PILOTES

El uso de los pilotes es necesario cuando el suelo a nivel superficial es demasiado débil y la colocación de una zapata requeriría de una base superior a la del terreno. Los pilotes son adecuados para transmitir las cargas a mayores profundidades donde un estrato es más resistente. Su sección transversal y su gran esbeltez propician, que su colocación mediante una piloteadora o martinete faciliten el hincado. Frecuentemente se hincan en series de filas, soportando cada grupo de pilotes un muro o una columna.

Tipos de pilotes y sus características estructurales

En el trabajo de construcción se utilizan diferentes tipos de pilotes, dependiendo del tipo de carga que soportarán, de las condiciones del subsuelo y de la ubicación del nivel freático. Los pilotes se pueden dividir en las categorías siguientes: a) de acero, b) de concreto, c) de madera y d) compuestos.

Pilotes de acero.Los pilotes de acero por lo general son a base de tubos o de perfiles H de acero laminado. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados. Las vigas de patín ancho y de perfil I también se pueden utilizar como pilotes. Sin embargo, los pilotes de perfil H suelen preferirse debido a que sus espesores del alma y del patín son iguales. (En las vigas de patín ancho y de perfil I, los espesores del alma son menores que los del patín). En la tabla 1.1 se indican las dimensiones de algunos pilotes de acero de perfil H estándar empleados en Estados Unidos. En la tabla 1.2 se muestran algunas secciones de tubos de uso frecuente para fines de pilotaje. En muchos casos, los pilotes de tubo se rellenan con concreto después de su hincado.La capacidad estructural permisible para pilotes de acero es:

Donde:As = área de la sección transversal del acero

fs =esfuerzo permisible del acero (< 0.33-0.5 fy)

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Una vez que se fija la carga de diseño para un pilote, se debe determinar, con base en consideraciones geométricas, si Q (diseño) está dentro del intervalo permisible

según su definición con la ecuación 1.1.Cuando es necesario, los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, remaches o pernos. En la figura 1.2a se muestra un empalme común de un pilote H. En la figura 1.2b aparece un empalme común mediante la soldadura de un pilote. En la figura 1.2c se muestra un diagrama de un empalme de un pilote H mediante remaches o pernos.Cuando se esperan condiciones de hincado difíciles, como a través de arena densa, esquistos o roca suave, los pilotes de acero se pueden adaptar con puntas o zapatas de hincado. En las figuras 1.2d y 1.2e se muestran los diagramas de dos tipos de zapatas utilizadas en pilotes de tubo.Los pilotes de acero pueden estar expuestos a la corrosión. Por ejemplo, los suelos pantanosos, las turbas y otros suelos orgánicos son corrosivos. Los suelos que tienen un pH mayor que 7 no son tan corrosivos. Para compensar el efecto de la corrosión, por lo general se recomienda considerar un espesor adicional de acero (sobre el área de la sección transversal real de diseño). En muchas circunstancias los recubrimientos epóxicos, aplicados en la fábrica, sobre los pilotes funcionan satisfactoriamente contra la corrosión. Estos recubrimientos no se dañan con facilidad por el hincado del pilote. El encapsulado con concreto de los pilotes de acero en la mayoría de las zonas corrosivas también los protege contra la corrosión.Los siguientes son algunos datos generales de los pilotes de acero:

Longitud usual: 15 a 60 m Carga usual: 300 a 1200 kN Ventajas:

a. Fácil manejo con respecto al corte y a la extensión a la longitud deseada.b. Pueden soportar esfuerzos de hincado altos.c. Pueden penetrar estratos duros como grava densa y roca suave.d. Alta capacidad de soporte de carga.

Desventajasa. Relativamente costosos.b. Alto nivel de ruido durante su hincado.c. Expuesto a la corrosión.d. Los pilotes H se pueden dañar o flexionar de la vertical durante su hincado a

través de estratos duros o al pasar por obstrucciones mayores.

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Figura 1.2 Pilotes de acero: a) empalme de un pilote H con soldadura; b) empalme de un pilote con soldadura; c) empalme de un pilote H con remaches y pernos; d) punta de hincado plana de un pilote de tubo; e) punta de hincado cónica de un pilote de tubo.

Pilotes de concreto.Los pilotes de concreto se pueden dividir en dos categorías básicas: a) precolados y b) colados in situ. Los pilotes precolados se pueden preparar empleando un refuerzo ordinario y pueden tener una sección transversal cuadrada u octagonal. (Consulte la figura 1.3). El refuerzo se proporciona con el fin de habilitar al pilote para resistir el momento flexionante desarrollado durante su levantamiento y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por una carga lateral. Los pilotes se cuelan a la longitud deseada y se curan antes de transportarlos a los emplazamientos de trabajo.

Los siguientes son algunos datos generales de los pilotes de concreto: Longitud usual: 10 a 15 m Carga usual: 300 a 3 000 kN Ventajas

a. Se pueden someter a un hincado pesado.b. Resistentes a la corrosión.c. Es fácil combinarlos con una superestructura de concreto

Figura 1.3 Pilotes precolados con refuerzo ordinario.

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Desventajas:a. Difícil de lograr su corte deseado.

b. Difíciles de transportar.Los pilotes precolados también se pueden presforzar mediante cables de presfuerzo de acero de alta resistencia. La resistencia última de estos cables es de

casi 1800 MN y m2. Durante el colado de los pilotes, primero los cables se

pretensan entre 900 a 1300 MN y m2 y luego se vierte el concreto alrededor de ellos. Después del curado, los cables se recortan produciéndose así una fuerza de compresión en la sección del pilote. En la tabla 1.3 se da información adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octagonales.Algunos datos generales de los pilotes de concreto presforzado son: Longitud usual: 10 a 45 m Longitud máxima: 60 m Carga máxima: 7 500 a 8 500 kN

Las ventajas y desventajas son las mismas que para los pilotes precolados.Los pilotes colados in situ o colados en el lugar se construyen haciendo un barreno en el terreno y luego colándolo con concreto. En la actualidad en la construcción se utilizan varios tipos de pilotes de concreto colados en el lugar y la mayoría de ellos fueron patentados por sus fabricantes. Estos pilotes se pueden dividir en dos categorías generales: a) ademados b) no ademados. Los dos tipos pueden tener un pedestal en el fondo.Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo (ademe) de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote llega a la profundidad adecuada se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. En las figuras 1.4a, 1.4b, 1.4c y 1.4d se muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal. En la figura 1.4e se muestra un pilote ademado con pedestal. El pedestal es un bulbo de concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto fresco.Algunos datos generales de pilotes ademados colados en el lugar son los siguientes:

Longitud usual: 5 a 15 m Longitud máxima: 30 a 40 m Carga usual: 200 a 500 kN Carga máxima aproximada: 800 kN

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Tabla 1.3 Pilotes de concreto presforzado comunes.

S =sección cuadrada; O =sección ortogonal

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Ventajas:a. Relativamente baratos.b. Permiten su inspección antes de verter el concreto.c. Fácil de extender.

Desventajas:a. Difíciles de empalmar después de fraguar.b. Los tubos delgados se pueden dañar durante el hincado.

Carga permisible:

Donde:As = área dela sección transversal del aceroAc = área de la sección transversal del concretofs = esfuerzo permisible del acerofc = esfuerzo permisible del concreto

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Figura 1.4 Pilotes de concreto colados en el lugar.

En las figuras 1.4f y 1.4g se muestran dos tipos de pilotes sin ademe, uno con un pedestal y otro sin pedestal. Los pilotes sin ademe se hacen primero hincando el ademe hasta la profundidad deseada y luego llenándolo con concreto fresco. Luego el ademe se saca gradualmente.Los siguientes son algunos datos generales acerca de los pilotes de concreto colados en el lugar sin ademe:

Longitud usual: 5 a 15 m Longitud máxima: 30 a 40 m Carga usual: 300 a 500 kN Carga máxima aproximada: 700 kN

Ventajas:

a. Económicos inicialmente.b. Se pueden terminar en cualquier elevación.Desventajas:a. Se pueden crear vacíos si el concreto se vierte rápidamente.b. Difíciles de empalmar después de fraguar.c. En suelos suaves, los lados del agujero se pueden derrumbar,

disminuyendo la sección el concreto Carga permisible:

Ac = área de la sección del concreto

fc = esfuerzo permisible del concreto

Pilotes de maderaLos pilotes de madera son troncos de árboles a los que se les recortaron cuidadosamente las ramas y la corteza. La longitud máxima de la mayoría de los pilotes de madera es de 10 a 20 m. Para calificar para su uso como pilote, la

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madera debe ser recta, resistente y sin defectos. El Manual of Practice, Núm. 17 (1959) de la American Society of Civil Engineers, dividió los pilotes de madera en tres clases:1. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 356 mm.2. Pilotes clase B que se utilizan para soportar cargas medias. El diámetro

mínimo del fuste debe ser de 305 a 330 mm.3. Pilotes clase C que se utilizan en trabajos provisionales de construcción. Se

pueden emplear permanentemente para estructuras cuando todo el pilote se encuentra debajo del nivel freático. El diámetro mínimo del fuste deber ser de 305 mm.

En cualquier caso, la punta de un pilote no debe tener un diámetro menor que 150 mm.

Los pilotes de madera no pueden soportar esfuerzos altos de hincado; por lo tanto, la capacidad del pilote por lo general está limitada. Se pueden utilizar zapatas de acero para evitar dañar la punta del pilote (fondo). Las partes superiores de los pilotes de madera también se pueden dañar durante la operación de hincado. Al aplastamiento de las fibras de madera ocasionado por el impacto del martinete se le refiere como astillado. Para evitar dañar la parte superior de un pilote, se puede utilizar una banda o un capuchón metálico.El empalme de los pilotes de madera se debe evitar, en particular cuando se espera que soporten una carga de tensión o una carga lateral. Sin embargo, si es necesario su empalme, se puede hacer empleando manguitos de tubo (consulte la figura 1.5a) o soleras metálicas y pernos (consulte la figura 1.5b). La longitud del manguito debe ser al menos de cinco veces el diámetro del pilote. Los extremos a tope se deben cortar a escuadra tal que se mantenga un contacto completo. Las partes empalmadas se deben recortar de modo cuidadoso de manera que se ajusten estrechamente dentro de los manguitos. En el caso de soleras metálicas y pernos, los extremos a tope también se deben cortar a escuadra. Los lados de la parte empalmada se deben recortar planos antes de colocar las soleras para que asiente bien.

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Figura 1.5 Empalme de pilotes de madera:a) con manguitos tubulares; b) con soleras metálicas y pernos.Los pilotes de madera pueden permanecer indefinidamente sin dañarse si están rodeados por suelo saturado. Sin embargo, en un entorno marino, los pilotes de madera están expuestos al ataque de varios organismos y se pueden dañar en gran medida en algunos meses. Cuando se ubican arriba del nivel freático, los pilotes están expuestos al ataque de los insectos. La vida útil de los pilotes se puede incrementar tratándolos con preservativos como la creosota.La capacidad de soporte de carga permisible de los pilotes de madera es

Donde.

Ap = área promedio de la sección transversal del pilote

fw = esfuerzo permisible de la madera

Los esfuerzos permisibles siguientes son para pilotes de madera redondos tratados a presión hechos con abeto Pacific Coast Douglas y pino Southern utilizados en estructuras hidráulicas (ASCE, 1993):

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Abeto Pacific Coast Douglas

Compresión paralela a la veta: 6.04 MMN y m2

Flexión: 11.7 MN y m2

Cortante horizontal: 0.66 MN y m2

Compresión perpendicular a la veta: 1.31 MN y m2

Pino Southern

Compresión paralela a la veta: 5.7 MN y m2

Flexión: 11.4 MN y m2

Cortante horizontal: 0.62 MN y m2 Compresión perpendicular a la veta: 1.41 MN y m2

La longitud usual de los pilotes de madera es de 5 a 15 m. La longitud máxima es de aproximadamente 30 a 40 m (100 a 130 pies). La carga usual soportada por los pilotes de madera es de 300 a 500 kN.

PILOTES COMPUESTOS.Las partes superior e inferior de los pilotes compuestos están hechas de materiales diferentes. Por ejemplo, los pilotes compuestos se pueden hacer de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten de una parte inferior de acero y una parte superior de concreto colado en el lugar. Este tipo de pilote se utiliza cuando la longitud del pilote requerida para un soporte adecuado excede la capacidad de un pilote simple de concreto colado en el lugar. Los pilotes de madera y concreto suelen consistir de una parte inferior del pilote de madera debajo del nivel freático permanente y una parte superior de concreto. En cualquier caso, la formación de juntas apropiadas entre dos materiales disimilares es difícil, y por esa razón, los pilotes compuestos no se utilizan ampliamente.

A).-Estimación de la longitud del pilote:La selección del tipo de pilote que se utilizará y la estimación de su longitud necesaria son tareas muy difíciles que requieren buen juicio. Además de la clasificación dada en la sección 11.2, los pilotes se pueden dividir en tres categorías principales, dependiendo de su longitud y de los mecanismos de transferencia de carga al suelo: a) pilotes de carga de punta, b) pilotes de fricción y c) pilotes de compactación.

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B).-Pilotes de carga de punta.Si los registros de perforación del suelo establecen la presencia de lecho de roca o de un material rocoso en un emplazamiento dentro de una profundidad razonable, los pilotes se pueden prolongar hasta la superficie de la roca. (Consulte la figura 11.6a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende completamente de la capacidad de soporte de carga del material subyacente; entonces son denominados pilotes de carga de punta. En la mayoría de estos casos, la longitud necesaria del pilote se puede establecer muy fácil.Si en vez de un lecho de roca, se encuentra un estrato muy compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se pueden prolongar algunos metros dentro del estrato duro. (Consulte la figura 11.6b.) Los pilotes con pedestales se pueden construir sobre el lecho del estrato duro y la carga última del pilote se puede expresar como

Donde:Qp = carga soportada en la punta del pilote

Qs = carga soportada por la fricción superficial desarrollada en los

lados del pilote (causada por la resistencia cortante entre el suelo y el pilote)Si Qs es muy pequeña

En este caso, la longitud requerida del pilote se puede estimar con precisión si se dispone de registros apropiados de la exploración del subsuelo.

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Figura 11.6 a) y b) Pilotes de carga de punta; c) pilotes de fricción.

Pilotes de fricción.

Cuando no se encuentra un estrato de roca o de un material rocoso a una profundidad razonable en un emplazamiento, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. En este tipo de subsuelo, los pilotes se hincan a través del material más suave hasta las profundidades especificadas. (Consulte la figura 11.6c.) La carga última de los pilotes se puede expresar por la ecuación (1.5). Sin embargo, si el valor de Qp es relativamente pequeño,

entonces

Estos pilotes se denominan pilotes de fricción, debido a que la mayoría de su resistencia se deriva de la fricción superficial. Sin embargo, el término pilote de fricción, aunque se utiliza con frecuencia en la bibliografía técnica, es un término inapropiado: en suelos arcillosos, la resistencia a la carga aplicada también se ocasiona por adhesión.La longitud de los pilotes de fricción depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote. Para determinar la longitud necesaria de estos pilotes, un ingeniero necesita comprender muy bien la interacción suelo-pilote, tener buen juicio y experiencia.

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C).- Mecanismo de transferencia de cargaEl mecanismo de transferencia de carga de un pilote al suelo es complicado. Para comprenderlo, considere un pilote de longitud L, como se muestra en la figura 1.9a. La carga sobre el pilote aumenta gradualmente de cero a Q

(z=0) en la superficie del terreno. Parte de esta carga resistirá

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Figura 1.9 Mecanismo de transferencia de carga de pilotes.19

La fricción lateral desarrollada a lo largo del fuste, Q1 y parte por la punta del pilote, Q2. Ahora, ¿cómo se relaciona Q1 y Q2 con la carga total? Si se toman mediciones para obtener la carga, Qz, soportada para el fuste, a cualquier profundidad z, la naturaleza de la variación será como la que se muestra en la curva 1 de la figura 1.9b. La resistencia por fricción por área unitaria a cualquier profundidad z se puede determinar como:

donde p = perímetro de la sección transversal del pilote. En la figura 1.9c se muestra la variación de f(z) con la profundidad.

Si la carga Q en la superficie del terreno se aumenta de manera gradual, la resistencia por fricción máxima a lo largo del fuste se movilizará por completo cuando el desplazamiento relativo entre el suelo y el pilote sea de aproximadamente 5 a 10 mm, con independencia del tamaño y de la longitud L del pilote. Sin embargo,

la resistencia máxima de punta Q2 = Qp no se movilizará hasta que la punta

del pilote se haya movido aproximadamente 10 a 25% del ancho del pilote (o diámetro). (El límite inferior se aplica a pilotes hincados y el límite superior a pilotes perforados). A carga última (figura 1.9d y la curva 2 en la figura 1.9b), Q(z = 0) = Qu.

Entonces:

En la explicación anterior se indica que Qs (o la fricción superficial unitaria, f, a

lo largo del fuste del pilote) se desarrolla a un desplazamiento mucho menor del pilote comparado con la resistencia de punta, Qp. A fin de demostrar este punto,

considere los resultados de una prueba de carga en un pilote realizada en el campo por Mansur y Hunter (1970). Los detalles del pilote y de las condiciones del subsuelo son:

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Tipo de pilote: de acero con diámetro exterior de 406 mm y espesor de pared de 8.15 mmTipo de subsuelo: arena

Longitud de empotramiento del pilote: 16.8 mEn la figura 1.10a se muestran los resultados de la prueba de carga, que son una gráfica de la carga en la parte superior del pilote [Q(z = 0)] contra el

asentamiento (s). En la figura 1.10b se muestra la gráfica de la carga soportada por el fuste del pilote [Q (z)] a cualquier profundidad. La gráfica la reportaron

Mansur y Hunter (1970) que, para esta prueba, a la falla

Ahora, considere la distribución de la carga en la figura 1.10b cuando el asentamiento del pilote (s) es de aproximadamente 2.5 mm. Para esta condición

De aquí, en s = 2.5 mm

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Así pues, es obvio que la fricción superficial se moviliza más rápido a niveles de asentamiento bajos en comparación con la carga de punta.

Figura 1.10 Resultados de la prueba de carga de un pilote de tubo en arena (con base en Mansur y Hunter, 1970).A carga última, la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote (una falla de capacidad de carga causada por Qp) es como la que se muestra en la figura 1.9e.

Observe que las cimentaciones con pilotes son profundas y que el suelo falla en su mayoría en un modo de punzonamiento, como se ilustró antes en las figuras 3.1c y 3.3. Es decir, en la punta del pilote se crea una zona triangular, I, que se empuja hacia abajo sin producir ninguna otra superficie de deslizamiento visible. En arenas densas y suelos arcillosos firmes, se puede desarrollar parcialmente una zona radial de cortante, II. De aquí, las curvas de desplazamiento de los pilotes se parecerán a las que se muestran en la figura 3.1c.

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Ecuaciones para estimar la capacidad de un pilote.

La capacidad de soporte de carga última Qu de un pilote se determina por la ecuación

Donde:

Qp = capacidad de soporte de carga de la punta del pilote.Qs = resistencia por fricción (fricción superficial) derivada de la interfaz suelo-

pilote En muchos estudios publicados se analiza la determinación de los valores de Qp y

Qs. Vesic (1977), Meyerhof (1976) y Coyle y Castello (1981) proporcionaron reseñas

excelentes de muchas de estas investigaciones. En estos estudios se presenta una visión del problema de la determinación de la capacidad última de un pilote.

Figura 1.11 Capacidad de soporte de carga última de un pilote.

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Capacidad de carga de la punta, Qp

La capacidad de carga última de cimentaciones superficiales. De acuerdo con las ecuaciones de Terzaghi.

De manera similar, la ecuación general de la capacidad de carga para cimentaciones superficiales.

De aquí, en general, la capacidad de soporte de carga última se puede expresar como:

Donde Nc*, N*q y N*ɣ, son los factores de capacidad de carga que incluyen los factores de forma y profundidad necesaria.

Las cimentaciones con pilotes son profundas. Sin embargo, la resistencia última por área unitaria desarrollada en la punta de un pilote, qp, se puede expresar mediante una

ecuación similar en forma a la ecuación (1.10), aunque los valores de N*c, N*q y N*g cambiarán. La notación utilizada en este capítulo para el ancho de un pilote es D. De aquí, al sustituir D por B en la ecuación (1.10) da:

Debido a que el ancho D de un pilote es relativamente pequeño, el término ɣDN*ɣ se

puede omitir en el lado derecho de la ecuación anterior sin introducir un error considerable; entonces, se tiene:

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Observe que el término q se reemplazó por qp en la ecuación (1.12), para denotar el esfuerzo vertical efectivo. Por lo tanto, la capacidad de punta de los pilotes es:

Donde:

Ap = área de la punta del piloteC´ = cohesión del suelo que soporta la punta del piloteqp = resistencia unitaria de puntaq´ = esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote

N*c y N*q = factores de capacidad de carga

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

Donde:

p = perímetro de la sección del piloteΔL = longitud incremental del pilote sobre la cual p y f se consideran constantes

f = resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad z Es necesario enfatizar que, en el campo, para una movilización total de la resistencia de punta (Qp), la punta del pilote debe desplazarse de 10 a 25% del

ancho del pilote (o diámetro).

Carga permisible, Qperm.

Después de que se ha determinado la capacidad de soporte de carga última total sumando la capacidad de carga de punta y la resistencia por fricción (o superficial), se

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q

debe utilizar un factor de seguridad razonable para obtener la carga permisible para cada pilote.

Donde:Qperm = capacidad de soporte de carga permisible para cada pilote

FS = factor de seguridadEl factor de seguridad utilizado en general varía de 2.5 a 4, dependiendo de las incertidumbres asociadas con el cálculo de la carga última.

D).-Método de Meyerhof para estimar Qp

ARENA.

La capacidad de carga de punta, qp, de un pilote en arena aumenta con la profundidad

de empotramiento en el estrato de carga y alcanza un valor máximo a una relación de empotramiento de Lb/D = (Lb/D)cr Observe que un suelo homogéneo Lb es

igual a la longitud de empotramiento real del pilote, L. Sin embargo, cuando un pilote ha penetrado en un estrato de carga, Lb< L. Más allá de la relación de

empotramiento crítica, (Lb/D)cr, el valor de qp permanece constante (qp = ql). Es

decir, como se muestra en la figura 1.12 para el caso de un suelo homogéneo, L = Lb.

Para pilotes en arena, c´ = 0 y la ecuación (1.13) se simplifica en

La variación de N * con el ángulo de fricción del suelo Ø´ se muestra en la figura

1.13. Los valore interpolados de Nq * para varios ángulos de fricción también se dan en la tabla 1.5. Sin embargo, Qp no debe exceder el valor límite Apql; es

decir,

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qFigura 1.13 Variación de los valores máximos de Nq * con el ángulo de fricción del suelo Ø´. [De Meyerhof, G.G. (1976). “Bearing Capacity and Settlement of Pile Foundations”, Journal of the Geotechnical Engineering Division, American Society of Civil Engineers, vol. 102, núm. GT3, pp. 197-228. Con permiso de la ASCE].

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Figura 1.12 Naturaleza de la variación de la resistencia de punta en una arena homogénea.

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La resistencia de punta límite es:

Donde:

pa = presión atmosférica (=100 kN/ m )Ø´ = ángulo de fricción efectivo del suelo del estrato de apoyo

Un buen ejemplo del concepto de la relación de empotramiento crítica se puede encontrar de las pruebas de carga de campo sobre un pilote en arena en el emplazamiento del Ogeechee River reportado por Vesic (1970). El pilote probado fue uno de acero con un diámetro de 457 mm. En la figura 1.14 se muestra una gráfica de qp con la profundidad obtenida de las pruebas de

campo junto con el intervalo de resistencia a la penetración estándar en el emplazamiento. Con base en la figura, se pueden hacer las observaciones siguientes.

1. Existe un valor límite de qp. Para las pruebas en consideración, es de

aproximadamente 12 000 kN/m2.2. El valor (L/D)cr es de aproximadamente 16 a 18.

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Figura 1.14 Resultados de la prueba de un pilote de Vesic (1970) de la variación

de qp y N60 con la profundidad.

3. El valor N60 promedio es de aproximadamente 30 para L/D >= (L/D)cr.

Utilizando la ecuación:

La resistencia de punta límite es 4paN60 = (4)(100)(30) = 12000 kN/m2. Este valor en general es consistente con la observación de campo.

Arcilla (Ø= 0)

Para pilotes en arcillas saturadas en condiciones no drenadas (Ø= 0), la carga última neta se puede dar como.

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Donde cu = cohesión no drenada del suelo debajo de la punta del pilote.

E).-Método de Vesic para estimar Qp

ArenaVesic (1977) propuso un método para estimar la capacidad de carga de punta de un pilote con base en la teoría de expansión de cavidades. De acuerdo con esta teoría, con base en los parámetros del esfuerzo efectivo, se puede escribir

Donde: Esfuerzo efectivo normal medio del terreno al nivel de la punta del pilote.

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Observe que la ecuación

Es una modificación de la ecuación:

Con:

De acuerdo con la teoría de Vesic

Donde Irr = índice de rigidez reducida para el suelo. Sin embargo

Donde:

Es = módulo de elasticidad del suelo

μs = relación de Poisson del suelo

Gs = módulo de cortante del suelo

D = deformación unitaria volumétrica promedio en la zona plástica debajo de la punta del pilote

Los intervalos generales de Ir para varios suelos son

Arena (densidad relativa = 50 a 80%): 75 a 150Limo: 50 a 75.A fin de estimar Ir ecuación.

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Y de aquí Irr ecuación.

Se puede utilizar la aproximación siguiente (Chen y Kulhawy, 1994)

Donde:

Con base en pruebas de penetración de cono en el campo, Baldi y colaboradores (1981) dieron las correlaciones para Ir siguientes.

Para la definición de Fr, consulte la ecuación (2.41). En la tabla 1.7 se dan los valores

de N*ơ para diversos valores de Irr y Ø´

Arcilla (Ø = 0)

En arcilla saturada (condición con Ø = 0), la capacidad de carga de punta última de un pilote se puede aproximar con:

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Donde Cu= cohesión no drenada

De acuerdo con la teoría de expansión de cavidades de Vesic (1977).

Las variaciones de N*c con Irr para la condición con Ø = 0 se indican en la

tabla 1.8.

Resistencia

por fricción (Qs) en arena

De acuerdo con la ecuación La resistencia por fricción:

La resistencia unitaria por fricción, f, es difícil de estimar. Al hacer una estimación de f, se deben tener en cuenta varios factores importantes:

1. La naturaleza del hincado del pilote. Para pilotes hincados en arena, la vibración causada durante su hincado ayuda a densificar el suelo a su alrededor. La zona de densificación de la arena puede ser hasta de 2.5 veces el diámetro del pilote, en la arena circundante a él.

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2. Se ha observado que la naturaleza de la variación de f en el campo es aproximadamente como se muestra en la figura 1.16. La fricción superficial unitaria aumenta con la profundidad más

o menos linealmente hasta una profundidad de L´ y después permanece constante. La magnitud de la profundidad crítica L´ puede ser de 15 a 20 diámetros del pilote. Una estimación conservadora sería

3. A profundidades similares, la fricción superficial unitaria en arena suelta es mayor para un desplazamiento mayor del pilote, comparada con un pilote de bajo desplazamiento.4. A profundidades similares, los pilotes perforados o hincados con ayuda de un chorro de agua tendrán una fricción superficial unitaria menor comparada con los pilotes hincados

Tomando en cuenta los factores anteriores, se puede dar la relación aproximada siguiente para f (consulte la figura 1.16)

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