INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDAING. MARISSA DEL CARMEN AVILA CABRERA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA INGENIERIA CIVIL MECANICA DE SUELOS APLICADA EQUIPO N° 4 ESCOBEDO TZAB FRANCISCO CAAMAL DZUL JOSE GERARDO VAZQUES ALVAREZ MIGUEL GRANIEL LEON RUDI PACHECO SANTOYO ALBERTO CAMPOS HAAS DIDIER ITM que no deben ser consideradas como un evento posible en el diseño. La necesidad de llevar pilotes a profundidades de desplante previamente elegidas y correspondientes a estratos de plena garantía en lo que se refiere a apoyo. se apoyan en estrato de suelo resistente. . La capacidad de carga de un pilote de punta depende exclusivamente de las características del suelo en el que se apoya y del área de su sección recta. Como por ejemplo que cualquier sobrecarga que el pilote reciba o cualquier disminución de resistencia en el suelo a lo largo del tiempo. Algunas veces se ha dicho erróneamente que un pilote de punta es un elemento estructural que trabaja como una columna. este criterio es muy defectuoso y puede inducir a graves errores de trascendencia. pues cambios no previstos en espesor y resistencia han sido causa de numerosas fallas.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM PILOTES DE PUNTA HINCADOS AL GOLPE Los pilotes de punta. Antiguamente era costumbre hincar los pilotes hasta que ya no era posible introducirlos a mayor profundidad bajo golpes de un martillo autorizado por la práctica. apoyada en el estrato resistente o en roca. en especial. Sin embargo. cuyo espesor y características han de ser cuidadosamente verificados en todas partes. no puede presentarse pandeo por falta de confinamiento lateral. podrán hacer penetrar al pilote en un estrato resistente delgado que. aún en los pilotes hincados en los suelos más blandos. plantea el problema de atravesar estratos de cierta resistencia. la experiencia ha demostrado que las fallas propiamente estructurales en los pilotes son tan raras. Este criterio era conocido como criterio de rechazo para la hinca de pilotes. Cuando estos estratos son de naturaleza friccionante suele ser de buen resultado ayudar la hinca a golpes con la inyección de agua a presión. sin embargo. que dificultan la hinca. sin llegar a garantizar un apoyo permanente. hubiera presentado buenas condiciones en el momento de la hinca. transfiriendo la carga de su cabeza a la punta. Cuando se hincan pilotes en arcillas blandas pueden ocurrir varios problemas. pues de otro modo se corre el riesgo de aflojar el nivel de apoyo. el cual se realiza con multitud de herramientas rotatorias. Para inyección a través de arena debe preverse un gasto del orden de 1. En el mejor arreglo.0001/min por pilote. los cuales dependiendo del caso pueden solucionarse con el rehincado de los pilotes o con la preexcavación.5 cm de diámetro.en materiales más gruesos ambas cifras pueden crecer considerablemente. Es preciso señalar que la operación de la inyección debe suspenderse por lo menos un metro sobre el nivel de desplante definitivo del pilote. siempre que en torno al pilote no se cierre el espacio que permita la salida del agua hacia el exterior. Los inyectores son tubos de 5 a 7. los chiflones (inyectores de agua) deben salir lateralmente y dirigidos ligeramente hacia arriba. disminuyendo su resistencia. Sin embargo se han dado buenos resultados. este método es excelente para evitar las dificultades emanadas de la dureza del material por atravesar.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM En figura se muestran algunos dispositivos de inyección típicos. . con presiones de agua del orden de 10kg/cm2. con estrechamiento en su extremo. Frecuentemente se ha dicho que la inyección de agua no es efectiva para atravesar mantos de arcilla o de suelos finos plásticos en general. es conveniente reducir este valor a la mitad para efectos de diseño. los valores de la adherencia de la tabla 9-1. para calcular la capacidad de carga de pilotes de fricción en arcilla banda hay dos procedimientos practicables: a partir de los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante del suelo o a partir de los datos de una prueba de carga. que disminuye su resistencia al esfuerzo cortante. por lo menos del mismo orden de la resistencia inicial y aún pueden ser mayores. Tomlinson ha propuesto. de modo que su resistencia proviene total o casi totalmente de la adherencia que se desarrolla en el fuste. La capacidad de carga de pilotes de fricción no pueden calcularse con el uso de fórmulas dinámicas. si fa es la adherencia entre pilote y suelo se tiene: fa=c=qu/2 a la falla o bien fa=c/2=qu/4 como valor de trabajo una vez estimada la adherencia. En arcillas blandas saturadas la adherencia entre el fuste del pilote y la arcilla es igual a la cohesión de ésta. debido a la consolidación que se induce durante la disipación de las presiones neutrales. . lo que equivale a utilizar un factor de seguridad de dos. La hinca de estos pilotes en arcilla blanda produces remoldeo. Así. comparada con la adherencia en diferentes arcillas. con base en numerosas pruebas. en el caso de suelos cohesivos o de la fricción entresuelo y pilote. la capacidad total del pilote se obtiene multiplicando aquella por el área de pilote embebido.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM PILOTES DE FRICCIÓN HINCADOS AL GOLPE Se denomina pilotes de fricción a aquellos que están totalmente embebidos en material blando. en el caso de suelos friccionantes. Los valores de la resistencia final del suelo son. sin embargo con el paso del tiempo la resistencia se va recuperando. calculada en prueba rápida o aún con base en una prueba de compresión simple. expresan dicha fricción como una fracción de la presión normal por eso propio del suelo que exista en un nivel determinado. L`Heriteau y Farhi. En la figura por ejemplo. algunos autores suponen que la fricción lateral sigue una ley lineal a lo largo del fuste. hechas por Florentin. aumentando la fricción con la profundidad. se recogen experiencias en modelos de pilotes. según la carga sobre el pilote se aproximó a la de falla. Además. en este caso se acercó a ella cada vez más. si bien. de los que los principales son la compacidad y otras características del suelo. en las que se puede verse la ley de distribución de la fricción se aparta de la lineal en gran medida.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM La estimación de la capacidad de carga de los pilotes por fricción hincados en arenas es un problema prácticamente no resuelto en el campo teórico. se ha visto que las resistencia de un pilote por fricción lateral en arena varía con muchos factores e influencia muy difícil de cuantificar en un caso dado. la . También caen dentro de esta denominación los pilotes de concreto formados por una parte precolada y otra colada en el lugar. etc. en cambio un pilote de madera siempre bajo el nivel freático se conserva en forma excelente. Cuando se use de madera para formar pilotes ha de tenerse en cuanta que las fluctuaciones del nivel freático. ademadas o no. Los pilotes compuestos de acero suelen tener de este material el tramo de punta. pilotes que no se construyen en otra parte para después ser hincados a golpes hasta su posición definitiva. ni colados en el lugar. gatos que hacen penetrar los ademes a presión. chiflones que permiten hacer llegar los trabajos al nivel deseado. que después se rellenan de concreto. las puntas de acero suelen entonces ser de sección H. seleccionados siempre entre madera. la posición del nivel freático y las perturbaciones que se induzcan sobre el pilote. Estos pilotes se distinguen y clasifican por los procedimientos que sirven para construirlos. nuevas excavaciones. con períodos alternados de humedecimiento y secado. son sumamente perjudiciales. PILOTES COLADOS EN EL LUGAR Existen una gran variedad de pilotes que se construyen directamente en el lugar en que definitivamente van a cumplir su cometido. OTROS TIPOS DE PILOTES DE CONCRETO Se tratan en esta sección de pilotes que no corresponden a las técnicas descritas con anterioridad. con lo que se logra una mayor facilidad de penetración en terrenos duros. concreto y acero. es decir que ni son hincados a golpes. . como son la hinca de otros. Genéricamente se denomina a estos pilotes colados en el lugar o pilotes colados in situ. PILOTES COMPUESTOS Se denomina pilotes compuestos a aquellos constituidos por dos materiales.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM posición del suelo. éstos son sumamente variados y comprenden la excavación de perforaciones. debido a su pequeña área transversal y a su gran resistencia son adecuados para penetrar materiales duros. Los pilotes de acero de sección tubular se colocan en el terreno hincándolos o presionándolos y pueden tener su punta tapada o ser abiertos. Si estas cargas no han sido tomadas en cuenta en el diseño. Los tubos de sección tubular son buenos para soportar cargas grandes. apoyados en un estrato no consolidable y resistente permanecen comparativamente fijos. subyacido por el estrato resistente de apoyo y cuando dicho manto comprensible tiende a disminuir de espesor por algún proceso de consolidación inducido. puede llegar el colapso del pilote por penetración en el estrato resistente. respecto a los suelos blandos que se en junta.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM PILOTES DE ACERO Se llaman así a los pilotes en el que el acero es el material básico o el único. En este caso de estribos de puentes en los que el estrato comprensible disminuye de espesor y se consolida por el peso de los terraplenes de acceso. Los pilotes de punta. Se construyen usualmente con secciones de tubo o con secciones H. Pilotes de control Existe un problema muy común en las cimentaciones piloteadas de punta. la . En el mejor de los casos. cuando se presenta una estratigrafía básicamente formada por un cierto espesor comprensible. Esta tendencia induce esfuerzos de fricción en el fuste de los pilotes. ahorrando así muchos pilotes en estructuras pesadas en que se estudian como solución alternativa a los pilotes de concreto usualmente. Fricción negativa. cuando los pilotes aguantan la sobre carga. Los pilotes de acero de sección H. en los que otros tipos de pilotes darían problemas de hincado. también es caso de algunos valles en los que el bombeo para fines agrícolas induce la consolidación. tendiendo que bajar a lo largo de su fuste. Lo pilotes suelen rellenarse con concreto una vez que alcanzaron la profundidad de desplante. con lo que fácilmente producirá daños a estructuras vecinas. bajo carga uniforme. quedando los mínimos hundimientos en las zonas interiores del área piloteada. parte del peso es gravitada en la zona de la punta del . Por ello. En un pilote de borde. Esto da lugar a una distribución de asentamientos opuesta en la que se tendría en una cimentación por superficie. seguido de los de borde. teniéndose como límite únicamente el valor de la adherencia entresuelo y pilote a lo largo de todo el fuste del mismo. que está soportando al suelo circunvecino y no carga útil. si el estrato resistente en susceptible de alguna cedencia. Este efecto consiste en los siguiente: al colgarse el suelo del pilote por fricción negativa. Zeevaertha hecho notar una consecuencia adicional de los efectos de fricción negativa cuya importancia practica es quizá mayor de los que a primera vista pudiera pensarse. L.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM estructura apoyada sobre los pilotes parecen emerger sobre la superficie del terreno. flexible. Si la cimentación tiene rigidez y los pilotes están sólidamente unidos a ella en su cabeza. pues ocupa una buena parte de la capacidad de carga del pilote. el pilote de esquina será el que más asentamientos pueda presentar. la sobrecarga podrá ser mayor. por razones obvias y este efecto pueden aun acentuarse más aun pilote de esquina. el efecto diferencial negativa en las esquina y bordes pueden llegar a hacer que los pilotes en esas zonas trabajen a tensión en su parte superior. fácil es comprender que su efecto es maléfico. Aun en el caso en la que la fricción negativa no induzca falla y sea resistida. .INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM pilote sobre el estrato resistente se ha olvidado. pilotes de punta del tipo que atraviesa libremente la cimentación. por lo tanto propicia la penetración del pilote en el estrato de apoyo. La unión entre la cabeza del pilote y la vigueta del puente se establece con un dispositivo formado por superposiciones sucesivas de placas delgadas de acero y sistemas de cubos pequeños en una madera con características esfuerzo-deformación especial. Estos son. en esencia. La necesidad de controlar la carga en los pilotes y los asentamientos diferenciales y totales de la estructura llevaron al investigador M. si el estrato resistente es de naturaleza friccionante. sobre cuya cabeza se coloca un puente unido a la losa de cimentación de la estructura: este puente consiste en una vigueta de acero anclada a la losa con tornillos largos de acero. a su difundida idea de los Pilotes de Control. esta disminución de la presión efectiva conlleva una disminución de la resistencia al esfuerzo cortante y de la capacidad de carga y. Gonzales Flores. claro está. . siempre inferior a la carga de falla. Cada cubo de madera tiene una gráfica esfuerzo-deformación con un rango plástico amplio.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM El mecanismo arriba descrito tiene como finalidad hacer trabajar al pilote a la carga que se desee. los pilotes se harán trabajar a mayor carga. si la estructura tiende a emerger respecto al terreno. Si la estructura tiende a bajar más aprisa de parte de lo que hace la superficie del suelo( se supone que el suelo está bajando por algún proceso de consolidación independientemente. entre dos placas de acero.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM Cuando se alcanza su carga de falla plástica previamente determinada. por ejemplo el bombeo en el caso de la Cuidad de México). El objetivo fundamental de los pilotes de control que la estructura baje simultáneamente con la superficie del suelo. bastara dividir ese valor entre la carga de falla del cubo de madera para determinar el nuero de cubos que han de colocarse por capa. disminuyendo el . los pilotes se harán trabajar a menor carga. con los que se alivia la parte de carga transmitida directamente al suelo y se frena el descenso relativo de la estructura: recíprocamente. puede garantizarse que el cubo está transmitiendo una cierta carga fija a la cabeza del pilote. para un amplio rango de deformación en el cubo conocido la carga que se desea que tome el pilote. aumentando el número de cubos por capa. La carga transmitida por la estructura es tomada por parte del suelo y parte por los pilotes. que juegan un papel decisivo todavía en lo logro de los buenos resultados prácticos.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM número de cubos de madera por capa. Si la estructura desciende de modo no uniforme. por otra parte. ya que los pilotes no podrán sobrepasar su carga de falla. las técnicas arriba descritas podrán aplicarse a diferentes zonas del área de cimentación. con asentamiento diferencial. por desviación durante el hincado. siempre y cuando el espaciamiento entre pilotes sea tal que la hinca de uno de ellos no interfiera con sus vecinos ya hincados: esta interferencia pueden ser haciéndoles perder el apoyo por levantamiento originado por el suelo que se desplaza en la hinca. La aplicación de las técnicas descritas exige. algunos de cuyos tipos se describen en este capítulo. con que su asentamiento será acelerado. . estas incertidumbres son tan mayores. un numero de pilotes adecuados en la cimentación: con poco pilotes la estructura se hundirá irremediablemente. Los problemas de interferencia se eliminan prácticamente usando pilotes pre excavado. medidos a centro a centro entre los pilotes. con lo que se refiere a asentamientos. no subyacida por ningún sustrato compresible. Grupos de pilotes El comportamiento de un grupo de pilotes aislado. o por interacción material de un pilote contra otro. En la práctica suele considerarse como espaciamiento mínimo razonable el de 2 o 3 diámetros. de modo que la estructura transmitida más carga del suelo. si el número de pilotes es excesivo. tanto en lo que respecta a capacidad de carga. desde luego. Si en el caso de un pilote solo. puede llegar a suceder que la estructura emerja aun cuando en la cabeza de los pilotes no se apliquen carga. En pilotes de punta apoyados en roca firme. en el caso de una agrupación de pilotes que constituyan una cimentación real. la capacidad de carga de un grupo de pilotes es igual a la suma da las capacidades de carga de los pilotes individuales. que se ha venido tratando hasta ahora en este capítulo. las incertidumbres del diseño son grandes todavía. que puede decirse que todo el conocimiento teórico del que hoy se dispone no pasa de ser un marco de referencia que sirva para encasillar debidamente el criterio y la experiencia del proyectista. con lo que es posible igualar los asentamientos. como cargas uniformemente repartida en el área piloteada. Hay autores que opinan que un conjunto de pilotes pueden tener mayor capacidad Que la que deduce del valor correspondiente a un pilote individual. el efecto de grupo más importante en los que se refiere a la capacidad de carga es la posibilidad de una falla de la cimentación en conjunto. suponen que en ocasiones la capacidad del grupo es algo menor que la obtenida al multiplicar la carga de un pilote por el número de ellos. . apoyado en un estrato bajo el que haya suelos compresibles. Si debajo de un estrato de apoyo hay suelos blandos compresibles. En pilotes de fricción. pueden decirse que la capacidad de carga de un conjunto de pilotes es similar en la que se obtiene multiplicando la carga soportada por un pilote individual por el número de pilotes. la razón es que se supone que el conjunto de pilotes trabaja como una pila equivalente que tuviera las dimensiones de dicho conjunto. pero no subyacidos por estratos compresibles. por el contrario. Otros autores.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM En pilotes de punta apoyados en estratos resistentes no rocosos. la capacidad de carga de los pilotes está limitada por la capacidad de carga del estrato blando y sobre todo los asentamientos que en este caso aumentan considerablemente con el ancho del área piloteada. El método de la estructura aplicada en la punta de los pilotes. para los estratos comunes en que se apoyan pilotes de punta. No hay un método que pueda considerarse satisfactorio para calcular los asentamientos de una cimentación piloteada. la capacidad de carga del grupo es tanto más parecida al caso anterior cuando más firme y rígido sea el apoyo: en general. El procedimiento más conservador será suponer una distribución de esfuerzos con la teoría suponer una distribución de esfuerzos con la teoría de Boussinesq y con ella calcular los asentamientos en la forma tratada en el capítulo 3. La dificultad estriba en evaluar los esfuerzos que lleguen al manto compresible desde el estrato de apoyo. p el perímetro de cada uno. P el perímetro del conjunto y fa es la adherencia entre pilote y suelo. sea menor que la suma de la resistencia de todos los pilotes considerados individualmente. envolvente de los pilotes. Si n es el número de pilotes en la cimentación. supuesta igual a la resistencia al esfuerzo cortante del material.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM La posibilidad de esta falla estriba en la que la resistencia por adherencia y fricción en el área lateral de la prisma de altura L. el peligro de falla de conjunto dejara de ser crítico si se cumple la desigualdad: npLfa < PfaL De donde np < P . directamente sobre la misma área que se pilotea. los pilotes transmiten una parte substancial de la carga a zona profundas. En general. el asentamiento de una cimentación piloteada con pilotes de fricción es menor que el que se tendría si la misma carga se aplicase al nivel de la cabeza de los pilotes. Por supuesto que pueden imaginarse casos que en la regla anterior no valga o que. inclusive. el efecto de los pilotes. En lo que se refiere a asentamientos de grupos de pilotes de fricción. en segundo lugar. el material es menos compresible.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM Lo que expresado en palabras da lugar a la conocida regla práctica de que no hay riesgo dominante de falla de conjunto siempre y cuando el perímetro ocupa por los pilotes sea mayor o igual que la suma de los perímetros de los pilotes individuales. si la estratigrafía comprende una costra potente dura. por un lado. por ejemplo. al transmitir esfuerzos directamente al suelo blando es contraproducente y se origina fuertes asentamientos. se invierta. al repartir la carga a lo largo de toda la fuste. puede decirse que no guardan ninguna relación con el asentamiento de un pilote aislado. bajo la que hay suelo muy blando. la razón por la que los pilotes de fricción producen menor asentamiento que las cargas superficiales es doble. . el nivel del mayor esfuerzo transmitido al suelo es menor que si la carga se transmitiera con una zapata. quizá mayores que los que se tendrían sin pilotes. en las que por haber presión inicial. es razonable colocar la carga uniforme equivalente aplicada al nivel de la punta de los pilotes. esto equivale prácticamente ha considerar un grupo de pilotes de punta desplantados en la arcilla más firme.INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA ITM Tampoco existe un método científico convincente para calcular los asentamientos en grupos de pilotes de fricción. con lo que se reduce el espesor de material consolidable y se obtiene asentamientos menores. . calculando el asentamiento en el espesor de arcilla más firme. Si el grupo de pilotes atraviesa arcilla blanda. de nivel de la punta hacia abajo. Algunas de esas reglas se exponen a continuación. Los propios autores presentan este método como los que ellos llaman una solución aproximada. como si no existe pilote alguno. la estimación por este procedimiento resulta conservadora. según el cual la carga tomada por los pilotes puede considerarse aplicada en el tercio inferior de los mismos. calculando el acercamiento de ese nivel hacia abajo. los asentamientos reales son menores que los calculados. es decir. que permita asociarlas con más o menos éxito a una teoría admitida. como uniformemente repartida en el área piloteada. pero penetra algo en un estrato de otra arcilla más firme. Quizás el método más extendidos para los fines prácticos es el debido ha Terzaghi y Peck. Precisamente por esta razón. algunos autores han propuesto considerar la carga uniforme equivalente aplicada al nivel de la punta de los pilotes. La mayoría de los casos. después se les proporciona una apariencia más o menos formal. las reglas que existen para ello están prefabricadas de modo que lleguen a resultados que sean razonables de acuerdo con la experiencia de que se dispone. ello implica la suposición de que el espesor de suelo correspondiente a los dos tercios superiores de los pilotes no se consolidan.