Pilotes presentacion

pilotes

1. CAPACIDAD DE CARGA, ASENTAMIENTO, ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE PILOTES DE FUNDACION 1. INTRODUCCION Los pilotes son piezas relativamente largas y delgadas, construidas o insertadas dentro del terreno para transmitir las cargas de la estructura a través del estrato de suelo de poca capacidad de carga hacia estratos de suelo o roca más profundos y con una mayor capacidad de carga. Aunque este no es el único factor, ya que la carencia de buenas condiciones de cimentación superficial puede ser: Baja capacidad portante del subsuelo natural. Nivel alto de la capa freática que producirían elevados costos de agotamiento. Existencia de estratos de subsuelo de alta compresibilidad, como turbas y materiales de relleno de reciente colocación que todavía no se han consolidado suficientemente. Subsuelos susceptibles de sufrir movimientos debidos a humedad o ruptura plástica.

2. Proceso constructivo de Pilote de concreto

3. 2 . DESIGNACIONES Con el objeto de uniformizar la notación para este capítulo se pone a consideración el siguiente esquema con las designaciones de cada elemento que se manejará dentro del capítulo .

4. 3. CLASIFICACIÓN DE PILOTES La clasificación de los pilotes es diversa y varía según los parámetros con los que se esté trabajando a considerar se dan algunas de estas clasificaciones. 3.1 SEGÚN EL MATERIAL DEL QUE ESTÁN CONSTITUIDOS. Podrán ser divididos en: a) pilotes de madera , usados en Europa con datos de hace no menos de 12000 años b) pilotes de concreto Fabricados “IN SITU” Una gran parte de los pilotes de Hormigón que se constituyeron actualmente lo son “in situ”, efectuando una perforación en el terreno y se rellena con HO fresco, que fragua ya en su interior.

5. b1) Pilotes Pretensados Los Pilotes Pretensados se desarrollan a partir de los Pilotes de Hormigón Armado elegidos principalmente por las grandes longitudes que pueden alcanzar. c) pilotes de metálicos El Pilote metálico utilizado en Europa por las características de trabajo, es de forma tubular, acondicionamiento para soportar el ataque del agua de mar; caracterizado por alcanzar grandes profundidades mediante la soldadura de partes. d) pilotes compuestos. Comparación de pilotes fabricados con diferentes materiales. En la tabla 4.1 se presenta un resumen de los aspectos más importantes para diferentes tipos de pilotes tales como: dimensiones usuales, valores recomendados de cargas permisibles, ventajas y desventajas sobre el campo de su aplicación.

6. 3.2 SEGÚN EL MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CARGA AL SUELO Si el estrato de carga para los pilotes de la cimentación es de un material duro y relativamente impenetrable, como roca o arena y grava muy densas, los pilotes derivan la mayor parte de su capacidad de soporte de la resistencia del estrato a la punta de los pilotes. En estas condiciones, se llaman pilotes de carga final o de punta. Por otro lado, si los pilotes no alcanzan un estrato impenetrable, pero son llevados por alguna distancia hacia suelo impenetrable, su capacidad de soporte se deriva en parte de la carga final y en parte de la fricción superficial entre la superficie empotrada del pilote y del suelo adyacente. Los pilotes que obtiene su capacidad de soporte por medio de fricción superficial o adhesión son llamados pilotes de fricción

7. 3.3. SEGÚN LA FORMA DE INSTALACIÓN DEL PILOTE EN EL SITIO Los principales tipos de pilotes de uso general son los siguientes: Pilote hincado. Unidades preformadas, usualmente de madera, concreto o acero, hincado hacia el suelo mediante martillo. Pilotes hincados y colados en sitio. Formados hincando un tubo, con una orilla cerrada hacia el suelo y llenando el tubo con concreto. El tubo puede ser removido. Pilotes de gato. Unidades de acero o concreto hincados en el suelo mediante gato hidráulico. Pilotes perforados y colados en sitio. Pilotes formados perforando un orificio en el suelo y llenándolo con concreto. Pilotes mixtos. Combinaciones de dos o más de los tipos anteriores, o combinaciones de diferentes materiales en el mismo pilote.

8. 4 . ESTIMACION DE LA CAPACIDAD ULTIMA DE CARGA EN PILOTES Seleccionar el tipo de pilote a ser usado y estimar la longitud necesaria, es claramente un trabajo nada fácil; Sin embargo a trabes de numerosas investigaciones , tanto teóricas como experimentales, destinadas a predecir el comportamiento y la capacidad de carga de los pilotes en suelos granulares y suelos cohesivos, y aunque el mecanismo no es aun enteramente entendido y puede que nunca lo sea, estos estudios proveen un valioso aporte a la resolución del problema de la determinación, de la capacidad ultima del pilote. La capacidad de carga portante ultima de un pilote esta dado por una simple ecuación

9. 4.1 PILOTES BAJO LA ACCIÓN DE UNA CARGA En las primeras etapas, de la carga , el asentamiento es muy pequeño y se debe casi por completo al movimiento elástico en el pilote y en el suelo adyacente. Cuando la carga se elimina en un punto tal como “A” en la figura 4.9a, la cabeza del pilote recobrara casi el nivel original Al incrementarse la carga, la curva carga-asentamiento se escalona , y la liberación de carga desde un punto B mostrará otra vez algún “rebote ” elástico, pero la cabeza del pilote no regresará a su nivel original indicando que ha tenido lugar una “deformación permanente” Cuando la carga llega al punto de falla C, el asentamiento se incrementa rápidamente con muy poco aumento ulterior de la carga

10. En todos los casos en que los pilotes son soportados por completo por el suelo los pasos para calcular las cargas permisibles del pilote son los siguientes: Determinar el nivel de la base de los pilotes requerido para evitar un asentamiento excesivo del grupo de pilotes. Calcular el diámetro requerido de los pilotes Examinar la economía en la variación del número y diámetros de los pilotes en el grupo para sostener la carga total de la estructura.

11. 4.2 . CAPACIDAD VERTICAL ÚLTIMA DEL SUELO. La determinación de la carga vertical última del suelo puede ser resuelto por cuatro métodos distintos: 4.2.1 . Formulas estáticas. Se basan en teorías que determinan la capacidad de carga del suelo o roca a partir de parámetros de resistencia e índice como Cohesión, Angulo de fricción, peso especifico, qu

12. 4.2.2 . Ensayos de carga. Método en principio bueno, resulta muy costoso y lento. Por estas razones, el número de pilotes que se pueden ensayar suele ser pequeño, con lo cual su valor estadístico, cuando el terreno no es homogéneo, es escaso. 4.2.3. Ensayos in Situ . Su mayor inconveniente es su costo y el tiempo que necesitan para su realización . 4.2.4 Fórmulas de hinca (dinámicas). Se basan en la energía transmitida al pilote por el impacto del martillo de hincado.

13. 4.3 CAPACIDAD DE CARGA PORTANTE EN LA PUNTA DEL PILOTE E l termino puede ser despreciado ya que D es relativamente pequeño.

14. Existen muchos métodos para determinar la resistencia en la punta podemos citar : Meyerhof , Vesic , Janbu . Método de Meyerhof Para pilotes en arena, c=0 Para pilotes en arcillas saturadas, en condiciones no drenadas( φ =0) Para pilotes en arcillas , con los parámetros c y φ , presentes , la capacidad de carga portante de la punta será:

15. Método de Vesic donde: σ o ’ = esfuerzo efectivo normal medio del terreno al nivel de la punta K o = coeficiente de presión de tierra en reposo = 1 – sen φ I rr = índice de rigidez reducida para el suelo I r = índice de rigidez E s = módulo de elasticidad del suelo μ s = relación de Poisson del suelo Δ = deformación unitaria promedio en la zona plástica debajo la punta

16. En arena densa o arcilla saturada (no existe cambio de volumen) : Para φ = 0 (condición no drenada) : Los valores de I r se pueden estimar de acuerdo a la siguiente tabla :

17. Método de Janbu Janbu (1976) propuso calcular Qp como sigue Los factores de capacidad portante son calculados asumiendo una superficie de falla en el suelo , en la punta del pilote similar a la asumida en el dibujo del gráfico El ángulo η ′ puede variar desde 70º en arcillas sueltas a 105º en suelos de arenas densas.

18. Método de J. Brinch Hansen donde: S c = factor de forma d c = factor de profundidad Tiene valores limite para:

19. 4.4 CAPACIDAD DE CARGA PORTANTE DEBIDA A LA RESISTENCIA POR FRICCIÓN ENTRE EL SUELO Y EL PILOTE Qf = Σ p Δ Lf p = Perímetro de la sección del pilote Δ L = Incremento de la longitud del pilote sobre la cual p y f se mantienen constante f = resistencia unitaria de fricción a una profundidad Z

20. Resistencia de fricción en arenas f = K σ′ vtan δ K = coeficiente de presión de tierra σ v ′ = esfuerzo efectivo vertical a la profundidad bajo consideración. δ = ángulo de fricción entre el suelo y el pilote . Dr = densidad relativa % Ktan δ = . 18 + . 0065 Dr K = . 5 + . 008 Dr δ = de 0.5 φ a o.8 φ

21. Resistencia de fricción en arcillas Método λ Qf = pLfav C u será igual esfuerzo efectivo con la profundidad.

22. Método α

23. Método β σ v ′ = Esfuerzo efectivo vertical β = K tan φ R φ R = ángulo de fricción interna drenado, de la arcilla remoldeada K = coeficiente de presión de tierra K sen R = 1 − φ (para arcillas normalmente consolidadas) K = ( 1 − sen φ R ) OCR (para arcillas sobreconsolidadas ) para arcillas normalmente consolidadas para arcillas sobreconsolidadas .

24. CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE CARGA PORTANTE EN LA PUNTA DEL PILOTE Capacidad de apoyo en suelos no cohesivos Estimar la capacidad de carga sobre pilotes SPT PRUEBA DE CARGA E sfuerzo efectivo al nivel de la punta del pilote L C = 10D ; Para arenas sueltas. L C = 15D ; Para arenas de densidad media. L C = 20D ; Para arenas densas.

25. Método basado en la prueba de penetración standard (SPT). Qp = Apqp = Apq ' Nq A P = Área de la punta del pilote q P =Resistencia unitaria de la punta del pilote q’ = Esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote

26. Capacidad de apoyo en suelos cohesivos N C : El factor de capacidad de carga, se puede considerar igual a 9, siempre y cuando el pilote sea hundido al menos cinco diámetros dentro del estrato decarga . c b : Esfuerzo de corte no drenado, en la base del pilote. A p : Área de la punta del pilote. Para secciones Tubulares y Perfiles H , A p debe ser considerada como la mitad del área bruta, esto con el objeto de poder representar el aflojamiento posible, del tapón de arcilla sujeta a una alta presión de carga.

27. 4.5. CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (PERMISIBLE ) EN PILOTES Luego de obtener la capacidad de carga portante ultima del pilote, determinado por la suma de la capacidad de carga portante de la punta del pilote más la capacidad de carga portante, debida a la resistencia por fricción entre el pilote y el suelo, un razonable factor de seguridad debe ser usado para obtener la capacidad de carga admisible para cada pilote, es decir: Donde: = capacidad de carga admisible del pilote. = capacidad de carga portante ultima del pilote Fs = factor de seguridad El factor de seguridad generalmente usado, esta entre 2.5 y 4 dependiendo del grado de incertidumbre en el cálculo de la carga ultima  

28. 4.6. COYLE Y CASTELLO (DISEÑO DE CORRELACIÓN) Coyle y Castelo (1981) analizaron 24 grandes extensiones de pruebas de carga en campo de pilotes hincados en arena. Para las arenas , la carga última puede ser expresada como : q’ p L Donde: = esfuerzo vertical efectivo en la punta del pilote = resistencia de fricción promedio para el total del fuste , y puede ser expresado como K = coeficiente de presión lateral del suelo σ v ′= presión efectiva de sobrecarga, promedio δ = ángulo de fricción entre el suelo y el pilote.  

29. Basados en los estudios, el cálculo del valor e, del factor de capacidad portante ( ) esta correlacionado con la relación de. El gráfico 4.6. muestra los valores de para varios valores de la relación de empotramiento y ángulos de fricción del suelo. Note que incrementa con L/D hasta un máximo valor y después decrece.  

30. Llegamos a tener la fórmula : Ec . 4.60 Usando el resultado de 24 pruebas de carga de pilotes, Coyle y Castelo mostraron que la ecuación 4.60 puede predecir la carga ultima con una banda de error de .  

31. 4.7. PILOTES SOBRE ROCA CON RESISTENCIA DE PUNTA . Algunas veces los pilotes alcanzan estratos de roca, en tales casos se debe evaluar la capacidad de carga de la roca. El punto de resistencia unitaria última en roca es aproximadamente : Donde : esfuerzo de compresión no confinado de la roca = Angulo de fricción drenado  

32. El esfuerzo de compresión no confinado de la roca puede determinarse con pruebas de laboratorio de muestras recogidas durante la investigación de campo. Sin embargo se debe tener mucho cuidado en la obtención del valor de porque las muestras son de pequeño diámetro, y se ve que si el diámetro de la muestra se incrementa el valor de disminuye, para muestra de diámetro más grande de 1 metro el valor de se mantiene mas o menos constante. Este efecto de escala es causado principalmente por la distribución al azar de grietas y rupturas progresivas a la largo de planos de deslizamiento. Por consiguiente siempre se recomienda que: Un factor de seguridad de al menos de 3 debe usarse para determinar la capacidad de carga de estos pilotes entonces :  

33. 4.8. CALCULO DE ASENTAMIENTOS . * La verificación de los asentamientos para los estados de servicio en una estructura es importante. Es así, que se deben verificar asentamientos totales y parciales para evitar grandes deformaciones en las estructuras. Cuando una estructura actúa sobre un suelo se producen los asentamientos inmediatos y de consolidación . * Los asentamientos son función de varios factores, tales como el tipo de suelo (granulares o cohesivos), tipo de cimentación (rígida o flexible), estratificación del suelo, tipos de cargas impuestas, etc. * Los ensayos de laboratorio juegan un papel importante para la determinación de parámetros de comportamiento del suelo, como los de consolidación, resistencia, elásticos, etc. Entre los más utilizados para la estimación de los asentamientos están el ensayo de penetración estándar (SPT) y el ensayo de penetración de cono (CPT).

34. 4.8.1. ASENTAMIENTO DE PILOTE AISLADO El asentamiento de un pilote bajo una carga de trabajo vertical se debe a tres factores: Donde: S: Asentamiento total del pilote. : Asentamiento producido por la deformación axial del pilote. : Asentamiento causado por la carga en la punta del pilote. : Asentamiento causado por la carga transmitida a través del fuste del pilote.  

35. 4.8.1.1 Determinación de , asentamiento por la deformación axial del pilote. Si el material del pilote de asume como elástico, la deformación de pilote puede evaluarse utilizando los principios fundamentales de la mecánica de materiales: donde: carga soportada en la punta del pilote bajo carga de trabajo carga soportada por friccion superficial bajo carga de trabajo Area de la sección del pilote L= longitud del pilote módulo de elasticidad del material La magnitud de ξ dependerá de la naturaleza de la resistencia unitaria de fricción (superficial) a lo largo del pilote. Si la distribución de es uniforme o parabólica, como se muestra en la figura 4.18 ξ = 0.5, sin embargo, para una distribución triangular de ξ la magnitud de ξ = 0.67.  

36. Tipos de distribución de resistencia friccional a través del fuste del pilote ( Braja M.Das , pag . 615, 1999)

37. 4.8.1.2 Determinación de , asentamiento causado por la carga en la punta del pilote. El asentamiento de un pilote ocasionado por la carga soportada en la punta del pilote puede ser expresada en forma similar a la de una fundación superficial. Donde: D = ancho o diámetro del pilote Carga puntual por unidad del área de la punta del pilote = Coeficiente de poisson del suelo Factor de influencia  

38. Para propósitos prácticos es igual a y calcularse del gráfico 6.9  

39. En ausencia de otros resultados experimentales los valores del coeficiente de poisson pueden ser obtenidos de la tabla 4.4 Vessic propuso un método semi -empírico para obtener la magnitud de donde: Resistencia ultima del pilote = Coeficiente empírico  

40. valores representativos de para varios suelos se da en la tabla 4.5  

41. 4.8.1.3 Determinación de s3 , asentamiento debido a la carga transmitida a lo largo del fuste del pilote . El asentamiento de un pilote debido la carga soportada por el mismo esta dado por una ecuación similar Donde: p= perímetro del pilote L= longitud embebida del pilote = Factor de influencia Observe que el término de es el valor promedio de la fricción a lo largo del pilote. El valor de es una relación empírica dada por :  

42. El asentamiento por consolidación de un grupo de pilotes en arcilla se estima aproximadamente usando método de la distribución de esfuerzo 2:1 El procedimiento para estimar el asentamiento consta de los siguientes pasos: 4.8.2. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN DE UN GRUPO DE PILOTES Se debe calcular la presión ejercida sobre el grupo de pilotes, Q g . Se asume que la carga, Q g , es transmitida al suelo a una profundidad de 2L/3 de la parte superior del pilote, como se muestra en la figura La carga se expande a lo largo de líneas con una proporción de 2 verticalmente : 1 horizontalmente desde esta profundidad.

43. 3. Calculamos el incremento de esfuerzos causados a la mitad de cada estrato de suelo por la carga Qg .

44. 4. Se calcula el asentamiento de cada capa causada por el incremento de esfuerzo, como: 5. El asentamiento total de consolidación del grupo de pilotes se calcula como:

45. *Cuando se conoce la curva de presión-índice de vacíos de un ensayo de odómetro, índice de compresión, índice de expansión e índice de vacíos puede calcularse el asentamiento unidimensional de consolidación. *Para arcilla sobreconsolidada : p o +Δp prom <p c *Para arcilla normalmente consolidada: *Para arcilla sobreconsolidada : p o <pc< p o +Δp prom p o =presión efectiva promedio en la capa de arcilla antes de la construcción de la fundación Δp prom =incremento promedio de la presión en la capa de arcilla debido a la construcción de la fundación p c =presión de preconsolidación e o =índice de vacíos de inicial de la capa de arcilla C c = indice de compresión C s =índice de expansión H c =espesor de la capa de arcilla 4.8.3. ASENTAMIENTO DE CONSOLIDACIÓN

46. * Δp sobre la capa de arcilla no es constante con la profundidad, decrece según la profundidad va incrementándose. *El incremento promedio de presión se obtiene como: Donde: Δp t =Incremento e presión en la parte superior de la capa de arcilla Δp m =Incremento e presión en la parte media de la capa de arcilla Δp t =Incremento e presión en la base de la capa de arcilla Sskempton y Bjerrum proponen la siguiente fórmula : Donde: μ g =coeficiente depende del tipo de arcilla ρ oed =Asentamiento calculado basado en las pruebas de odómetro

47. μ g puede calcularse experimentalmente pero para fines prácticos se establece la siguiente tabla: El asentamiento por odómetro de una capa de suelo se establece como: Donde: mv: Coeficiente promedio de compresibilidad por volumen obtenido para el incremento efectivo de la presión en la capa considerada. σ z =Esfuerzo vertical efectivo promedio impuesto en la capa particular resultante de la presión neta de la cimentación q n . H: Espesor de la capa ***El asentamiento de consolidación= ρ oed +ρ c

48. *Se pueden obtener valores para m z de la siguiente tabla: *Se debe corregir los asentamientos de consolidación para tomar en cuenta la profundidad de la cimentación.

49. *Se debe aplicar un factor de corrección a ρ c mediante las curvas de corrección establecidas por Fox, aplicable solo en asentamientos inmediatos ASENTAMIENTO FINAL Se establece como la suma de los asentamientos corregidos tanto inmediato como de consolidación:

50. 4.9. GRUPO DE PILOTES Generalmente los pilotes se colocan en grupos, y los mecanismo de falla son diferentes a los de un pilote, el trabajo del grupo depende del tipo de suelo, de la separación entre los pilotes y la forma de ejecución de los mismos.

51. Se exige una separación mínima entre pilotes debido a que cuando se encuentran muy juntos, los efectos de esfuerzo se traslapan, reduciéndose la capacidad individual del pilote. El colocar pilotes muy separados mejora su estabilidad, pero por razones de economía no es posible ya que los cabezales serían muy grandes. Por estas razones aparece un nuevo término llamado: “ eficiencia de grupo ”

52. CARGA ULTIMA DE APOYO PARA GRUPO DE PILOTES Todas las formulas propuestas para el calculo de la eficiencia están basadas en intuición y se tienen pocos datos para solventarlas ( Coduto 2000). No obstante en la práctica se suele usar la Fórmula de Converse – Labarre , propuesta por Bolín(1941), presentada en la sgte figura: Donde: Qgu = carga ultima de apoyo del grupo de pilotes a una profundidad zi Qu = carga ultima de apoyo del pilote sin efecto de grupo a una profundidad zi

53. Dc = Longitud enterrada del pilote Por razones de economía y construcción se recomienda “e” entre 2,5 a 3,5 veces el diámetro de los pilotes aislados. CARGA MÁXIMA SEGURA DE APOYO De Rutier y Beringen plantean un factor de seguridad global para cargas estáticas y condiciones óptimas de ejecución igual a 2,0 El espaciamiento entre pilotes no debe ser menor a la distancia calculada en la siguiente ecuación:

54. 4.9.1. EFICIENCIA DEL GRUPO Donde: n= eficiencia de grupo Qg (u)= capacidad última de carga del grupo de pilotes Qu = capacidad ultima de carga de cada pilote sin el efecto de grupo.

55. Método simplificado para obtener la eficiencia del grupo de pilotes de fricción, en arena. Partimos de la gráfica:

56. Dependiendo del espacio dentro del grupo pueden actuar de 2 maneras : Como un bloque donde la capacidad por fricción es: Donde: f prom .=resistencia por fricción unitaria promedio Pg = per í metro de la secci ó n del bloque Como pilotes individuales: donde la capacidad por fricción es:

57. Donde: f prom = Resistencia por fricción unitaria. P = perímetro de la sección transversal de cada pilote. Remplazando en la ecuación de la eficiencia tenemos: Simplificando :

58. En caso de que la eficiencia sea mayor o igual a la unidad los pilotes se comportan como pilotes individuales. Para el caso en que sea menor que la unidad tenemos: Existen varias otras ecuaciones propuestas por diferentes autores para la eficiencia de grupos de pilotes:

59. 4.9.2. GRUPO DE PILOTES EN ARENAS Basados en observaciones experimentales de un grupo de pilotes se puede decir: Para pilotes hincados con d > 3D, Qg (u) puede tomarse como ΣQu que incluye la resistencia por fricci ó n y por punta para los pilotes individuales. Para pilotes taladrados en arena con espacios convencionales (d ≈ 3D), Qg (u) puede tomarse como 2/3 a 3/4 veces ΣQu (resistencias de punta y fricci ó n de cada pilote)

60. 4.9.3. GRUPO DE PILOTES EN ARCILLAS La capacidad ú ltima de carga de un grupo de pilotes en arcilla se puede estimar determinando :

61. Donde: Cu(p)= cohesi ó n no drenada de la arcilla en la punta del pilote. Remplazando tenemos : Donde α = factor emp í rico de adhesi ó n en arcillas normalmente consolidadas p = per í metro del pilote.

62. Determinamos la capacidad ú ltima asumiendo que los pilotes del grupo act ú an como un bloque de dimensiones Lg x Bg x L la resistencia superficial del bloque es: Se calcula la capacidad de carga en la punta: Se obtiene el valor del el factor Nc de las siguiente gr á fica: Nc = factor de capacidad de carga. qp =resistencia unitaria en la punta del pilote Cu = resistencia ultima al corte Donde:

63. entonces la carga ú ltima es: Comparar los valores obtenidos en los pasos anteriores y elegimos el menor valor de Q g (u). Ecuaci ó n 2

64. 4.9.4. PILOTES EN ROCA Para pilotes de punta descasando sobre roca la mayor í a de los c ó digos especifican que : Siempre tomando en cuenta que la distancia m í nima centro a centro de los pilotes sea D+30 cm .

65. En el caso de pilotes vaciados en situ el diámetro dependerá del tipo de perforadora que se esta utilizando, del mismo modo en hincados depende de la longitud de la torre del equipo de hincado

66. EJERCICIO PILOTE AISLADO Un pilote de concreto hincado en arcilla tiene un diámetro de 400mm . Calcular la capacidad ultima de carga en la punta del pilote Calcular la resistencia por fricción para todos los estratos de arcilla, por distintos métodos para los estratos de arcilla φr =30, los 10 primeros metros están normalmente consolidados, el estrato inferior tiene un OCR de 2 : Determine el asentamiento del pilote para Ep =210 Mpa Estimar la capacidad admisible neta del pilote para un FS=4 determinar la eficiencia y la capacidad ultima de carga para un grupo de pilotes determinar el asentamiento del grupo de pilotes Calcular el refuerzo longitudinal y transversal de acero

67. Se cuenta con los siguientes datos del suelo.

68. 1. CALCULO DE LOS ESFUERZOS EFECTIVOS DEL SUELO . N° H(mts) Esf.Suelo   Es.Efectivo 1 2 5 90 90 3 5 180 49,05 130,95 4 20 572 245,25 326,75     2. CALCULO DEL AREA Y PERIMETRO.

69. 3. CALCULO DE LA CAPACIDAD ULTIMA DE CARGA EN LA PUNTA DEL PILOTE. a) METODO DE MEYERHOF Para arcillas saturadas en condiciones no drenadas donde angulo de friccion φ =0   Del grafico encontramos el valor de Nc   Cu= cohesión en condición no drenada del suelo debajo la punta Ap = Área transversal del pilote. Cu= 100 KN/m2 Ap= 0,126 m2.  

70. b) METODO DE J. BRINCH HANSEN   factor de capacidad de carga factor de capacidad de carga Factor de forma       Factor de profundidad   para pilotes :     Esfuerzo efectivo vertical en a punta q’=326,75 Cohesión Cu=100

71. c) METODO DE VESIC Vesic en 1977 propuso un método para estimar la capacidad de carga de punta en pilote con base en la teoría de expansión de cavidades. Basada en parámetros de esfuerzos efectivos.   Esfuerzo efectivo normal medio del terreno a nivel de la punta   Coeficiente de presión de tierra en reposo 1   Para los valores de factores de carga se utilizara el Abaco De acuerdo con la teoría de V esic tenemos   Ir = Indice de rigidez Irr = Indice de rigidez reducida para el suelo ∆= deformacion unitaria promedio en la zona plastica debajo la punta

72. en arenas densas o arcillas saturada no existe cambio de volumen.       Los valores de Ir se pueden estimar de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla extraida texto B owles De la tabla tenemos los valores de: 10,04   1      

73. Calculamos el promedio de lo métodos utilizados =113,458 KN   Método de Meyerhof   Método de J.Brinch Hansen   Método de Vesic   4. CALCULO DE LA RESISTENCIA AL FUSTE . a) METODO ALFA (α)   Qs =Resistencia al fuste Cu= Cohesion P=Perímetro del pilote L=Variación profundidad Coheficiente experimental de adhesión

74. Del abaco : )+(1*30*1,275*5)+(0,5*100*1,275*20 )=1633,632 KN   para arcillas normalmente consolidadas con C<50 kN /m2 alfa=1 Cu=30 Cu=30 Cu=100 α1 = 1 α2= 1 α3= 0,5

75. b) METODO β para estratos normalmente consolidados: Para estratos sobre consolidados: K= coeficiente de presión de la tierra ØR=Angulo de fricción drenada de la arcilla esfuerzo vertical efectivo (a la mitad del estrato) P= perímetro Los primeros dos estratos se encuentran normalmente consolidados: = 12,99 KN/m2   =31,89 KN/m2   estrato 1 estrato 2

76. el tercer estrato es sobre consolidados: =93,43 KN/m2   La resistencia al fuste: Qs =2630,099 KN C ) METODO λ VIJAEYVERGIYA Y FOCHT 1972     Para un pilote de L= 30 Mts λ= 0,14 Del Abaco tenemos un valor aproximado de λ

77. Calculamos el valor promedio de Cu   Calculamos el área formada por los esfuerzos efectivos A1=225 A2=552,38 A3=4577 Calculamos el valor promedio del esfuerzo efectivo   Reemplazando valores : =46,45 KN/m2     Los valores de resistencia al fuste por el metodo alfa y metodo λ son similares y se puede obtener un promedio:  

78. 5. Determine el asentamiento del pilote para Ep210Mpa. El asentamiento de un pilote bajo carga de trabajo vertical es causado por 3 factores.   Si el material se considera elastico la deformacion del fuste se evalua usando los pprincipios fundamentales de la mecanica de materiales: S1=14,18 mm

79. Asentamiento de un pilote causado por la carga en la punta, similar a la de cimentacion superficial.  

80. Vesic desarrolla una formula mas simple donde interviene un coeficiente Cp . S2=9,42 mm.

81. Asentamiento de un pilote causado por la carga llevada en el fuste :     Asentamiento total: 28,08 mm  

82. Verificamos estos asentamientos de acuerdo a la tablas de Bowles .

83. EJERCICIO GRUPO DE PILOTES. 1.DETERMINACION DEL NUMERO DE PILOTES 5,5 usaremos 6 pilotes   CM,CV= Cargas permanentes K= Coheficiente que reemplaza al peso propio de la zapata K=1,1 Pu=Carga de trabajo del pilote (tabla)

84. 2. DETERMINACION DE LA SEPARACION ENTRE PILOTES . CONFIGURACION GEOMETRICA DE LA CIMENTACION: La disposición geométrica de una cimentación por pilotes se realizara tanteando diferentes disposiciones de pilotes hasta alcanzar una situación optima. Los datos geométricos de mayor interés para analizar el comportamiento de un pilote aislado son la longitud dentro el terreno y su diámetro, o la ley de variación de su diámetro si es que este no fuera constante. En los grupos de pilotes será necesario tener en cuenta además su distribución geométrica en particular su separación. Disposición de los pilotes según varios autores para suelos arcillosos. La separación entre pilotes será de acuerdo a la siguiente figura de Liu y otros 1985: Separacion 1: S1 = 3*D = 1,2 Mts Separacion 2: S2 = 1,5*D= 0,6 Mts

85. La eficiencia puede estimarse por diversas formulas empiricas entra las que tenemos:   Qg (u) = Capacidad ultima de carga del grupo de pilotes. Qu = Capacidad ultima de carga de cada pilote sin efecto del grupo . Ecuacion Converse-Labarre: = 0,76  

86. Ecuacion Los angeles Group Action: =0,83  

87. 4. CALCULO DE LA CAPACIDAD ULTIMA DE CARGA DE UN GRUPO DE PILOTES EN ARCILLA SATURADA La capacidad ultima de carga de un grupo de pilotes se estima de la siguiente manera   Resistencia en la punta por metodo de Meyerhoof   Resistencia en el fuste por metodo de Alfa   )+(1*30*1,275*5)+(0,5*100*1,275*20 )=1633,632 KN   Reemplazando en la formula:  

88. 2. Suponiendo que los pilotes del grupo actuan como un bloque con dimensiones Lg*Bg*L     Con esos valores ingreasamos al abaco para encontrar el valor de Nc

89.   Elegimos el menor valor:     A partir de este valor y con el factor de seguridad podemos determinar e capacidad admisible.  

90. 4. CALCULO DEL ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION DEL GRUPO DE PILOTES . El procedimiento de calculo implica los siguientes pasos: 1. Los pilotes se encuentran a una profundidad L y sometido a una carga total que representa la carga total de la superestructura sobre los pilotes. 2. Suponemos que la Carga Qg es transmitida al suelo comenzando a una profundidad de 2L/3 desde la parte superior del pilote.

91. 3. Calculamos el incremento del esfuerzo causado a la mitad de cada estrato de suelo por la carga Qg .   4. Calculamos el asentamiento de cada estrato causado por el esfuerzo incrementado:   5. El asentamiento total por consolidacion del grupo de pilotes es entonces.