efecto de grupo

5/12/2018 efecto de grupo - slidepdf.com

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Departamento de Construcciones y Estructuras F I U B A CIMENTACIONES (74.11)U n i v e r s i d a d d e B u e n o s A i r e sF a c u l t a d d e I n g e n i e r í a Grupo de pilotes

18/06/09 pgrupo.doc 1de4

Grupo de pilotesEn la mayoría de los casos, los pilotes se utilizan en grupos para transmitir la carga estructural al suelo.Uno de los problemás más complejos en la ingeniería de fundaciones consiste en poder evaluar con exactitudla capacidad de carga de un grupo de pilotes o relacionarla con la de los pilotes aislados.En función de la dist. entre pilotes, una razonable hipótesis es que los esfuerzos transmitidos por el pilote al

suelo se traslapen, reduciéndose así la capacidad individual de carga del pilote. La capacidad portante de ungrupo de pilotes puede no ser igual a la suma de las capacidades portantes de todos los pilotes individuales enel grupo, por lo que debe considerarse el comportamiento del grupo como un todo.La experiencia ha demostrado que la resistencia de los pilotes en grupo es generalmente menor a la suma delas resistencias individuales de cada uno de ellos.Idealmente, los pilotes en un grupo deben espaciarse de manera que la capacidad de carga del grupo sea por lo menos igual que la suma de las capacidades individuales.Frecuentemente los pilotes se colocan agrupados y en general la cantidad de pilotes por cabezal es de dos(2)a quince(15), el mínimo ideal es de tres pilotes para equilibrar escentricidades parásitas y la cant. máxima sindisminución importante de la eficiencia es de doce(12) pilotes; la separación entre ejes es superior a 2.5Ø einferior a 4Ø. La proximidad da lugar a fenómenos de interacción cuyo efecto, positivo o negativo, depende deltipo de pilote y terreno.En la bibliografía existe una expresión de mínima, de la distancia entre ejes de pilotes, para que un pilote de un

grupo de pilotes tenga su máxima eficiencia, su separación de los pilotes circundantes debería cumplir:∅ ∗ ∗ − ∅≥ + ∅

+ −

1.57 nx ny 2sepil

nx ny 2

Siendonx = número de pilotes por fila del grupo de pilotesny = número de pilotes por columna del grupo de pilotessepil: separación entre ejes de pilotes

Eficiencia de GrupoEste valor está definido por:

carga de rotura promedio del pilote en grupo QugpEG

carga de rotura promedio del pilote individual Qupi= =

∑

SiendoQugp: carga última del grupo de pilotesQupi: carga última del pilote individual

Pilotes de punta hincados al rechazoDebido a que la carga última está limitada por la resistencia del pilote y no por la capacidad portante delterreno, no existe efecto grupo.

=EG 1

Suelos granularesPilotes hincados en suelos granulares sin cohesiónLa hinca de pilotes compacta el terreno y la resistencia del grupo es mayor que la suma de resistencias de lospilotes aislados. Los ensayos han demostrado que los factores de EG de pilotes hincados en arena puedenllegar a 2[dos]En diseño se utiliza un factor de EG de valor 1[uno] para todo tipo de pilotes hincados en suelo granular. Estosignifica que se ignoran los efectos de grupo al predecir la capacidad portante.

=EG 1

Pilotes excavados (perforados) en suelos granulares sin cohesiónEn pilotes excavados la acción de la excavación más bien reduce la compactación por lo que el factor de EG esdifícil que sea mayor que 1[uno].En diseño se utiliza un factor de EG de valor 1[uno] para todo tipo de pilotes en suelo granular. Esto significaque se ignoran los efectos de grupo al predecir la capacidad portante. Sin embargo, los pilotes excavados

deben tener un espaciamiento mayor que cuatro diámetros de centro a centro [sepil>4Ø] para que sea válidoesta aproximación.Pero como en general el espaciamiento es menor a cuatro diámetros [2Ø<sepil<4Ø], resulta que se disminuyealgo la resistencia por el fuste y fundamentalmente por punta por efecto de la superposición de tensiones.Adoptándose:

=EG 0.7





Suelos cohesivosEn suelos arcillosos, independientemente de la forma de ejecución, se produce remoldeo de la arcilla, lo quesuele reducir la eficiencia del grupo de pilotes.El efecto grupo o “eficiencia” es en este caso es menor que la unidad, es decir:

≤EG 1.0EG de pilotes hincados en suelos

arcillosos Kerisel (1967)sepil EG2.5Ø 0.553Ø 0.654Ø 0.755Ø 0.856Ø 0.908Ø 0.9510Ø 1

En suelos cohesivos se considera al grupo [pilotes y suelo contenido] como una cimentación profunda; la cargaúltima del grupo se puede evaluar con la ecuación de Meyerhof (1953). Por ejemplo, para un grupo de pilotes,de ancho X, longitud Y y profundidad Z, la carga de falla es:

Qu X Y FF c Nc= ∗ ∗ ∗ ∗ SiendoFF = Factor de Forma ≅ 1.3c = cohesión o resistencia cortante no-drenada promedio de la arcilla que rodea el grupoNc = factor de capacidad de carga de Meyerhof (generalmente Nc=9.0)Entonces:

∗ ∗ ∗ ∗

=

X Y FF c Ncnp

EGcarga de rotura del pilote individual

Siendonp = número de pilotesCaso A: sepil < 2ØSi los pilotes están muy juntos [sepil < 2Ø] y el cabezal [cabezote, dado o plinto] apoya en el terreno, puede

producirse la llamada “rotura en bloque” del conjunto como si fuera una zapata profunda, con EG<0.6= ∗ ∗ + ∗ + ∗Qugp quB (B L) D (2B 2L) cu

SiendoQuB: capacidad de carga última, por unidad de superficie, de una sup. Rectangular B*L, situada a unaprofundidad D.B : ancho del grupo de pilotesL : longitud del grupo de pilotescu: cohesión (ensayo no drenado), φ=0Caso B: sepil > 2ØDebido a que en el caso anteriormente mecionado como caso A, la EG es muy baja, resulta conveniente por lotanto, separar los pilotes como mínimo 2.5Ø en cuyo caso la eficiencia puede estimarse por diversas fórmulasempíricas (Feld, Converse-Laberre, etc.).Ecuación de Converse-Laberre:

⎡ ⎤ ⎡ ⎤− ∗ + − ∗ ∅= − ∗ ∗⎢ ⎥ ⎢ ⎥∗ π ∗⎣ ⎦⎣ ⎦

(nx 1) ny (ny 1) nx 2EG 1 arctg( )

nx ny radianes sepil

La mejor aproximación para conocer la EG parece conseguirse con la fórmula de “Acción de Grupo de LosÁngeles” [empírica]:

pilotearctg

2 sepil nx (ny 1) ny(nx 1) 2 (nx 1) (ny 1)EG 1

radianes nx ny

⎛ ⎞∅⎜ ⎟ ⎛ ⎞∗ ∗ − + − + ∗ − ∗ −⎝ ⎠= − ∗ ⎜ ⎟⎜ ⎟π ∗ ∗⎝ ⎠

Siendonx = número de pilotes por fila del grupo de pilotesny = número de pilotes por columna del grupo de pilotessepil: separación entre ejes pilotes

Observaciones a la expresión:• no tiene en cuenta el tipo de suelo• no puede ser utilizada en terrenos estratificados





Pilotes en suelo arcilloso que trabajan a fricciónEn los pilotes a fricción, la superposición de los efectos para los pilotes en grupo, es mucho muy pronunciada,especialmente si están ubicados muy próximos, por lo cual su capacidad resistente se ve disminuída. Por talmotivo, la separación aconsejable para los pilotes a fricción en suelos cohesivos, es de tres a cinco veces eldiámetro del pilote; evitándose así la interferencia en la transmisión de la carga al suelo circundante y el solapede las áreas disturbadas por corte alrededor de cada pilote.

[sepilmín: de 3Ø a 5Ø]Pilotes en suelo arcilloso que trabajan de puntaEn los pilotes que trabajan de punta, la superposición de los efectos para los pilotes en grupo, es mucho menospronunciada al caso anteriormente mencionado, de pilotes en suelo arcilloso que trabajan a fricción y por lotanto la separación mínima es de 1.75 a 2.5 veces el diámetro del pilote.

[sepilmín: de 1.75Ø a 2.5Ø]





Suelos que contienen estratos blandosCuando existen capas de arcilla blanda por debajo de los grupos de pilotes puede ocurrir un sobre-esfuerzo,por lo que es necesario realizar una verificación. Se asume que la carga del grupo de pilotes se repartirá comose indica:

1. distribución de carga para pilotes de fricción en arcillaSe asume que la carga se distribuye como se muestra en la figura, de los dos tercios del

empotramiento del pilote en el estrato resistente.

2. distribución de carga para pilotes de punta en arena o gravaSe asume que la carga se distribuye como se muestra en la figura, a partir de la base de los pilotes.

En cada uno de los casos indicados, para un grupo de pilotes de dimensiones en planta BxL, que soporta unacarga Q, el área esforzada del material blando será:

(B+2H*tg(30º))*(L+2H*tg(30º))que simplificando la expresión, queda:

(B+1.15H)*(L+1.15H)Luego, el esfuerzo en la parte superior del estrato blando será:

Q

(B 1.15H) (L 1.15H)+ ∗ +

Pilotes apoyados en rocaSi se trata de pilotes de extracción puede llegarse a sepil=1.5Ø con EG=1

Longitudes de los pilotes de un “grupo de pilotes”En tanto sea posible, todos los pilotes de un grupo de pilotes deben tener aproximadamente la misma longitud.Cuando se tengan pilotes de diferente longitud, cercanos, es usual diseñar al pilote más corto losuficientemente largo, de modo que una línea inclinada a 45º de su base no intersecte al pilote vecino más

largo, Esto es para evitar que la carga de la punta del pilote corto sea transmitida al pilote largo.

Estrato portante (arcilla)

Relleno reciente o arcilla blanda o zona libre

Capa débil

Capa débil

Estrato portante (arena o grava)

efecto de grupo

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