ESTUDIO DEL PILOTE AISLADO

CARGA DE HUNDIMIENTO DE UN PILOTE (o capacidad portante del terreno):

Es la carga lmite para la que se agota la resistencia del terreno cuando sesomete un pilote introducido en el mismo a una carga vertical creciente, aumentando el asiento del pilote indefinidamente sin que pueda aumentar ms la carga.

El pilote resiste la carga transfirindola al terreno circundante del fuste y al terreno situado en la punta: qh = qp Ap + qf AfRESISTENCIA POR PUNTA RESISTENCIA POR FUSTERESISTENCIA POR FUSTE:

Se puede obtener mediante:

Aproximacin terica

Formulacin emprica

Q

qp

qf

RESISTENCIA POR FUSTE

Es la tensin tangencial qf que produce el agotamiento de la resistencia por fuste de un pilote.

qf = ca + h tgsiendo:Ca: la adherencia efectiva movilizableh: la tensin efectiva horizontaltg: ngulo de rozamiento efectivo pilote-terreno

Para calcular h

Ks = h / v ser en general distinto de K0 porque la forma de instalacin del pilote influye en la tensin horizontal. En general, para pilotes hincados Ks>K0 y para pilotes perforados Ks

RESISTENCIA POR FUSTE

Para el caso de terreno homogneo (despreciando la adherencia)

Qf = Ks tg vAf ; tomando v en el nivel medio del pilotePara terrenos heterogneos se integra parcialmente para cada estrato y

despus se hace la suma total.

Suelos granulares (Mtodo )La adherencia es nula .

qf = Ks tg v (= Ks tg) qf = vSiendo: Ks pilotes excavados Ks = K0 = 1-sen

pilotes hincados con D pequeo Ks < 1,4 K0con D grande Ks < 1,8 K0

Tomando Pilotes excavados = 0,8Pilotes hincados = 0,5

Otros criterios: Burland (1988)

= -5; Ks =0,5 para arenas sueltas Ks = 1 para arenas densas

Suelos cohesivosAl sufrir el suelo un cierto remoldeo en la zona prxima al pilote se puede despreciar la adherencia pilote-terreno Ca = 0

Como la zona de rotura suele situarse algo alejada del pilote, se puede tomar

= , siendo el ngulo de rozamiento de la arcilla remoldeada. Por lo que resulta: Mtodo

qf = Ks tg v qf = v para suelos NCqf = v (OCR)1/2 para suelos SC

Este mtodo es vlido para terreno cohesivo a largo plazo.

Para terreno cohesivo saturado a corto plazo, la resistencia por fuste es igual a la adherencia Ca. Mtodo Existe una relacin entre Ca y Cu; = Ca/Cu (ver figura)

qf = CuPara arcilla blanda a muy blanda (muy adherente) : 1Para arcilla dura (poco adherente): a 0,2

Como no se sabe cmo van a evolucionar las uss, se suele tomar el valor ms bajo que suele ser el mtodo

Relacin entre adherencia y la resistencia a corto plazo

La principal desventaja de este mtodo es la variabilidad del factor , adems, Cu vara con la profundidad

Se ha comprobado (Vesic, 1964; Kerisel,) que en un terreno homogneo la resistencia unitaria por fuste (y por punta) no crece indefinidamente sino que alcanza un lmite con la profundidad (pese a que las tensiones crecen)

Se define Longitud (o presin) crtica (efecto Kerisel): Zcrit a la longitud mxima del pilote.

Diversos autores fijan zcrit: Zcrit (arenas sueltas)=20D Zcrit (arenas densas)=10D En general la carga por punta suele limitarse a: 200 kp/cm2.

CARGA ADMISIBLE DE UN PILOTE AISLADO

f

f

p

padmisible F

QFQ

Q +=Fp: coeficiente de seguridad para la carga por punta 3 a 5

Ff: coeficiente de seguridad para la carga por fuste 1,5 a 2

Depende de la tipologa del pilote (hincado o excavado y del tipo de terreno : cohesivo o granular)

Tope estructural : Te Es la resistencia estructural del pilote considerado como estructura dividida considerando un coeficiente de seguridad. Se calcula en funcin de la resistencia de los materiales que componen la seccin del pilote: hormign, acero y camisa metlica, adoptando un coeficiente de seguridad.

Asi, resulta una tensin admisible de trabajo del hormign (y dems elementos estructurales) con valores claramente inferiores a los elementos estructurales.

Dicha tensin se denomina tope estructural, y suele fijarse entre los 35 y los 60 kp/cm2.

Las normativas limitan el valor del Te en funcin de la tipologa del pilote y de las condiciones de ejecucin

Asiento de un pilote aisladoEl asiento es siempre muy difcil de calcular, siendo lo mejor la realizacin de pruebas de carga (son muy caras y solo se hacen en obras grandes)Se puede estimar:

Suponiendo una deformacin elstica del pilote:Equivale a un asiento en la cabeza del pilote (vlido para pilote columna donde toda

la carga llega a la punta)

( A:rea del pilote; L la longitud, E el mdulo de elasticidad y Q la carga

Este asiento suele ser muy pequeo comparado el asiento que experimenta la punta de un pilote flotante, por lo que habra que sumar el asiento por fuste.

Suelos arenososTrabajos de Mezenbach: w D/100

Trabajo de Meyerfoh: w = D/30F ( siendo F el coeficiente de seguridad F= Qh/Qt >3, vlido para arenas)

Suelos cohesivos:Frmula de Vesic: donde Rp es la resistencia por punta del cono esttico

Frmulacin de Poulos: donde Es es el mdulo de deformacin del terreno y I0la carga trabajo, I0 es un coeficiente de influencia. (ver figura)

AEQLwe =

LRQwp

t6,0=

0IDEQw

s

t=

Coeficiente de influencia I0

Cuando el pilote atraviese dos o ms capas de espesores ei y mdulos Ei, se puede aproximar :

i

ii

eeEE

=

GRUPO DE PILOTES

Es raro que los pilotes se empleen aislados

Generalmente se encuentran asociados formando un grupo de pilotes que se unen por sus cabezas mediante un encepado para una mejor distribucin de las cargas que deben soportar.

La distancia entre pilotes de un grupo debe ser tal para que la influencia entre ellos sea poco apreciable.

Sin embargo, se sabe que La Qh de un grupo de pilotes no es la suma de la Qhde cada uno de los pilotes considerados como aislados, porque existe una cierta interaccin de los bulbos en la punta.

Se sabe que el asiento de un grupo de pilotes es mayor que el asiento de un pilote aislado

Se definen dos conceptos para evaluar el efecto del grupo:

Eficiencia de un pilote en grupo: Qgrupo = Qpilote aislado

Depende del espaciamiento y de la naturaleza del empotramiento

Segn los estudios de Peck (en un grupo cuadrado de pilotes formado por n filas y n columnas, espaciamiento s, pilotes cuadrados de lado b y longitud L)

Considerando la resistencia por fuste individual qf = Cu, Considerada la resistencia por fuste del grupo como qu/2 :

Compar la suma de las resistencias individuales con la resistencia del grupo:

Aplicable si < 1 (terreno se encuentra bloqueado entre los pilotes y acta como parte de la cimentacin apoyndose en el resto del terreno)

si > 1 el pilote se hunde individualmente.De la expresin se deduce el n de pilotes (para =1) que se pueden poner en un rea BxB para que no haya bloqueo. Y partiendo de este n se puede deducir la separacin entre pilotes (s resulta prxima a 3b)

uu

grupo LqBAqLBAQ )(2

)(2 +=+=

bLBL

bnB

7,327,32

2 ++=

Trabajos de Peck (eficiencia medida) comparado con trabajo de Whitaker(eficiencia hallada experimentalmente)

Los clculos de Peck son vlidos solo cuando el bloqueo es muy marcado

La mayor parte de instrucciones y manuales recomiendan unas distancias mnimas entre pilotes, espaciamiento:s, muy superiores a las que resultan de los clculos, del orden de 2,5 a 3,5D y una distancia a los bordes de 1D. (especialmente por razones constructivas).

2-3,5D

2-3,5D

1D

Eficiencia de un grupo de pilotes en la QhArenas: Hincados 1 Perforados: 0,8 En Arcillas < 1

Efecto grupo en la deformabilidad: o razn de asientos

w = asiento grupo/ asiento pilote aisladoVsic propuso para arenas:

Donde B es el ancho del grupo y D el dimetro

2/1

=DB

w

otros mtodos para estimar el efecto grupo en la deformabilidad Zapata equivalente: Sustituir el pilotaje por una cimentacin superficial

situada a la altura de las puntas de los pilotes, con el rea definida segn un reparto

Mtodo de Poulos

wg = w1 (1+)

En funcin de s/D o D/s

Distribucin de cargas (hiptesis de encepado rgido)

Acciones especiales sobre pilotes

Generalmente pilotes estn sometidos a cargas verticales pero en algunos casos pueden aparecer otros tipos de cargas:

Cargas laterales: en forma de fuerzas horizontales y momentos en cabeza ( accin del viento, empujes transmitidos por muros, estribos de puentes, arcos, efectos ssmicos etc..)

Rozamiento negativo: Fenmeno que aparece cuando el terreno que rodea el pilote asienta, bien por ser un suelo blando en proceso de consolidacin, bien por sobrecargas en superficie alrededor, o por rebajamiento del nivel fretico.

Flexiones por deformacin lateral de alguna capa blanda, como consecuencia de alguna sobrecarga en superficie

Flexin y corte cuando los pilote atraviesa superficies de deslizamiento de taludes

Proceso de clculo de un pilotaje

1. Se elige un tipo de pilote adecuado a las condiciones y se selecciona 1 o 2 dimetros con su tope estructural

2. Se estudia la carga de hundimiento del pilote aislado, determinando la longitud del pilote para la carga nominal

3. Se estudia el asiento del pilote aislado

4. Se determina el nde pilotes necesario

5. Se estudia el efecto grupo: la eficiencia y la razn de asientos

6. Se analizan los acciones especiales

Comportamiento de un pilote aislado