diseno de pilotes. piles footing design

8/18/2019 Diseno de Pilotes. Piles Footing Design

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DISEÑO DE PILOTES Ing. William Rodríguez Serquén

Los pilotes on elementos estructurales, que se introducen enel suelo, para transmitir las cargas a estratos inferiores, o para alterar las condiciones físicas del terreno.El hincado de pilotes para cimentación en un suelo lando, o

en un suelo duro, es an!logo a incrustar un cla"o a una pieza

de madera, o en un muro de concreto. #la"arlo es m!s f!cilque sacarlo, $a que puede estar torcido o mal uicado.Los pilotes se emplean para%&Eliminar asentamientos no permitidos en la estructura.&'ransferir las cargas de una estructura que se encuentra en

estrato lando o agua, hasta estratos inferiores, que tengan lacapacidad de carga suficiente, para soportar la estructura.&(roporcionar ancla)e a estructuras su)etas a supresioneshidrost!ticas, momentos de "olteo, o cualquier operaciónque trate de le"antar la estructura.&*lcanzar con la cimentación, profundidades que no estén

su)etas a erosión, soca"ación o similares efectos, comoocurre normalmente en pilares $ estrios de puentes.

+ig. -. #ondiciones para el uso de pilotes%

a #uando los estratos superiores son altamentecompresiles $ déiles, para soportar la carga de lasuperestructura, se usan pilotes para transmitir la carga al

lecho rocoso o a una capa dura. #uando no se encuentra estrato firme o roca a una profundidad razonale, resistencia por fricciónc #uando ha$ fuerzas horizontales, como en muros decontención, $ estructuras sometidas a fuerzas sísmicas o de

"iento.d #uando ha$ suelos e/pansi"os, el pilote se prolonga masall! de la zona acti"a de e/pansión $ contracción.e #uando est!n sometidas a fuerzas de le"antamiento comoen el caso de torres, plataformas marinas, $ plateascimentadas dea)o del ni"el fre!tico.f #uando ha$ erosión de suelo, como en el caso de estrios

$ pilares de puentes.

Clasificación por el material.-&(ilotes de madera.&(ilotes de concreto.& Se sudu"uden en% &(ilotes prefaricados premoldeados

&(ilotes faricados in situ.& (ueden ser%on funda forro o tuo de metal

.&Sin funda&(ilotes de acero.& Se usan perfiles 0, I, tuos $ rieles.

Clasificación por el método de instalación.-&(ilotes hincados.& (or golpes de martillo.&(ilotes gateados.&1sando gatas hidr!ulicas&(ilotes hincados $ "aciados in situ.&0incado de una secciónhueca en"oltura de acero delgado, que luego de ser rellenada por el concreto se retira.&(ilotes perforados $ "aciados in situ.& Remue"en el suelo

por perforación, para posteriormente ser rellenados de

concreto.&(ilotes tornillos.&Son pilotes roscados en el suelo. Se instalacon maquinaria especial $ con una hélice adosada a unmandril.

Clasificación por el desplazamiento del terreno.-Pilotes desplazantes.& La compactación $ el desplazamientolateral que sufre el suelo, altera las propiedades del materialcircundante, de tal manera que los resultados de laoratorio$ de las in"estigaciones, no pueden utilizarse directamente para calcular la capacidad de carga 2ltima, $a que dee

considerarse la compactación resultante $ la reducción delesfuerzo de corte por remoldeo.

Pilotes de peqe!o desplazamiento.&Estos no causancamios apreciales en los esfuerzos, ni en las propiedadesde deformación, del suelo circundante, durante el procesotehincado, por lo tanto los resultados de campo $ laoratorio,

pueden usarse directamente para calcular la capacidad decarga $ los asentamientos del suelo.P"lotes no desplazantes.& Se remue"e el suelo por perforación, si se desea se forra el hueco resultante, luego serellena de concreto, pudiendo retirarse el forro..

-


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+ig. 3. Longitudes $ pesos m!/imos para "ariados tipos de pilotes.& 4e William Lame.

+ig. 5. (ilotes de concreto, colados in situ seg2n 6ra)a4as.

+ig. 7. (ilotes de concreto armado.

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#EC$%IS#O DE &$LL$ DE LOS PILOTES

+ig. 8. 9ecanismos de falla asumidos, a)o cimentaciones profundas. Seg2n :esic. -;d>longitud del pilote6> 4 > di!metro del pilote.?>peso unitario del suelo.c>cohesión del sueloas >perímetro del pilote

*ase > *rea de la ase del pilote*lateral>*rea lateral del pilote @c,@q,@?> factores de capacidadAlímite>capacidad de carga límiteAp>resistencia por puntaAs>resistencia por fusteAadm>capacidad de carga admisile

Aadm.total>capacidad de carga admisiledel total de pilotes de la zapataSs>esfuerzo lateral unitario promedio del piloteSh>esfuerzo horizontal en el pilote deido al sueloS" >esfuerzo efecti"o en el fondo > ?BLS">esfuerzo efecti"o promedio del pilote

C>!ngulo de fricción interna del suelo+S>factor deseguridad @ >n2mero de pilotes en una zapata(>carga de ser"icio pro"eniente de la superestructuraDL>espesor de los "ariados estratos que atra"ieza el pilote.C >!ngulo de fricción entre el suelo $ el pilote.

+ig.


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C$P$CID$D DE C$'($ DE )% PILOTE

-. La capacidad de carga límite de un pilote, est! dada por la

resistencia por punta $ la resistencia por fuste%

...-

3. La capacidad de carga por punta esta dado por la teoría de'erzaghi%

*p + ,c%c./01%00d%q2 $3ase ...3

5. La capacidad de carga por fuste es%

As > SsB*lateral ...5

Ss>esfuerzo lateral promedio unitario, est! dado por lateoría de #oulom

7. La e/presión general de la capacidad de carga limite del pilote est! dada por%

*l4mite + ,c%c./01%00d%q25$3ase Ss5$lateral...,6.72

Si huieran "arios estratos a lo largo del pilote%

*l4mite + ,c%c./01%00d%q25$3ase 8 ,Ss59L5as2 ...,6.:2

*lateral > LBas

*adm + *l4mite ; &S


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+ig. -F. Esfuerzos en elemento de estudio de pilote, para elcaso de arenas. Sh > esfuerzo horizontal. S" > esfuerzo"ertical.

tgJ> Ss K Sh Sh B tgJ ...=

SG + HS ...

S" > ? h. Se usa h > LK3, como esfuerzo promedio ...;

Ss + ,H5S25t?J ...-F

Reemplazando%

Qlímite = (Sv*N q ) Abase + ( K* Sv) * tgφ* Alateral

ARENAS ...,77.72

*admisi3le + * l4mite ; =

DondeF

$n?lo de fricción entre el selo K el piloteF

J + ./ J a . J

S + 0 5 L es el esfuerzo efecti"o en el fondo.

S + 0 5 L;: es el esfuerzo efecti"o promedio en lalongitud del pilote.

El "alor del factor de capacidad de carga @q se otiene de la

siguiente figura dados por Aesic, en función del !ngulo defricción interna del suelo.

+ig. --. :alores del factor @q, seg2n "arios in"estigadores.

El "alor del esfuerzo horizontal Sh=K*Sv se otiene de la

tala 55.- del liro de William Lame.

M "aría entre - $ 5

#aquot $ Merisel -;


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6.1 E!"#" #E E$ER%"& (1'6)

Qlímite = (Sv * N* q ) Abase + s * A lateral

...ARENAS (11.)

N* q = ,- * (N S/!0rreg.*23# ) 4 = N0rreg.

s = (,-,1 a ,-,)*N S/!0rreg.)

(,-,1) * N S/!0rreg = kg/cm2 = Para pilotes de

pequeñodesplazamieto

(,-,) * N S/!0rreg = kg/cm2 = Para pilotes de

gradesplazamieto

N S/!0rreg = N 0rregi5 rme5i

+ig. -3. Gr!fica de 9e$erhof , para otener @Bc $ @Bq.

'. William Lame.

. C$P$CID$D DE C$'($ LI#ITE DE PILOTESE% $'CILL$SF

En las arcillas se cumple que%

.J > J > F

4e la gr!fica de 'erzaghi se otiene%

@q > -

@?> F

+ig. -5. Gr!fico de los factores de carga de la fórmula de'erzaghi.

Se asume que, entre el concreto $ el suelo se cumple la le$de #oulom

Ss > ShBtgJ N c

Ss + c Se usa -K3 de la c en el fondo, como cohesión promedio ...-3


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+ig. -7. Esfuerzos en elemento de estudio de pilote enarcilla.

Reemplazando en la Ec. 7.- se otiene la resistencia de pilotes en arcillas%

Qlímite = (0N0 + sv 75 ) Abase + 80* A lateral

9999 AR:;22AS ...,7=.72

@c se otiene de la gr!fica dada por SOempton, $ que es

reproducidad en la fig. 53.7 del liro de William Lame.

S" > Esfuerzo efecti"o en el fondo.

+ig. -8. :alores del +actor de capacidad de carga @c, seg2nSOempton.

.1 E!"#" #E E$ER%"& (1'6)

Q límite = (N* 0 * 0


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!ogitud de desarrollo de "arillas e tracci#$

Ldh > F.F< * f $ K √ fc > F.FF< d f $ > 5F cm. El que sea ma$or.

1nidades%

Ld, LdhT> cm, f $, fcT > OgKcm3

, * T > cm3

, d T > cm

+ig. -=. Longitud de desarrollo de la "arilla de la columna,espesor de "arillas $ recurimiento, para la determinación

del espesor de zapata.

=. Cortante por pnzonamiento ,>2.-

+ig. -. +alla por punzonamiento de zapata. Ensa$o en el

Laoratorio de ensa$o de materiales de la 1ni"ersidad @acional (edro Ruiz Gallo. Lama$eque. (er2.

+ig., -;. Sección crítica de punzonamiento $ loqueequi"alente de diseo, para el c!lculo del peralte por punzonamiento en encepado de pilotes.

(or equilirio de fuerzas%

:p > @u U R- N R3

Nu = Pu, es la carga a/ial total ma$orada

En el loque equi"alente%&" actuante > :p K perímetro B d

@u U R- N R3T K 7s N 7d B dT > " admisile


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*quí se ha considerado s > t

Si hacemos R- > R3 > F

Estamos asumiendo conser"adoramente que toda la carga dela columna, es la fuerza punzonante%

Aueda la ecuación cuadr!tica%

d3 N sBd & @u K 7B " admisile

Se despe)a el peralte por pnzonamiento 5 F

VVVVVVVVVVVVVVVV

d + ,-s;:2 ,7;:25 s: ,% ; adm2

VV Aue es la ecuación para determinar el peralte del encepado

en primera tentati"a.

admisi3le + 5 .:,: 6;2 fc

> sKt lado ma$or a lado menor de columnaó VV

admisi3le + 5 7.7 fc N + ./

6. Cortante por fleBión.-

La sección crítica ocurre a la distancia XdY, de la cara de la

columna%

+ig. 3F. Sección crítica $ cargas, para el diseo delencepado de pilotes.

(ara zapata cuadrada * > 6%

Σ& izqierda de lasección cr4tica P > admisi3le 5 1 5 d

UU Σ& izq. V + , 5 ./= fc 2 5 1 5 d

/. $cero por fleBión.-

+ig. 3-. #argas $ sección crítica para momentos, para eldiseo de encepado de pilotes.

Seg2n el Eurocódigo, la sección para calcular el momento se

dee uicar a F,-8 B "eces el espesor de la columna%

9u > ΣR izquierda B

0a$ que solucionar las fórmulas del acero%

$s + # ; M.Q fK,d W a;:2

a + $s fK ; ,./ 5 fXc 5 12

. #étodo de las 3ielas en encepados r4?idos.&

(ara el caso de dos pilotes se asume, que la carga de lacolumna se transmite a los pilotes a tra"és de ielas olícuas

comprimidas, que se forman en el concreto%

;


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+ig. 33. +uerzas que act2an em el caezal de pilotes, para el

c!lculo de acero, por el 9étodo de las ielas.

Z > F,=8 B d

'ga > ZK[

@uK3 K 'u > F,=8 B d K LK3 U F,58Bs

'u > LK3 U F,58Bs K F,=8 Bd T B @uK3

'u > *sBf$

$s + M,L;: W N=/5s2 ; ,N/ 5d5 fK2 5 %;:

Es la ecuación para calcular el acero de tracción.

+ig. 35. Especificaciones $ detalles de colocación delrefuerzo en pilotes $ caezal de pilotes.

-F


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+ig. 37. Ele"ación, distriución $ detalles de pilotes en

tanque ele"ado de agua, en Lama$eque. (er2

--


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7. 'ESISTE%CI$ PO' &'ICCIO% E% PILOTES.-

La resistencia por fricción est! dada por%

*s + Y f5ZL5as

+ Y Ss5ZL5as ...-F.-

f > resistencia unitaria por fricción\L> incremento de longitud de pilote correspondiente acada estratoas > perímetro del pilote

7.7. 'ESISTE%CI$ PO' &'ICCIO% *s E%$'E%$S.-

9e$erhof en -;L^ a L,.......... f + f ,z+L[2 ...-F.5

M > coeficiente efecti"o del suelo VV &s[ > esfuerzo "ertical efecti"o a la profundidad a)oconsideración_ > !ngulo de fricción entre suelo $ pilote.

M "aría con la profundidad.

M es apro/imadamente igual al coeficiente Mp de presión

pasi"a de RanOine 6ra)a 4as, 1ni"ersidad del Estado de

#alifornia, en la parte superior del pilote, $ menor que el

coeficiente Mo, de la presión en reposo a una profundidad

ma$or.

Tipo de pilote H (erforado

0incado de a)o

desplazamiento

0incado, de alto

desplazamiento

` Mo > - U sen J

` Mo a -.7 Mo,

Mo > - U sen J

` Mo a -. Mo,

Mo > - U sen J

$n?lo de fricción entre el selo K el piloteF

\ + ./ J a . J ...-F.7

6husan -;


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#eKerGof,7Q2N determinó la resistencia nitaria porfricciónN sando el ensaKo de penetración est]ndarF

Para pilotes de ?ran desplazamientoF

-f promedio + .: % promedio ,?;cm:2 ---,7.2

Para pilotes de desplazamiento peqe!oF

-f promedio + .7 % promedio ,?;cm:2 !ngulo de fricción entre el suelo $ el pilote > ./ & .2 f H + coeficiente de presión lateral de tierra. Se otiene de lasiguiente figura%

+ig. 3. :ariación del coeficiente de presión de tierra M con

LK4, seg2n #o$le $ #astello, -;-.

7.:. 'ESISTE%CI$ PO' &'ICCIO% DE PILOTESE% $'CILL$.-

7.:.7. #ETODO `.&+ue propuesto por AiRaKer?iKa K &ocGt -;=3. Se asa enla hipótesis de que el desplazamiento del suelo causado por el hincado del pilote conduce a una presión lateral pasi"a acualquier profundidad, $ que la resistencia unitariasuperficial promedio es%

f promedio + ` 5 ,S :c2 ... -F.;

S">esfuerzo "ertical efecti"o medio para toda la longitud deempotramientocu > resistencia cortante media no drenada J>F

` se otiene de la gr!fica siguiente, dada por #cClelland,-;=7%

-5


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+ig. 3;. :alor del coeficiente lamda,l, en función de la profundidad.

La resistencia total por fricción se calcula con%

*s + f promedio 5 L5as ....-F.-F

El f promediose calcula con%

c promedio + ,c75L7c:5L:c=5L=2 ; L -F.--

S promedio + ,$7$:$=2;L ...-F.-3

APLICACION DEL METODO L AM#DA EN SUEL O ESTRATI"ICA

L

L1

L2

L3

C$%&'()* *$ +&*-+-, .u

S/1

S/2

S/3

.u1

.u2

.u3

S/1

S/2

S/3

E'0u&$ /&(.-l &0&.

A&-1

A&-2

A&-3

P$0u*+(+-+ P$0u*+(+-+

+ig. 5F. 4iagramas para calcular la cohesión $ el esfuerzo"ertical efecti"o promedio.

Resumiendo%on la gr!fica de #cClelland se otiene on las ecuaciones -F.-- $ -F.-3 hallamos cu

promedio, $ S" promedio.

&1samos la ecuación -F.;%

f promedio + ` 5 ,Sprom. : c promedio2 ...,7.7=2

'ESISTE%CI$ $L CO'T$%TE %O D'E%$D$ DEL$ $'CILL$ CO% EL E%S$O DE PE%ET'$CIO%SPTN 0


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7.:.=. #bTODO N P$'$ C$LC)L$' L$'ESISTE%CI$ PO' &'ICCI% E% PILOTES.-#uando los pilotes se hincan en arcilla saturadas, la presión

de poro en el suelo alrededor de los pilotes aumentab estee/ceso en arcillas normalmente consolidadas es de 7 a <"eces c. Sin emargo en apro/imadamente un mes sedisipa gradualmente. (or consiguiente, la resistenciaunitaria por fricción en el pilote se determina con ase

en los par!metros de esfuerzo efecti"o de la arcilla en unestado remoldeado c>F. Entonces a cualquier profundidad%

.f + 5 ^[ ...-F.-=

donde%

^ > esfuerzo "ertical efecti"o

+ H t?J' ...-F.-

JR > !ngulo de fricción drenada de la arcillaremoldeada

M > coeficiente de presión de la tierra VVVV

H + ,7 - senJ' 2 OC' ...-F.-;

H#R > o"erconsolidation ratio > relación de

preconsolidación

Entonces% VVVV

.f + ,7 - senJ' 2 OC' t?J' ^[ ...-F.3F2

OCR=( Ncampo

σ ' o )

0,689

Ecuación de 9a$ne $ Memper, -;.

σ ' o > Esfuerzo "ertical efecti"o, 'N/m2

'elación de preconsolidación ,OC'2.-Est! definida por%

OC' + pc ; po ...-F.3-

.c > pc > presión de preconsolidación de un espécimen

. > po > presión "ertical efecti"a presente > SgBh

Si = 0 la arcilla se llama normalmenteconsolidadaN entonces ":R = 1.

Si 4 0 la arcilla se llama preconsolidada, entonces":R 1

+ig. 53. 9étodo de #asagrande, para otener la carga de pre&consolidación.

+ig. 55. 4efinición de la Relación de preconsolidaciónRS#, u ("er cosolidatio ratio )(*+%.

Si (*+ es igual a &%

-8


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+ig. 57. 9étodo de Schmertman, para determinar la cur"a decampo, a partir de la cur"a de compresiilidad, para el casode pc > po.

.Si H#R ma$or que -%

+ig. 57. 9étodo de Schmertman, para determinar la cur"a decampo, a partir de la cur"a de compresiilidad, para el casode pc Q po.

-


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CO%ST')CCIO% DE PILOTE I%C$DO A$CI$DO I% SIT) ,Tipo &ranie2.-

+oto -. 0incado de pilote tipo +ranOie em edificación de 1.San 9artín em #hicla$o. (er2.

+oto 3. 9artillo hidr!ulico ingressa al tuo o camisa..

+oto 5. 'uo llamado camisa $ martillo de hincado.

+oto 7. Em la izquierda el martillo $ en primer plano el tuoo camisa .

+oto 8. +aricación de armadura de pilotes tipo +ranOie

+oto


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+oto =. 6aldes con la gra"a que se usa como tapón en el

fondo del tuo o camisa.

+oto . :aciado del concreto a tra"és del fuste del pilote.

+oto ;. *pisonado final en la parte superior del pilote.

+oto -F. :ista compuestadel equipo de instalación del pilote.

+oto --. 4etalle de la forma en que queda, la parte superior del pilote en el suelo.

-


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CO%ST')CCI% DE PILOTES PE'&O'$DOS A$CI$DOS I% SIT) ,Tipo TecGdrillin?2.-

+ig. 58. (artes del equipo de faricación de pilotese/ca"ados.

+oto -3. 0incado del fuste.

+oto -5. E/ca"ación con cuchara $ arreno, del suelo para pilote perforado.

+oto -7. E/ca"ación $ control de profundidad.

-;


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+oto -8. Iza)e de armadura para colocación en el tuo ocamisa.

+oto -


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+oto 3F. (uente 6ella"ista. Río 0uallaga. San 9artín.

+oto 3-. (uente 6ella"ista. Río 0uallaga. San 9artín.

3-

diseno de pilotes. piles footing design

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