ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE PILOTES...
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ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE PILOTES FUNDIDOS EN SITIO, PREFABRICADOS HINCADOS Y PRETENSADOS PARA EL HOSPITAL CIUDAD VERDE EN SOACHA CUNDINAMARCA YEFFERSON ANDRÉS GONZÁLEZ ORTIZ DIEGO ARMANDO RINCÓN ARIZA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D. C. 2019
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ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE PILOTES FUNDIDOS EN SITIO,
PREFABRICADOS HINCADOS Y PRETENSADOS PARA EL HOSPITAL
CIUDAD VERDE EN SOACHA CUNDINAMARCA
YEFFERSON ANDRÉS GONZÁLEZ ORTIZ
DIEGO ARMANDO RINCÓN ARIZA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D. C.
2019
ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE PILOTES FUNDIDOS EN SITIO,
PREFABRICADOS HINCADOS Y PRETENSADOS PARA EL HOSPITAL
CIUDAD VERDE EN SOACHA CUNDINAMARCA
YEFFERSON ANDRÉS GONZÁLEZ ORTIZ
DIEGO ARMANDO RINCÓN ARIZA
Monografía para optar al título de: Ingeniero Civil
Director Ingeniero
Hernando Villota Posso
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D. C.
2019
Nota de aceptación
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Firma del Presidente del Jurado
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Firma del Jurado
___________________________________
Firma del Jurado
Agradecemos especialmente al Ingeniero Hernando Villota por su constante guía en el proceso de investigación la cual nos enseña cómo hacer un trabajo bien fundamentado y aplicando lo aprendido en el proceso de formación como ingenieros.
A nuestras familias por el constante apoyo en cada paso de la formación de nuestras vidas personales y profesionales.
A nuestros amigos y personas cercanas que estuvieron con nosotros apoyándonos en cada paso de nuestra formación como profesionales.
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por todo lo que nos brindó para finalmente llegar a ser ingenieros.
TABLA DE CONTENIDO
GLOSARIO .............................................................................................................. 1
RESUMEN .............................................................................................................. 2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3
IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ......................................... 4
JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 5
OBJETIVOS ............................................................................................................ 6
OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 6
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 6
ALCANCE ............................................................................................................... 7
1. MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 8
1.1 MARCO DE ANTECEDENTES .................................................................. 8
Ubicación del proyecto ........................................................................ 8
Descripción del proyecto ..................................................................... 8
Descripción de los suelos .................................................................... 9
Información sísmica del terreno ........................................................... 9
Cimentación del proyecto .................................................................. 10
1.2 MARCO TEORICO................................................................................... 13
Cimentación ....................................................................................... 13
Cimentaciones superficiales .............................................................. 13
Cimentaciones profundas .................................................................. 13
Pilotes ................................................................................................ 13
Pilotes de madera .............................................................................. 14
Pilotes de concreto ............................................................................ 14
Capacidad de carga Lateral ............................................................... 16
Método de Broms .............................................................................. 17
Concreto pretensado ......................................................................... 19
Pilotes pretensados ........................................................................ 21
Capacidad por punta de un pilote ................................................... 22
Capacidad de soporte por fricción de un pilote .............................. 22
Capacidad ultima de un pilote ........................................................ 22
Hincado de Pilotes ......................................................................... 23
Pilotes en grupo ............................................................................. 23
2. DEFINICIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRÁFICO ............................................. 24
2.1 PERFIL DEL SUELO ................................................................................ 24
2.2 DEFINICIÓN DE ESFUERZOS EN EL SUELO ....................................... 33
3. DISEÑOS DE PILOTES .................................................................................. 36
3.1 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN POR INTERACCIÓN
SUELO-PILOTE ................................................................................................. 36
Resistencia por punta de pilote Qp .................................................... 36
Resistencia por fricción Qs ................................................................ 37
Resistencia total para pilotes fundidos en sitio .................................. 40
Resistencia total para pilotes prefabricados e hincados .................... 41
Diseño de grupo de pilotes hincados ................................................. 42
3.2 CAPACIDAD DE CARGA LATERAL ÚLTIMA DEL SUELO ..................... 48
3.3 ACERO DE REFUERZO DE LOS PILOTES ............................................ 49
3.4 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN SEGÚN ACI 543R-00
51
Pilote en concreto reforzado – Fundido en sitio ................................. 52
Pilote prefabricado en concreto reforzado ......................................... 53
Pilote prefabricado en concreto pretensado ...................................... 53
3.5 ESFUERZOS POR MANEJO E IZADO DE PILOTES PREFABRICADOS
54
Pilote en concreto reforzado – Hincado ............................................. 54
Pilote en concreto pretensado ........................................................... 56
4. ESTIMACIÓN DE COSTOS ........................................................................... 58
4.1 CONSTRUCCIÓN DE PILOTE FUNDIDO EN SITIO ............................... 59
Pilote Fundido En Sitio Ø 50cm ......................................................... 59
Pilote Fundido En Sitio Ø 60cm ......................................................... 60
4.2 CONSTRUCCIÓN DE PILOTE HINCADO ............................................... 61
Pilote Hincado B=50cm ..................................................................... 61
Pilote Hincado B=60cm ..................................................................... 62
4.3 ACERO DE REFUERZO .......................................................................... 63
Acero Fy 420mpa .............................................................................. 63
Acero Fy 1860mpa ............................................................................ 64
4.4 COSTO TOTAL DE CONSTRUCCIÓN DE PILOTES .............................. 65
Acero Fy 420mpa .............................................................................. 65
5. ESTIMACIÓN DE TIEMPO DE EJECUCIÓN ................................................. 66
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................ 67
6.1 ANALISIS DE CAPACIDAD DE CARGA .................................................. 67
Carga Axial De Compresión por Diseño Geotécnico ......................... 67
Carga Axial De Compresión por Diseño Estructural (ACI 543R-00) .. 68
Comparación Entre Resultados De Diseño Para Cargas Axiales De
Compresión .................................................................................................... 69
Resistencia Última Del Suelo Por Carga Lateral ............................... 70
6.2 AREA TRANSVERSAL DE ACERO DE REFUERZO LONGITUDINAL ... 70
6.3 ANÁLISIS DE COSTOS DE EJECUCIÓN ............................................... 72
6.4 ANÁLISIS DE TIEMPOS DE EJECUCIÓN .............................................. 77
CONCLUSIONES .............................................................................................. 78
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 81
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Consolidado información de pilotes fundidos en sitio ............................... 11
Tabla 2 Datos consolidados de ensayos de laboratorio. Elaboración propia ........ 30
Tabla 3 Criterios de plasticidad ............................................................................. 31
Tabla 4 Definición del perfil de suelo del terreno por parte de los autores ............ 33
Tabla 5 Definición del perfil de suelo con datos específicos por parte de los autores
.............................................................................................................................. 34
Tabla 6 Esfuerzos efectivos del perfil de suelo .................................................... 35
Tabla 7 Valores obtenidos de Qp .......................................................................... 37
Tabla 8 Valores de λ de 35 a 40 m ........................................................................ 38
Tabla 9 Valores de σ’o prom y Cu medio ................................................................. 39
Tabla 10 Valores de 𝑓𝑝𝑟𝑜𝑚 ................................................................................... 39
Tabla 11 Valores de Qs ......................................................................................... 39
Tabla 12 Valores de Qu para pilotes fundidos en sitio .......................................... 40
Tabla 13 Valores de Qu para pilotes fundidos en sitio .......................................... 40
Tabla 14 Peso de los pilotes ................................................................................. 42
Tabla 15 Valores de Qu por medio de ENR .......................................................... 42
Tabla 16 Diseño de grupo de pilotes y capacidad de soporte en KN .................... 44
Tabla 17 Resumen de diseño de pilotes hincados propuesto ............................... 47
Tabla 18 Resultados de capacidad de carga lateral ultima para suelos cohesivos,
según la simplificación de Broms. ......................................................................... 48
Tabla 19 Resultados de análisis de carga lateral .................................................. 49
Tabla 20 Calculo de acero para pilotes no presforzados ...................................... 50
Tabla 21 Calculo de acero para pilotes presforzados ........................................... 50
Tabla 22 Capacidad de servicio permitida para pilotes con flexión despreciable.
Fuente: Adaptación de tabla 2.2 (ACI Committee 543, 2000) ............................... 51
Tabla 23 Factor de reducción de capacidad de carga de compresión Øc. ............ 52
Tabla 24 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes fundidos en sitio. (a)
Pilotes de sección 60x60cm (b) Pilotes de sección 50x50cm. .............................. 53
Tabla 25 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes en concreto
reforzado - hincados (a) Pilotes de sección 60x60cm (b) Pilotes de sección
50x50cm. ............................................................................................................... 53
Tabla 26 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes pretensados (a)
Pilotes de sección 60x60cm (b) Pilotes de sección 50x50cm. .............................. 54
Tabla 27 Momento flector máximo en el pilote prefabricado en concreto reforzado
durante su izaje ..................................................................................................... 55
Tabla 28 Resultados de Mu................................................................................... 56
Tabla 29 Área de acero con el Mu calculado ........................................................ 56
Tabla 30 Momento máximo en el pilote durante izaje. .......................................... 56
Tabla 31. Esfuerzos permisibles bajo cargas de servicio para pilotes presforzados.
Fuente: Adaptado de (ACI Committee 543, 2000) ................................................ 57
Tabla 32 Resultado de fuerza de presfuerzo requerida por manejo del pilote ...... 58
Tabla 33 Fuerza de presfuerzo por cable requerida por manejo del pilote ........... 58
Tabla 34 Costo total de construcción e instalación de pilotes b=50cm ................. 65
Tabla 35 Costo total de construcción e instalación de pilotes b=60cm ................. 65
Tabla 36 Costo total de acero de refuerzo/ml de pilote según Ast en sección
transversal b=50cm ............................................................................................... 65
Tabla 37 Costo total de acero de refuerzo/ml de pilote según Ast en sección
transversal b=60cm ............................................................................................... 65
Tabla 38 Rendimientos de ejecución de pilotes de diferente tipo. Fuente: Propia 66
Tabla 39 Tiempo de ejecución de cimentación. .................................................... 66
Tabla 40 Incremento de capacidad de carga pilotes hincados vs fundidos en sitio
.............................................................................................................................. 68
Tabla 41 Reducción área de acero respecto a pilotes pretensados ...................... 72
Tabla 42 % Incremento en costo de fabricación de pilotes hincados vs pilotes
fundidos en sitio .................................................................................................... 73
Tabla 43 Total acero de refuerzo de pilotes fundidos en sitio. .............................. 73
Tabla 44 Total acero de refuerzo Grado 60 para pilotes hincados ........................ 74
Tabla 45 Total acero de refuerzo Grado 270 para pilotes hincados ...................... 74
Tabla 46 Costo total de cimentación según tipo de pilotes. Valores en miles. ..... 74
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Ubicación del proyecto fuente Google maps ....................................... 8
Ilustración 2 Vista preliminar del Hospital Ciudad Verde. Fuente EyR Espinosa y
Restrepo SAS .......................................................................................................... 9
Ilustración 3 Reacción vertical para columnas [KN], fuente Alexis Vega Ingenieros
SAS ....................................................................................................................... 10
Ilustración 4 Diseño de pilotes fundidos en sitio. Fuente Alexis Vega Ingenieros SAS
.............................................................................................................................. 10
Ilustración 5 Detalle de pilote de 50 cm de diámetro. Fuente Alexis Vega Ingenieros
SAS ....................................................................................................................... 12
Ilustración 6 Detalle de pilote de 60 cm de diámetro. Fuente Alexis Vega Ingenieros
SAS ....................................................................................................................... 12
Ilustración 7 Geometría para pilote prefabricados. ................................................ 15
Ilustración 8 Comportamiento de pilotes ante cargas laterales. Arriba: Pilotes rígidos.
Abajo: Pilotes flexibles. Fuente: (M. Das, 2015). ................................................... 17
Ilustración 9 Capacidad de resistencia de suelos cohesivos ante cargas laterales.
Fuente: (Poulos & Davis, 1980) ............................................................................. 18
Ilustración 10 Calculo de esfuerzos en una viga pretensada. Fuente: (Mc Cormac &
Brown, 2011) ......................................................................................................... 20
Ilustración 11 Capacidad de soporte de un pilote. Fuente (M. Das, 2015) ............ 22
Ilustración 12 Representación de grupo de pilotes. Fuente (M. Das, 2015) .......... 23
Ilustración 13 Representación de traslapo de los esfuerzos que el pilote entrega al
suelo. Fuente (M. Das, 2015) ................................................................................ 24
Ilustración 14 Sondeo 1 ......................................................................................... 25
Ilustración 15 Sondeo 1. Continuación. ................................................................. 26
Ilustración 16 Sondeo 2 ......................................................................................... 27
Ilustración 17 Sondeo 3 elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS ................ 28
Ilustración 18 Sondeo 4 elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS ................ 29
Ilustración 19 Carta de plasticidad de Casagrande elaborada por los autores ..... 31
Ilustración 20 Limites de Atterberg vs Profundidad ............................................... 32
Ilustración 21 Definición de los límites de Atterberg. Fuente: (M. Das, 2015). ...... 32
Ilustración 22 Gráfica Qu y SPT elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS ... 33
Ilustración 23 Esfuerzos efectivos vs profundidad en el perfil del suelo ................ 35
Ilustración 24. Esquema de selección de valores σ’o prom. Fuente: (M. Das, 2015) 37
Ilustración 25. Valores de λ. Fuente: (M. Das, 2015) ............................................ 38
Ilustración 26 Grupo de pilotes. Fuente: (M. Das, 2015) ....................................... 43
Ilustración 27 Valores de Nc. Fuente: (M. Das, 2015) ........................................... 44
Ilustración 28 Pilotes de sección de 50 cm de cuatro filas y dos columnas fundido in
situ vs pilotes de sección de 50 cm de dos filas y dos columnas .......................... 45
Ilustración 29 Pilotes de sección de 50 cm de tres filas y tres columnas fundido in
situ vs pilotes de sección de 50 cm de dos filas y dos columnas .......................... 45
Ilustración 30 Pilotes de sección de 60 cm de tres filas y tres columnas fundido in
situ vs pilotes de sección de 60 cm de dos filas y dos columnas .......................... 46
Ilustración 31 Pilotes de sección de 60 cm de tres filas y tres columnas fundido in
situ vs pilotes de sección de 60 cm de tres filas y dos columnas .......................... 46
Ilustración 32 Diseño de pilotes hincados en grupo .............................................. 47
Ilustración 33 Capacidad de resistencia de suelos cohesivos ante cargas laterales.
Fuente: (Poulos & Davis, 1980) ............................................................................. 49
Ilustración 34 Tabla de propiedades mecánicas de Torones comerciales. Fuente:
Emcocables. .......................................................................................................... 51
Ilustración 35 Figura 3.3 (Mc Cormac & Brown, 2011) .......................................... 55
Ilustración 36 APU Pilote Fundido en sitio Ø=50cm .............................................. 59
Ilustración 37 APU Pilote Fundido en sitio Ø=60cm .............................................. 60
Ilustración 38 APU Pilote hincado b=50cm ........................................................... 61
Ilustración 39 APU Pilote hincado b=60cm ........................................................... 62
Ilustración 40 APU Acero de refuerzo fy=420MPa ................................................ 63
Ilustración 41 APU Acero de pretensado fy=1860MPa ......................................... 64
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica 1 Resistencia del pilote ante carga axial de compresión según diseño
geotécnico ............................................................................................................. 67
Gráfica 2 Resistencia del pilote ante carga axial de compresión según diseño
estructural.............................................................................................................. 68
Gráfica 3 Comparativo de resistencias de cargas axiales. D. Geotécnico vs D.
Estructural ............................................................................................................. 69
Gráfica 4 Capacidad de resistencia última del suelo por carga lateral .................. 70
Gráfica 5 Área transversal de acero de refuerzo longitudinal. Arriba pilote
pretensado vs fundido en sitio. Abajo pilote hincado vs pretensado ..................... 71
Gráfica 6 Valor unitario pilote/ml ........................................................................... 72
Gráfica 7 Valor unitario acero de refuerzo/kg ........................................................ 73
Gráfica 8 Incidencia de costos en pilotes fundidos en sitio ................................... 75
Gráfica 9 Incidencia de costos en pilotes pretensados. ........................................ 76
Gráfica 10 Incidencia de costos en pilotes fundidos en sitio ................................. 76
Gráfica 11 Cronograma de construcción de cimentación. ..................................... 77
1
GLOSARIO
PILOTE1
Método de fundación que consiste en piezas largas elaboradas en concreto, acero
o madera; a modo de pilares enterrados en el terreno, que alcanzan profundidades
suficientes para transmitir las cargas de la estructura. Los pilotes por lo general
trabajan de forma combinada por punta que es cuando se transmiten las cargas a
la punta del pilote haciendo que este se comprima y por fricción que es cuando
transmiten las cargas al terreno circundante por rozamiento.
PILOTES AISLADO1
Pilote alejado suficientemente de otros para no interactuar con aquellos. No se
permiten pilotes aislados para diámetros menores a 45 cm. Entre 45 y 100 cm de
diámetro se pueden utilizar si se arriostran lateralmente.
GRUPO DE PILOTES1
Conjunto de pilotes suficientemente próximos para interactuar entre sí o unidos
mediante elementos estructurales.
PILOTES FUNDIDOS EN SITIO1
Pilotes donde se excava el terreno antes de realizar el correspondiente proceso de
preparación para fundir el pilote en el lugar.
PILOTES HINCADOS1
Pilotes que son armados (hormigones de alta resistencia) por medio de técnicas de
hormigón pretensado o postensado, y finalmente se llega a terreno y se introduce
el pilote desplazando el terreno, sin hacer excavaciones.
PILOTE PRE TENSADO2
Pilotes que presentan una mayor resistencia a flexión y a tracción que los pilotes de
hormigón armado al ser fundido con acero en estado de tensión, por lo que se usan
en obras en las que es necesario resistir esfuerzos horizontales grandes (muelles,
pantalanes, zonas sísmicas) o de tracción (macizos de anclaje, muros, etc.).
La resistencia a tracción es igual a la fuerza del pretensado. Por su menor presencia
de fisuras, también están recomendados en suelos agresivos o contaminados,
además de no verse afectados por el nivel freático.
1 Tomado de https://victoryepes.blogs.upv.es/2019/01/17/concepto-de-pilote-y-clasificaciones/ 2 Tomado de https://victoryepes.blogs.upv.es/2014/12/28/pilotes-prefabricados-de-hormigon-pretensado/
2
RESUMEN
El diseño de la fundación de cualquier proyecto es el inicio fundamental para el
desarrollo de cualquier estructura en un sitio especifico como lo es en este caso
Ciudad Verde en el municipio de Soacha, el correcto desarrollo de las fundaciones
de la edificación es la que permitirá el correcto soporte de las cargas de las nuevas
edificaciones dependiendo de las condiciones de suelo.
En el desarrollo histórico de las fundaciones con pilotaje se han generado diferentes
sistemas que generan, cada uno, ciertos beneficios en el ámbito constructivo y
económico que difieren de los otros sistemas dependiendo de las mecánicas que
se usen para este.
El presente documento expone las pautas y el objeto para definir entre los sistemas
de pilotaje en hormigón armado, y el sistema de pilotes prefabricados en hormigón
armado pretensado, cual será de mayor beneficio en el ámbito de sostenibilidad de
cargas y beneficio tiempo costo para las condiciones de suelo específicas de la zona
de Ciudad Verde Soacha y la correcta construcción del Hospital Ciudad Verde.
Para el desarrollo de esta monografía inicialmente se expondrá la propuesta de
pilotaje del proyecto Hospital Ciudad Verde actual, seguido a esto se generaran
todos los cálculos geotécnicos y estructurales para generar una propuesta de pilote
hincado pre tensado y se expondrá comparativamente con el ya mencionado.
Finalmente se analizaran las propuestas desde un ámbito económico y de eficiencia
y se concluirá cual la metodología de mayor beneficio basados en los resultados del
trabajo.
3
INTRODUCCIÓN
Este trabajo busca exponer el caso específico de la cimentación propuesta para la
edificación del Hospital Ciudad Verde la cual es una cimentación profunda
conformada por pilotes fundidos en sitio, y seguido a esto exponer una alternativa
adicional la cual es la de pilotes hincados y prefabricados por métodos de
pretensado.
La elaboración de esta nueva propuesta se piensa como la evaluación de nuevas
alternativas alternas a los sistemas tradicionales de pilotaje como lo es el de pilotes
fundidos en sitio y poder comparar unas con otras.
Esto se hace de forma tal que se pueda identificar con la información de ambas
propuestas como los sistemas pueden presentar ventajas unos sobre otras y como
un sistema pueda llegar a ser benéfico dependiendo de los resultados encontrados.
Para esto se plantea la elaboración y estudio de un nuevo diseño de pilotes en el
cual se puedan estudiar las nuevas características técnicas, además de entrar a
hacer una evaluación de rendimientos y costos para hacer que el comparativo sea
más claro en el ámbito técnico y económico y generar una identificación más
completa de los benéficos de los sistemas.
4
IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Para el diseño de la cimentación se propone por parte de la entidad diseñadora del
proyecto una cimentación con pilotes los cuales serán con un sistema fundido en
sitio, sin embargo a través de los años los sistemas constructivos generan nuevos
avances y nuevas técnicas que muchas veces son poco implementadas ya que en
la mayoría de construcciones siempre se busca la utilización de sistemas
tradicionales por su confiabilidad y amplia popularidad como sistemas que han
funcionado para el propósito descrito.
Por otro lado el diseño planteado actualmente para la edificación es un sistema que
como ya se mencionó teóricamente funciona para todos los requisitos impuestos
por el proyecto, pero su implementación no presenta beneficios, en cambio se
acopla al sistema tradicional.
Es por esto que en este y cualquier otro proyecto se deben evaluar alternativas
nuevas de construcción ya que estas nuevas alternativas van de la mano con nueve
tecnologías e incluso con tecnologías ya existentes pero optimizadas. Adicional se
debe conocer cuál es el beneficio adicional que generan los nuevos sistemas que
pueden llegarse a implementar en una obra.
5
JUSTIFICACIÓN
Debido a los nuevos sistemas que se están implementando para la construcción
existen diferentes soluciones para problemas que finalmente llegan a tener una
única solución en la cual se determina cual es la más acorde con los factores con
los que se cuenta en el momento como lo es el tema técnico y económico.
Este trabajo busca investigar un sistema alterno el cual es el de pilotes
prefabricados e hincados con acero pretensado, para esto se presentaran
capacidades de soporte de este sistema comparado con el sistema actual y
beneficios adicionales que puedan presentarse, esto con el fin de aclarar en el
aspecto técnico cual se los sistemas presentas mayores beneficios y si es posible
que estas nuevos beneficios generen optimizaciones a la construcción.
De igual forma también se presentaran análisis en cuanto los posibles tiempos de
ejecución y costos enfocados a la comparación de los sistemas y así finalmente
conocer en todos los ámbitos de la construcción que sistema podría llegar a ser de
mayor beneficio.
6
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Realizar el proceso de diseño de una cimentación profunda, para pilotes fundidos
en sitio, pilotes hincados - prefabricados con concreto reforzado y pilotes hincados
- prefabricados con concreto pretensado, para identificar cual genera mayor
eficiencia en el desarrollo de la construcción del Hospital Ciudad Verde.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Desarrollar un perfil geotécnico del suelo, donde se construirá el proyecto
Hospital Ciudad Verde, con base a los sondeos y ensayos de laboratorio
registrados en el Estudio de suelos EYR-S 12803-5 (E&R Ingenieria de
Suelos, 2018).
● Calcular la resistencia de carga axial de compresión por fricción y por punta
para los tipos de pilotes en referencia.
● Realizar el cálculo de la eficiencia de grupo de pilotes y generar esquema de
distribución de pilotes.
● Calcular la resistencia de carga lateral y el acero de refuerzo para los tipos
de pilotes en referencia.
● Analizar los tipos de pilotes calculados en los siguientes casos:
Capacidades de carga
Tiempo de ejecución de la cimentación.
Costo de ejecución de la cimentación.
7
ALCANCE
El presente estudio estará enfocado en cimentaciones profundas de pilotaje para el
Hospital de Ciudad Verde en Soacha, el cual revisara un diseño actual de pilotes
fundidos en sitio y presentara todo el procedimiento pre dimensionamiento y diseño
de un nuevo sistema de pilotes con procesos de hincado, este con los mismos datos
de los suelos de la zona de construcción en Soacha y las mismas cargas de diseño.
Se revisara específicamente para este caso los comparativos técnicos de los
sistemas de pilotes, además de evaluarse los temas de rendimientos de obra y
económicos para las propuestas revisadas.
8
ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE PILOTES FUNDIDOS EN SITIO,
PREFABRICADOS HINCADOS Y PRETENSADOS PARA EL HOSPITAL
CIUDAD VERDE EN SOACHA CUNDINAMARCA
1. MARCO TEÓRICO
1.1 MARCO DE ANTECEDENTES
Ubicación del proyecto
El proyecto del hospital Ciudad verde es un hospital que se encuentra localizado en
la Transversal 32 N° 24-55 en el predio Equipamiento 19 de la Etapa 1 del macro
proyecto de interés social nacional “Ciudad Verde” en el municipio de Soacha.
Ilustración 1 Ubicación del proyecto fuente Google maps
Descripción del proyecto
El proyecto consta de un edificio de 10 pisos de altura con sótano, construido en
pórticos convencionales de concreto reforzado, con luces entre ejes de columnas
9
hasta de 8.0 m. Las cargas previstas estimadas por áreas aferentes son inferiores
a 704.0 Toneladas para cargas puntuales. Adyacente al edificio se construirá una
estructura de 1 piso de alto, en pórticos de concreto reforzado con una carga
prevista por áreas aferentes de 64.0 Toneladas para cargas puntuales.
Ilustración 2 Vista preliminar del Hospital Ciudad Verde. Fuente EyR Espinosa y Restrepo SAS
Descripción de los suelos
Una vez establecido el lugar de ubicación del proyecto la empresa EyR Espinosa y
Restrepo SAS realiza una investigación del terreno donde se encuentra una
descripción del terreno donde en niveles superficiales existe una capa vegetal,
seguido de un limo orgánico y/o arcilloso de negro con raíces y trazos de óxido. La
resistencia al corte tomada con un penetrómetro manual varía entre 1.75 y 4.50
Kg/cm². En estratos más superficiales se encuentran estratos arcillosos y limo
arcillosos que presentan resistencia al corte tomada con un penetrómetro manual
varía entre 0.40 y 4.50 Kg/cm².
Información sísmica del terreno
A partir de la totalidad de los sondeos efectuaos para el estudio de suelos se tiene
que de acuerdo con la NSR-10 el suelo de este proyecto es de TIPO E.
10
Cimentación del proyecto
De acuerdo a la información del estudio de suelo la empresa Alexis Vega Ingenieros
SAS, plantea los modelos del diseño de la cimentación del edificio, para esto plantea
como modelo de trabajo una cimentación profunda conformada por grupos de
pilotes fundidos en sitio de acuerdo a las cargas puntuales entregadas por el edificio
en cada eje de acuerdo a la siguiente tabla.
Ilustración 3 Reacción vertical para columnas [KN], fuente Alexis Vega Ingenieros SAS
Una vez realizados este análisis de cargas el diseñador entra a presentar su modelo
de cimentación de acuerdo al siguiente plano.
Ilustración 4 Diseño de pilotes fundidos en sitio. Fuente Alexis Vega Ingenieros SAS
Este diseño plantea la utilización de pilotes de 50 y 60 cm de diámetro de sección
circular y profundidades de 40m de longitud, esta información se consolida en la
siguiente tabla:
11
Datos pilotes fundidos en sitio
Eje Sección Diámetro Profundidad Cantidad Reacción vertical para columnas
1-E Circular 0,5 m 40 m 8 6259 KN
2-E Circular 0,5 m 40 m 9 8255 KN
3-E Circular 0,6 m 40 m 9 8849 KN
4-E Circular 0,5 m 40 m 9 7677 KN
5-E Circular 0,5 m 40 m 9 7539 KN
6-E Circular 0,5 m 40 m 9 7316 KN
7-E Circular 0,5 m 40 m 9 7212 KN
8-E Circular 0,5 m 40 m 9 8092 KN
9-E Circular 0,5 m 40 m 9 8094 KN
10-E Circular 0,5 m 40 m 9 7246 KN
11-E Circular 0,5 m 40 m 9 7130 KN
1-D Circular 0,5 m 40 m 8 8090 KN
4-D Circular 0,6 m 40 m 9 9271 KN
5-D Circular 0,6 m 40 m 9 9852 KN
6-D Circular 0,6 m 40 m 9 9539 KN
7-D Circular 0,6 m 40 m 9 9523 KN
10-D Circular 0,5 m 40 m 9 8331 KN
1-C Circular 0,5 m 40 m 8 7409 KN
4-C Circular 0,5 m 40 m 9 8368 KN
5-C Circular 0,6 m 40 m 9 9925 KN
6-C Circular 0,6 m 40 m 9 9601 KN
7-C Circular 0,6 m 40 m 9 8750 KN
1-AB Circular 0,5 m 40 m 18 14723 KN
4-B Circular 0,6 m 40 m 9 9495 KN
5-B Circular 0,6 m 40 m 9 10071 KN
6-B Circular 0,6 m 40 m 9 9758 KN
7-B Circular 0,6 m 40 m 9 9799 KN
11-B Circular 0,6 m 40 m 9 8385 KN
2-A Circular 0,6 m 40 m 9 9327 KN
3-A Circular 0,6 m 40 m 9 9599 KN
4-A Circular 0,5 m 40 m 9 8308 KN
5-A Circular 0,5 m 40 m 9 8123 KN
6-A Circular 0,5 m 40 m 9 7916 KN
7-A Circular 0,5 m 40 m 9 7639 KN
8-A Circular 0,6 m 40 m 9 8577 KN
9-A Circular 0,5 m 40 m 9 8350 KN
10-A Circular 0,5 m 40 m 9 7419 KN
11-A Circular 0,5 m 40 m 9 7674 KN Tabla 1 Consolidado información de pilotes fundidos en sitio
12
Para esto diseños se plantean como ya se mencionó pilotes fundidos en sitio donde
se presenta en detalle su diseño para 50cm y 60 cm como se muestra a continuación
Ilustración 5 Detalle de pilote de 50 cm de diámetro. Fuente Alexis Vega Ingenieros SAS
Ilustración 6 Detalle de pilote de 60 cm de diámetro. Fuente Alexis Vega Ingenieros SAS
Con la información enunciada a continuación en cómo se diseñó la construcción de
la cimentación del proyecto Hospital Ciudad Verde.
13
1.2 MARCO TEÓRICO
Cimentación
Es un elemento de interfaz, entre el terreno y la superestructura3, en el que toda
construcción que se apoye sobre el terreno debe ser soportada. La cimentación es
un sistema de ingeniería que transporta a, y dentro, de las capas subyacentes del
suelo, las cargas soportadas de la superestructura y su mismo peso. De acuerdo a
esta definición es evidente que la cimentación es la parte más importante en un
sistema de ingeniería (Bowles, 1997).
Cimentaciones superficiales
Son principalmente, zapatas, zapatas corridas y losas de cimentación. En este tipo
de cimentación, generalmente, la razón entre el ancho de la base (B) y la
profundidad de desplante (D) es menor o igual que 1, B/D ≤ 1.
Cimentaciones profundas
Se componen principalmente de pilotes, pilas excavadas y caissons. En este tipo
de cimentación, generalmente, la razón entre la altura o longitud del elemento (Lp),
y el ancho de la sección (B) es mayor o igual que 4, 𝐿𝑝/B ≥ 4.
Pilotes
Son elementos que pertenecen al grupo de cimentaciones profundas y son
elementos muy esbeltos con dimensiones de secciones transversales entre 0.30m
y 1.0m. (Juárez Baudillo & Rico Rodríguez, 1973).
Los pilotes se suelen utilizar principalmente en los siguientes tres casos:
Los pilotes se usan cuando el suelo donde se desplantaría una zapata o una
losa de cimentación es demasiado débil o compresible, por lo cual se hace
necesario transmitir las cargas de la superestructura a estratos más
profundos a través de ellos.
Los pilotes también se usan para soportar esfuerzos de flexión producidos
por cargas laterales, a la vez que resisten las cargas verticales. Este tipo de
3 El termino superestructura hace referencia a la estructura de una edificación o puente que sobresale del terreno.
14
pilotes se diseñan como elementos de retención de tierra y como cimentación
de construcciones altas y esbeltas que soportaran fuerzas de viento y sismo.
Cuando se tienen estratos superficiales de suelos colapsables y/o arcillas
expansivas, susceptibles a la humedad, no es recomendable utilizar
cimentaciones superficiales para evitar daños producidos por estos
fenómenos. Es entonces que se suele contemplar el uso de pilotes para
evitar estos estratos y alcanzar unos de mejores condiciones.
Tipos de Pilotes.
Los pilotes se suelen clasificar, según su material de fabricación, en los siguientes
tipos (M. Das, 2015):
a) Pilotes de madera
b) Pilotes de Concreto
c) Pilotes metálicos
d) Pilotes compuestos
Pilotes de madera
El uso de troncos de árboles, como pilotes de madera, se remonta desde el imperio
romano y fueron descritos por Vitruvio en el año 58 D.C (Beck, Hanson, &
Thornburn, 1987).
La longitud de este tipo de pilote oscila entre los 10 y 20m de longitud, según el tipo
de árboles de la zona del proyecto.
La capacidad de los pilotes de madera está limitada a la resistencia del hincado
para su instalación, aunque se suelen proteger con capuchones metálicos para
evitar que sus fibras se rompan.
Los pilotes en madera pueden permanecer indefinidamente sin dañarse cuando se
encuentran embebidos en un suelo saturado, sin embargo, una porción de la
longitud del pilote queda por encima del nivel freático, suelen presentar problemas
por ataque de insectos y plagas.
Pilotes de concreto
Los pilotes en concreto, tienen una alta capacidad de carga, son resistentes a la
corrosión y otros agentes ambientales, y pueden combinarse muy bien con la
superestructura. Este tipo de pilotes se puede clasificar en dos grupos:
15
1.2.6.1 Pilotes fundidos en sitio
Los pilotes fundidos en sitio se construyen a través de un barreno en el terreno para
después colar el concreto. Al momento del colado, este se puede realizar con o sin
ademe, que es una especie de formaleta formada por un tubo metálico que puede
dejarse embebido en el terreno o retirarse una vez se va vertiendo el concreto, el
uso del ademe se realiza para sostener las paredes de la perforación y evitar su
derrumbamiento.
Este es un tipo de pilote económico, que permite una inspección previa al vertido
del concreto y es fácil de extender.
1.2.6.2 Pilotes prefabricados
Los pilotes prefabricados se fabrican normalmente de sección cuadrada, octogonal
y pilotes huecos de sección cilíndrica, ver Ilustración 7. Los pilotes prefabricados se
pueden reforzar con acero de presfuerzo Grado 250 o Grado 270, lo que les permite
obtener mejores resistencias a cargas axiales y cargas laterales, además de reducir
la aparición de fisuras durante el izaje e hincado de los pilotes.
Ilustración 7 Geometría para pilote prefabricados.4
1.2.6.3 Pilotes de acero
Generalmente son hechos a base de perfiles tipo H o tubos de acero laminado. Este
tipo de pilotes tiene una alta capacidad de carga y de resistencia al hincado, además
permiten una rápida y segura unión a través de soldadura y remaches, lo cual
permite alcanzar grandes longitudes. Sin embargo, este tipo de pilote es muy costos
4 Tomado de https://victoryepes.blogs.upv.es/2014/12/28/pilotes-prefabricados-de-hormigon-pretensado/
16
y tiene muchos inconvenientes con los agentes ambientales del terreno, por lo que
se corroen y deterioran fácilmente.
1.2.6.4 Pilotes compuestos
Son pilotes fabricados con distintos materiales, por ejemplo: acero-concreto, o,
concreto-madera. Los primeros se utilizan cuando la longitud del pilote supera la
longitud permisible de un pilote en concreto, por lo tanto se hinca el pilote en acero
y después se funde la longitud restante del pilote con concreto. En el segundo caso,
el tramo en madera queda por debajo del nivel freático y la longitud restante se
realiza con concreto (M. Das, 2015).
Capacidad de carga Lateral
La magnitud de las cargas laterales en relación con las cargas axiales, es más
pequeña y no se requiere un diseño adicional, en algunos códigos de construcción
en zonas de amenaza sísmica alta, como en Japón o en la costa oeste de Estados
Unidos, los pilotes deben poder resistir una carga lateral de mínimo el 10% de la
resistencia vertical (Poulos & Davis, 1980).
Un pilote vertical resiste una carga lateral movilizando la presión pasiva en el suelo
que lo rodea El grado de distribución de la reacción del suelo depende de los
siguientes factores:
De la rigidez del pilote
De la rigidez del suelo
De la estabilidad de los extremos del pilote
De manera general, el comportamiento de los pilotes ante cargas laterales se puede
dividir en dos categorías:
I. Pilotes cortos o rígidos
II. Pilotes largos o elásticos
El comportamiento de estas categorías se presenta en la Ilustración 8.
17
Ilustración 8 Comportamiento de pilotes ante cargas laterales. Arriba: Pilotes rígidos. Abajo: Pilotes flexibles. Fuente: (M. Das, 2015).
Método de Broms
Como se indica en (Poulos & Davis, 1980) en 1694 Broms propuso una solución
simplificada con base a un enfoque estático convencional. De allí propuso una
solución para los siguientes escenarios de pilotes:
a. Pilotes en suelos Granulares, sin dado o cabezal.
b. Pilotes en suelos Granulares, con dado o cabezal.
c. Pilotes en suelos Cohesivos, sin dado o cabezal.
d. Pilotes en suelos Cohesivos, con dado o cabezal.
Tomando en cuenta las condiciones y alcance del presente trabajo, se define como
caso de estudio el literal (c) Pilotes en suelos Cohesivos, sin dado o cabezal y a
continuación, se presenta la solución planteada por Broms de acuerdo a la
iIlustración 9.
18
𝑓 =𝐻𝑢
9𝑐𝑢𝑑
𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝐻𝑢(𝑒 + 1.5𝑑 + 0.5𝑓)
𝑀𝑚𝑎𝑥 = 2.25𝑑𝑔2𝑐𝑢
𝐿 = 1.5𝑑 + 𝑓 + 𝑔
Dónde:
f= distancia a la cual se genera la rótula plástica a partir de 1.5d (ver Ilustración 33),
y longitud en la cual se presenta mayor resistencia lateral del suelo.
HU=Carga lateral máxima del suelo.
e= Longitud del pilote que sobresale de la superficie del terreno
Mmax= Momento flector máximo.
g= Distancia desde f hasta la punta del pilote.
L=Longitud del pilote.
Ilustración 9 Capacidad de resistencia de suelos cohesivos ante cargas laterales. Fuente: (Poulos & Davis, 1980)
Es importante indicar que el diseño de pilotes para soportar cargas laterales puede
estar condicionado a satisfacer un requerimiento límite de deflexiones laterales lo
que puede determinar capacidades de cargas mucho menores que la capacidad
lateral última de los pilotes (Poulos & Davis, 1980), para efectos de este trabajo se
tomó la resistencia última del suelo de acuerdo al método de Broms.
19
Concreto pretensado
El presforzado consiste en generar un estado de esfuerzos y deformación dentro de
un material, con el fin de satisfacer la función para la cual fue diseñado (Gerwick Jr.,
1978).
En su aplicación en el concreto estructural, el pretensado, genera esfuerzos de
compresión, para los cuales el concreto trabaja muy bien, previos a la puesta en
servicio del elemento con el fin de que estos contrarresten los esfuerzos de tensión
que ocurrirán durante el servicio del elemento.
Las bondades que produce el concreto presforzado, fueron reconocidas por el
ingeniero francés Eugenio Freyssinet que inició sus estudios en la materia en el año
1911. En 1940 introdujo un sistema de cables de acero de alta resistencia anclados
con cuñas (Nilson, 1990).
El presforzado se realiza pretensando cables o torones de acero, a través de gatos,
y anclándolos luego a salientes exteriores. Después el concreto es vaciado y curado
hasta que alcance una resistencia y adherencia adecuada para finalmente liberar
los torones transfiriendo el presfuerzo al concreto.
En el pretensado se requiere una longitud adecuada para transmitir el esfuerzo del
torón al concreto, por lo tanto, los torones se diseñan para realizar esta transmisión
en una distancia tan corta como sea posible.
Para realizar el cálculo de esfuerzos en un elemento pretensado, se toma como
ejemplo la viga de la Ilustración 10. En cualquier punto de la viga el esfuerzo
resultante se define por la siguiente ecuación:
𝑓 =𝑃
𝐴 ±
𝑃𝑒𝑐
𝐼±
𝑀𝑐
𝐼
Dónde:
f= Esfuerzo total en el elemento pretensado
P= Fuerza de pretensado
A= Área de la sección transversal
e= Excentricidad del acero de presforzado al eje centroidal
c= Distancia desde el eje centroidal a la fibra más extrema del elemento
I= Inercia del elemento
M= Momento flector
20
El primer término de la derecha corresponde al esfuerzo producido por la fuerza de
presfuerzo; el segundo término es el fuerzo producido por el momento debido a la
excentricidad e, y el tercer término es el esfuerzo producido por la carga exterior y
el peso propio de la viga.
Ilustración 10 Calculo de esfuerzos en una viga pretensada. Fuente: (Mc Cormac & Brown, 2011)
Con el desarrollo del concreto pretensado se evidencio que para garantizar el éxito
técnico y económico del pretensado, era necesario utilizar concretos de alta
resistencia, ya que en algún momento de su vida útil, el elemento soportara
esfuerzos producidos por las cargas externas de diseño y por los esfuerzos de
pretensado. Con una resistencia más alta se tiene un módulo de elasticidad mayor,
por lo cual, las pérdidas de presfuerzo son menores. Adicionalmente, la alta
resistencia coincide con un flujo plástico y contracción reducidos, por lo que se suele
recomendar concretos de f’c de 250 a 350kg/cm2 (Gerwick Jr., 1978).
Ventajas del concreto presforzado:
21
Se requieren secciones transversales más pequeñas, lo que genera
menor peso propio para las estructuras.
Los elementos en concreto presforzado no se agrietan o fisuran, lo que
produce mayor protección e impermeabilización ante la corrosión que
ataca el acero. Mejora la apariencia del elemento al evitar la aparición de
fisuras y genera mayor vida útil y menores costos de mantenimiento.
Las deflexiones totales son menores, los elementos son más rígidos y
soportan mayores resistencias a la fatiga y a las cargas de impacto.
Desventajas del concreto presforzado:
Se requiere de personal técnico mejor capacitado para supervisar la
correcta ejecución del proceso.
Se generan pérdidas en el presfuerzo.
Se requieren costos adicionales por elementos como anclajes y
terminales.
Pilotes pretensados
El uso de este tipo de pilotes es cada vez mayor en el mundo, principalmente en
estructuras marinas y en edificios. Su masificación se debe a las indudables
ventajas que provee en aspectos como capacidad de resistencia axial, resistencia
a cargas laterales, resistencia a ambientes adversos y resistencia al manejo.
Se han fabricado pilotes pretensados desde 25cm hasta los 4.0m. El pilote
pretensado más largo, fabricado en una sola pieza, ha alcanzado 80m de longitud
(Gerwick Jr., 1978).
Algunas de las ventajas de este tipo de pilote se listan a continuación:
Durabilidad
No se agrietan durante el manejo y el hincado
Alta capacidad de carga
Alta capacidad para resistir momento
Excelente capacidad combinada para carga y momento
Resisten tensión
Facilidad para su manejo, transporte e hincado
Economía
22
Resisten un hincado fuerte y penetran en estratos duros y escombros
Alta resistencia como columna
Fáciles de empalmar y conectar
Capacidad por punta de un pilote
La capacidad por punta de un pilote es cuando el estrato de suelo donde se ubica
la parte inferior genera cierta resistencia que da soporte al pilote y permite que este
haga uso de la capacidad de soporte de compresión del pilote para ofrecer la
respectiva resistencia a la estructura.
Capacidad de soporte por fricción de un pilote
Es la resistencia que ofrece el pilote a entrar en contacto con el terreno y se
considera como el rozamiento que se genera en los estratos de suelo con la
superficie de contacto del pilote.
Capacidad ultima de un pilote
Se considera que la capacidad ultima o total de un pilote es la suma de la capacidad
que ofrece tanto por punta como por fricción como se muestra en la siguiente
ilustración toma de (M. Das, 2015)
Ilustración 11 Capacidad de soporte de un pilote. Fuente (M. Das, 2015)
23
Hincado de Pilotes
Proceso por el cual un pilote prefabricado es enterrado en el terreno donde se desea
elaborar la cimentación sin hacer excavaciones anteriores al proceso, para este
proceso se utilizan diversos equipos que generan en el pilote esfuerzos de
penetración como lo puede ser tanto por golpe como por vibración.
Pilotes en grupo
Los pilotes en grupo es una configuración en la cual se construyen varios pilotes
cercanos conectados por elemento de cimentación superficial que permite que sus
capacidades de soporte sean trabajadas en grupo para que así aumenten como se
muestra en la ilustración tomada de (M. Das, 2015)
Ilustración 12 Representación de grupo de pilotes. Fuente (M. Das, 2015)
24
Sin embargo cabe aclarar que el trabajo en conjunto de un grupo de pilotes no se
puede considerar como la suma de sus cargas individuales, ya que la cercanía de
la colocación de estos hace que los esfuerzos que se generan a profundidad puedan
entrar en contacto con el mismo suelo haciendo así que la eficiencia del grupo
disminuya como se muestra a continuación en la ilustración tomada de (M. Das,
2015)
Ilustración 13 Representación de traslapo de los esfuerzos que el pilote entrega al suelo. Fuente (M. Das, 2015)
2. DEFINICIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRÁFICO
2.1 PERFIL DEL SUELO
En primera instancia para la elaboración del diseño de los pilotes se definió el perfil
del suelo de la zona de ubicación del proyecto en el municipio de Soacha en la zona
de ciudad verde. Para esto nos basamos en el estudio de suelos EYR-S 12803-5
(E&R Ingenieria de Suelos, 2018).
A continuación, se presenta el sondeo 1 elaborado hasta una profundidad de 30
metros.
25
Ilustración 14 Sondeo 1
Elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
26
Ilustración 15 Sondeo 1. Continuación. Elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
A continuación, se presentan los resultados del sondeo 2 el cual fue elaborado hasta
una profundidad de 8 metros.
27
Ilustración 16 Sondeo 2 Elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
El sondeo 3 fue elaborado hasta una profundidad de 8 metros.
28
Ilustración 17 Sondeo 3 elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
Finalmente, se presentan los resultados del sondeo 4 el cual fue elaborado hasta
una profundidad de 8 metros.
29
Ilustración 18 Sondeo 4 elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
Una vez recopilados estos datos, obtuvimos una visual aproximada de cómo se
conforma el perfil del suelo en estudio, pero, para obtener un perfil de suelo más
exacto, procedimos a revisar los diferentes laboratorios realizados, entre los cuales
se encuentran pesos unitarios, presión inconfinada, límites de Atterberg y el ensayo
de consolidación. Con base a la información mencionada se procedió a realizar un
análisis de las muestras y sondeos para conformar la Tabla 2.
30
SONDEO
MUESTRA
PROFUNDIDAD (m) MATERIAL
γt [gr/cm
3]
γd [gr/cm
3] % W
Cu [kg/cm
2] DE HASTA
1 2 2,0 2,5 Arcilla gris vetas ocre 1,946 1,557 25,00% 2,315
2 2 2,0 2,5 Arcilla gris vetas ocre 1,856 1,462 26,89% 1,29
3 4 3,0 4,0 Arcilla gris
clara 1,948 1,5 29,81% 1,185
1 3 4,5 5,0 Arcilla gris 1,57 0,879 78,51% 0,305
4 4 5,5 6,0 Arcilla gris clara vetas
ocre 1,521 0,852 78,62% 0,125
3 7 7,5 8,0 Arcilla gris
clara 1,432 0,87 64,10% N/A
1 5 8,5 9,0 Arcilla arenosa
ocre vetas habanas 1,577 0,941 67,63% 0,83
1 7 12,5 13,0 Limo arcilloso
gris oscuro 1,438 0,725 98,22% 0,59
1 12 21,5 22,0 Arcilla limosa
carmelita 1,426 0,709 101,11
% 0,41
4 18 33,5 34,0 Limo arcilloso
carmelito 1,317 0,648 103,33
% 0,325
1 24 44,5 45,0 Arcilla limosa
gris 1,33 0,6 121,52
% 0,215 Tabla 2 Datos consolidados de ensayos de laboratorio. Elaboración propia
Al observar los resultados registrados en la Tabla 2, encontramos valores de
resistencia al corte elevados en los estratos más superficiales, mientras que, en los
estratos más profundos se encuentra una reducción de esta resistencia.
Por otro lado, de los datos obtenidos en los ensayos de límites de Atterberg
realizados, realizados por la empresa EyR Espinosa y Restrepo SAS, elaboramos
la carta de plasticidad de Casagrande la cual se presenta en la Ilustración 19.
31
Ilustración 19 Carta de plasticidad de Casagrande elaborada por los autores
De los datos obtenidos encontramos que los valores de IP, en su mayoría, superan
el 31% y alcanzan valores altos como 102% y 109%, por lo cual se pudo determinar
que el suelo presenta una plasticidad alta, de acuerdo a la Tabla 3.
Tabla 3 Criterios de plasticidad
De igual forma, con los datos de los límites de Atterberg y las humedades naturales
obtenidas, de las diferentes muestras y ensayos de laboratorio, elaboramos el
gráfico Limites de Atterberg vs Profundidad, ubicando estos valores a las diferentes
profundidades, ver Ilustración 20.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Índ
ice d
e P
lasti
cid
ad
(P
I)
Límite Líquido (WL)
MH o OH
CH o OH
ML o OL
CL o OL
CL— ML
BAJA MEDIA ALTA
Índice Plástico Plasticidad
0 - 3 No Plástico
4 - 15 Plasticidad Baja
16 - 30 Plasticidad Media
> 30 Plasticidad Alta
32
Ilustración 20 Limites de Atterberg vs Profundidad
De los datos registrados en la Ilustración 20 se puede determinar que en los
primeros estratos, en profundidades de 0 a 5 m, el contenido de humedad del suelo
está muy cerca al límite plástico, lo cual determina que el suelo está en un estado
plástico, cercano a un estado semisólido, mientras que en mayores profundidades,
el contenido de humedad sugiere un estado plástico de acuerdo a lo observado en
la Ilustración 21.
Ilustración 21 Definición de los límites de Atterberg. Fuente: (M. Das, 2015).
33
Finalmente, para construir el perfil geotécnico del suelo, nos remitimos al informe
del estudio de suelos EYR-S 12803-5 (E&R Ingenieria de Suelos, 2018), del cual se
tomaron las gráficas de Qu y SPT, ver Ilustración 22. De estas gráficas, analizamos
las resistencias del suelo a diferentes profundidades.
Ilustración 22 Gráfica Qu y SPT elaborado por EyR Espinosa y Restrepo SAS
Para la definición del perfil geotécnico del suelo se analizó, junto con la información
anterior, el informe de suelos final, en el cual, se describe el terreno desde la
superficie hasta los 2m de profundidad como un limo arcilloso y se define el nivel
freático del terreno a los 3.1m de profundidad.
INICIO (m) FIN (m) MATERIAL
0 2 Limo arcilloso
2 3,1 Arcilla
3,1 7 Arcilla
7 45 Limo Tabla 4 Definición del perfil de suelo del terreno por parte de los autores
2.2 DEFINICIÓN DE ESFUERZOS EN EL SUELO
Una vez obtenido el perfil del suelo, se determinó de forma más específica las
características de cada estrato de suelo. Para esto se incluyó el peso específico de
cada estrato y el porcentaje de humedad contenido en estos.
NF
34
Para los valores de peso específico y porcentaje de humedad se tomaron los valores
consolidados de la Tabla 2 correspondientes a cada estrato y se definieron como
indica la siguiente ecuación:
𝑦 =(𝑥1 + 𝑥2 + ⋯ + 𝑥𝑛)
𝑛− 𝜎 ( 1)
Dónde:
y=Valores de pesos específicos (γT, γd), porcentajes de humedad (%w) y cohesión
no drenada (Cu). xi= Valores extraídos de Tabla 2 según el estrato de suelo en estudio. σ=Desviación estándar de los valores extraídos de Tabla 2 según el estrato de suelo en estudio.
Una vez realizados los cálculos para obtener los valores de los pesos específico y
las humedades naturales de cada estrato se consolida la información, como se
muestra en la Tabla 5.
INICIO (m)
FIN (m)
MATERIAL γT
[KN/m3] γd
[KN/m3] %w
Cu [KN/m2]
0 2 Limo arcilloso 15,304 12,243 25% 227,102
2 3,1 Arcilla 18,025 14,149 25% 105,724
3,1 7 Arcilla 14,185 6,969 34% 52,811
7 45 Limo 13,011 6,058 70% 22,794 Tabla 5 Definición del perfil de suelo con datos específicos por parte de los autores
Una vez contamos con esta información realizamos la gráfica de esfuerzo efectivo
con base a los valores obtenidos en las ecuaciones:
𝜎 = 𝛾 ∗ ℎ ( 2)
𝜎 = (𝛾 − 𝛾𝑤) ∗ ℎ ( 3)
NF
35
INICIO [m] FIN [m] MATERIAL σ' [kN/m2]
0 2 Limo arcilloso 30,607
2 3,1 Arcilla 50,434
3,1 7 Arcilla 67,497
7 35 Limo 157,136
35 36 Limo 160,338
36 37 Limo 163,539
37 38 Limo 166,740
38 39 Limo 169,942
39 40 Limo 173,143
Tabla 6 Esfuerzos efectivos del perfil de suelo
De acuerdo a los valores registrados en la
Tabla 6 se procede a realizar la gráfica de Esfuerzos efectivos en el perfil de suelo.
(Ver Ilustración 23).
Ilustración 23 Esfuerzos efectivos vs profundidad en el perfil del suelo
NF
36
3. DISEÑOS DE PILOTES
Se realizó la propuesta de diseño de diferentes tipos de pilotes como alternativa al
diseño de pilote fundido en sitio, propuesto por el diseñador geotécnico del proyecto.
Los diseños de los pilotes calculados se realizan desde un enfoque geotécnico y
también se calculan según las ecuaciones, parámetros y recomendaciones de (ACI
Committee 543, 2000).
3.1 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN POR INTERACCIÓN
SUELO-PILOTE
Resistencia por punta de pilote Qp
Se procedió a realizar el cálculo de la capacidad de carga por punta de los pilotes
por el método de Meyerhof teniendo en cuenta la definición del perfil de suelo de la
Tabla 5 y la ecuación ( 4).
𝑄𝑝 = 9𝐶𝑢 − 𝐴𝑝 ( 4)5
Dónde:
Qp= Carga por punta
Cu= Cohesión no drenada
Ap= Área del pilote
Siguiendo las recomendaciones del estudio de suelos EYR-S 12803-5 (E&R
Ingenieria de Suelos, 2018), trabajamos con dimensiones de pilotes de 35 a 40m de
longitud, de sección cuadrada desde los 0.50 m hasta 1 m.
De acuerdo a estos parámetros, los pilotes estarán en el último estrato del suelo
con un Cu calculado a través del promedio y ajustado con la desviación estándar lo
cual nos arrojó un valor de 22.794 KN/m2.
En la Tabla 7 se presentan los valores de Qp obtenidos. Sin embargo, como el
objetivo de este trabajo es comparar con los pilotes ya diseñados por el consultor
geotecnista, nos centramos en los pilotes de sección de 0.50 y 0.60m.
5 Ecuación 11.18 (M. Das, 2015)
SECCIÓN [m] 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Qp [kN] 51,286 73,853 100,521 131,293 166,168 205,146
37
Resistencia por fricción Qs
Se procedió a realizar el cálculo de la resistencia por fricción de los pilotes por el
método “λ” teniendo en cuenta la definición del perfil de suelo de la Tabla 6 y las
ecuaciones ( 5), ( 6) y ( 7).
𝑄𝑠 = 𝑝𝐿𝑓𝑝𝑟𝑜𝑚 ( 5)6
𝑓𝑝𝑟𝑜𝑚 = 𝜆(𝜎′𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚 + 2𝐶𝑢) ( 6)7
𝜎′𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚 =
𝐴1 + 𝐴2 + ⋯
𝐿 ( 7)8
Dónde:
Qs= Resistencia por fricción
P=perímetro del pilote
L= Longitud de pilote
fprom= resistencia superficial unitaria promedio
λ= Factor en función de la longitud de empotramiento (L)
σ’o prom=Esfuerzo efectivo medio
Ai=Área calculada de la Ilustración 23 Esfuerzos efectivos vs profundidad en el perfil
del suelo, para cada estrato de suelo.
Ilustración 24. Esquema de selección de valores σ’o prom. Fuente: (M. Das, 2015)
6 Ecuación tomada de (M. Das, 2015) página 576. 7 Ecuación 11.51 (M. Das, 2015) 8 Ecuación 11.52 (M. Das, 2015)
Tabla 7 Valores obtenidos de Qp
38
Para calcular el valor de λ, en la Ilustración 25 se observan algunos valores en
función de la longitud de empotramiento (L)
Ilustración 25. Valores de λ. Fuente: (M. Das, 2015)
Como se mencionó anteriormente, en el cálculo de Qp, de acuerdo a la
recomendación del estudio de suelos, trabajamos con longitudes de pilotes de 35 a
40m y de sección cuadrada desde los 0.50m hasta 1m. Por lo tanto, por medio de
interpolación de datos encontramos los valores de λ para longitudes de 35 a 40m.
Los resultados se presentan en la Tabla 8.Tabla 10
LONGITUD [m] λ
35 0,132
36 0,131
37 0,130
38 0,129
39 0,128
40 0,127 Tabla 8 Valores de λ de 35 a 40 m
Seguido a esto, y con base a al esquema de aplicación del método λ de la Ilustración
24, procedimos a realizar el cálculo de σ’o prom y del valor de 𝐶𝑢 medio, para
longitudes de 35 m hasta 40 m. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
39
LONGITUD (m) σ' MEDIO [KN/m2] Cu MEDIO [KN/m2]
35 98,57 40,42
36 100,24 39,93
37 101,91 39,47
38 103,57 39,03
39 105,24 38,61
40 106,89 38,22
Tabla 9 Valores de σ’o prom y Cu medio
Con los Valores registrados en la Tabla 9, procedimos a calcular los valores de 𝑓𝑝𝑟𝑜𝑚
según la ecuación ( 6). Hecho esto, obtuvimos los valores presentados en la
siguiente tabla:
LONGITUD (m) 𝒇𝒑𝒓𝒐𝒎
35 23,68
36 23,59
37 23,51
38 23,43
39 23,35
40 23,28
Tabla 10 Valores de 𝑓𝑝𝑟𝑜𝑚
Con los valores obtenidos se aplicó la ecuación ( 5) para obtener la resistencia por
fricción de los pilotes. Los resultados se presentan en la Tabla 11.
Qs (KN)
SECCIÓN (m)/ PROFUNDIDAD
(m) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
35 1657,762 1989,315 2320,867 2652,420 2983,972 3315,525
36 1698,737 2038,484 2378,231 2717,979 3057,726 3397,473
37 1739,726 2087,671 2435,616 2783,562 3131,507 3479,452
38 1780,711 2136,854 2492,996 2849,138 3205,280 3561,423
39 1821,673 2186,008 2550,342 2914,677 3279,012 3643,346
40 1862,592 2235,111 2607,629 2980,148 3352,666 3725,185 Tabla 11 Valores de Qs
40
Resistencia total para pilotes fundidos en sitio
Con los valores de las resistencias por punta (Qp) y por fricción (Qs) obtenidos en
las secciones 3.1.1y 3.1.2, se procedió al cálculo de la resistencia total (Qu) según
la ecuación ( 8).
𝑄𝑢 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑠 ( 8)9
En la Tabla 12 se presentan los resultados obtenidos de Qu para las longitudes y
secciones indicadas.
Qu (KN)
SECCIÓN (m)/ PROFUNDIDAD
(m) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
35 1709,049 2063,167 2421,389 2783,713 3150,140 3520,671
36 1750,023 2112,337 2478,753 2849,272 3223,894 3602,619
37 1791,013 2161,524 2536,138 2914,855 3297,675 3684,598
38 1831,998 2210,706 2593,517 2980,431 3371,448 3766,568
39 1872,960 2259,860 2650,864 3045,970 3445,180 3848,492
40 1913,879 2308,963 2708,151 3111,441 3518,835 3930,331 Tabla 12 Valores de Qu para pilotes fundidos en sitio
Como el objetivo de este trabajo es comparar los pilotes que ya se encuentran
diseñados de acuerdo a los conceptos de ingeniería de la empresa Espinosa y
Restrepo S.A.S, nuestro punto de interés va a ser enfocado en pilotes de longitud
de 40m y con secciones de 50 y 60 cm, por lo cual de la Tabla 12 extraemos los
valores de interés que son:
Qu (kN)
SECCIÓN (m)/ PROFUNDIDAD
(m) 0,5 0,6
40 1913,88 2308,96 Tabla 13 Valores de Qu para pilotes fundidos en sitio
9 Ecuación (11.231) (M. Das, 2015).
41
Resistencia total para pilotes prefabricados e hincados
Para el cálculo de estos pilotes se considera que son prefabricados, llevados al sitio
de instalación y colocados por medios mecánicos. Bajo estas consideraciones se
presentan a continuación los parámetros que se tuvo en cuenta para la obtención
del valor de Qu por medio de la ecuación ( 9).
𝑄𝑢 =𝐸𝑊𝑅ℎ
(24.4
𝑁 ) + 2.54+
𝑊𝑅 + 𝑛2𝑊𝑝
𝑊𝑅 + 𝑊𝑝 ( 9)10
Dónde:
𝐸 = Eficiencia del martinete
𝑊𝑅ℎ = Energía máxima nominal del martinete
𝑊𝑝 = Peso del pilote
𝑛 =Coeficiente de restitución
Para la aplicación de esta fórmula se tuvo en cuenta los siguientes valores
recomendados en (M. Das, 2015).
Valores comunes para E:
Martinetes de acción simple y doble 0.7 a 0.85
Martinetes diésel 0.8 a 0.9
Martinetes de caída libre 0.7 a 0.9
Valores comunes para n:
Martinete de hierro colado y pilotes de concreto 0.4 a 0.5
Amortiguador de madera sobre pilotes de acero 0.3 a 0.4
Pilotes en madera 0.25 a 0.3
Se tomó un valor de E= 0.8, considerando como equipo de hincado un martinete
diésel y n= 0.4, ya que nuestros pilotes están siendo diseñados en concreto
reforzado.
Una vez definidos los valores anteriores, se procedió al cálculo del peso del pilote
de acuerdo a la ecuación ( 10), donde el peso específico del concreto reforzado se
toma como γ=24 KN/m3. Los resultados se presentan en la Tabla 14.
𝑊𝑝 = γ𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑓𝑜𝑟𝑧𝑎𝑑𝑜 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 ( 10)
10 Ecuación (11.108) (M. Das, 2015)
42
SECCIÓN [m] LONGITUD [m] PESO ESPECIFICO [kN/m3] WP [kN]
0,50 40 24,00 240,00
0,60 40 24,00 345,60 Tabla 14 Peso de los pilotes
Para el valor de 𝑊𝑅ℎ nos basamos en el ejemplo 11.14 de (M. Das, 2015) en el cual
este valor es de 40.67 KN*m. Ya con todos los valores reunidos procedimos a
evaluar el Qu por medio de la ecuación ( 9) aplicando un factor de seguridad de 4
recomendado en (M. Das, 2015). Ver Tabla 15.
Qu (KN) ENR
Información pilotes Qu Qperm FS=4
Pilotes de 0,50x0,50 m 8819,27 KN 2204,82 KN
Pilotes de 0,60x0,60 m 11317,81 KN 2829,45 KN Tabla 15 Valores de Qu por medio de ENR
Diseño de grupo de pilotes hincados
La carga entregada por columna en cada eje, de acuerdo al diseño estructural
(Alexis Vega Ingenieros S.A.S, 2016), supera la carga supera a la carga individual
de cada pilote. Por lo cual, a continuación, se presenta la solución de pilotes
diseñados en grupo, esto como una solución en la cual los pilotes al trabajar en
conjunto aumentan la capacidad de carga que pueden soportar.
Para esta nueva configuración se debe tener en cuenta que al colocar los pilotes
unos cerca de otros, los esfuerzos se traslaparan reduciendo la capacidad individual
de cada uno, lo cual genera que la capacidad total de este grupo sea menor a la
suma individual de cada capacidad, este concepto se conoce como eficiencia de
grupo. La eficiencia de grupo se calcula de la siguiente forma
𝑛 =𝑄𝑔(𝑢)
𝛴𝑄𝑢
( 11)11
Dónde:
𝑛= Eficiencia de grupo
𝑄𝑔(𝑢)= Capacidad de soporte último del grupo de pilotes
11 Ecuación (11.117) (M. Das, 2015)
43
𝛴𝑄𝑢= Capacidad de soporte ultimo de cada pilote sin el efecto de grupo
Teniendo en cuenta lo anteriormente mencionado debemos obtener el valor de la
capacidad de soporte último del grupo de pilotes, para esto tomamos en
consideración la configuración de pilotes de la Ilustración 26.
Ilustración 26 Grupo de pilotes. Fuente: (M. Das, 2015)
Con base a la ecuación ( 12) y a la Ilustración 26 procedimos al cálculo de la
capacidad de carga de pilotes con el efecto de grupo para suelos arcillosos
saturados.
𝑄𝑔(𝑢) = (𝐿𝑔𝐵𝑔𝐶𝑢(𝑝)𝑁𝑐 + 𝛴 2(𝐿𝑔 + 𝐵𝑔)𝐶𝑢𝛥𝐿)/𝐹𝑆
( 12)
Dónde:
𝐶𝑢(𝑝)= Valor de Cu en la punta del pilote
𝐶𝑢= El valor de Cu en cada estrato
𝛥𝐿= Altura de cada estrato
𝐹𝑆= Factor de seguridad de 2
𝑁𝑐= Valor constante que se extrae de la Ilustración 27
44
Ilustración 27 Valores de Nc. Fuente: (M. Das, 2015)
Una vez determinado lo anterior, se propuso un diseño de grupo de pilotes de
acuerdo a la capacidad de soporte de los pilotes hincados con un factor de
seguridad de 2. En la Tabla 16, se presenta la configuración de los grupos de pilotes
para secciones de 50 cm y 60 cm respectivamente
FILAS COLUMNAS SECCIÓN
[m] ESPACIAMIENTO
[m] Qg(u) [kN]
ΣQu [kN]
n (EFICIENCIA)
Qg(u)= nΣ Qu [kN]
2 2 0,5 1,5 6866,85 8819,27 0,78 6866,85
2 2 0,5 2,0 8911,22 8819,27 1,01 8819,27
2 2 0,6 2,0 9320,42 11317,81 0,82 9320,42
3 2 0,6 2,0 13432,65 16976,71 0,79 13432,65 Tabla 16 Diseño de grupo de pilotes y capacidad de soporte en KN
Una vez tomada esta decisión de diseño, se realizó el esquema de los nuevos
grupos de pilotes respecto al diseño de pilotes fundidos en sitio, propuesto con base
a las recomendaciones en (E&R Ingenieria de Suelos, 2018).
Se hace énfasis en los ejes en que se trabajara el nuevo diseño y la carga entregada
por cada eje, la cual cumple con las capacidades de soporte de la Tabla 16.
45
Ilustración 28 Pilotes de sección de 50 cm de cuatro filas y dos columnas fundido in situ vs pilotes de sección de 50 cm de dos filas y dos columnas
Esta optimización se realiza en el eje 1-E del plano donde la carga entregada por
columna es de 6259 KN y de acuerdo a la Tabla 16, el grupo hincado presenta una
capacidad de soporte de 6866,85 KN.
Ilustración 29 Pilotes de sección de 50 cm de tres filas y tres columnas fundido in situ vs pilotes de sección de 50 cm de dos filas y dos columnas
Esta optimización se realiza desde el eje 11-E cuya carga entregada es de 7130 KN
hasta el eje 4-C cuya carga entregada es de 8368 KN, donde el grupo propuesto
soporta cargas de hasta 8819,27 KN de acuerdo a la Tabla 16.
46
Ilustración 30 Pilotes de sección de 60 cm de tres filas y tres columnas fundido in situ vs pilotes de sección de 60 cm de dos filas y dos columnas
Esta optimización se realiza en el eje 3-E cuya carga entregada es de 8849 KN y el
eje 4-D cuya carga entregada es de 9271 KN, donde el grupo propuesto soporta
cargas de hasta 9320 KN de acuerdo a la Tabla 16.
Ilustración 31 Pilotes de sección de 60 cm de tres filas y tres columnas fundido in situ vs pilotes de sección de 60 cm de tres filas y dos columnas
Esta optimización se realiza desde el eje 2-A cuya carga entregada es de 9327 KN
hasta el eje 5-B cuya carga entregada es de 10071 KN donde el grupo propuesto
soporta cargas de hasta 13433 KN de acuerdo a la Tabla 16.
Finalmente, se presenta la tabla resumen de los grupos de pilotes finales de acuerdo
a su eje.
47
DATOS PILOTES HINCADOS
Eje Sección Dimensión Profundidad Cantidad Reacción
vertical para columnas
Capacidad de soporte
1-E Cuadrada 0,5 m 40 m 4 6259 KN 6866,85 KN
2-E, 4-E, 5-E, 6-E, 7-E, 8-E, 9-E, 10-E, 11-E,1-D, 10-D,1-C, 4-C, 1-B, 4-A, 5-A, 6-A, 7-
A, 9-A, 10-A, 11-A
Cuadrada 0,5 m 40 m 4 Desde 7130 KN hasta 8368 KN
8819,27 KN
3-E, 4-D Cuadrada 0,6 m 40 m 4 Desde 8849 KN hasta 9271 KN
9320,42 KN
5-D, 6-D, 7-D, 2-A, 3-A
Cuadrada 0,6 m 40 m 6 Desde 9237 KN hasta 9852 KN
13432,65 KN
Tabla 17 Resumen de diseño de pilotes hincados propuesto
Una vez terminado con este modelo se presenta el diseño final de grupo de pilotes
hincados.
Ilustración 32 Diseño de pilotes hincados en grupo
48
3.2 CAPACIDAD DE CARGA LATERAL ÚLTIMA DEL SUELO
Para estimar la capacidad de carga lateral del pilote, se trabaja con el cálculo de la
carga última del suelo. Como se indica en (Poulos & Davis, 1980), Broms (1964a)
sugirió un método simplificado para la distribución de la resistencia lateral en suelos
cohesivos, en la cual la resistencia es cero desde la superficie del terreno hasta una
profundidad de 1.5 veces el ancho del pilote y toma un valor máximo constante de
9cud a partir de esta profundidad, ver Ilustración 33.
Los cálculos se realizaron para los pilotes de sección de 50x50cm y 60x60cm. El
valor de cu se tomó de la Tabla 9 y los resultados obtenidos son presentados en la
Tabla 18.
d [m] 1.5d [m] cu [kN/m2] 9cud [kN/m]
0.50 0.75 38.22 171.97
0.60 0.90 38.22 206.37 Tabla 18 Resultados de capacidad de carga lateral ultima para suelos cohesivos, según la simplificación de
Broms.
Para hallar el valor de f y Mmáx (ver Ilustración 33), utilizamos las siguientes
ecuaciones tomadas de (Poulos & Davis, 1980):
𝑓 =𝐻𝑢
9𝑐𝑢𝑑 ( 13)
𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝐻𝑢(𝑒 + 1.5𝑑 + 0.5𝑓) ( 14)
𝑀𝑚𝑎𝑥 = 2.25𝑑𝑔2𝑐𝑢 ( 15)
𝐿 = 1.5𝑑 + 𝑓 + 𝑔 ( 16)
Dónde:
f= distancia a la cual se genera la rótula plástica a partir de 1.5d (ver Ilustración 33),
y longitud en la cual se presenta mayor resistencia lateral del suelo.
HU=Carga lateral máxima del suelo.
e= Longitud del pilote que sobresale de la superficie del terreno
Mmax= Momento flector máximo.
g= Distancia desde f hasta la punta del pilote.
49
L=Longitud del pilote.
Al despejar y reemplazar las ecuaciones ( 13), ( 14), ( 15) y ( 16) obtenemos la
siguiente ecuación:
9𝑓(1.5𝑑 + 0.5𝑓) = 2.25[(𝐿2 − 3𝑑𝐿) + (3𝑑𝑓 + 2𝑓𝐿 + 𝑓2)] ( 17)
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 19.
d [m] L [m] Cu
[kN/m2] f [m] g [m] Hu [kN]
Mmax [kN*m]12
Mmax [kN*m]13
0,50 40,00 38,22 15,83 23,42
2.722,34
23.587,02
23.587,02
0,60 40,00 38,22 15,68 23,42
3.236,75
28.293,86
28.293,86 Tabla 19 Resultados de análisis de carga lateral
Ilustración 33 Capacidad de resistencia de suelos cohesivos ante cargas laterales. Fuente: (Poulos & Davis, 1980)
3.3 ACERO DE REFUERZO DE LOS PILOTES .
Con base a la carga lateral obtenida en la Tabla 19 se realizó el cálculo del acero
de refuerzo para el pilote, teniendo en consideración las ecuaciones y las
recomendaciones dadas para elementos sometidos a flexión en C.10.3.6 de la NSR-
10.
12 Mmax según ecuación (14) 13 Mmax según ecuación (15)
50
Como en nuestro caso, los pilotes tendrán refuerzo en espiral trabajamos con la
ecuación ( 18)
Ø𝑃𝑛(𝑚𝑎𝑥) = 0.80Ø[0.85𝑓′𝑐(𝐴𝑔 − 𝐴𝑠𝑡) + 𝑓𝑦𝐴𝑠𝑡] ( 18)14
Despejando Ast, tenemos:
𝐴𝑠𝑡 = (Ø𝑃𝑛(𝑚𝑎𝑥)
0.80Ø− 0.85𝑓′𝑐𝐴𝑔) ∗
1
𝑓𝑦 − 0.85𝑓′𝑐
( 19)
De acuerdo con C.10.3.6.3 de la NSR-10, para elementos presforzados la
resistencia axial de diseño no debe tomarse mayor a 0.80, por lo tanto, para los
pilotes pretensados se tiene:
Ø𝑃𝑛 = 0.80Ø𝑃𝑛(𝑚𝑎𝑥) ( 20)
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 20 y la Tabla 21. El área de los
torones se tomó de la Ilustración 34.
B [cm] Pu [Kg] Ø f'c
[kg/cm2] fy
[kg/cm2] Ag
[cm2] Ast
[cm2] As barras 1" [cm2]
# de barras de 1"
50.00 272,234.12 0.75 280.00 4,200.00 2,500.00 31.83 5.07 6.00
60.00 323,675.40 0.75 280.00 4,200.00 3,600.00 71.51 5.07 14.00 Tabla 20 Calculo de acero para pilotes no presforzados
B [cm] Pu [Kg] Ø f'c
[kg/cm2] fy
[kg/cm2] Ag
[cm2] Ast
[cm2]
As torón No. 15 [cm2]
# de torones
50.00 217.787,30 0,75 350,00 18.600,00 2.500,00 20,15 1,82 11,00
60.00 258.940,32 0,75 350,00 18.600,00 3.600,00 33,84 1,82 19,00 Tabla 21 Calculo de acero para pilotes presforzados
14 Ecuación C.10-1 de C.10.3.6 de la NSR-10.
51
Ilustración 34 Tabla de propiedades mecánicas de Torones comerciales. Fuente: Emcocables.
3.4 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN SEGÚN ACI 543R-00
Para el cálculo de la capacidad de carga de compresión axial, de los pilotes de
sección de (60x60cm y 50x50cm) se trabajó bajo los parámetros definidos en la
tabla 2.2 de (ACI Committee 543, 2000) (Ver Tabla 22), y las áreas de acero (Ast)
obtenidas en la Tabla 20 y la Tabla 21.
TIPO DE PILOTE Pa
Concreto reforzado-Fundido en sitio-Sin camisa
𝑃𝑎 = 0.28𝑓′𝑐𝐴𝑐 + 0.33𝑓𝑦𝐴𝑠𝑡 ( 21)
Concreto reforzado-Prefabricado 𝑃𝑎 = 0.33𝑓′𝑐𝐴𝑐 + 0.39𝑓𝑦𝐴𝑠𝑡 ( 22)
Concreto pretensado 𝑃𝑎 = 𝐴𝑐(0.33𝑓′𝑐 − 0.27𝑓𝑝𝑐) ( 23)
Tabla 22 Capacidad de servicio permitida para pilotes con flexión despreciable. Fuente: Adaptación de tabla 2.2 (ACI Committee 543, 2000)
Dónde:
Pa= Carga axial a compresión máxima permitida
f’c= Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días
fy= Esfuerzo de fluencia del acero no pretensado
Ac= Área de concreto (Incluye acero de pretensado)
Ast= Área total de refuerzo longitudinal no pretensado
fpc= Esfuerzo efectivo de compresión en el concreto (después de que han ocurrido
todas las pérdidas de pretensado) en el centroide de la sección transversal que
resiste las cargas aplicadas externamente.
52
A la capacidad obtenida en la Tabla 22 se le debe aplicar un factor de seguridad Øc
según la Tabla 2.1 Recommended compressive strength reduction factors (ACI
Committee 543, 2000) (VerTabla 23).
TIPO DE PILOTE Øc
Concreto simple o reforzado-Fundido en sitio-Sin camisa
0.60
Concreto reforzado-Prefabricado 0.7
Concreto pretensado 0.7 Tabla 23 Factor de reducción de capacidad de carga de compresión Øc.
Pilote en concreto reforzado – Fundido en sitio
Los cálculos de la capacidad de carga para este tipo de pilotes se realizaron con
base a la información en el diseño de la cimentación del hospital realizado por EYR
Espinosa y Restrepo SAS y Alexis Vega Ingenieros SAS.
De allí se toman los siguientes valores para aplicar la ecuación ( 21)
Resistencia del concreto (f’c)
Esfuerzo de fluencia del acero (fy)
Área total de refuerzo longitudinal no pre tensado (Ast)
En la Tabla 24 se presenta el resumen de la información y los resultados de Pa
obtenidos.
SECCIÓN [cm] 60x60 SECCIÓN [cm] 50x50
Barra # 8 Barra # 8
Cant barras 12 Cant barras 10
Ag [in2] 438,25 Ag [in2] 304,34
Ast [in2] 9,42 Ast [in2] 7,85
Ac [in2] 428,83 Ac [in2] 296,49
fy [psi] 60.000,00 fy [psi] 60.000,00
f'c [psi] 4.000,00 f'c [psi] 4.000,00
Pa [lb] 666.898,3 Pa [lb] 487.575,9
Pa [kN] 2.966,4 Pa [kN] 2.168,7
Factor reducción Ø 0,6 Factor reducción Ø 0,6
ØPa[kN] 1.779,8 ØPa[kN] 1.301,2
(a) (b)
53
Tabla 24 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes fundidos en sitio. (a) Pilotes de sección 60x60cm (b) Pilotes de sección 50x50cm.
Pilote prefabricado en concreto reforzado
Para la aplicación de la ecuación ( 22) se tienen en cuenta la siguiente aclaración:
El valor de f’c se toma como 4000psi (28MPa), ya que es la resistencia
mínima indicada, para pilotes hincados, de acuerdo con las
recomendaciones de (Bowles, 1997).
Tomando en cuenta la anterior aclaración, en la Tabla 23 se presenta el resumen
de la información y los resultados de Pa obtenidos.
SECCIÓN [cm] 60x60 SECCIÓN [cm] 50x50
Barra # 8 Barra # 8
Cant barras 14 Cant barras 6
Ag [in2] 558,00 Ag [in2] 387,50
Ast [in2] 11,00 Ast [in2] 4,71
Ac [in2] 547,01 Ac [in2] 382,79
fy [psi] 60.000,00 fy [psi] 60.000,00
f'c [psi] 4.000,00 f'c [psi] 4.000,00
Pa [lb] 979.343,8 Pa [lb] 615.550,6
Pa [kN] 4.356,1 Pa [kN] 2.738,0
Factor reducción Ø 0,7 Factor reducción Ø 0,7
ØPa[kN] 3.049,3 ØPa[kN] 1.916,6
(a) (b) Tabla 25 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes en concreto reforzado - hincados (a) Pilotes de
sección 60x60cm (b) Pilotes de sección 50x50cm.
Pilote prefabricado en concreto pretensado
Para la aplicación de la ecuación ( 23) se tienen en cuenta las siguientes
aclaraciones indicadas en (ACI Committee 543, 2000):
El valor de f’c se toma como 5000psi (35MPa), ya que es la resistencia
mínima indicada para pilotes pretensados.
El valor de fpc se toma como 700Psi (4.8MPa), ya que es la resistencia
mínima indicada.
54
Tomando en cuenta las aclaraciones realizadas, en la Tabla 26 se presenta el
resumen de la información y los resultados de Pa obtenidos.
SECCIÓN [cm] 60x60 SECCIÓN [cm] 50x50
Ac [in2] 558,00 Ac [in2] 387,50
f'c [psi] 5.000,00 f'c [psi] 5.000,00
fpc [psi] 700,00 fpc [psi] 700,00
Pa [lb] 815.239,6 Pa [lb] 566.138,6
Pa [kN] 3.626,2 Pa [kN] 2.518,2
Factor reducción Ø 0,7 Factor reducción Ø 0,7
ØPa[kN] 2.538,3 ØPa[kN] 1.762,7
(a) (b) Tabla 26 Capacidad de carga axial de compresión para pilotes pretensados (a) Pilotes de sección 60x60cm
(b) Pilotes de sección 50x50cm.
3.5 ESFUERZOS POR MANEJO E IZADO DE PILOTES PREFABRICADOS
En el diseño de pilotes prefabricados es importante considerar los esfuerzos
generados durante el manejo e izado del pilote con el fin de proveer el acero de
refuerzo, mínimo necesario, para soportar dichos esfuerzos.
Pilote en concreto reforzado – Hincado
Se calculó el área de acero necesario para el pilote hincado, en concreto reforzado,
para esto debemos tener en cuenta el momento generado al momento de levantar
el pilote para efectos de transporte el cual se determina con la fórmula:
𝑀𝑀𝑎𝑥 =𝑤 ∗ 𝐿2
18 ( 24)
Dónde:
W= Peso del pilote
L= Longitud del pilote
Para el peso de los pilotes se debe considerar un factor de seguridad del 50% del
peso del pilote ante la posibilidad de caída durante su manejo (Gerwick Jr., 1978),
por lo tanto:
W= Peso del pilote*1.5
Con lo anterior obtenemos los resultados de Mmax al cual es necesario aplicarle un
factor de seguridad de 1.5. En la Tabla 27 se presentan los resultados.
55
SECCIÓN DEL
PILOTE
EFECTO DE IMPACTO (50%
CARGA MUERTA) L [m] W [Ton/ml]
Mmax [T*m]
Mmax (FS=1.5)
0,5 1,5 12,00 0,90 7,20 10,80
0,6 1,5 12,00 1,30 10,37 15,55 Tabla 27 Momento flector máximo en el pilote prefabricado en concreto reforzado durante su izaje
Para estos pilotes se toma una distancia de 12 metros ya que esta es la longitud
máxima de transporte. En obra, a través de juntas de juntas de empalme, se unen
los diferentes tramos hasta completar los 40 metros de profundidad.
Una vez conociendo el momento máximo entramos a aplicar el concepto de área de
acero en sección de acuerdo a (Mc Cormac & Brown, 2011).
Ilustración 35 Figura 3.3 (Mc Cormac & Brown, 2011)
Para estos pilotes ubicamos el eje neutro y el momento resistente por tanteo, para
esto aplicamos las siguientes formulas
𝐶 = 0.85 ∗ 𝑓′𝑐 ∗ 𝑎 ∗ 𝑏 ( 25)
𝑐 =𝑎
𝐵1 ( 26)
𝑀𝑢 = 𝐶 ∗ (𝑐 −𝑎
2) ( 27)
Donde:
𝐵1= 0.8
b= Sección del pilote
f’c= Resistencia del concreto (28 MPa)
Con esta información obtenemos los valores de 𝑀𝑢:
56
SECCIÓN [m] A [cm] C [Ton] Mu [Ton*m]
0,50 10,00 148,75 11,16
0,60 11,00 196,35 16,20 Tabla 28 Resultados de Mu
3.5.1.1 Cálculo de acero de refuerzo por manejo e izado del pilote
Como los valores de Mu obtenidos en la Tabla 28 son mayores que Mmax (ver Tabla
27), se realizó el cálculo del acero de refuerzo de acuerdo a la ecuación ( 28).
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
𝑓𝑦 ∗ (𝑑 − 𝑐) ( 28)
Donde:
𝑓𝑦= 420 Mpa
d= b-5cm
Aplicando la ecuación obtenemos:
SECCIÓN [m] AS [cm2] % ACERO CON RESPECTO A LA
SECCIÓN DE CONCRETO
0,50 m 8,17 cm2 0,33%
0,60 m 12,34 cm2 0,34% Tabla 29 Área de acero con el Mu calculado
Pilote en concreto pretensado
Para el cálculo del acero de presfuerzo, se procedió a calcular el valor de Mmax de
a la ecuación ( 24). Los resultados se presentan en la Tabla 30.
SECCIÓN DEL PILOTE
EFECTO DE IMPACTO (50% CARGA MUERTA)
L [m] W
[Ton/ml] Mmax [T*m]
0,5 1,5 12,00 0,90 7,20
0,6 1,5 12,00 1,30 10,37 Tabla 30 Momento máximo en el pilote durante izaje.
3.5.2.1 Cálculo de acero de pretensado por manejo e izado del pilote
57
De la sección de Concreto Presforzado de (Mc Cormac & Brown, 2011) tomamos la
ecuación ( 29)
𝑓 =𝑃
𝐴 ±
𝑃𝑒𝑐
𝐼±
𝑀𝑐
𝐼 ( 29)
Dónde: f= Esfuerzo total en el elemento pretensado P= Fuerza de pretensado A= Área de la sección transversal e= Excentricidad del acero de presforzado al eje centroidal c= Distancia desde el eje centroidal a la fibra más extrema del elemento I= Inercia del elemento M= Momento flector
Adicionalmente se toman en consideración los esfuerzos de carga de servicio
permisible, tanto permanentes como temporales, en pilotes presforzados sometidos
a flexo-compresión según las recomendaciones dadas en (ACI Committee 543,
2000).
Condición de carga Permanentes
[psi] Temporales [psi]
Concreto a tensión 0 6√𝑓′𝑐
Concreto a compresión 0.45𝑓′𝑐 0.6𝑓′𝑐
Tabla 31. Esfuerzos permisibles bajo cargas de servicio para pilotes presforzados. Fuente: Adaptado de (ACI Committee 543, 2000)
Como el mayor esfuerzo posible es el temporal en el concreto a tensión la ecuación
( 29) se ajusta incluyendo este término
𝑓 =𝑃
𝐴 ±
𝑃𝑒𝑐
𝐼±
𝑀𝑐
𝐼± 6√𝑓′𝑐 ( 30)
Como se busca que el esfuerzo de pretensado contrarreste los esfuerzos de
servicio, o sea f=0, despejando P de la ecuación ( 30) tenemos:
𝑃 = (𝑀𝑐
𝐼+ 6√𝑓′𝑐)
𝐴𝐼
𝐼 + 𝐴𝑒𝑐 ( 31)
En la Tabla 32 se presentan los resultados obtenidos
58
SECCIÓN [m]
f máx [kg/cm2]
f máx ACI [kg/cm2]
AI/I+Aec P= [kg] P [kN]
0.50 46,08 2,48 1.041,67 50.588,28 505,88
0.60 38,40 2,48 1.440,00 58.874,05 588,74 Tabla 32 Resultado de fuerza de presfuerzo requerida por manejo del pilote
Con base a la Ilustración 34 se calculó el diámetro y el número de torones
necesarios para las fuerzas de presfuerzo obtenidas y siguiendo la recomendación
2.5.3.1 de (ACI Committee 543, 2000), en la cual se indica que para pilotes
prefabricados se requieren mínimo cuatro barras de acero de refuerzo, en la Tabla
33 se presenta la fuerza de presfuerzo por torón.
SECCIÓN [m]
No. TORÓN
CANTIDAD TORONES
GRADO 1725
P/TORÓN [kN]
0.50 13 4 126.47
0.60 13 4 147,19 Tabla 33 Fuerza de presfuerzo por cable requerida por manejo del pilote
4. ESTIMACIÓN DE COSTOS
En este capítulo calculamos el costo total directo para la ejecución de la cimentación
de acuerdo con las cantidades obtenidas en la Tabla 17.
A continuación se presentan los APU’s elaborados para los siguientes ítems:
1. Construcción del pilote (sin incluir acero de refuerzo) según su tipo y
geometría.
2. Acero de refuerzo Grado 60 y acero de presfuerzo grado 1860.
59
4.1 CONSTRUCCIÓN DE PILOTE FUNDIDO EN SITIO
Pilote Fundido En Sitio Ø 50cm
Ilustración 36 APU Pilote Fundido en sitio Ø=50cm
IT EM
UN ID A D ml F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Separador homologado para pilo tes. un 3 170,92 513
Concreto f'c=280 kg/cm² (28 M Pa), clase de
exposición F0 S0 P0 C0, tamaño máximo del
agregado 12,5 mm, manejabilidad fluida,
fabricado en planta, según NSR-10 y ACI 318. m3 0,196349541 1,05 351970,97 69110
Subto tal 69623,1
C OD EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Equipo completo para perforación de pilo te
barrenado y fundido por tubo central de
barrena. hr 0,1 336013,29 33601
Bomba estacionaria, para bombeo de
concreto. hr 0,06 107524,26 6451
Subto tal 40052,8
C OD H ER R A M IEN T A S Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Herramienta menor % 0,02 176497,22 3530
0
Subto tal 3529,9
C OD M A N O D E OB R A Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Oficial 1ª cementador de concreto armado. hr 1 14196 14196
Ayudante cementador de concreto armado. hr 1 10550 10550
Subto tal 24745,8
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 134.421,70$
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
P ilo te de cimentació n de co ncreto armado de 50 cm de diámetro , para grupo de pilo tes. Ejecutado po r
barrenado de t ierras mediante sistema mecánico , s in ent ibació n y po sterio r fundido co ntinuo po r bo mbeo a
través del fuste del út il de perfo ració n del pilo te. R ealizado co n co ncreto f 'c=280 kg/ cm² (28 M P a), c lase
de expo sició n F 0 S0 P 0 C 0, tamaño máximo del agregado 12,5 mm, manejabilidad f luida, fabricado en planta,
y fundido desde camió n a bo mba estacio naria, El precio incluye el t ranspo rte, la instalació n, e l mo ntaje y el
desmo ntaje del equipo mecánico , e l f igurado del acero (co rte y do blez) en el área de trabajo , en o bra y el
armado en el lugar def init ivo de su co lo cació n en o bra.
60
Pilote Fundido En Sitio Ø 60cm
Ilustración 37 APU Pilote Fundido en sitio Ø=60cm
IT EM
UN ID A D ml F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Separador homologado para pilo tes. un 3 170,92 513
Concreto f'c=280 kg/cm² (28 M Pa), clase de
exposición F0 S0 P0 C0, tamaño máximo del
agregado 12,5 mm, manejabilidad fluida,
fabricado en planta, según NSR-10 y ACI 318. m3 0,282743339 1,05 351970,97 99518
Subto tal 100031,3
C OD EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Equipo completo para perforación de pilo te
barrenado y fundido por tubo central de
barrena. hr 0,1 336013,29 33601
Bomba estacionaria, para bombeo de
concreto. hr 0,06 107524,26 6451
Subto tal 40052,8
C OD H ER R A M IEN T A S Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Herramienta menor % 0,02 176497,22 3530
0
Subto tal 3529,9
C OD M A N O D E OB R A Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Oficial 1ª cementador de concreto armado. hr 1 14196 14196
Ayudante cementador de concreto armado. hr 1 10550 10550
Subto tal 24745,8
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 164.829,81$
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
P ilo te de cimentació n de co ncreto armado de 60 cm de diámetro , para grupo de pilo tes. Ejecutado po r
barrenado de t ierras mediante sistema mecánico , s in ent ibació n y po sterio r fundido co ntinuo po r bo mbeo a
través del fuste del út il de perfo ració n del pilo te. R ealizado co n co ncreto f 'c=280 kg/ cm² (28 M P a), c lase
de expo sició n F 0 S0 P 0 C 0, tamaño máximo del agregado 12,5 mm, manejabilidad f luida, fabricado en planta,
y fundido desde camió n a bo mba estacio naria, El precio incluye el t ranspo rte, la instalació n, e l mo ntaje y el
desmo ntaje del equipo mecánico , e l f igurado del acero (co rte y do blez) en el área de trabajo , en o bra y el
armado en el lugar def init ivo de su co lo cació n en o bra.
61
4.2 CONSTRUCCIÓN DE PILOTE HINCADO
Pilote Hincado B=50cm
Ilustración 38 APU Pilote hincado b=50cm
IT EM
UN ID A D ml F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Pilo te prefabricado de concreto armado,
sección equivalente 50 cm ml 1 296571,6207 296572
Junta para unión de pilo tes prefabricados de
concreto armado, diámetro equivalente 40
cm. un 1 48870,23 48870
Subto tal 345441,9
C OD EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
M artinete hidráulico, de 9 t, para hinca de
pilo tes prefabricados. hr 0,076 189810,9 14426
Subto tal 14425,6
C OD H ER R A M IEN T A S Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Herramienta menor % 0,02 233494,73 4670
0
Subto tal 4669,9
C OD M A N O D E OB R A Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Ayudante de obra negra hr 0,358 12743 4562
Subto tal 4562,0
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 364.429,51$
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
P ilo te prefabricado de co ncreto armado , co lo cado po r hinca, Secció n=50 cm,
62
Pilote Hincado B=60cm
Ilustración 39 APU Pilote hincado b=60cm
IT EM
UN ID A D ml F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Pilo te prefabricado de concreto armado,
sección equivalente 60 cm ml 1 427063,1339 427063
Junta para unión de pilo tes prefabricados de
concreto armado, diámetro equivalente 40
cm. un 1 48870,23 48870
Subto tal 475933,4
C OD EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
M artinete hidráulico, de 9 t, para hinca de
pilo tes prefabricados. hr 0,076 189810,9 14426
Subto tal 14425,6
C OD H ER R A M IEN T A S Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Herramienta menor % 0,02 233494,73 4670
0
Subto tal 4669,9
C OD M A N O D E OB R A Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Ayudante de obra negra hr 0,358 12743 4562
Subto tal 4562,0
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 494.921,02$
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
P ilo te prefabricado de co ncreto armado , co lo cado po r hinca, Secció n=60 cm,
63
4.3 ACERO DE REFUERZO
Acero Fy 420mpa
Ilustración 40 APU Acero de refuerzo fy=420MPa
IT EM
UN ID A D kg F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Acero de refuerzo fy 420M Pa kg 1 1,03 2676,31 2757
Perros gl 0,001 1 70000 70
Alambre kg 0,03 0,65 3126 61
Subto tal 2887,6
C OD H ER R A M IEN T A S Y EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Herramienta menor 1 Dia 1 0,001 10000 10
Subto tal 10,0
C OD T R A N SP OR T E
Unidad Cantidad Rendimiento Valor Unitario Valor Total
Subto tal 0
C OD M A N O D E OB R A
Unidad Cantidad Rendimiento 66294,46 Valor Total
M ano de obra subc DIA 1 0,00 412500 275
Subto tal 275,0
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 3.172,56$
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
A cero de refuerzo fy 420M P a.
64
Acero Fy 1860mpa
Ilustración 41 APU Acero de pretensado fy=1860MPa
IT EM
UN ID A D kg F EC H A
C OD M A T ER IA LES Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Ductos para tensionamiento ml 0,0471 1 10350 487
Agua lt 1,1 1 13,2 15
Cemento gris Tipo V kg 0,5484 1 713 391
Toron de tensionamiento de 5/8" kg 1,05 1 5750 6038
Anclajes para tensionamiento un 0,0471 1 4830 227
Aditivo plastificante kg 0,004 1 5241,7 21
Subto tal 7179,0
C OD H ER R A M IEN T A S Y EQUIP OS Unidad C antidad R endimiento Valo r Unitario Valo r T o tal
Planta Electrica 275kW Hr 0,0004 1 132250 53
Bomba para gato de tensionamiento Hr 0,0002 1 46000,0 9
Herramienta menor % % 0,1 1 457,0 46
Gato de tensionamiento Hr 0,0002 1 57500 12
Bomba de inyeccion de lechada Hr 0,0002 1 86639,3 17
Subto tal 136,6
C OD T R A N SP OR T E
Unidad Cantidad Rendimiento Valor Unitario Valor Total
Subto tal 0
C OD M A N O D E OB R A
Unidad Cantidad Rendimiento Valor Unitario Valor Total
Cuadrilla T20 Tecnico de acero de tensionamientoDIA 0,0002 1,0000 116783 23
Cuadrilla T3 (1Of + 2 Ay) DIA 0,002 1,0000 216803 434
Subto tal 457,0
TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO 7.772,56$
A cero de presfuerzo fy 1860M P a.
65
4.4 COSTO TOTAL DE CONSTRUCCIÓN DE PILOTES
De acuerdo con los costos de los APU’s en los numerales 4.1 y 4.2, y a las
cantidades de la Tabla 17, se presentan los costos totales de ejecución en la Tabla
34 y la Tabla 35.
TIPO DE PILOTE
UND CANT VR. UNITARIO VR. TOTAL
Fundido en sitio ml 8.160 $ 134.422 $ 1.096.881.072
Hincado ml 3.680 $ 364.430 $ 1.341.102.400 Tabla 34 Costo total de construcción e instalación de pilotes b=50cm
TIPO DE PILOTE
UND CANT VR. UNITARIO VR. TOTAL
Fundido en sitio ml 5.760 $ 164.829 $ 949.415.040
Hincado ml 3.440 $ 494.921 $ 1.702.528.240 Tabla 35 Costo total de construcción e instalación de pilotes b=60cm
Acero Fy 420mpa
Para el acero se presenta el costo por ml de pilote según el área de refuerzo
longitudinal Ast, obtenido en la Tabla 24, Tabla 20 y la Tabla 21.
TIPO DE PILOTE
UND CANT VR. UNITARIO VR. TOTAL
Fundido en sitio kg/ml 40 $ 3.173 $ 126.902
Hincado kg/ml 36 $ 3.173 $ 114.212
Pretensado kg/ml 13 $ 7.773 $ 102.784 Tabla 36 Costo total de acero de refuerzo/ml de pilote según Ast en sección transversal b=50cm
TIPO DE PILOTE
UND CANT VR. UNITARIO VR. TOTAL
Fundido en sitio kg/ml 48 $ 3.173 $ 152.283
Hincado kg/ml 84 $ 3.173 $ 266.495
Pretensado kg/ml 24 $ 7.773 $ 188.438 Tabla 37 Costo total de acero de refuerzo/ml de pilote según Ast en sección transversal b=60cm
66
5. ESTIMACIÓN DE TIEMPO DE EJECUCIÓN
De acuerdo con cimentaciones de pilotes, ejecutadas y cotizadas, de tipología y
longitud similar, se tienen los rendimientos indicados en la Tabla 38.
TIPO DE PILOTE
RENDIMIENTO [PILOTE/DIA]
Fundido en sitio
3,31
Hincado15, 16 6,63
Pretensado4,5,
17 6,63
Tabla 38 Rendimientos de ejecución de pilotes de diferente tipo. Fuente: Propia
De acuerdo con estos rendimientos y las cantidades de pilotes indicadas en la Tabla
17, se presentan los tiempos estimados de ejecución de obra en la Tabla 39.
EJECUCIÓN EN SEMANAS
Fundido en sitio 14
Hincado 4
Pretensado 4 Tabla 39 Tiempo de ejecución de cimentación.
15 La fundición de un pilote prefabricado, incluyendo el armado del refuerzo, tiene un rendimiento de
aproximadamente de 1.3𝑚3
𝑑𝑖𝑎
16 Rendimientos netos de instalación en obra. No incluyen tiempos de fabricación, ya que estos tiempos se programan en el cronograma del proyecto para solicitar fabricación un mes antes del hito de pilotaje. 17 El pretensado del acero de un pilote tiene un rendimiento de aproximadamente de
66.7𝑚𝑙
𝑑𝑖𝑎
67
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 ANÁLISIS DE CAPACIDAD DE CARGA
Carga Axial De Compresión por Diseño Geotécnico
De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tabla 13 y en la Tabla 15 para las
resistencias de carga axial de compresión en la Gráfica 1 se resumen los valores
obtenidos para cada sección de pilote.
Gráfica 1 Resistencia del pilote ante carga axial de compresión según diseño geotécnico
De esta grafica se puede observar como la capacidad de carga de los pilotes
hincados sobre los fundidos en sitio es superior (ver Tabla 40). Este incremento se
debe a dos factores principales:
1. Aumento de la superficie de contacto en aproximadamente 27%, que
proporciona mayor resistencia por fricción.
2. El esfuerzo que se genera en el terreno por la perforación e hincado de los
pilotes genera cambios en las características mecánicas del suelo. El
proceso de hincado del pilote produce esfuerzos laterales en el suelo que
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Fundido in situ Hincado
1913,88
2204,822308,96
2829,45
RES
ISTE
NC
IA A
CA
RG
A A
XIA
L [K
N]
RESISTENCIA DEL PILOTE ANTE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN
50 cm 60 cm
68
genera alteraciones a su resistencia y con el paso del tiempo tiende a
recuperar, e incluso aumentar, su capacidad inicial (Humala Dután & Peñafiel
Ortega, 2012).
TIPO DE PILOTE INCREMENTO DE LA
SUPERFICIE DE CONTACTO
INCREMENTO DE LA CAPACIDAD DE
CARGA
Sección 50cm 27.32% 19.52%
Sección 60cm 27.32% 28.33% Tabla 40 Incremento de capacidad de carga pilotes hincados vs fundidos en sitio
Carga Axial De Compresión por Diseño Estructural (ACI 543R-00)
De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tabla 24, Tabla 25 y la Tabla 26 para
las resistencias de carga axial de compresión de acuerdo a las ecuaciones y
parámetros de (ACI Committee 543, 2000), en la Gráfica 2 se resumen los valores
obtenidos para cada sección de pilote.
Gráfica 2 Resistencia del pilote ante carga axial de compresión según diseño estructural
De esta gráfica y de las ecuaciones de la Tabla 22 se puede observar como la
capacidad de carga de los pilotes está en función del área bruta de la sección
transversal del pilote (Ag) y de las áreas de acero de refuerzo longitudinal (Ast). Para
los pilotes hincados se manejan coeficientes más altos respecto los pilotes fundidos
en sitio y factores de reducción de capacidad más bajos lo cual refleja su
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Fundido in situ Hincado Pretensado
1301,2
1916,61762,71779,8
3049,3
2538,3
RES
ISTE
NC
IA A
CA
RG
A A
XIA
L [K
N]
RESISTENCIA DEL P ILOTE ANTE CARGA AXIAL DE COMPRESIÓN -ACI 543R -00
50 cm 60 cm
69
superioridad en capacidad de carga. Sin embargo, para los pilotes pretensados, el
método es más conservador ya que no contempla el área de acero de presfuerzo y
le resta las pérdidas de presfuerzo. Por lo cual este método presenta menor
capacidad de resistencia respecto al pilote hincado.
Comparación Entre Resultados De Diseño Para Cargas Axiales De
Compresión
De los valores registrados en la Gráfica 1 y la Gráfica 2 se presenta la siguiente
gráfica comparativa en la cual se puede apreciar como en general el diseño
geotécnico permite mayores resistencias, excepto en el pilote hincado de 60cm,
para el cual, en el diseño estructural se tiene un área de acero de refuerzo
longitudinal que permite que la resistencia sea mayor. Para los pretensados no hay
estudio geotécnico ya que no se tiene en cuenta los materiales del suelo para su
diseño.
Gráfica 3 Comparativo de resistencias de cargas axiales. D. Geotécnico vs D. Estructural
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Fundido insitu b=50cm
Fundido insitu b=60cm
Hincadob=50cm
Hincadob=60cm
Pretensadob=50cm
Pretensadob=60cm
1913,88
2308,962204,82
2829,45
0 0
1301,2
1779,81916,6
3049,3
1762,7
2538,3
RES
ISTE
NC
IA A
CA
RG
A A
XIA
L [k
N]
RESISTENCIA CARGA AXIAL ENTRE DISEÑOGEOTECNICO VS ESTRUCTURAL
D. GEOTECNICO D. ESTRUCTURAL
70
Resistencia Última Del Suelo Por Carga Lateral
De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tabla 19 para las resistencias de carga
lateral en la Gráfica 4 se presentan los valores obtenidos para cada sección de
pilote.
Gráfica 4 Capacidad de resistencia última del suelo por carga lateral
De esta grafica se puede observar como la capacidad de resistencia del suelo ante
cargas laterales se encuentra en función del diámetro o ancho del pilote. De acuerdo
a la ecuación ( 13) se puede observar que la capacidad de resistencia es
directamente proporcional a la geometría del pilote y a la resistencia a la compresión
del suelo Cu.
En este caso, el aumento en 10cm del ancho del pilote produjo un incremento de
aproximadamente un 19% en la capacidad de resistencia lateral del suelo.
6.2 ÁREA TRANSVERSAL DE ACERO DE REFUERZO LONGITUDINAL
De acuerdo a los resultados obtenidos en la Tabla 20 y en la Tabla 21 en la Gráfica
5 se presentan los resultados obtenidos para cada tipo y sección de pilote. Teniendo
en cuenta que para pilotes pretensados el cálculo se realizó con un acero de
fy=1860MPa y para los pilotes fundidos en sitio e hincados con acero, fy=420MPa.
0,00
500,00
1.000,00
1.500,00
2.000,00
2.500,00
3.000,00
3.500,00
50 cm 60 cm
2.722,34
3.236,75
RES
ISTE
NC
IA L
ATE
RA
L D
EL T
ERR
ENO
[K
N]
RESISTENCIA DEL SUELO ANTE CARGAS LATERALES
71
Gráfica 5 Área transversal de acero de refuerzo longitudinal. Arriba pilote pretensado vs fundido en sitio. Abajo pilote hincado vs pretensado
En esta gráfica se puede observar como el área de acero de refuerzo en los pilotes
pretensados en significativamente menor a los otros dos tipos de pilotes (ver Tabla
41). Adicionalmente se puede observar cómo es más óptimo el área de acero en
secciones de pilote más pequeñas.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
50 cm 60 cm
50,67
60,80
20,15
37,47
Ast
(cm
2)
SECCION DEL PILOTE
A R E A T R A N S V E R S A L D E A C E R O D E R E F U E R Z O L O G I T U D I N A L
F U N D I D O E N S I T I O V S P R E T E N S A D O
FUNDIDO EN SITIO
PRETENSADO
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
50 cm 60 cm
31,83
71,51
20,15
37,47
Ast
(cm
2)
SECCION DEL PILOTE
A R E A T R A N S V E R S A L D E A C E R O D E R E F U E R Z O L O G I T U D I N A L
H I N C A D O V S P R E T E N S A D O
HINCADO
PRETENSADO
72
% REDUCCIÓN DE ACERO RESPECTO A PILOTES
PRETENSADOS
PILOTE 50 cm 60 cm
FUNDIDO EN SITIO 60,233% 38,372%
HINCADO 36,695% 47,602% Tabla 41 Reducción área de acero respecto a pilotes pretensados
Al analizar la Tabla 41 y la ecuación ( 19) podemos observar que la reducción en el
área de acero del pilote pretensado se debe fundamentalmente a los siguientes
puntos:
1. El área de acero es inversamente proporcional a la fluencia del acero fy. La
fluencia del acero de refuerzo de pretensado Grado 270 (1860MPa) es 4.43
veces mayor que el acero grado 60 (420MPa)
2. Reducción de la carga lateral según NSR-10 para elementos pretensados,
ver ecuación ( 20)
6.3 ANÁLISIS DE COSTOS DE EJECUCIÓN
En la Gráfica 6 y en la Gráfica 7 se reúnen los valores unitarios obtenidos de los
análisis de precios unitarios (APU’s) de la sección 4 de este informe.
Gráfica 6 Valor unitario pilote/ml
De esta gráfica podemos apreciar el incremento significativo en el costo de
construcción de un pilote fundido en sitio vs un pilote hincado (ver Tabla 42). Esto
$- $50.000
$100.000 $150.000 $200.000 $250.000 $300.000
$350.000
$400.000
$450.000
$500.000
50 cm 60 cm
$134.422 $164.830
$364.430
$494.921
VR
. U
NTA
RIO
[C
OP
/ml]
SECCION DEL PILOTE
COSTO UNITARIO PILOTE/ML
FUNDIDO EN SITIO
HINCADO
73
se debe principalmente al incremento en costo del concreto por mayor f’c,
formaletas, equipos de fundición y personal técnico en el proceso de fundición.
PILOTE % VARIACIÓN DE COSTO
50 cm 171,1%
60 cm 200,3% Tabla 42 % Incremento en costo de fabricación de pilotes hincados vs pilotes fundidos en sitio
El incremento en costo del kilogramo de acero de refuerzo y el de pretensado es de
cerca del 245% (Ver Gráfica 7). Este incremento se debe principalmente a los
materiales adicionales y los equipos necesarios para el pretensado del acero, ver
APU’s en sección 4.3
Gráfica 7 Valor unitario acero de refuerzo/kg
Para conocer el coto total de la cimentación del Hospital Ciudad verde, según los
tres tipos de pilotes estudiados, se realizó el cálculo total del acero de refuerzo.
Los resultados se presentan en la Tabla 43, Tabla 44 y Tabla 45.
ACERO PILOTES FUNDIDOS EN SITIO
Sección pilote Cantidad de Pilotes Longitud total
acero [ml] Peso [Kg]
50 cm 204 90576 359.858,45
60 cm 144 76723,2 304.821,27
Total 664.679,72 Tabla 43 Total acero de refuerzo de pilotes fundidos en sitio.18
18 Cantidad obtenida con base a la cantidad de pilotes y el despiece de acero de los planos estructurales del proyecto.
$-
$1.000
$2.000
$3.000
$4.000
$5.000
$6.000
$7.000
$8.000
fy 420 MPa fy 1860 MPa
$3.173
$7.773
VR
. UN
ITA
RIO
[C
OP
/kg]
COSTO UNITARIO ACERO DE REFUERZO/KG
74
ACERO PILOTES HINCADOS
Sección pilote
Cantidad de Pilotes
Barras #8 por
pilote19
Longitud de barra #8 [ml]
Longitud total de
barras[ml]
Peso barra #8 [Kg/ml]
Peso [Kg]
50 cm 92 6 40 22080 4 88.320,00
60 cm 86 14 40 48160 4 192.640,00 Total 280.960,00
Tabla 44 Total acero de refuerzo Grado 60 para pilotes hincados
ACERO PILOTES PRE TENSADOS
Sección pilote
Cantidad de Pilotes
Torones # 15 por pilote20
Longitud de torón #15 [ml]
Longitud total de
torones [ml]
Peso torón #15
[Kg/ml] Peso [Kg]
50 cm 92 11 40 40480 1,102 44.608,96
60 cm 86 21 40 72240 1,102 79.608,48 Total 124.217,44
Tabla 45 Total acero de refuerzo Grado 270 para pilotes hincados
Como se esperaba en los pilotes pretensados se tiene una menor cantidad de acero
de refuerzo respecto a los otros dos tipos de pilotes, que como se mencionó
anteriormente, se debe a una optimización producto de la mayor resistencia del
acero fy.
Conociendo las cantidades finales (ml) de pilotes a fundir y las cantidades de acero
de refuerzo, en la Tabla 46 se presentan los costos de la construcción de los pilotes
según su tipo.
FUNDIDO EN SITIO HINCADO PRE TENSADO
Sección Construcción Acero Construcción Acero Construcción Acero
50 cm $ 1.096.881 $ 1.141.671 $ 1.341.101 $ 280.200 $ 1.341.101 $ 346.726
60 cm $ 949.420 $ 967.063 $ 1.702.528 $ 611.161 $ 1.702.528 $ 618.762
SUB TOTAL $ 2.046.301 $ 2.108.734 $ 3.043.629 $ 891.361 $ 3.043.629 $ 965.487
TOTAL $ 4.155.035 $ 3.934.990 $ 4.009.116
Tabla 46 Costo total de cimentación según tipo de pilotes. Valores en miles.
19 Cantidad obtenida en Tabla 20. 20 Cantidad obtenida en Tabla 21
75
De esta tabla podemos observar que:
1. La construcción de la cimentación con pilotes pretensados es $ 145.918.290
más económica que la propuesta para el proyecto en pilotes fundidos en sitio.
2. La propuesta más económica es aquella que contempla pilotes prefabricados
e hincados, ya que genera un ahorro de $ 220.044.344 respecto a los pilotes
fundidos en sitio.
3. La propuesta de pilotes prefabricados e hincados es $ 74.126.054 más
económica que la de pilotes pretensados.
Adicionalmente, como se observa en la Gráfica 8, Gráfica 9 y Gráfica 10 el
porcentaje de participación del costo del acero, sobre el costo total, se reduce más
de la mitad en el costo total de la cimentación
Gráfica 8 Incidencia de costos en pilotes fundidos en sitio
49,25%50,75%
INCIDENCIA DE COSTOS EN PILOTES FUNDIDOS EN SITIO
CONSTR PILOTE ACERO
76
Gráfica 9 Incidencia de costos en pilotes pretensados.
Gráfica 10 Incidencia de costos en pilotes fundidos en sitio
77,35%
22,65%
INCIDENCIA DE COSTOS EN PILOTES PRETENSADOS
CONSTR PILOTE ACERO
75,92%
24,08%
INCIDENCIA DE COSTOS EN PILOTES HINCADOS
CONSTR PILOTE ACERO
77
6.4 ANÁLISIS DE TIEMPOS DE EJECUCIÓN
Con base a la Tabla 39 y a las observaciones y aclaraciones realizadas en la Gráfica
11 se presenta un diagrama de barras para la duración de la construcción de la
cimentación del proyecto.
Gráfica 11 Cronograma de construcción de cimentación.
Es importante recordar que en los pilotes prefabricados solo se tiene en cuenta los
tiempos de hincado, ya que, tal como se aclaró en la sección 5 de este informe.
Adicionalmente es importante tener en cuenta que el rendimiento de los pilotes
fundidos en sitio es menor debido a actividades antecesoras a la fundación y criticas
como la revisión de estabilidad de las paredes de las perforaciones realizadas,
chequeo de profundidades e inspección y limpieza de materiales contaminantes
(Montevedre, 2014).
0 5 10 15
TIEMPO [SEMANAS]
SEMANAS DE EJECUCIÓN
Pretensado
Hincado
Fundido en sitio
78
CONCLUSIONES
El nuevo diseño propuesto se realizó basados en un perfil estratigráfico
general determinado con los datos y ensayos entregados por los estudios de
suelos generado por la empresa Espinosa y Restrepo SAS, y enfocado
meramente en el diseño de pilotes de acuerdo a las cargas entregadas en
los ejes de acuerdo al informe estructural del proyecto, razón por la cual se
concluye que se puede generar una propuesta de diseño más cercana a la
realidad teniendo en cuenta temas como el diseño de dados de pilotes.
El perfil geotécnico del suelo sobre el cual se localizará el Hospital Ciudad
Verde, presenta, hasta los 3.10m de profundidad, estratos superficiales de
gran resistencia a la compresión con índices de plasticidad altos, que
aproximan el suelo a un estado semisólido. Por el contrario, en los estratos
bajo esta profundidad, hasta los 40m, se tienen estratos de baja resistencia
a la compresión. Por lo cual, la mayor capacidad del pilote es generada por
la resistencia por fricción.
El cálculo de los pilotes prefabricados permite concluir que el proceso de
hincado de pilotes es una técnica óptima para el mejoramiento de la
capacidad portante del terreno. Fundamentalmente, porque la inclusión de
los pilotes en el terreno virgen genera esfuerzos laterales que afectan las
propiedades físicas iniciales del terreno. Seguido a esto, el suelo se remoldea
y comprime generando presiones de poros que se disipan con el tiempo,
haciendo que la resistencia del suelo aumente. (Rodriguez & Velandia)
En un grupo de pilotes, entre mayor sea el espaciamiento entre pilotes, más
óptima será la capacidad de resistencia de carga por grupo, esto debido a
que el acercamiento de estos genera una reducción de la eficiencia por el
cruce de los esfuerzos del terreno con los pilotes y en los casos más críticos
confinamiento del material entre pilotes que elimina la capacidad por fricción
en estos.
Las cargas laterales del terreno son función tanto del tipo de terreno, como
de la sección lateral de los pilotes que entran en contacto con los esfuerzos,
razón por la cual, para optimizar un diseño en zonas de riesgo sísmico alto,
donde adicionalmente se tenga en cuenta esfuerzos laterales por
aceleraciones en el terreno, es posible generar secciones menores para
disminuir estos efectos sobre el pilote.
Teniendo en cuenta que el proyecto Hospital Ciudad Verde se localiza en
una zona de amenaza sísmica intermedia, y considerando la gran masa del
edificio, que será soportada por el grupo de pilotes, considerar el uso de
pilotes pretensados, como alternativa a los pilotes fundidos en sitio,
presentará grandes beneficios en la seguridad e integridad de la edificación,
79
debido a que los pilotes pretensados, por el uso de un acero de refuerzo de
mayor resistencia a la fluencia, pueden resistir un momento flector mayor y
por lo tanto permitir mayores deflexiones antes de fallar en comparación con
los pilotes fundidos en sitio.
Uno de los beneficios principales de los pilotes pre tensados es que se
genera una cuantía menor de acero en el pilote por la utilización de torones,
esto debido a que la resistencia a la fluencia de un torón grado 270, es
aproximadamente 4 veces mayor que el de una barra de acero grado 60.
Las capacidades de resistencia de los pilotes pretensados, tanto en carga
axial como en carga lateral, demuestran ser más óptimos que las de los
pilotes fundidos en sitio, de dimensiones similares, de acuerdo a los análisis
comparativos realizados. Lo cual permite realizar una importante
optimización en el costo de una cimentación de pilotes pretensados respecto
a una fundida en sitio, ya sea al reducir la cantidad de pilotes o por un menor
consumo de materiales de fabricación al reducir la sección del pilote.
El costo total de la cimentación con pilotes pretensados versus pilotes
fundidos en sitio presentó una reducción de 3.5%. Sin embargo, el ahorro
económico más importante se presentará en una reducción en los costos y
gastos de administración de obra, gastos administrativos y logísticos, como
consecuencia de la disminución en el tiempo de ejecución de la cimentación.
Aunque en el análisis de tiempos de ejecución de la cimentación, se
estableció una diferencia de aproximadamente 10 semanas entre los pilotes
fundidos en sitio y los pretensados, es importante recalcar que esta
optimización de tiempo se producirá siempre y cuando se desarrolle un
adecuado cronograma de obra y un buen plan de compras y contrataciones,
que permita disponer en obra de los pilotes prefabricados, en el momento
justo sin que se afecten o generen retrasos en otras actividades o se incurra
en retrasos e incumplimientos en las fechas de entrega de los pilotes.
El método de estimación de carga del ACI es conservador, principalmente
porque no toma en cuenta los parámetros geotécnicos del suelo de fundación
ni la longitud del pilote, por lo cual no toma en cuenta la resistencia por
fricción que se desarrolla en el fuste del pilote.
Al evaluar los esfuerzos durante el manejo e izaje del pilote pretensado se
obtuvo unos valores muy bajos en comparación a los esfuerzos que resistirá
por la capacidad de carga lateral última del suelo. Por lo tanto, el acero de
pretensado para resistir la flexión que generan las cargas laterales está muy
por encima del requerido para el manejo e izaje del pilote.
De acuerdo al proceso total desarrollado en este documento, limitado a
pilotes como sistema de cimentación, argumentamos por medio de los
resultados y el marco teórico desarrollado, que los pilotes pretensados son
una opción de desarrollo constructivo superior comparado con los fundidos
80
en sitio por aspectos económicos, de tiempo y de capacidad de resistencia a
esfuerzos de flexo compresión. Adicional a esto se reconoce que por ser
pilotes prefabricados poseen un control de calidad superior ya que el
concreto en su proceso de fraguado no estará expuesto a materiales
contaminantes del terreno.
81
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