Documento 1

1Coeficientes de seguridad para pilotes segn el CTE

SITUACIONDIMENSIONADO

TIPO COEFICIENTE

Resistente o transitoria

Hundimiento (1) 3,0Hundimiento (2) 2,0

Arrancamiento 3,5

Rotura horizontal 3,5

Extraordinaria

Hundimiento 2,0

Arrancamiento 2,3

Rotura horizontal 2,3

(1) Mtodos basados en ensayos o frmulas analticas a largo plazo(2) Mtodos basados en frmula analticas a corto plazo, pruebas de

carga hasta rotura, pruebas dinmicas de hinca con control electrnico y contraste con pruebas de carga.

5.- Resistencia de un pilote aislado

La resistencia por la punta adoptada es la indicada, existiendo distintas propuestas del valor deNq

FRMULAS BASADAS EN SOLUCIONES ANALTICAS

Donde: vp = Presin vertical efectiva al nivel de la puntaantes de instalar el pilotefp = 3 para pilotes hincadosfp = 2,5 para pilotes ejecutados in situ

tgq e

sen1

sen1 N

+=

< 20 Mpa

APLICACIN A SUELOS GRANULARES

qvppp N 'f q =

Brinch Hansen (1951) propuso la siguienteexpresin, que es la adoptada por el CTE:

Caquot-Verisel (1966, 1969) proponen un valor menos conservador que el anterior:

tg2,7q 10 N =

Meyerhof (1976) propone para piloteshincados los siguientes valores:

20 25 28 30 32 34 36 38 40 42 45

Nq 8 12 20 25 35 45 60 80 120 160 230

proponiendo para pilotes ejecutados in situestos otros valores:

20 25 28 30 32 34 36 38 40 42 45

Nq 4 5 8 12 17 22 30 40 60 80 115


2Correlaciones propuestas por el CTE entre ensayos ejecutados in situ y el ngulo de rozamiento del suelo

El valor del ngulo de rozamiento puede obtenerse mediante ensayos de laboratorio o indirectamentede ensayos in situ como el SPT o el ensayo de penetracin esttica.


tg'fK q vff =

La resistencia por el fuste queda reducida a la proporcionada por el rozamiento suelo-pilote.

< 120 Kpa

Donde:v: Presin vertical media a lo largo del fuste. : Angulo de rozamiento del terreno.Kf : Coeficiente de empuje horizontalf : Factor de reduccin del rozamiento del fuste

TIPO DE PILOTE Kf f

Ejecutado in situ 0,75 1,0Prefabricado(Hincado)

Hormign 1,0 0,9Acero 1,0 0,8

El CTE propone los siguientes valores del coeficiente de empuje y del factor de reduccin.


3FORMULAS BASADAS EN ENSAYOS SPT

Nf q np = (Mpa)fn = 0,4 Pilotes hincadosfn = 0,2 Pilotes hormigonados in situN = Se toma el valor medio de las medias de las zonas

activas superior e inferior de la punta del pilote,tomando como amplitud de las zonas 3 y 6 veces eldimetro del pilote respectivamente

Para el clculo de la resistencia al fuste se pueden utilizar las siguientes dos expresiones,siendo la primera la adoptada por el CTE.

En ambos casos los valores de N se corresponde con el valor medido en la zona afectada,expresndose en este caso el resultado en Kpa.

El valor mximo de aplicacin de N en las expresiones anteriores es de 50.


Esta expresin de resistencia por la punta es que la que ha adoptado el CTE.

2,5N qf = 20N2 qf +=

Fq = 0,5 para pilotes hincadosFq = 0,4 para pilotes hormigonados in situqc1: Valor medio de la resistencia unitaria por la punta,

en el tramo de la zona activa inferior del pilote (amplitud de la zona 3D).

qc2: dem de la zona activa superior del pilote (amplitud 6D).

FORMULAS BASADAS EN ENSAYOS DE PENETRACIN ESTTICA

2

qq q

c2c1c

+=

Para la resistencia por el fuste se puede suponer, si no se ha medido la resistencia porel fuste el valor:

cf q0,005 q = qc: Resistencia por la punta en el nivel deestudio considerado

cpp qf q =

< 120 Kpa

Estas expresiones son las que adopta el CTE

Diversos autores proponen usar con esta expresiones coeficientes de seguridad parapunta Fp=2,5 y para fuste Ff= 3


4Donde:Nc = Valores entre 8 y 10 (El CTE toma 9)cu = Resistencia al corte sin drenaje (Kpa)

(KPa)c

c q

u

uf

+=

100

100

Para pilotes hincados para la resistencia por el fustepodemos utilizar la expresin adoptada por el CTE:

ucp c N q =

A la que se aplicar un coeficiente reductor de 0,8 enel caso de pilotes de acero.

La resistencia por la punta viene dada por la expresin:

APLICACIN A SUELOS COHESIVOSCORTO PLAZO

KPaC C q U af 100==

Para la resistencia por el fuste podemos utilizar lasiguiente expresin

Donde:Ca = Es la adherencia= Fraccin de la cohesin desarrollada

Resistencia por el fuste en arcillas para pilotesC. OTEO MAZO. (Jornadas Tcnicas SEMSIG

AETESS. 2001)


Para el estudio a largo plazo se utilizarn los valores de y c obtenidos en ensayos delaboratorio.

Nc= Factor de capacidad de carga funcin de .

cp N c' q =

RESISTENCIA POR LA PUNTA RESISTENCIA POR EL FUSTE

Nc

0 95 12

10 1615 22

20 3025 4030 55

K0 = Coeficiente de empuje al reposo = Factor dependiente de la forma de

puesta en obra del pilote

TIPO DE PILOTE PILOTE HINCADO 1,5

PILOTE PERFORADO SIN RELAJACIN LATERAL 1,0

PILOTE PERFORADO CON RELAJACIN LATERAL 0,7

LARGO PLAZO

'tgK ' q 0vf =

El CTE propone utilizar las frmulas basadas en soluciones analticas descritas para los suelosgranulares, para el valor del ngulo de rozamiento efectivo obtenido en laboratorio, desprecindoel valor de la cohesin.


5fuspdp, dqKq =3

d

L0,41d

rf +=

s

a300110

d

s3

Ksp

+

+=

El CTE determina la resistencia de clculo por la punta en roca, qp,d de pilotes excavados,mediante la siguiente expresin:

Donde:qu = Resistencia a la compresin simple de la roca sanas = Espaciamiento de de las discontinuidades en la roca ; s> 300mmd = Dimetro real o equivalente (igual rea) del pilotea = Apertura de las discontinuidades (0 < a/s < 0,02 )

a < 5mm en junta limpiaa < 25mm en juntas rellenas con suelo o fragmentos de roca alterada

Lr = Profundidad de empotramiento en roca de la misma o mejor calidad que la existente en labase del apoyo

DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DEL PILOTE EN ROCA

La resistencia de clculo por el fuste (Mpa) ,en la zona deempotramiento, viene dada por la expresin adjunta, en la quequ se expresar en Mpa.

0,5udf, 0,2qq =


En los suelos cohesivos blandos, comoconsecuencia de la aplicacin de sobrecargas alterreno, pueden transmitirse empujes horizontales alo largo del fuste del pilote, cuyo valor puedeobtenerse de la figura adjunta, en funcin del valorde la sobrecarga aplicada (Pv) y la resistencia alcorte sin drenaje (Cu) de la arcilla

En el caso de que la mxima componente de losempujes horizontales sea superior al 10% de lacarga vertical compatible con ella, se deberncalcular los pilotes frente a los esfuerzoshorizontales. Empujes laterales del terreno. C. OTEO MAZO. 2001

Se supondr que cada pilote soporta una carga por unidad de longitud, Pp , igual al menor valor de los siguientes

HpPDpPSpP hphphp 3 ===

Donde:S = Separacin entre ejes de pilotesD = Dimetro del piloteH = Espesor del estrato blando

EMPUJES LATERALES DEL TERRENO CAUSADOS PORSOBRECARGAS


6Condiciones de apoyo para el clculo de esfuerzos horizontales en pilotes

Una vez calculado el valor de Pp, se calcularn los momentos, considerando alpilote como una viga, segn las condiciones de apoyo siguiente:

Empotramiento en la cabeza Empotramiento a 0,5 m en la capa resistente inferior Empotramiento a 1,0 m en capas resistentes situadas por encima de la capa blanda

si su espesor es superior a 8 dimetros. Articulacin (apoyo) en capas resistentes situada por encima de la capa blanda

cuando su espesor es inferior a 8 dimetros


Las cargas horizontales estructurales son fuerzasderivadas del viento o de los efectos ssmicos.En caso de que las cargas horizontales seanapreciables, hay que tener en cuenta que el topeestructural del pilote debe disminuirse, y serecomienda utilizar pilotes hincados o dedesplazamiento.En el caso de que la mxima componente de losempujes horizontales sea superior al 10% de lacarga vertical compatible con ella, se deberncalcular los pilotes frente a los esfuerzoshorizontales.

CARGA HORIZONTAL ACTUACIN

< 0,05 V No se tienen en cuenta

0,05 V a 0,10 V Las absorben los pilotes a flexin

> 0,10 VSe requiere un estudio frente a los esfuerzos horizontales, recomendndose colocar pilotes inclinados

V: Carga vertical del pilote

CARGAS HORIZONTALES ESTRUCTURALES

Para la estimacin de la carga de rotura horizontal del terreno Rhk, el CTE establece :

Un esquema de clculo para su obtencin para el caso ms general

baco para su obtencin en el caso de terrenos granulares (c=0)

baco para su obtencin en el caso de terrenos puramente cohesivos (=0)


7ESQUEMA DE CLCULO DEL FALLO DEL TERRENO CAUSADO POR UNA FUERZAHORIZONTAL

El punto donde se aplica la carga H es un punto de momento flector nulo que se debe decidir en funcin declculos estructurales.


CARGA DE ROTURA HORIZONTALDEL TERRENO ( c=0 )


8CARGA DE ROTURA HORIZONTALDEL TERRENO ( = 0 )


Lo definimos como el producto de la seccin media del pilote (A) y la carga unitaria mximaadmisible que se asocia al material que constituye el pilote (fm ).

TOPE ESTRUCTURAL DE UN PILOTE DE MADERA

mATe f= TIPO DE MADERA ARBOL DE PROCEDENCIATIPO DE CONSTRUCCIN

fm(Kg/cm)

Calidad normalPino del pasAbetoCastaoOlmoChopo

Permanente

Provisional

45,0

55,0

Calidad superiorCedroEncinaHayaRobleNogal

Permanente

Provisional

60,0

70,0

6.- Tope estructural

Es la mxima carga que debe admitir un pilote desde el punto de vista estructural. Depende de los materiales que constituyen el pilote, as como de su forma de ejecucin y

puesta en obra

9 El Profesor Jimnez Salas, en su libro Geotecnia y Cimientos II, propone una serie deexpresiones que pueden resumirse de la siguiente forma:

TOPE ESTRUCTURAL DE UN PILOTE METLICO

PILOTES METLICOS TUBULARES Y CAJONES DE TABLESTACAS

Tanto si los pilotes estn huecos como si se rellenan en seco de hormign e incluso se aadenarmaduras metlicas en forma de redondos.

1.000

fye nATe

=

PILOTES METLICOS DE PERFIL LAMINADO

000.1

fff sysccdnye AAATe

++=


Donde :

Te = Tope estructural del pilote (toneladas)fye = Lmite elstico de clculo del acero estructural 4.000 Kg/cmfys = Lmite elstico de clculo de las armaduras 3.500 Kg/cmfcd = Resistencia de clculo del hormign 240 Kg/cm, , = Coeficientes reductoresAn = Seccin neta de acero del pilote, una vez descontado el espesor que se

prev puede corroer en su vida til (cm2)Ac = Seccin de hormign de relleno (cm)As = Seccin de las armaduras (cm)

TIPO DE PILOTE METALICO

TIPO DE CONSTRUCCION

PERFILLAMINADO

PermanenteProvisional

0,350,45

---

---

---

---

TUBULAR O CAJONDE TABLESTACAS

PermanenteProvisional

0,350,40

0,250,30

0,400,45


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De forma anloga a lo expuesto para el tope estructural de un pilote metlico, JimnezSalas propone una serie de expresiones para el tope estructural de los pilotes de hormignarmado, en las que tiene en cuenta las contribuciones de todos los elementosconstituyentes del pilote, su forma de puesta en obra y el tipo de construccin.

La expresin general podemos escribirla de la siguiente forma :

TOPE ESTRUCTURAL DE UN PILOTE DE HORMIGN ARMADO

000.1

fff eyesysccd AAATe

++=

Donde :

Te = Tope estructural del pilote (toneladas)fye = Lmite elstico de clculo del acero estructural (Kg/cm)fys = Lmite elstico de clculo de las armaduras (Kg/cm)fcd = Resitencia de clculo del hormign (Kg/cm), , = Coeficientes reductoresAn = Seccin neta de la entubacin perdida inmune a la corrosin (cm)Ac = Seccin til de hormign (cm)As = Seccin de las armaduras (cm)


Tope estructural de pilotes de hormign armado. Valores mximos de la resistencia (Kp/cm2) y coeficientes reductores

TIPO DE PILOTE PUESTA EN OBRA CONSTRUC-CION fcd fys fye

PREFABRICADO HINCADOPermanente

Provisional300 3.500 --------

0,25

0,30

0,40

0,45

-----

-----

EJECUTADOIN SITU

ENTUBACINPERDIDA

Permanente

Provisional240 3.500 4.000

0,25

0,30

0,40

0,45

0,35

0,40ENTUBACINRECUPERABLE

Permanente

Provisional240 3.700 --------

0,22

0,25

0,35

0,38

-----

-----

PERFORADO SINSOSTENIMIENTO

240 3.700 -------- 0,20 0,35 -----

EXCAVADO CONBENTONITA

Permanente

Provisional240 3.700 --------

0,20

0,22

0,32

0,35

-----

-----


11

El tope estructural es el valor de clculo de la capacidad resistente del pilote. Se debecomprobar que la solicitacin axil no supere este tope.

TOPE ESTRUCTURAL SEGN EL CTE

AQtope =

Tipos de pilotes Hincados

(Mpa)

Hormign pretensado o postesado

0,3(fck-0,9fp)

Hormign armado 0,3 fck

Metlicos 0,3 fyk

Madera 5

= Tensin del piloteA = rea de la seccin transversal fck = Resistencia caracterstica del hormign (Mpa)fp = Tensin introducida en el hormign por pretensado (Mpa)fyk = Lmite elstico del acero (Mpa)

Tipos de pilotesPerforados

(Mpa)Tipo de apoyo

Suelo firme Roca

Entubados 5 6

Lodos 4 5

En seco 4 5

Barrenados (1) 3,5 -Barrenados (2) 4 -

(1) Sin control de parmetros(2) Con control de parmetros

Los valores de la tabla para pilotesperforados son para un hormign HA-25.Para otros hormigones se interpolar.Con control de integridad se puedenincrementar los valores un 25%.


C. OTEO MAZO (Jornadas Tcnicas SEMSIG, AETESS). Pilotes para Edificacin.2001.

El CTE la tensin del pilote se estima entre4 y 5 Mpa. La normativa francesa permite (sinjustificacin) pasar a 5.000 Kpa, eso si,incluyendo el peso propio, cosa que no hacela norma espaola. Segn Carlos Oteo, enlas obras del Metro de Madrid (2000-2003) sehan superado presiones medias de trabajo de5.500 a 6.500 Kpa, con controles de lacalidad y continuidad del hormigonado y delestado de la punta. Por ello propone utilizarun criterio en funcin del dimetro (cuyomayor dimetro permite una mayor limpiezadel fondo) de acuerdo con la grfica adjunta.


12

Al disear un pilotaje es habitual necesitar varios pilotes que se unen entre si en cabeza y conel elemento estructural al que cimientan, mediante un encepado.

Cuando se ejecuta un pilote se altera el estado tensional del suelo en su entorno, pudindoseproducir una serie de efectos colaterales: arrastres de suelo, compactaciones localizadas,variacin de la presin intersticial,.

Si colocamos varios pilotes prximos entre si, puede haber zonas del terreno influenciadas porvarios pilotes a la vez. La consecuencia es que ni la resistencia del conjunto ser igual a lasuma de las resistencias individuales, ni la deformacin del conjunto puede deducirsedirectamente del comportamiento individual del pilote.

Cuando la proximidad entre pilotes provoca esas afecciones decimos que se produce el efectode grupo y nos referimos a ese conjunto de pilotes como a un grupo de pilotes.

Eficiencia del grupo de pilotes (E):Es la razn entre la carga media del grupo de pilotes y el de la carga que tendra el conjuntocomo suma de la carga individual de cada pilote.

CONCEPTO DE GRUPO DE PILOTES

7.- Grupo de pilotes

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