hincadosfq = 0,4 para pilotes hormigonados in situ

Para pilotes de diámetro mayor que 0,5 m, en vez de la media, se recomienda adoptar el valor mínimo medido de qc

Si en el ensayo penetrométrico no se ha medido la resistencia unitaria por fuste, se puede suponer (¿?):

• 1/200 de la resistencia por punta a ese nivel, para suelo granular

• La resistencia por fuste indirecta será < 0,1 MPa

*cqp qfq ⋅=



MÉTODO BASADO EN ENSAYOS PRESIÓMETRICOS:Los presiómetros o dilatómetros miden la presión horizontal necesaria en la pared de un sondeo para plastificar el terrenoResistencia unitaria por punta:

pl la presión límite del ensayo presiométrico; valor promedio en las zonas activa y pasiva

p0 la presión efectiva vertical al nivel del apoyo (antes de cargar)K0 el coeficiente de empuje al reposo (en general K0 = 0,5)K un coeficiente de proporcionalidad que depende del terreno:

3,2 en suelos granulares1,5 en cohesivos

Resistencia unitaria por fuste:

• Suelos granulares: τf < 120 kPa• Suelos finos: τf < 100 kPa

( )00lp pKpKq ⋅−⋅=

( )00lf pKp101

⋅−⋅=τ



MÉTODO BASADO EN PRUEBAS DE CARGA:Es fundamental conocer la estratigrafía del terrenoSe realizan pruebas hasta rotura en varios pilotes (n)La resistencia se estima como:

• Pruebas estáticas de carga:Rk = Min Rmedia/ξ1 ; Rmínima/ξ2

• Pruebas dinámicas de hinca:Rk = Min Rmedia/ξ3 ; Rmínima/ξ4

• Los valores de ξ dependen del número de ensayos, n• En función del tipo y control de la prueba de carga, los valores de los

coeficientes ξ3 y ξ4 de la tabla deben multiplicarse por:– 0,85 para ensayos con control de deformación y aceleración– 1,10 si se utiliza una fórmula basada en la medida de las

compresiones elásticas de la cabeza del pilote durante la hinca– 1,20 si se utiliza una fórmula de hinca sin medir las compresiones

elásticas de la cabeza del pilote durante la hinca



MÉTODO BASADO EN PRUEBAS DE CARGA:Valores de los coeficientes ξ1 y ξ2 :

Valores de los coeficientes ξ3 y ξ4 :

1,001,001,051,201,40ξ2

1,001,101,201,301,40ξ1

> 54321n

1,251,251,301,351,50ξ4

1,401,421,451,501,60ξ3

> 20> 15> 10> 5> 2n


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADOPILOTE AISLADO SOMETIDO A TRACCIÓN:

Se considera únicamente la resistencia por fusteLa resistencia por fuste es parecida a la calculada para pilotessometidos a compresión

• Algunos autores recomiendan adoptar el 80% de ésta (70% en el Código Técnico de la Edificación)

Para el cálculo, hay que tener en cuenta lo siguiente:• Suelos coherentes: No hay diferencia• Suelos granulares: Se toman los valores correspondientes a

pilotes de extracción, es decir, qs= N (kPa)En el pilote apisonado, aunque el bulbo de la punta influye no se puede cuantificar su aportación



RESISTENCIA ESTRUCTURAL:Las acciones en el pilote pueden llegar a provocar el agotamiento de la capacidad estructural de su sección resistenteEl TOPE ESTRUCTURAL o carga nominal es el valor de cálculo de la capacidad resistente del pilote:

• Se debe comprobar que la solicitación axil sobre cada pilote no supera este tope

• El tope estructural depende de:– La sección transversal del pilote– El tipo de material del pilote– El procedimiento de ejecución– El terreno

• Se obtiene con la siguiente expresión:

σ la tensión del piloteA el área de la sección transversal

AQTOPE ⋅σ=


CÁLCULO DE UN PILOTE AISLADO (SE-C)RESISTENCIA ESTRUCTURAL:

54Lodos

--4Barrenados con control de parámetros

--3,5Barrenados sin control de parámetros

54En seco

65Entubados

PERFORADOS

ROCASUELO FIRME

Tipo de apoyo

5Madera

0,30 fykMetálicos

0,30 fckHormigón armado

0,30 (fck-0,9 fp)Hormigón pretensado o

postensado

HINCADOS

Valores de σ (MPa)TIPO DE PILOTETIPO DE INSTALACIÓN

Con un control adecuado de la integridad, el tope estructural de los pilotes perforados se podrá aumentar en un 25%


CIMENTACIONES DE PILOTES EN ROCA (SE-C)Valor de cálculo de la resistencia por punta:

qp,d=Ksp*qu* df

siendo:

s=espaciamiento de las discontinuidades; s>300 mm

a=apertura de las discontinuidades; a<5 mm en junta limpia; a<25mm junta rellena de suelo o de roca alterada; 0< a/s< 0,02

d = diámetro real o equivalente (igual área) del pilote ; 0,05<s/d<2

Lr=profundidad de empotramiento en roca de la misma o mejor calidad que la del apoyo

Valor de cálculo de la resistencia por fuste dentro de esta zona:

Τf,d (MPa)=0,2*qu (MPa) 0,5

sa

ds

Ksp

300110

3

+

+=

34,01 ≤+=dLd r

f


COEFICIENTES DE SEGURIDADTradicionalmente se ha considerado:

Coeficiente de seguridad de 3Trabajando con cargas reales sobre la cimentación, sin mayorar

Otras consideraciones:La resistencia por el fuste se desarrolla enseguida, para asientos de 4-10 mmLa resistencia por la punta requiere deformaciones del orden del 10 al 20% del diámetro del pilote (D)Por tanto, parece lógico adoptar un coeficiente de seguridad diferente para ambos; Skempton recomienda:

• Fs=1,5• Fp=3• Con lo que la carga admisible sería:

Qadm= Qp/3 + Qs/1,5• Se considera que esto se adapta mejor a la realidad, trabajando

con pilotes con su resistencia por el fuste agotada


COEFICIENTES DE SEGURIDAD (SE-C)

CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN:

Para hundimiento de cimentaciones profundas:No se mayoran/minoran las acciones, ni los materiales:

γM = γE = γF = 1El coeficiente γR depende de:

• Tipo de acciones (permanente ó transitoria y extraordinaria)• Método de cálculo

Acciones permanentes o transitorias:• γR = 3

– En pilotes se refiere a métodos basados en ensayos de campo o fórmulas analíticas (largo plazo):

• γR = 2– Para métodos basados en fórmulas analíticas (corto plazo),

basados en pruebas de carga hasta rotura y basados en pruebas dinámicas de hinca con control electrónico de la hinca y contraste con pruebas de carga

Acciones extraordinarias:• γR =2



Notas a la tabla 2.1:

Coeficientes de seguridad parciales:γE = para el efecto de las accionesγF = para las accionesγM = para las propiedades de los materialesγR = de la resistencia


FÓRMULAS DE HINCABuscan la relación entre la carga de hundimiento de un pilote y la resistencia a la penetración inmediatamente antes de detener la hinca:

Durante la hinca del pilote se lleva a cabo un “Registro” en el que se anota la penetración del pilote en cada golpeSuponiendo que la energía que transmite la maza ha de igualarse con la resistencia del pilote, y considerando ésta concentrada en su punta, se obtiene la fórmula de hinca:

• Energía = W * H = Qd * s = ResistenciaDespejando, se obtiene que la carga de rotura dinámica (Qd) es:

Qd = W * H / s ⇔ (Fórmula de Sanders, 1.850)

Como durante la hinca se producen pérdidas de energía (fricción en las guías, deformaciones elásticas del pilote y la maza, etc) para obtener la carga de rotura dinámica hay que modificar las energías empleadas


FÓRMULAS DE HINCA

H

Qr

s

W Maza

H

Qr

s

W Maza


FÓRMULAS DE HINCAFÓRMULA DANESA:

Tiene en cuenta la eficiencia de la hinca

La raíz es el “acortamiento elástico” que se produce en el piloteEl coeficiente de eficiencia η depende del tipo de maza:

• Caída libre con escape: η = 1• Caída libre con cabrestante y embrague: η = 0,75 - 0,80• Martinete de simple efecto: η = 0,75 – 0,80

Coeficiente de seguridad:• El Código Danés recomienda:

– F = 2 para cargas normales– F = 1,8 para cargas extraordinarias

• Terzaghi recomienda F = 3

EALHW2

21s

WHQd

⋅⋅⋅⋅η⋅

⋅+

⋅⋅η=


FÓRMULAS DE HINCAFÓRMULA DEL ENGINEERING NEWS:

Es similar a la Danesa, pero con η=1Además adopta un valor constante para la deformación elástica, en función del tipo de martinete:

• c = 2,5 cm para martinete mecánico• c = 0,25 cm para martinete de vapor

El coeficiente de seguridad adoptado es de 6Mediante esta fórmula obtenemos la penetración del pilote que tenemos que tener para no sobrepasar la tensión admisible de cálculo ⇒ La que define el “rechazo”

csWH

61

Qa +⋅

⋅=


FÓRMULAS DE HINCAFÓRMULA DE JANBU:

Es más refinada, pues tiene en cuenta la influencia en la eficacia dela hinca de la relación entre el peso de la maza (W) y el peso del pilote (Wp):

Donde:

Se adopta F=3 ⇒

sHW

K1

Qu

d⋅⋅η

⋅=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛⋅

⋅++⋅=

2

2e

ddu

S

SC21

11CK

W

W15,075,0C p

d ⋅+=

EALHW2

Se ⋅⋅⋅⋅η⋅

=

3d

admQQ =


FÓRMULAS DE HINCALa norma NTE-CPP eligió esta fórmula transformada:

Proporciona el rechazo relativo r/L • Es el rechazo en mm necesario:

– En una andanada de 10 golpes– Para alcanzar una resistencia al hundimiento igual a la

carga media del pilote– En relación a su longitud enterrada en m (L)

• Se obtiene en función de:– h: altura de caída de la maza, en m– Relación p/m (¡ojo en la NTE está mal y pone m/p, pero en

realidad los valores corresponderían a p/m!):» p: peso de todo el pilote incluidas las piezas auxiliares» m: peso de la maza

– Tensión de trabajo del pilote: Qadm / área» Se proporcionan valores para cuatro tensiones medias

de trabajo en el pilote: 35, 69, 95 y 125 kp/cm2

» Para valores intermedios se puede interpolar


FÓRMULAS DE HINCA

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