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Tema 6. Cimentaciones Profundas. Estructuras

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EADIC – Escuela Técnica Especializada

www.eadic.com 91 393 03 19 [email protected]

Tema 6. Cimentaciones profundas. Estructuras

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ÍNDICE

CIMENTACIONES PROFUNDAS. ESTRUCTURAS .......................................................................................... 4

1 INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................................................................ 4

2 CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES. ................................................................................................................. 8

2.1 ¿Cuándo se recurre a este tipo de cimentación?. .................................................................... 8

2.2 ¿Qué materiales emplear?. ..................................................................................................................... 10

2.3 ¿Cómo se calcula una cimentación sobre pilotes? ................................................................ 11

3 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA CIMENTACIÓN PROFUNDA. ................. 12

3.1 Pilotes ...................................................................................................................................................................... 12

3.2 Encepados .......................................................................................................................................................... 53

4 NORMATIVA Y RECOMENDACIONES BÁSICAS ......................................................................... 70

4.1 Normas de acciones .................................................................................................................................... 70

4.2 Normas de construcción .......................................................................................................................... 70

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CIMENTACIONES PROFUNDAS. ES-TRUCTURAS

1 INTRODUCCIÓN.

Siguiendo con el criterio básico del curso y con la intención de ser lo más práctico

posible el capítulo se centrará sobre todo en las cimentaciones sobre pilotes, es decir

encepados y pilotes.

Otro tipo de cimentaciones profundas se tratarán más someramente y en el tema de-

dicado a cimentaciones especiales.

En el último apartado se realizará un tratamiento de pantallas aunque sin entrar tanto

en profundidad, ya que se trata de un elemento que suele requerir el apoyo de un pro-

grama de cálculo para considerar correctamente todas las fases de ejecución.

Esquema de cimentación profunda, que recibirá las cargas de la estructura a través

de la pila, repartirá entre los pilotes con el encepado y transmitirá al terreno mediante el

fuste y punta de los pilotes:

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En líneas generales, y según refleja el esquema de cimentación anterior, el objetivo

de los pilotes (cimentación profunda en general), será pasar la capa blanda para apoyar y

empotrar en una inferior que tenga capacidad portante suficiente.

Aunque la teoría parece sencilla, no siempre es posible, existiendo casos en los que

será necesario que el pilote trabaje en la capa blanda ya que resulta prácticamente invia-

ble alcanzar una con capacidad portante suficiente. En estos casos el pilote trabajaría por

fuste.

En el siguiente esquema se muestra el equilibrio de comportamiento del pilote.

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A grandes rasgos también es muy sencillo:

Qh + W < Qp + Qf

Siendo:

- Qh carga recibida de la estructura.

- W peso del pilote.

- Qp Carga por punta que aguanta el pilote.

- Qf carga por fuste que aguanta el pilote.

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Obsérvese que se ha modificado la igualdad por el símbolo de menor que las cargas

recibidas (verticales), que es la condición de cálculo a cumplir.

Claro que la ecuación anterior variará según:

- Posibilidad de considerar el rozamiento a fuste o no.

- Consideración o no del rozamiento por punta y su grado de desarrollo (dimensión

de la zona de influencia).

En líneas generales lo descrito anteriormente sería el comportamiento conceptual de

una cimentación profunda.

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2 CIMENTACIÓN SOBRE PILOTES.

Según se ha comentado en la introducción será la tipología base de trabajo, se trata

de una cimentación profunda habitualmente recurrida tanto en obra civil como en edifi-

cación.

2.1 ¿Cuándo se recurre a este tipo de cimentación?.

La necesidad de recurrir a este tipo de cimentación se podrá reducir a dos posibilida-

des:

- En el caso de que el terreno hasta una cota de unos 4,50 m no tenga capacidad

suficiente para soportar las cargas a las que verá sometido. Se trataría de la situación

habitual de empleo de cimentaciones profundas.

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- Situaciones particulares en la que no se puede invadir ciertos terrenos, o se debe

evitar algún problema, etc. Entre estos casos y para que sirva de orientación estaría la

necesidad de pilotar para evitar que se descalce la cimentación en las proximidades

de un rio (se protege además con escollera), cimentar a cierta profundidad (pilotes)

evitando las afecciones a cimentaciones o estructuras muy próximas, localización de

la estructura en las proximidades de los bordes de un terraplén, evitando y cosiendo

el posible deslizamiento. Sería un caso particular de pantallas, las cuales podrán ser

continuas o con pilotes.

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2.2 ¿Qué materiales emplear?.

Aunque pudiera parecer lo contrario el empleo de pilotes es muy antiguo, utilizándose

en edificaciones en zonas inundables (como sería el caso de Venecia) o puentes sobre

ríos (puente de Julio Cesar para pasar el Rin).

Inicialmente se emplearon pilotes de madera (puente de Julio Cesar para pasar el Rin),

y posteriormente, cuando se ha extendido su empleo se han comenzado a emplear otros

materiales, entre los que se podrían citar:

- Metálicos, empleados también desde hace bastante tiempo, se ha recurrido a per-

files laminados más recientemente.

- Pilotes de hormigón:

o Prefabricados, generalmente cuadrados y de dimensiones hasta unos 45

cm, ejecutados hincados y con un campo de aplicación muy reducido a edificación.

o Pilotes de hormigón armado, son los que generalmente se emplean en

obra civil, de sección circular y con los que se pueden alcanzar diámetros conside-

rables (superior a 2,0 m). La armadura se dispondrá perimetral y rellenos de hor-

migón.

- Mixtos, se trata de una tipología particular, generalmente se componen de un per-

fil metálico con una capa exterior que la rodea de hormigón. cuya finalidad es funda-

mentalmente la de protección del perfil.

- Micropilotes, se trata de una tipología particular de pilotes de pequeñas dimensio-

nes con una armadura central y una lechada de cemento perimetral. El uso se sueles

reducir a las zonas de difícil acceso o para anclajes.

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2.3 ¿Cómo se calcula una cimentación sobre pilotes?

Los pasos a seguir en el cálculo serían:

- Conocer los esfuerzos transmitidos desde la estructura principal, ya que lo que se

está haciendo es calcular el elemento de apoyo.

- Tantear unas dimensiones y distribución del encepado, incluyendo una estima-

ción previa del número de pilotes.

- Determinación de la carga máxima y mínima por pilote que forma parte del ence-

pado (podría darse el caso de que algún pilote quedase sometido a tracción).

- Armado del encepado.

- Armado de los pilotes.

Aunque los puntos se piensen y desarrollen correlativamente no impiden que en al-

guno se los pasos sea necesario el volver un paso atrás para afinar en el diseño y cálculo,

según veremos a continuación.

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3 DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE UNA CIMENTA-

CIÓN PROFUNDA.

En los dos puntos anteriores se ha intentado centrar el tema a desarrollar, es decir,

que el alumno conozca las tipologías habitualmente empleadas, que sepa como desarro-

llan su trabajo así como los pasos para su cálculo.

El curso se centrará en pilotes de hormigón armado fundamentalmente, ya que son

los más complejos de cálculos además de los de mayor utilidad.

A continuación se tratará cada uno de los elementos que formarían la cimentación

profunda tipo que nos servirá para desarrollar el tema.

3.1 Pilotes

Según se ha comentado anteriormente se trata de la cimentación profunda a la que

más se recurre, centrándose el tema prácticamente en exclusiva en los de hormigón ar-

mado.

Para poder considerarse que una cimentación es profunda deberá cumplir:

Longitud > 5 diámetros.

Una de las clasificaciones más interesantes de los pilotes desde el punto de vista del

diseño es por su forma de trabajar:

- Pilote columna, se denominará así el que trabaja por punta empotrando en una

capa lo suficientemente competente para no requerir el trabajo de las superiores.

La ecuación de cálculo quedaría reducida a:

Qh + W < Qp

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- Pilote flotante, se trata de un pilote que trabaja exclusivamente por fuste, no se

alcanza ningún estrato competente.

En este caso la ecuación de cálculo sería:

Qh + W < Qf

- Pilote mixto será el que comparta características de los dos anteriores.

Qh + W < Qp + Qf

Evidentemente lo deseable sería encontrarse en el tercer caso, es decir, en una zona

en la que trabajarían todas las capas por las que pasa el elemento de cimentación (pilote).

En el siguiente gráfico se mostraría el comportamiento, o mejor dicho, la forma de

trabajo de un pilote.

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Obsérvese como la carga total que puede soportar un pilote es suma de la parte de

fuste y la de punta. Cada una de ellas depende respectivamente de la tensión o roza-

miento por fuste y punta que será función del terreno que rodea al pilote (tratado en la

parte de geotecnia).

El rozamiento de cada uno de los elementos va multiplicado por el área del fuste o

punta, por lo que incrementar la carga total en función del diámetro resulta sencillo.

Ejemplo 1.

Se está dudando en disponer pilotes de 0,45 m de diámetro o de 0,85 m, sabiendo

que es necesario alcanzar una profundidad de 12 m en un terreno de resistencia a fuste

1,5 t/m2 y a punta 50 t/m2. Evaluar ambas posibilidades.

Objetivo: comprobar la variación de carga total con la que se puede “jugar” en función

del diámetro del pilote.

Pilote de 0,45 m de diámetro:

- Qp = 50 x 0,159 = 7,95 t.

- Qf = 1,5 x 12 x 1,413 = 25,43 t.

- QT = 7,95 + 25,43 = 33,38 t

Pilote de 0,85 m de diámetro:

- Qp = 50 x 0,567 = 28,35 t.

- Qf = 1,5 x 12 x 2,67 = 48,06 t.

- QT = 28,35 + 48,06 = 76.41 t

Por tanto se pude verificar que en las mismas condiciones un pilote de 0,85 m de

diámetro sería capaz de alcanzar una carga total 2,29 veces superior que un pilote de

0,45 m de diámetro. Equivaldría uno a 2,29.

Realmente el ejemplo es únicamente comparativo, se han realizado ciertas simplifi-

caciones según se verá a continuación.

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También resulta interesante conocer lo que se denomina bulbo de presiones de un

pilote, que equivaldría a la zona de terreno movilizada o que trabaja.

Observando con detenimiento la figura anterior se ve que para que el pilote trabaje

por punta tiene que desarrollarse un bulbo de tensiones como en que se representa. Este

bulbo o zona activa no solo afecta a la parte inferior del pilote, también lo hace a la supe-

rior, y la proporción será función del terreno en el que se encuentre ejecutado (desarro-

llado en la parte de geotecnia).

Por ello lo que tiene que quedar claro es que si por alguna circunstancia el bulbo

queda cortado no se podrá contar con la totalidad de la resistencia a punta.

El diseño y dimensionamiento de este elemento requiere conocer diversos puntos,

además de los desarrollados de manera general hasta el momento, procediendo a ello a

continuación.

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3.1.1 Clasificación de los pilotes.

Además de las mencionadas en los apartados anteriores, que se consideran muy im-

portante para conceptualmente evaluar la forma de trabajo, existen otras que se pasarán

a enumerar a continuación y que suelen aportar información respecto a dicho elemento:

- Según la ejecución:

o Pilote hincado también denominado de desplazamiento. Suelen ser prefa-

bricados que se hincan por golpeo o vibración consiguen remoldear el terreno y se

emplean principalemnte en edificación.

o Pilotes de extracción, en ellos se ejecuta previamente un agujero en el te-

rreno que posteriormente se rellena de hormigón y armadura. Resultan más com-

plicados de ejecutar y requieren mayores coeficientes de seguridad. Son los habi-

tuales en obra civil, ya que debeido a las cargas con las que se trabaja es necesario

recurrir a diámetros muy elevados para ser pregabricados.

o Mixto, con un preagujero e hincado a posteriori, es una tipología poco ha-

bitual.

- Según forma de trabajo:

o Pilote a compresión.

o Pilotes a flexocompresión, que es lo habitual, concentrándose la flexión en

los primeros metros. Es raro encontrar sometidos a flexión pura (Duque de Alba).

o Pilotes a tracción, es raro diseñarlos para este tipo de solicitaciones y se

debe evitar. Un caso particular serían los anclajes (micropilotes).

- Según la inclinación:

o Pilote vertical, que es lo normal.

o Pilote inclinado, se recurre a este tipología para compensar esfuerzos ho-

rizontales, en el caso de que superen los 25% hay que recurrir a hincados.

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- Según el material:

o Pilote de madera, uso restringido a casos muy particulares.

o Metálicos, resultan caros y se corroen con el tiempo.

o Hormigón armado, lo normal para pilotes in situ y prefabricados.

o Hormigón pretensado, en raras ocasiones y pilotes trabajando a flexión.

o Mixtos, hormigón u acero.

o Arena o grava, se emplean normalmente para drenaje.

- Colocación:

o Totalmente enterrados, que es lo normal.

o Con parte libre, serían las pilas-pilote.

Lo normal es que un pilote sea extracción, que trabaje a flexocompresión, de hormi-

gón armado, totalmente enterrado y vertical.

3.1.2 Tipología según su ejecución.

Se trata de una clasificación recogida en casi todas las normativas, se ha considerado

adecuado mencionarla pero sin entrar en más detalle, ya que es más útil desde un punto

de vista geotécnico:

- Pilote barrenado sin entubación (CPI-7).

- Pilote de extracción:

o Con camisa perdida (CPI-5).

o Con camisa recuperable (CPI-4).

- Pilote excavado con barrena hueca (CPI-8).

- Pilotes de desplazamiento (CPI-2 y CPI-3).

- Pilote prefabricado hincado (CPI-1).

- Pilote perforado con lodos trixotrópicos (CPI-6)

Lo habitual es la ejecución de pilotes CPI-7, en el caso de terrenos inestables o con

corrientes de agua será necesario recurrir a camisas o lodos trixotrópicos.

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Según la clasificación citada, más bien desde un punto de vista constructivo, será el

comportamiento del pilote, ya que resulta evidente que la respuesta de un pilote con ca-

misa recuperable no puede ser la misma que la de una barrenado.

3.1.3 Selección del tipo de pilote.

Los criterios básicos para seleccionar el tipo de pilote más adecuado son:

- Adaptabilidad al tipo de terreno y construcción.

- Localización, en el que quedarían incluidos aspectos hidrológicos y así como la

proximidad a otras estructuras.

- Economía.

- Método constructivo.

Los criterios citados son los evaluables en un caso idea, aunque como se menciona

en otro de los apartados existes otros factores que quedan fuera del poder de decisión

de un proyectista que puedan conducir a la elección de una u otra tipología.

3.1.4 Ejecución de pilotes.

La ejecución de un pilote resulta relativamente sencilla y se podría dividir en cuatro

pasos según se muestra en el siguiente gráfico:

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1 Excavación del pilote.2 Colocación de la armadura. 3 Hormigonado. 4 Descabezado.

Maquinaria:

En la siguiente fotografía se muestra la típica pilotera y la maniobra, en el lateral se

observa la camisa metálica.

Solo viendo la fotografía se observan las dimensiones de este tipo de maquinaria, en

la que no son extrañas las alturas de 12 m.

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21

En el siguiente esquema se muestra la ejecución de un pilote prefabricado, que se

podría hincar o introducir vibrando.

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3.1.5 PROYECTO DE PILOTE.

Una vez desarrollada la parte teórica (aunque ha sido superficialmente), pasaremos a

la práctica y realmente interesante para el alumno.

Se quiere llamar la atención sobre la apariencia un cierto desordenada de la presen-

tación, pero se ha realizado con una doble intención:

- Evitar una teoría excesivamente larga que termine aburriendo al alumno.

- Minimizar y relacionar los distintos puntos tratados con la finalidad de hacer más

vivo el desarrollo.

A la hora de abordar directamente el cálculo de un pilote necesitaremos disponer de

los siguientes datos de partida:

- Cargas transmitidas por la estructuras.

- Asiento permitido.

- Características del terreno, adaptadas para el cálculo del pilotes:

o Resistencia a punta.

o Resistencia a fuste.

- Esfuerzos o cargas transmitidas desde la estructura a la cual soporta.

Estos datos o parámetros geotécnicos vendrán reflejados en el correspondiente in-

forme.

Con los datos anteriores, los pasos a seguir serían:

- Determinación de las valores de carga máxima y mínima de cada uno de los pilo-

tes.

- Cálculo del área necesaria para las cargas anteriores.

- Determinación de la longitud del pilote, determinando la carga de hundimiento,

considerando el efecto grupo y coeficiente de minoración.

- Armado del pilote.

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Por lo tanto a continuación se seguirá el desarrollo de cada uno de los puntos ante-

riores hasta concluir con el armado del pilote.

3.1.5.1 Distribución de carga en grupo de pilotes

Otro posible título sería la determinación de cargas de cada uno de los pilotes, como

se ha citado anteriormente.

A continuación se presentan una serie de gráficos y formulaciones en las que se ex-

pone como obtener la carga de cada uno de los pilotes que forman el encepado a partir

de los esfuerzos que les llegan de la estructura.

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Realmente es una simplificación de la conocida formulación:

Que en el caso de que todos los pilotes tengan la misma sección (como es lo normal)

quedaría:

Una de las cosas que deben quedar claras al repartir las cargas entre los distintos

pilotes, es que dependerá del encepado proyectado, por lo que es evidente que aunque

se arma a posteriori debe estar previamente tanteado (se verá en el correspondiente apar-

tado).

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Ejemplo 2.

Se tiene un encepado con la siguiente geometría:

Los 12 pilotes están distribuidos de la siguiente manera referidos al cdg (0,0,0) del

encepado:

Geometría encepado (proyectados en planta)

Longitudinal (x) 11.00 m

Tranversal (y) 14.50 m

Canto 3.00 m

Número pilotes 12.00

H tierras (m) 0.50 m

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Las cargas que llegan a la cara superior del encepado son:

Se pide obtener el valor al que se cargará en la hipótesis anterior cada uno de los

pilotes que forma el encepado. Se debe trabajar con esfuerzos sin mayorar.

El primer paso será obtener los esfuerzos en la cara inferior del encepado, es decir,

añadir la contribución de éste.

Obsérvese que la carga vertical se ha puesto negativa.

Aplicando las fórmulas para repartir las cargas entre los pilotes tendremos:

Pilote long. X (m) Trans. Y (m)

1 4.25 6.00

2 4.25 2.00

3 4.25 -2.00

4 4.25 -6.00

5 0.00 6.00

6 0.00 2.00

7 0.00 -2.00

8 0.00 -6.00

9 -4.25 6.00

10 -4.25 2.00

11 -4.25 -2.00

12 -4.25 -6.00

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-3511.94 7225.22 7480.27 114.76 167.05

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-4,708.19 7,569.49 7,981.42 114.76 167.05

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Por tanto el pilote más cargado se pondrá a 814,52 t, pero cuidado uno de ellos que-

daría sometido a tracción (-29,82 t).

Se debe comentar que en los pasos anteriores se ha cometido una ligera trampa que

se comenta a continuación:

No se ha considerado el peso del relleno sobre el encepado, por la sencilla razón de

que su correcta ejecución suele ser dudosa, en cualquier caso el incremento causado por

la capa de 0,50 m será de unas 159,5 t (11 x 14,5 x 0,5 x 2,0), que repartido entre los 12

pilotes sería unas 13,3 t/pilote de incremento de la carga vertical, quedando los pilotes

anteriores:

- Máxima carga 827,72 t.

- Mínima carga -16,52 t.

Nk (t)

Pilotes

1 814.52

2 681.49

3 548.47

4 415.45

5 591.88

6 458.86

7 325.84

8 192.81

9 369.25

10 236.23

11 103.21

12 -29.82

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Ejemplo 3.

Veamos cómo afecta el cambio de esfuerzos en cara superior del encepado de geo-

metría idéntica a la del ejercicio anterior, a los esfuerzos soportados por los pilotes.

En el caso de que los esfuerzos en la cara superior del encepado sean los siguientes:

En la cara inferior serán:

Con los doce pilotes distribuidos según el ejemplo anterior las cargas a las que que-

darían sometidos serían:

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-1934.63 5671.98 1086.47 114.76 0.00

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-3,130.88 6,016.26 1,086.47 114.76 0.00

Nk (t)

Pilotes

1 465.02

2 446.91

3 428.80

4 410.69

5 288.07

6 269.96

7 251.85

8 233.74

9 111.12

10 93.01

11 74.90

12 56.80

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Ejemplo 4.

Veamos una nueva distribución de cargas en pilotes para una nueva geometría.

Los esfuerzos en la cara superior del encepado serán:

Por lo que al pasarlos a la cara inferior, es decir, los de cálculo reales se tendría:

Geometría encepado (proyectados en planta)

Longitudinal (x) 11.00 m

Tranversal (y) 18.50 m

Canto 3.00 m

Número pilotes 15.00

H tierras (m) 0.50 m

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-3542.86 7445.69 7678.23 115.22 168.91

30

El encepado apoya sobre 15 pilotes distribuidos en el encepado respecto al origen en

el eje (0,0,0).

Para las cargas anteriores y con la distribución anterior las cargas a las que quedarán

sometidos los pilotes serán las siguientes:

Nk [t] Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-5069.11 -836.99 12560.36 115.22 168.91

Pilote long. X (m) Trans. Y (m)

1 4.25 8.00

2 4.25 4.00

3 4.25 0.00

4 4.25 -4.00

5 4.25 -8.00

6 0.00 8.00

7 0.00 4.00

8 0.00 0.00

9 0.00 -4.00

10 0.00 -8.00

11 -4.25 8.00

12 -4.25 4.00

13 -4.25 0.00

14 -4.25 -4.00

15 -4.25 -8.00

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Por tanto el pilote más cargado quedaría sometido a 547,28 t y el menos cargado a

108,91 t; todos ellos sometidos a compresión.

3.1.5.2 Recomendaciones para el diseño de pilotes

El tope estructural depende del tipo de pilote con el que se trabaje, lo cual no suele

ser una elección del proyectista, ya que viene fijado por la geotecnia, maquinaria exis-

tente y costumbre de la zona.

A continuación se citan los valores más habituales:

- Pilote in situ:

o En seco 40,0 kg/cm2.

o Con agua 35,0 kg/cm2.

- Prefabricado:

o En taller 125,0 kg/cm2.

o En obra 90,0 kg/cm2.

Nk (t)

Pilotes

1 527.59

2 422.92

3 318.25

4 213.58

5 108.91

6 547.28

7 442.61

8 337.94

9 233.27

10 128.60

11 566.97

12 462.30

13 357.63

14 252.96

15 148.30

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- Armaduras 1.600,0 kg/cm2.

- Acero 800,0 kg/cm2.

Las técnicas de ejecución de los pilotes in situ han mejorado considerablemente a lo

largo de la experiencia desarrollada en los últimos años, por lo que resulta habitual el

empleo de valores de 50,0 kg/cm2, en incluso en algún caso particular se llega a los 65

kg/cm2.

Las cuantías mínimas recomendables para los pilotes son:

- Hormigón in situ 5/1000.

- Hormigón prefabricado 12,5/1000.

Se trata de una recomendación, existiendo diversas normativas con valores diferen-

tes pero en el mismo orden.

La inclinación límite del pilote será 4 %. En el caso de que se desvíen los pilotes de un

encepado se deberán recalcular y en su caso reforzar. Otra solución será la disposición

de vigas riostras.

Recomendable que la separación entre pilotes ronde los 3 diámetros, evitando la con-

sideración del efecto grupo en el cálculo.

Ejemplo 5.

Siguiendo con la duda presentada en el primer ejercicio sobre el empleo de pilotes de

0,45 m de diámetro o de 0,85 m de hormigón armado ejecutados in situ, una forma de

compararlos sería conocer su tope estructural, por lo que se procederá a su cálculo:

Pilote de 0,45 m (lo normal es que entre el mundo de los pilotes se denominen en

mm, por lo que lo lógico sería pilote de 450).

- Área: 0,159 m2.

- Hormigón de 40 – 50 kg/cm2

- Tope estructural: 63,6 t – 79,5 t

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Pilote de 0,85 m pilote de 850).

- Área 0,567 m2.

- Hormigón de 40 – 50 kg/cm2

- Tope estructural 227 t – 283,7 t

Por lo tanto unos valores normales para el tope estructural de cada pilote serían:

- Pilote 450 70 t.

- Pilote 850 250 t.

Lo que quiere decir que un pilote de 850 soportará una carga unas 3,5 veces superior

a uno de 450.

Ejemplo 6.

Qué pilote se requeriría para los resultados obtenidos en el segundo ejercicio.

Recordemos que la máxima a la que queda solicitado el pilote en el encepado es de

814,52 t, y la mínima de -29,82 t (tracción).

Según se ha comentado el valor de resistencia del hormigón a compresión de los pi-

lotes para obtener el tope estructural está entre los 40 kg/cm2 y los 50 kg/cm2, por lo

que en el ejemplo tomaremos una media (45 kg/cm2).

Por tanto la sección necesaria para quedar sometida a ese valor de resistencia a com-

presión será:

(814,52 t/450 t/m2) = 1,81 m2.

Por tanto la sección del pilote circular que cumple con lo anterior tendrá un radio de

0,76 m, luego el pilote propuesto será > 1,52 m de diámetro.

En este caso se podría considerar una resistencia del hormigón ligeramente superior

por lo que valdría un pilote de 1,50 m (1500 mm).

34

No todas los diámetros son comerciales, por lo que ¡cuidado! se deberá saltar de una

valor a otro pero siempre trabajando con diámetros comerciales.

En el caso del ejemplo si fuese necesario subir el diámetro se debería pasar a 1,80 m

(1800 mm), por lo que parece más lógico sobrepasar ligeramente los 45 kg/cm2 que in-

crementar tanto la sección.

¿Qué pasa con el pilote de menor solicitación?.

Si no estuviese traccionado no habría problema, pero no es conveniente que queden

traccionados, a pesar de que el valor no es muy elevado.

La sección de un pilote de 1,50 m (1500 mm) es de 1,767 m2 por lo que cada metro de

pilote pesará 4,42 t.

Por tanto el compensar la tracción de 29,82 t se podrá realizar de dos maneras:

- Si el pilote tiene una longitud superior de 6,75 m (prácticamente seguro), el peso

propio de este la compensaría.

- En caso contrario deberá ser el rozamiento por fuste el que cumpla tal función, sin

olvidar que los valores no coinciden con los de compresión.

Ahora que en el caso de pilote traccionado hay que cuidar el anclaje, es decir, deberá

poder transmitir dicha tracción el encepado al pilote, cosa que tras un descabezado pa-

rece muy compleja. Por lo mencionado anteriormente resulta preferible que no queden

pilotes sometidos a tracción para evitar posibles problemas.

3.1.5.3 Carga de hundimiento de pilotes

Se trata de un aspecto claramente ligado a la geotecnia, aunque se considera impres-

cindible calcularlo conjuntamente a la estructura del pilote o tener un conocimiento de

su manejo.

35

La carga de hundimiento tiene dos componentes:

- Una carga por punta Qp.

- Una Carga por Qf.

QH = Qp.+ Qf

La carga admisible de cada pilote se obtiene de la carga de hundimiento aplicando

los coeficientes de seguridad correspondiente a punta y fuste, debiendo cumplir:

Qadm = Qp/Fp + Qf/Ff

Debiendo cumplir que la carga admisible sea inferior o igual al tope estructural.

Los coeficientes de seguridad habituales (también fijados por normativas o recomen-

daciones) serán:

Ff 2,0 a 2,5.

Fp 3,0 a 4,0.

El fuste se moviliza primero, como es lógico, y con el tiempo se transmite la carga a la

punta.

El comparar la el tope estructural (Te) con la carga admisible (Qadm) del pilote nos apor-

taría la siguiente información de comportamiento:

- En el caso de que Te > Qadm nos estaría diciendo que fallaría primero el terreno que

el pilote de hormigón armado.

- Si lo que ocurre es Qadm > Te ocurre lo contrario, es decir, rompería la estructura de

hormigón de pilote antes que hundirse (rotura terreno)

Evidentemente siempre deberá ocurrir que la carga a la que queda sometido el pilote

será inferior al Te y la Qadm.

36

Se llama la atención sobre lo escrito en los últimos párrafos, parece que se ha produ-

cido un error, ya que por un lado se menciona que “Debiendo cumplir que la carga admi-

sible sea inferior o igual al tope estructural” y por otro se presenta la posibilidad contraria.

La expresión “Debiendo cumplir que la carga admisible sea inferior o igual al tope

estructural” es el ideal en el diseño de pilotes, es decir:

- Es preferible que el pilote se hunda (rompa el terreno) a que se rompa el hormigón.

- Las dimensiones de los pilotes (diámetro y longitud) se han optimizado.

Pues esto que parece tan sencillo no lo es, a la hora de determinar la sección necesa-

ria tendremos que seleccionar entre las que son comerciales, no vale cualquiera.

Por otra parte la resistencia del hormigón dependerá del empleado y como se ha eje-

cutado, se trata de una tecnología que ha avanzado mucho, consiguiéndose en la actua-

lidad resistencias reales muy elevadas.

La longitud del pilote depende de las recomendaciones geotécnicas, así como de las

necesidades de empotramiento, por lo que la Qadm final suele ser muy superior que la

necesaria.

Efecto grupo.

¿En que consiste el efecto grupo?

Se trata de un valor cuya finalidad es evaluar la influencia entre pilotes que se ejecu-

tan muy próximos, y en consecuencia no permiten el desarrollo de los bulbos de presio-

nes individuales, es decir, se solapan entre ellos.

La forma de evaluar este efecto es mediante un coeficiente de minoración (η) que en

función de la bibliografía tratada tiene una u otra formulación. Una manera sencilla de

considerarlo, obtenida en base a la experiencia será:

- En el caso de que los pilotes se encuentren separados más de tres (3) diámetros

no es necesario aplicar coeficiente de minoración (η = 1).

37

- En el caso de que los pilotes sean tangentes el valor del coeficiente de minoración

será 0,5 (η = 0,5).

Los valores entre ambos se obtendrán interpolando.

Ejemplo 7.

Se plantea el caso de la necesidad de determinar la longitud de un pilote que deberá

soportar una carga de 814.52 t. Según los datos aportados en el informe geotécnico se

requiere que el empotramiento mínimo sea de 1,50 m en una capa que se localiza a una

profundidad de 8,5 m.

La capa superior a la de empotramiento se recomienda no considerarla en el cálculo.

Las recomendaciones geotécnicas proporcionadas para el cálculo han sido:

En primer lugar se tanteara el pilote que es necesario para esa carga, con el valor de

45 kg/cm2.

- Sección necesaria 1,81 m2.

- Radio > 0.76 m.

Pila

Empotramie

nto (m)

qp Unitaria

(MPa)

tf Unitaria

(MPa)

1.5 3.80 0.27

2 4.16 0.27

2.5 4.53 0.27

3 4.89 0.27

4 5.43 0.27

4.5 5.43 0.27

5 5.43 0.27

5.5 5.43 0.27

6 5.43 0.27

7 5.43 0.27

8 5.43 0.27

8.5 5.43 0.27

9.5 5.43 0.27

38

En el caso de elegir una sección de 1,50 m de diámetro (pilote de 1500) el hormigón

quedaría trabajando a unos 46,1 kg/cm2, lo cual se considera aceptable.

Por tanto la sección de pilote adoptada será de 1,5 m de diámetro (pilote de 1500).

El valor de la carga de hundimiento para el pilote de 1,50 m, siguiendo las recomen-

daciones geotécnicas, e incrementando la longitud 0,5 m sucesivamente será:

Los coeficientes de minoración empleados en el cálculo para obtener la carga de hun-

dimiento han sido:

- Fuste 2,0.

- Punta 3,0.

El valor de carga que se encuentra sometido el pilote será necesario incrementar el

peso propio, el pilote incrementará 4,42 t/m de longitud, partiendo de un valor de 44,18 t.

Sabemos que ya inicialmente estará sometido a 814,52 t, por lo que la longitud mínima

será de 16,50 m. La carga total incluido el peso propio sería 887,45 t superior a la de hun-

dimiento, es necesario incrementar la longitud.

Diámetro (m)Empotramie

nto (m)

qp Unitaria

(MPa)

tf Unitaria

(MPa)Longitud (m) qh (t)

1.5 1.5 3.80 0.27 10.00 319.89

1.5 2 4.16 0.27 10.50 373.20

1.5 2.5 4.53 0.27 11.00 426.52

1.5 3 4.89 0.27 11.50 479.83

1.5 4 5.43 0.27 12.50 575.80

1.5 4.5 5.43 0.27 13.00 607.79

1.5 5 5.43 0.27 13.50 639.78

1.5 5.5 5.43 0.27 14.00 671.76

1.5 6 5.43 0.27 14.50 703.75

1.5 7 5.43 0.27 15.50 767.73

1.5 8 5.43 0.27 16.50 831.71

1.5 8.5 5.43 0.27 17.00 863.70

1.5 9.5 5.43 0.27 18.00 927.67

39

Ocurre lo mismo hasta llegar a los 18 m de longitud, en donde Nk y peso propio alcan-

zar un valor de 896,29 t inferior a la carga admisible de 927,67 t.

Por tanto la longitud del pilote debería de ser de 18,0 m para soportar las cargas a las

que se verá sometido.

Ejemplo 8.

Con los datos del problema anterior verificar que ocurre si la distancia entre pilotes es

de 3,75 m, es decir, en el caso de verse afectados por el efecto grupo.

En primer lugar se determina el valor del parámetro que refleja el efecto grupo (η).

Separación 3,75/1,5 = 2,5 veces el diámetro.

Por tanto el valor de minoración será de:

η = 0,916.

La carga de hundimiento o admisible para 18 m de longitud en este caso quedaría

reducida a:

Qadm = 849,75 t

La carga a la que se verá sometida a esa profundidad era de 896,29 t, por lo que será

necesario incrementar la longitud del pilote.

En este caso incrementando la longitud 1,0 m (total 19,0 m). La carga de hundimiento

obtenida será de 991.65 t que reduciendo debido al efecto grupo se quedaría en 908,35

t.

El valor de las cargas que debe transmitir sería de 905,13 t, por lo que ha sido necesa-

rio incrementar la longitud del pilote 1,0 m para compensar el efecto grupo.

40

3.1.5.4 Armado de pilotes

El armado de los pilotes se deberá hacer con los esfuerzos obtenidos anteriormente

pero en estado límite último, es decir, mayorados.

A continuación vamos a describir como se obtiene cada uno de los esfuerzos de

cálculo:

- Carga vertical o axil, evidentemente se obtiene de los pasos anteriores aunque

mayorado por los correspondientes coeficientes (según normativa seguida).

- Esfuerzo cortante, según hemos visto en los pasos anteriores el cortante que de-

berá soportar cada uno de los pilotes será el transmitido por los pilares repartido por

el número que forma el encepado.

Ejemplo 9.

Determinar el esfuerzo cortante soportado por cada pilote de un encepado de quince

(15) pilotes, en los siguientes casos:

- El cortante longitudinal que transmite la pila a la cara superior del encepado tiene

un valor de 161,31 t ya mayorado (Vd).

Lógicamente el cortante en la cara inferior del encepado será independiente de su

canto y el peso, por tanto seguirá siendo 161,31 t.

El reparto para cada pilote se obtendrá de dividir el cortante entre el número de

pilotes que forma el encepado:

161,31 t/15 = 10.75 t

- El cortante transversal que transmite la pila a la cara superior del encepado tiene

un valor de 236,47 t ya mayorado (Vd).

El valor del contante transversal en la cara inferior seguirá siendo 236,47 t.

El reparto para cada pilote se obtendrá de dividir el cortante entre el número de

pilotes que forma el encepado:

41

236,47 t/15 = 15.76 t

- Que ocurre en el caso de actual ambos esfuerzos cortantes (longitudinal y trans-

versal) sobre el encepado.

Según se ha mencionado en los puntos anteriores en la cara inferior del encepado

el valor de los cortantes seguirá siendo:

o Vd longitudinal 161,31 t.

o Vd transversal 236,47 t.

El reparto entre pilotes quedará:

o Vd longitudinal 10,75 t.

o Vd transversal 15,76 t.

Aunque al actuar en las dos direcciones realmente el cortante a resistir por cada pilote

será la composición de ambos, es decir, 19,08 t.

Esfuerzo de flexión, como ya se ha comentado en la reducida teoría presentada sobre

las cabezas se puede suponer una articulación (apoyo), es decir, los momentos de las

pilas darán lugar a incrementos o disminuciones de fuerzas verticales no a momentos en

la cabeza.

¿Eso quiere decir que los pilotes no están sometidos a esfuerzos de flexión?.

No.

Realmente si están sometidos a esfuerzos de flexión pero al que ha dado lugar la

aplicación del cortante en cabeza.

La forma de evaluar este es obtener la deformada o los esfuerzos al aplicar una carga

en cabeza del pilote coaccionado por el terreno.

Existen varias formulaciones para obtener una longitud elástica, o el máximo valor del

momento en una profundidad, etc aunque la mayoría de ellas resultan complejas de ma-

nejar y pueden inducir a errores.

42

Una manera muy sencilla es recurrir a programas informáticos de cálculo, para lo cual

se modeliza el terreno mediante muelles obtenidos del coeficiente de balasto horizontal

y se la aplica la carga en cabeza. Se trabaja en función de la respuesta obtenida según se

desarrolla en el siguiente ejemplo.

Ejemplo 10.

Determinar el momento máximo que soportará un pilote de hormigón armado de 15

m de longitud y 1,0 m de diámetro sometido a los esfuerzos cortantes del problema ante-

rior.

La respuesta del terreno que lo confina será acorde a un coeficiente de balasto hori-

zontal de 5.000 t/m3.

En primer lugar se modeliza el pilotes mediante una barra de la sección correspon-

diente (1,0 m de diámetro), discretizada en el número de barras deseado (en este caso 15).

43

En cada uno de los nudos se le aplica un muelle de valor Kh x área tributaria, en este

cado al ser el área 1 m2 el muelle tendría un valor de la constante de elasticidad de 5.000

t/m.

Aplicamos en la cabeza una fuerza de valor conocido y manejable, recomendable

múltiplo de 10 ó 100. En este caso al estar trabajando en toneladas aplicamos 10 t.

44

Empleando el modelo de cálculo obtenemos:

45

Lo que nos diría que aplicando una fuerza de 10 t en cabeza se obtiene un momento

de valor 9,55 tm a una profundidad de 3,0 m, pero lo que se debe obtener realmente es

una longitud elástica que simule el comportamiento del pilote.

Sabemos que FhxLe = M donde conocemos:

- Fh 10 t.

- M 9,55 mt.

Por tanto la longitud elástica sería 0.955 m.

Por tanto el valor del momento en cada uno de los casos estudiados anteriormente

será:

- Vd longitudinal=10,75 t Md = 10.27 mt

- Vd transversal=15,76 t Md = 15,05 mt.

- Vd=19,08 t Md = 18,23 mt.

Aprovechamos el modelo para verificar si todo lo descrito es correcto, y al aplicar una

fuerza en cabeza de 19,08 t se obtiene la siguiente ley de momentos:

46

Lo que coincide con todo lo descrito con anterioridad.

47

Ejemplo 11.

Que ocurriría con los datos del problema anterior en el caso del que el coeficiente de

balasto disminuyera a la mitad (Kh = 2.500 t/m3).

Al aplicar la misma carga horizontal de 10 t la respuesta del terreno sería:

48

En un primer vistazo de la ley de momentos se observa que se moviliza o activa mu-

cha mayor longitud de pilote para un mismo valor de carga. En este caso aplicando las 10

t el momento obtenido es de 11,78 mt, por tanto la longitud elástica será:

Le = 1,18 m

Por tanto el valor del momento en cada uno de los casos estudiados anteriormente

será:

- Vd longitudinal=10,75 t Md = 12.69 mt

- Vd transversal=15,76 t Md = 18,60 mt.

- Vd=19,08 t Md = 22,51 mt.

Al estar menos coaccionado el pilote da lugar a que quede sometido a mayores es-

fuerzos de flexión.

Con los esfuerzos obtenidos en los cálculos anteriores se debe proceder al armado

de la sección del pilote, aunque previamente se debería tener en cuenta unos criterios

básicos:

- Las normativas suelen presentar cuantías mínimas de armado, que en el caso de

los pilotes suele estar en torno al 4/1000.

- El armado a cortante obtenido es en cabeza, coincidiendo con una de las zonas

más delicada en la ejecución, por lo que se recomienda que la disposición de cercos

en el metro superior se incremente (refuerzo en cabeza).

- Además de la armadura vertical y la transversal (cercos) suele ser normal el dispo-

ner armadura de montaje (normalmente horquillas en cruz) para evitar que se desmo-

rone la jaula de armado al manejarla. ¡Cuidado! Esta observación será válida para diá-

metros superiores a 850 m ya que en caso contrario dificultaría la disposición del

tremy (trompa de hormigonado).

- Otro tema que suele estar normalizado son los recubrimientos a emplear, normal-

mente acotados entre los 5,0 y 7,0 cm.

- También suelen presentarse recomendaciones sobre las separaciones mínimas y

máximas de la armadura vertical, resistencia mínima del hormigón a emplear…...

49

Ejemplo 12.

Aunque se ha mencionado que el armado del pilote se deberá adaptar a la norma

particular del país o zona de ejecución, a continuación se presenta un ejemplo em-

pleando el eurocódigo.

Pilote de 1,50 m de diámetro sometido a un axil de 100 t y un momento de 36 tm.

Comenzando con una armadura de 25 Ø20 y el hormigón de 25 N/mm2 se obtinene

que se suficiente.

En el caso de incrementarse el momento en 10 veces (360 mt), entonces sería nece-

sario incrementar el diámetro de la armadura vertical a Ø25, valiendo el mismo número.

50

La sección anterior con el armado de 25Ø20 sería capaz de soportar un cortante hasta

de 59,57 t, aunque será recomendable disponer una armadura mínima.

51

52

Por tanto como mínimo se deberán disponer cercos Ø12/0,20 m, que en el metro su-

perior deberían incrementarse como mínimo a Ø12/0,15 m.

En el caso de que el cortante al que se ve solicitado requiriese mayor disposición de

armado, debería incrementarse la cuantía mínima hasta la necesaria.

53

3.2 Encepados

Al tratar los encepados lo haremos desde dos puntos de vista que a su vez deben ser

complementarios:

- Cálculo y diseño.

- Constructivo.

Evidentemente las necesidades de ambas deben considerarse en el diseño, ya que el

calcular una solución que no es ejecutable será una pérdida de tiempo que no conduce

a nada. Por tanto el proyecto o cálculo de la cimentación deberá ir unido a su ejecución,

o mejor dicho condicionado por ella.

3.2.1 Cálculo y diseño.

El primer paso sería determinar si el encepado se comporta como flexible o como

rígido, es decir, si se pude dimensionar como bielas y tirantes o no. La forma de clasificar

es similar a las zapatas, en función del vuelo (Vmax):

La clasificación vendrá determinada en función de la relación del vuelo con el canto

(h):

- Rígido Vmax < 2,0 h.

- Flexible Vmax > 2,0 h.

54

No resulta inusual encontrar publicaciones que presentan ligeras variaciones en las

relaciones anteriores.

Lógicamente el concepto de rigidez se refiere únicamente a la estructura, en ningún

caso a la distribución de tensiones al terreno, se trata de comportamiento interno.

A continuación se desarrollará el tratamiento independiente para cada uno de los casos de

clasificación.

3.2.2 Encepado rígido.

En líneas generales resulta sencillo determinar el valor del tirante que se produce en

la cara inferior del encepado, en relación con las dimensiones del pilar y el máximo axil

en pilote (mayorado).

Una vez determinado el valor de la tracción resulta sencillo determinar el armado ne-

cesario en función del acero empleado, según se muestra en la siguiente formulación:

El anclaje de la armadura del tirante se podrá reducir ya que se encuentra en una zona

comprimida.

55

Evidentemente el diagrama de bielas y tirantes no es tan sencillo como el expuesto

en primer lugar, produciéndose también tracciones en la zona intermedia (por dispersión

de compresiones) que serán necesario coser.

La solución a este problema se consigue con la disposición de cercos, según se

muestra en el siguiente esquema.

Lo expuesto hasta el momento soluciona el problema cuando se trata de un plano

con únicamente una pareja de pilotes, lógicamente los encepados suelen tener un mayor

número de pilotes y aunque la sistemática a seguir es la descrita anteriormente su desa-

rrollo se hace más complejo.

Veamos en el caso normal de un encepado con cuatro pilotes:

56

La disposición de armadura para adaptarse al comportamiento previsto responde al

gráfico anterior y se dispone como se presenta a continuación:

57

- Planta:

- Alzado:

La armadura principal que responderá a las tracciones principales se deberá localizar

sobre el ancho de banda representado a continuación:

58

Veamos ahora la cuantía de armado en cada una de las posiciones:

- Armadura principal:

Colocada en bandas o fajas sobre los pilotes según se ha descrito anteriormente,

la cuantía a disponer será:

En dicha formula el valor se fyd será como máximo de 400 N/mm2.

En el caso de un encepado con pilotes en ambas direcciones la fórmula anterior

sería:

- Armadura secundaria:

Se colocará en retícula (en amabas direcciones) con una capacidad mecánica no

inferior a ¼ de la principal.

59

- Armadura secundaria vertical:

Se dispondrá para coser las tracciones originadas por la dispersión de compresio-

nes.

La capacidad mecánica a disponer no será inferior a:

Nd/(1.5 n)

Siendo:

o Nd máximo axil del pilote.

o N número de pilotes del encepado con un valor mínimo de 3.

Pensamos que con lo descrito anteriormente queda clara la disposición de la arma-

dura dentro del encepado; realmente sin tener practica resulta compleja su compresión

y la realización de esquemas en tres dimensiones pueden llegar a liarlo más debido al

gran número de barras.

3.2.2.1 Encepado flexible:

Se realiza un tratamiento similar a las zapatas, aunque empleando la sección de

cálculo que se presenta a continuación:

60

No se debe olvidar que en este caso de encepados será necesaria la comprobación a

punzonamiento empleando el área crítica representada en el siguiente gráfico.

Debido a la similitud con el tratamiento de zapatas flexibles se ha preferido no desa-

rrollar más la parte teórica realizando las comprobaciones mediante ejemplos.

61

Ejemplo 13.

El objeto del ejemplo será determinar el armado para un encepado con las caracterís-

ticas y esfuerzos que se irán describiendo.

La geometría del encepado analizado será:

La distribución de pilotes en el encepado, tomado su centro con (0,0,0) será la si-

guiente:

Los esfuerzos transmitidos por el pilar a la cara superior serán:

Geometría encepado (proyectados en planta)

Longitudinal (x) 10.50 m

Tranversal (y) 10.50 m

Canto 3.00 m

Número pilotes 9.00

Diametro 1.50 m

H tierras (m) 0.50 m

Pilote long. X (m) Trans. Y (m)

1 4.00 4.00

2 4.00 0.00

3 4.00 -4.00

4 0.00 4.00

5 0.00 0.00

6 0.00 -4.00

7 -4.00 4.00

8 -4.00 0.00

9 -4.00 -4.00

Nk [t) Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-2517.96 1617.85 2613.08 86.04 149.84

62

En la cara inferior:

El reparto entre los pilotes:

Con una longitud del pilote de 11,50 m se tendrá:

Observar que hasta el momento estamos trabajando en servicio, no en estado límite

último.

Los esfuerzos soportados por el pilote más cargado en ELU serán los siguientes:

A la reacción máxima se la ha denominado Rd max.

Las dimensiones de la pila son las siguientes:

Nk [t) Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-3344.84 1875.96 3062.59 86.04 149.84

Nk (t)

Pilotes

1 577.42

2 449.81

3 322.21

4 499.26

5 371.65

6 244.04

7 421.09

8 293.48

9 165.88

Nk + pp (t) pp (t) Tierras (t) Nktotal (t)

628.23 50.81 12.25 640.48

Vdlong [t] Vdtrans [t] Vd [t] Rd max (t)

13.38 23.31 26.88 808.39

Ancho pila (y) 6.00

Largo pila (x) 3.40

63

Determinamos las características básicas para el cálculo:

Evidentemente se trata de un encepado rígido, por lo que el armado se podrá realizar

por bielas y tirante según se presenta a continuación:

Se podría realizar el cálculo en dirección diagonal y proyectar posteriormente en x e

y.

Veamos qué ocurriría si se realizara el cálculo como encepado flexible:

0.25 a (m) 1.5

Long tirante (m) 4.72

0,85 d 2.5075

Bieleas y tirantes

Armadura principal Armadura secunadaria (central)

Tirante Proyección

Td (t) 1,520.71 Tdx (t) 1,074.87 Tdx (t) 268.72

As (cm2) 380.18 Asx (cm2) 268.72 Asx (cm2) 67.18

ángulo (rd) 0.79 Tdy (t) 1,075.73 Tdy (t) 268.93

Asx (cm2) 268.72 Asy (cm2) 268.93 Asy (cm2) 67.23

Asy (cm2) 268.93 Banda (m) 1.7

Armadura superior

Sobre bandas Central Armadura secunadria vertical

Asx (cm2)? 26.87 Asx (cm2)? 6.72 Td (t) 59.88

Asy (cm2)? 26.89 Asy (cm2)? 6.72 As (cm2) 14.97

Asx Asy

0.15a (m) 0.51 0.15a (m) 0.9

d (m) 2.81 d (m) 1.90

Md (t m) 2,271.58 Md (t m) 1,535.94

Asx (cm2) 204.27 Asx (cm2) 138.12

64

Se comprueba que mediante bielas y tirantes se optimiza el armado, por ejemplo al

comparar en la dirección x se obtendría:

- Bielas y tirantes 94,05 cm2.

- Flexible 204,27 cm2.

Ejemplo 14.

Se realizará un nuevo ejemplo para otra distribución de pilotes y geometría de ence-

pado.

En este nuevo ejemplo la geometría del encepado estudiado será:

Los doce (12) pilotes sobre los que descansa tendrán la siguiente distribución res-

pecto a su centro (cruce de diagonales).

Geometría encepado (proyectados en planta)

Longitudinal (x) 10.00 m

Tranversal (y) 14.00 m

Canto 3.00 m

Número pilotes 12.00

Diametro 1.50 m

H tierras (m) 0.50 m

Pilote long. X (m) Trans. Y (m)

1 3.75 5.75

2 3.75 2.00

3 3.75 -2.00

4 3.75 -5.75

5 0.00 5.75

6 0.00 2.00

7 0.00 -2.00

8 0.00 -5.75

9 -3.75 5.75

10 -3.75 2.00

11 -3.75 -2.00

12 -3.75 -5.75

65

Las cargas para el ejemplo en la cara superior del encepado serán:

En la cara inferior del encepado serán:

Al distribuir entre cada pilote quedaría:

Para una longitud de 25 m de pilote quedarían una reacción total de:

Los esfuerzos máximos mayorados que deberá soportar cada pilote serán:

Nk [t) Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-3665.25 623.09 1099.58 116.68 0.00

Nk [t) Mklong [mt] Mktrans [mt] Vklong [t] Vktrans [t]

-4715.25 973.13 1099.58 116.68 0.00

Nk (t)

Pilotes

1 453.81

2 435.26

3 415.49

4 396.94

5 421.37

6 402.83

7 383.05

8 364.51

9 388.93

10 370.39

11 350.61

12 332.07

Nk + pp (t) pp (t) Tierras (t) Nktotal (t)

661.45 207.64 11.67 673.11

Vdlong [t] Vdtrans [t] Vd [t] Rd max (t)

13.61 0.00 13.61 635.33

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La geometría de la pila que descansa sobre el encepado es de:

Los datos básicos para el cálculo serán:

La armadura para un encepado rígido sería:

En el caso de ser flexible (no es cierto pero para trabajar nos servirá esa considera-

ción) se tendría:

Ancho pila (y) 6.00

Largo pila (x) 3.40

0.25 a (m) 1.5

Long tirante (m) 5.67

0,85 d 2.5075

Bieleas y tirantes

Armadura principal Armadura secunadaria (central)

Tirante Proyección

Td (t) 1,436.09 Tdx (t) 454.13 Tdx (t) 113.53

As (cm2) 359.02 Asx (cm2) 113.53 Asx (cm2) 28.38

ángulo (rd) 0.32 Tdy (t) 1,362.39 Tdy (t) 340.60

Asx (cm2) 113.53 Asy (cm2) 340.60 Asy (cm2) 85.15

Asy (cm2) 340.60 Banda (m) 1.7

Armadura superior

Sobre bandas Central Armadura secunadria vertical

Asx (cm2)? 11.35 Asx (cm2)? 2.84 Td (t) 35.30

Asy (cm2)? 34.06 Asy (cm2)? 8.51 As (cm2) 8.82

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Obsérvese que no ha sido necesario considerar el diámetro del pilote para el armado

del encepado.

3.2.3 Recomendaciones constructivas.

Se trata de un curso práctico de cálculo, por lo que vendrá implícito que las recomen-

daciones constructivas tratadas serán de aplicación al cálculo.

Las recomendaciones para el diseño del encepado más importantes serán:

- La armadura del encepado quedará a más de 10 cm de la cara inferior.

- La longitud de anclaje de la armadura será como mínimo el diámetro del pilote.

- Recomendable el emplear recubrimientos más elevados de lo normal (> 5,0 cm), o

disposición de hormigón de limpieza o nivelación entre estructura y terreno.

- El pilote quedará un mínimo de 5 cm embebido en el encapado.

- El canto del encepado deberá ser como mínimo:

o Superior a 50 cm.

o Superior al diámetro del pilote + 10 cm.

o Recomendable 1,5 veces el diámetro del pilote.

- Recomendable que la separación entre pilotes dentro del encepado ronde los 3

diámetros, evitando la consideración del efecto grupo.

- Se deberá disponer una cuantía mínima entre ambas caras según especifique la

normativa en vigor.

En líneas generales, y siempre que sea posible, se deberá recurrir a encepados rígidos

con separación entre de los pilotes que evite reducir la carga de hundimiento por efecto

grupo, es decir, optimizar los elementos y materiales que forman el encepado.

Asx Asy

0.15a (m) 0.51 0.15a (m) 0.9

d (m) 2.56 d (m) 3.65

Md (t m) 1,626.45 Md (t m) 2,318.96

Asx (cm2) 146.26 Asx (cm2) 208.54

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Se aprovechara este mismo punto para presentar distintas fotografías y resaltar algu-

nos comentarios realizados en el tema.

En la primera fotografía se muestran unos pilotes de un encepado terminados, a los

que aún no se ha procedido a descabezar; se puede observar que el hormigón de la ca-

beza no es de calidad adecuada, en particular en el interior de la jaula de armado.

La segunda fotografía presenta la preparación del encepado para poner su armadura,

previamente se han descabezado los pilotes y se ha ejecutado el hromigon de limpieza.

Se debemos llamar la atención sobre:

- El hormigón del pilote descabezado ya tiene las características resistentes desea-

das, siendo perceptible en la cara superior las muescas causadas por la demolición y

consistencia es la zona buena.

¿Cómo saber la longitud a descabezar?.

Normalmente se acota entre 0,5 y 1,0 m aunque la realidad es otra y depende de

muchos factores. El descabezado pretende retirar la parte de pilote que está con-

taminada por los detritus arrastrados al hormigonar, por ello una persona habi-

tuada a estos temas detecta que el hormigón es bueno por la complejidad al de-

moler y el brillo que muestra al descubrirlo.

- Una vez descabezado las armaduras del pilote suelen quedar muy deterioradas,

incluso peor de lo que se aprecia en la fotografía, por lo que garantizar un empotra-

miento de dicho elemento en el encepado resulta prácticamente imposible.

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La tercera fotografía muestra el armado del encepado, en el que sobresalen los tubos

de auscultación. La intención de presentar esta fotografía ha sido mostrar la elevada

cuantía que suelen disponerse en estos elementos.

Sería de resaltar la concentración de armado en las bandas sobre pilotes.

70

4 NORMATIVA Y RECOMENDACIONES BÁSICAS

A continuación se citarán la normativa y recomendaciones de mayor interés para el

cálculo de cimentaciones profundas.

Evidentemente, y debido a que las cimentaciones se tratan normalmente conjunta-

mente, la documentación coincidirá en gran medida con el resto de los temas.

4.1 Normas de acciones

Aunque no se ha seguido ninguna normativa en particular las referencias y valores

empleados se han obtenido normalmente de los eurocódigos, en particular:

- Eurocódigo 1: Acciones en estructuras.

4.2 Normas de construcción

- “Instrucción de hormigón estructural” EHE-08 (R.D. 1247/2008 publicado en el

BOE del 22/08/08).

- Código Técnico de la Edificación. (Documentos básicos SE-C y SE-A). Marzo 2006

- “Eurocódigo 2: Proyecto de estructuras de hormigón. Parte 2: Puentes de hormi-

gón” EC2.2 ENV 1992.2. Septiembre 1996.

- Normas UNE particulares.

- RECOMENDACIONES.

- Prescripciones complementarias a la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE)

relativas a Puentes de carretera.

- Guía de Cimentaciones en Obras de Carreteras. (Ministerio de Fomento. septiem-

bre 2002).

- Bibliografía de Fritz Leonhardt.

- Curso de Aplicación de Cimentaciones de Colegio Oficial de Arquitectos de Ma-

drid.

- Catálogos y fichas de empresas de ejecución de pilotes.

- Libros de Geotecnia y Cimentos de Jiménez Salas.

- Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de Carreteras (PG-3).

- Libros de Mecánica del Suelo y Cimentaciones de Fernando Muzas.

- Normas Técnicas de Edificación (N.T.E.).