IC P01 Introducción - Pilotes

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ANALISIS DE CIMENTACIONES POR PILOTES 1.- CONSIDERACIONES GENERALES Debido a las limitaciones de tiempo y espacio, en este capítulo se ha dado preferencia al desarrollo de los temas de aplicación más frecuente, tales como los criterios de selección de tipos de pilote y el cálculo de la carga de trabajo en compresión y tracción, y se ha limitado otros temas sólo a los conceptos generales. Asimismo, en los ejemplos que se presentan se han seleccionado pilotes de los tipos más utilizados en nuestro país. 2. USOS DE PILOTES Los principales usos de los pilotes son: Transferir carga a través de agua o de suelo de baja resistencia, a estratos de suelo resistente ubicados

a mayor profundidad. Transferir cargas por debajo de la profundidad de erosión o de licuefacción. Proveer anclaje a estructuras sujetas a fuerzas de levantamiento. Resistir fuerzas horizontales o inclinadas Compactar suelos granulares Proteger estructuras marinas del impacto de embarcaciones. 3. CLASIFICACION DE LOS PILOTES Los pilotes se pueden clasificar en base a diferentes criterios, siendo los principales los siguientes: Por el material con que son construidos Por el método de instalación Por la forma de transferencia de las cargas. Los materiales comúnmente utilizados para construir pilotes son: madera, concreto prefabricado, concreto vaciado in-situ, tubos de acero, perfiles H de acero y combinaciones de los anteriores. De acuerdo al método de instalación, los pilotes se clasifican en hincados, instalados por vibración y excavados (o perforados). A su vez, en arenas el método de instalación por hincado puede ser combinado con inyección de agua (jetting) para ayudar a la penetración del pilote. En cuanto a la forma de transmisión de las cargas, se clasifican en pilotes de fricción y pilotes de punta. Un pilote de fricción es aquel que ha sido instalado en un suelo más o menos homogéneo y que transfiere una parte importante de la carga al suelo que lo rodea por fricción lateral y el resto de la carga por medio de la punta del pilote. En cambio, un pilote de punta es aquel que atraviesa cierto espesor de suelo de baja resistencia y transfiere prácticamente toda su carga a un estrato de alta resistencia ubicado a cierta profundidad; cabe señalar que en el caso de pilotes de punta, normalmente se considera resistencia de punta a toda la carga transferida al estrato de alta resistencia, tanto por fricción lateral en dicho estrato como la punta misma del pilote. 4. METODOS DE INSTALACION DE PILOTES El hincado se efectúa utilizando un martillo que hace penetrar al pilote mediante golpes. El hincado puede efectuarse golpeando la cabeza del pilote, que es el procedimiento normal en los pilotes de madera, concreto prefabricado y acero; en estos casos se coloca un protector en la cabeza del pilote para protegerla de daños debidos al impacto. En algunos tipos de pilotes de concreto vaciado in-situ, previamente se hinca un tubo o forro de acero golpeando un mandril o tapón situado en el extremo inferior del tubo, con un martillo accionado desde la superficie. Los principales tipos de martillos existentes son: De caída libre: Consiste en un peso que se desliza sobre una guía, el cual es levantado mediante un

cable y dejado caer libremente. De acción simple: Consiste en un peso que se desplaza dentro de un armazón, el cual se levanta por

efecto de una presión producida por vapor o aire comprimido que actúa en su extremo inferior. Cuando el peso alcanza determinada altura, se corta la presión del vapor o aire comprimido y el peso cae.

De acción doble (o diferencial): Similar al anterior, pero adicionalmente la caída del peso es impulsada con presión de vapor o aire comprimido que actúa en la parte superior.

Diesel: En el martillo Diesel el peso es un pistón, que al caer comprime el aire en un cilindro en el cual se inyecta combustible Diesel, produciéndose la explosión que impulsa el pilote hacia abajo y el pistón hacia arriba.

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Vibratorio: Consiste de pares de masas excéntricas que giran en sentidos opuestos. El martillo vibratorio se coloca fijo sobre la cabeza del pilote, al que le transmite una vibración que lo hace penetrar.

Existen muchas marcas y modelo de martillos, cuyas características no es posible incluir en este trabajo por razones de espacio. En el cuadro siguiente se presentan algunos ejemplos.

EJEMPLOS DE MARTILLOS Caída Libre – Vulcan Modelo K M P S T V W

WH kg (lb) 272

(600) 363

(800) 544

(1,200) 680

(1,500) 816

(1,800) 1,134

(2,500) 1,361

(3,000) Acción Simple – McKernan-Terry Modelo S3 S5 S8 S10 S14 S20 H m (pulg) 0.91 (36) 0.99 (39) 0.99 (39) 0.99 (39) 0.81 (32) 0.91 (36)

WH kg (lb) 1,361

(3,000) 2,268

(5,000) 3,629

(8,000) 4,536

(10,000) 6,350

(14,000) 9,072

(20,000)

Doble Acción – Raymond Modelo 15M 65C 80C 125CX 150C

E kg-m (lb-pie) 2,074

(15,000) 2,696

(19,500) 3,380

(24,450) 5,616

(40,625) 6,740

(48,750)

WH kg (lb) 2,268

(5,000) 2,948

(6,500) 3,629

(8,000) 6,804

(15,000) 6,804

(15,000)

Diesel – Delmaq

Modelo WH (kg) E (kg – m) D2 220 120 – 250 D4 380 225 – 500 D5 500 1 250

D12 1 250 3 125 D22 2 700 5 500 D30 3 000 3 300 – 7 500 D36 3 600 4 200 – 10 200 D44 4 300 6 000 – 12 000 D55 5 400 8 650 – 16 200

Frecuentemente el hincado de pilotes se combina con inyección de agua (jetting) para facilitar la penetración del pilote. La inyección se efectúa a través de tuberías incorporadas dentro de la sección en los pilotes de concreto prefabricado o sujetas exteriormente en caso de pilotes de madera o tubulares de acero. A través de estas tuberías se inyecta agua a alta presión, que sale por la punta del pilote erosionando el suelo ubicado debajo y luego asciende por la superficie exterior del pilote rompiendo la fricción lateral. La inyección de agua se usa en especial en arenas, en las que el hincado produce compactación, lo que puede ocasionar esfuerzos de hincado excesivos o falso rechazo antes de la profundidad requerida; y con pilotes de madera o concreto prefabricado que son los más susceptibles a dañarse por hincado fuerte. La inyección de agua debe utilizarse con precauciones, ya que erosiona el suelo bajo la punta del pilote y reduce considerablemente la fricción lateral, efectos que deben ser considerados en los cálculos de la capacidad de carga de los pilotes; por esta razón sólo se debe utilizar inyección cuando haya sido especificada por el proyectista. Asimismo, siempre que se utilice inyección, el tramo final debe ser introducido sólo por hincado, para asegurar un apoyo adecuado bajo la punta del pilote. Otra técnica de instalación de pilotes es por medio de perforación. La perforación puede efectuarse a través de un forro de acero, por las técnicas de rotación (diamantina o auger), percusión (cuchara de válvula) o cuchara de mandíbula. Alternativamente, puede perforarse sin el forro, manteniendo la perforación llena de barro bentonítico para estabilizar sus paredes. Usualmente después de concluida la perforación, se construye un pilote de concreto vaciado in-situ.

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5. TIPOS DE PILOTES Se entiende por “tipo de pilote” a una determinada combinación de los materiales que lo forman, del equipo utilizado para su construcción y del procedimiento de instalación. En el cuadro siguiente (cinco hojas) se presentan las principales características de los diversos tipos de pilotes existentes. Esta información ha sido transcrita del Manual de Diseño NAVFAC DM - 7.2 (1986); debe señalarse que si bien algunos de estos tipos de pilote no se encuentran disponibles en nuestro país, se ha considerado conveniente su inclusión ya que su implementación es perfectamente posible. Algunas de las características constructivas de los tipos de pilotes incluidos en el Cuadro 2 son: Madera: Cuando se utilizan pilotes de madera deben tomarse precauciones para evitar daños durante

el hincado, ya que se trata de un material relativamente débil para resistir el impacto; el daño puede ocurrir tanto en la cabeza del pilote por efecto del impacto del martillo, como en la punta si es que se encuentra obstrucciones o se trata de pilotes de punta. Usualmente son poco adecuados como pilotes de punta.

Concreto prefabricado (incluyendo pretensado): Normalmente el diseño estructural está regido por los esfuerzos que se producirán durante la manipulación e izaje de los pilotes antes del hincado. Por esto, en la obra deben izarse en la forma especificada por el proyectista. Asimismo, es necesario seleccionar cuidadosamente el martillo que se utilice para el hincado, de manera que sea suficiente para hincar el pilote hasta el rechazo requerido para desarrollar la carga de trabajo con que ha sido diseñado, pero al mismo tiempo que no sea excesivamente grande y produzca esfuerzos de hincado que pudiesen dañar estructuralmente al pilote. Asimismo, debido a los esfuerzos de hincado, es necesario esperar que se desarrolle la resistencia del concreto, antes de proceder al hincado. Los pilotes pretensados presentan ventajas en cuanto a su resistencia para soportar el izaje y el hincado.

Concreto vaciado in-situ: Existen diversos métodos y patentes para la construcción de pilotes de concreto vaciado in-situ. Los principales son los siguientes: Pilotes inyectados a presión (tipo Franki): La construcción de estos pilotes se efectúa hincando primero un tubo de acero con su extremo inferior cerrado con un tapón de grava compactada; el tapón se forma parando el tubo sobre el terreno, vaciando grava en su interior y golpeándola con el martillo, lo que la compacta y acuña contra el tubo. El hincado se efectúa golpeando el tapón de grava, hasta alcanzar la profundidad especificada si se trata de pilotes de fricción, o el rechazo si se trata de pilotes de punta. Una vez alcanzada la profundidad final de hincado, se sujeta el tubo con cables y se golpea el tapón para que salga; luego se vacía concreto de muy bajo slump a través del tubo y se compacta haciéndolo salir por el extremo inferior del tubo para formar un bulbo de mayor diámetro que el tubo. Después de formado el bulbo, se baja dentro del tubo de acero de refuerzo y se procede a formar el cuerpo del pilote vaciando concreto dentro del tubo, compactándolo con el martillo en capas de no más de 30 cm y levantando el tubo una altura igual a la capa compactada; este ciclo se repite hasta extraer el tubo totalmente. Alternativamente, estos pilotes pueden también construirse dejando perdido el forro de acero, el cual es rellenado con concreto después de formado el bulbo en su extremo inferior. Pilotes con funda delgada hincada con mandril: Estos pilotes se construyen hincando primero una funda delgada de acero, que se hinca por medio de un mandril que acciona en el extremo inferior de la funda. Una vez hincada la funda hasta la profundidad final, ésta se deja en el lugar y en su interior se vacía el concreto. Pilotes con funda hincada sin mandril: Este tipo de pilotes es similar al anterior, pero la funda es de mayor espesor, lo que permite que sea hincada desde su extremo superior. Una vez hincada la funda hasta su profundidad final, se procede a vaciar el concreto en su interior. Pilote perforado con auger: Estos pilotes se construyen extrayendo el suelo desde el extremo inferior de un tubo de acero, el cual se va bajando simultáneamente a la perforación. Una vez alcanzada la profundidad final requerida, se empieza a levantar el tubo y a vaciar simultáneamente concreto en su interior. Alternativamente, la perforación puede efectuarse sin entubarla, manteniéndola llena con barro bentonítico. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se introducen tuberías hasta el fondo de la perforación y a través de ellas se vacía el concreto.

De acero: Pilotes tubulares de acero: Estos pilotes están constituidos por tubos de acero de espesor normalmente entre 5/16 y ½ pulg (7.9 y 12.7 mm), los cuales se hincan en el terreno; el hincado puede efectuarse con la punta inferior cerrada o abierta. Luego, el tubo vacío puede ser el pilote o se puede incrementar su peso y resistencia llenándolo con concreto. También es posible colocar refuerzo adicional de acero en su interior. Perfiles H de acero: Son pilotes utilizados normalmente para transferir carga por punta a estratos muy resistentes, debido a la alta resistencia estructural de estos perfiles.

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TIPO DE PILOTE MADERA CONCRETO PREFABRICADO (INCLUYE PRETENSADO)

Considerar para longitud

9 – 18 m 12 – 15 m para prefabricado 18 – 30 m para pretensado

Especificación material

ASTM D25 ACI 318 para concreto ASTM A15 para acero de refuerzo

Esfuerzos máximos

Medido en el punto más crítico, 84 kg/cm² para pino sureño y abeto Douglas. Ver U.S.D.A. Wood Handbook N° 72 para valores de esfuerzos para otras especies.

Para prefabricado 33% de la resistencia del concreto a los 28 días. Para pretensado

´0.33 0.27c c peF f F (donde peF es el esfuerzo efectivo de pretensado en la

sección bruta)Considerar para cargas de diseño

9 – 45 ton Diseñado específicamente para un amplio rango de cargas.

Desventajas Difícil de empalmar. Vulnerable a dañarse en hincado duro, la punta puede necesitar ser protegida. Vulnerable a desomponerse a no ser que sea tratado, cuando los pilotes son sumergidos intermitentemente.

A menos que sea pretensado, vulnerable al manipuleo. Relativamente alto porcentaje de roturas, especialmente cuando los pilotes son empalmados. Alto costo inicial. Considerable desplazamiento. Pretensado difícil de empalmar.

Ventajas Costo inicial comparativamente bajo. Resistente a descomponerse cuando los pilotes están permanentemente sumergidos. Fácil de manipular.

Alta capacidad de carga. Se puede conseguir resistencia a la corrosión. Hincado duro posible.

Comentarios Muy apropiado para pilote de fricción en material granular. Pilotes cilíndricos apropiados, en particular para resistencia a la flexión. El rango de carga general es de 36 a 360 ton.

Ilustraciones típicas

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TIPO DE PILOTE CONCRETO VACIADO IN-SITU, INYECTADO A PRESIÓN (FRANKI) CONCRETO VACIADO IN-SITU (FORRO DELGADO HINCADO CON MANDRIL)


3 – 18 m 3 – 36 m, pero típicamente en el rango 15 – 27 m


CÓDIGO ACI 318 CÓDIGO ACI 318 para concreto

Esfuerzos máximos

33% de la resistencia del concreto a los 28 días. 630 kg/cm² para el forro tubular, si el espesor es mayor que 1/8” (3.2 mm)

33% de la resistencia del concreto a los 28 días, pudiendo incrementarse al 40% si es que:

a) el espesor del casing es como mínimo gage 14 b) casing es sin costura, o con costura soldada c) la relación del esfuerzo de fluencia del acero a la del concreto a los 28 días es

mayor que 6. d) Diámetro del pilote no mayor que 17” (43 cm)

Considerar para cargas de diseño

55 – 110 ton Diseñado específicamente para un amplio rango de cargas.

Desventajas El bulbo no puede ser hecho en arcilla o cuando se encuentran puntos duros en el suelo penetrado. Cuando se atraviesan estratos de arcilla para alcanzar material apropiado, se requieren precauciones especiales para los fustes si van en grupo.

Difícil de empalmar después de vaciar el concreto. Rehincado no recomendable. El forro delgado es vulnerable durante el hincado a empuje de tierra excesivo o impacto. Considerable desplazamiento.

Ventajas Proporciona medios de construir bulbos (zapatas) de alta capacidad en estrato resistente, sin necesidad de excavar o desecar. Alta capacidad en tracción si se refuerza adecuadamente. Elevada energía de hincado disponible para atravesar obstrucciones.

Economía inicial. Secciones troncocónicas proporcionan capacidad de carga más alta en estratos granulares. Puede ser inspeccionado internamente después del hincado. Acero relativamente menos desperdiciado. Puede ser diseñado como pilote de punta o de fricción, generalmente cargado en el rango de 36 a 90 ton.

Comentarios Muy apropiado para suelos granulares donde la capacidad de carga se alcanza por medio de compactación alrededor del bulbo. Espaciamiento mínimo 1.40 m entre centros.

Muy apropiado para pilotes de fricción de carga media en materiales granulares.


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TIPO DE PILOTE CONCRETO VACIADO IN-SITU (FORRO HINCADO SIN MANDRIL) CONCRETO INYECTADO A PRESIÓN, PERFORADO CON AUGER


9 – 24 m 9 – 18 m


CÓDIGO ACI 318 ACI 318

Esfuerzos máximos

33% de la resistencia del concreto a los 28 días. 630 kg/cm² para forro de tubo, si el espesor es mayor que 1/8” (3.2 mm)

33% de la resistencia del concreto a los 28 días.


45 – 64 ton 32 – 64 ton

Desventajas Difícil de empalmar después de vaciar concreto. Considerable desplazamiento.

Más dependiente de la calidad de la mano de obra que el promedio. No apropiado a través de turba o materiales similares altamente compresibles. Requiere investigación del subsuelo relativamente más detallada.

Ventajas Puede ser rehincado. Forro no se daña fácilmente.

Economía. Completamente no desplazamiento. Mínima vibración de hincado para afectar estructuras adyacentes. Alta fricción lateral. Buen contacto sobre roca para carga de punta. Conveniente para trabajos de calzadura en sitios pocos altos. Inspección visual del material perforado. No requiere empalmes.

Comentarios Muy apropiado para pilotes de fricción de longitud media. Muy apropiado como pilotes de fricción. Ilustraciones típicas

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TIPO DE PILOTE TUBULARES DE ACERO RELLENOS CON CONCRETO ACERO – SECCIONES H


12 – 36 m ó más 12 – 30 m


ASTM A36 para núcleo ASTM A252 para tubo ACI 318 para concreto

ASTM A36

Esfuerzos máximos

630 kg/cm² para tubo 33% de la resistencia del concreto a los 28 días. 840 kg/cm² para núcleo de acero, o acero de refuerzo estructural

840 kg/cm²


73 – 109 ton sin núcleos 455 – 1,364 ton con núcleos

36 – 110 ton

Desventajas Alto costo inicial. Desplazamiento para extremo inferior cerrado.

Sección HP puede ser dañada o desviada por obstrucciones mayores. Vulnerable a corrosión donde expuesto.

Ventajas Mejor control durante instalación. No desplazamiento para instalación con extremo inferior abierto. Extremo inferior abierto mejor contra obstrucciones. Puede ser limpiado e hincado más. Altas capacidades de carga. Fácil de empalmar.

Fácil de empalmar. Disponible en varias longitudes y tamaños. Alta capacidad. Poco desplazamiento. Capaz de penetrar a través de obstrucciones ligeras. Obstrucciones duras pueden atravesarse con protección apropiada en la punta o cuando se requiere penetración en roca blanda.

Comentarios Proporciona alta resistencia a la flexión, cuando un tramo sin soporte es cargado lateralmente.

Muy apropiado para pilote de punta en roca. Reducir capacidad admisible en ubicaciones corrosivas.


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TIPO DE PILOTE PILOTES COMPUESTOS NOTAS GENERALES


18 – 60 m 1. Los esfuerzos dados para pilotes de acero son para sitios no corrosivos. Para sitios corrosivos se debe estimar la posible reducción de la sección transversal del acero, o proporcionar protección contra la corrosión.

2. Las longitudes y cargas indicadas son únicamente guías. Éstas generalmente representan la práctica típica actual; frecuentemente se usan longitudes mayores.

3. La capacidad de carga de diseño debe ser determinada por los principios de la mecánica de suelos, esfuerzos límites en los pilotes, y tipo y función de la estructura.


CÓDIGO ACI 318 para concreto. ASTM A36 para sección estructural. ASTM A252 para tubo de acero. ASTM D25 para madera.

Esfuerzos máximos

33% de la resistencia del concreto a los 28 días. 630 kg/cm² para secciones estructurales y tubo. La misma que para pilotes de madera para compuestos de madera.


27 – 91 ton

Desventajas Difícil de conseguir buena unión entre dos materiales, excepto para compuesto de tubería.

Ventajas Puede proveer longitud considerable con costo comparativamente bajo para pilotes compuestos de madera. Alta capacidad para pilotes compuestos de tubería y sección HP. Inspección interna para pilotes compuestos de tubería.

Comentarios El material más débil utilizado controla esfuerzo permisible y capacidad. Ilustraciones típicas

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6. SELECCIÓN DEL TIPO DE PILOTE En cada caso particular debe buscarse el o los tipos de pilote más apropiados. Tal como se mencionó anteriormente, la selección del tipo de pilote debe tomar en cuenta los siguientes factores: Cargas transmitidas por la estructura Características del subsuelo Materiales existentes en la región Técnicas y equipos de construcción disponibles A partir de estas consideraciones, en cada caso se pueden escoger una o más alternativas razonables acerca del tipo de pilote, las cuales deberán ser pre-diseñadas y la elección definitiva efectuada luego en base a su costo, facilidad de construcción, tiempo de construcción y otros factores de orden práctico. A continuación se mencionan algunas consideraciones de tipo general que se deben tomar en cuenta al seleccionar el tipo de pilote. Capacidad estructural del pilote: Deberá seleccionarse un tipo de pilote compatible con las

solicitaciones a las que los pilotes estarán sometidos, tanto en compresión, tracción, fuerzas horizontales y efecto de columna si tuvieran un tramo libre, de manera que a cada columna o pilar de la estructura le corresponda un grupo de pilotes constituido por un número razonable de pilotes.

Materiales y equipos disponibles: Si bien es posible efectuar transporte de materiales y equipo desde grandes distancias, esto constituye un factor económico de primera importancia que puede obligar a descartar algunas alternativas. Cabe señalar que en nuestro país no se dispone aún de experiencia suficiente ni de normalización para la selección y durabilidad de madera para pilotes, por lo que la utilización de pilotes de madera ha estado limitada principalmente a estructuras temporales en la Selva. Asimismo, no se dispone de los martillos más pesados para el hincado de pilotes, por lo que no es posible el uso de pilotes de acero con cargas de trabajo muy elevadas.

Plazo de obra: El plazo disponible para la ejecución de la obra puede ser en muchos casos un factor decisivo para elegir el tipo de pilote, por lo que se debe tener en cuenta el tiempo requerido para el transporte de los equipos y materiales. Asimismo, en el caso de pilotes prefabricados de concreto se debe tener en cuenta que es necesario esperar que el concreto desarrolle su resistencia antes de proceder al hincado.

Longitud del pilote: La longitud de los pilotes de madera está limitada por la longitud de los árboles de donde éstos se obtienen y normalmente no excede de 10 a 15 m. En el caso de los pilotes de concreto prefabricado, debe elegirse un número apropiado de puntos de izaje en función de su longitud, a fin de evitar que los esfuerzos ocasionados por el peso propio del pilote durante el izaje resulten excesivos. Asimismo, debe tenerse en cuenta la necesidad de cierta área para la cancha de prefabricación, en caso de que su vaciado se efectúe en la obra misma, o el transporte a través de ciudades cuando son fabricados en plantas de prefabricación y transportados a una obra ubicada dentro de una ciudad.

Variaciones de la longitud: Dependiendo de las características del subsuelo en cada lugar, en algunas obras pueden producirse variaciones importantes en la longitud de los pilotes; esto es especialmente susceptible de ocurrir cuando se trata de pilotes de punta, en los cuales el hincado de los pilotes se detiene al alcanzar el rechazo en el estrato resistente. En estos casos, tanto el pilote de madera como el de concreto prefabricado pueden presentar problemas constructivos si es que en el diseño no se han tomado las previsiones pertinentes para las variaciones de longitud. Así, si se requieren pilotes más largos que los disponibles, los empalmes son bastante difíciles de ejecutar, o, en el caso contrario puede ocurrir un desperdicio importante de materiales si es que los pilotes se fabrican con longitudes suficientemente largas para que cubran cualquier condición.

Durabilidad del material bajo las condiciones del lugar: Con respecto a la durabilidad se deben considerar el ataque de micro-organismos a la madera, de los sulfatos y otras sustancias químicas al concreto y de suelos orgánicos al acero.

Método de la instalación y efecto en estructuras adyacentes: Tanto los pilotes hincados como los excavados pueden producir efectos nocivos en estructuras adyacentes; en el primer caso como consecuencia de las vibraciones ocasionadas por el hincado y en el segundo por la descompresión del subsuelo que produce la excavación o perforación. Para evitar los efectos nocivos, puede ser necesario efectuar calzaduras de las edificaciones vecinas. Una forma de minimizar el efecto de las vibraciones, es utilizar pilotes que desplacen un volumen muy pequeño al ser hincados, lo cual solamente se puede conseguir por medio de pilotes H de acero que son de costo muy elevado y su uso generalmente se justifica únicamente cuando se trata de pilotes de punta para soportar cargas muy elevadas.

7. PROCEDIMIENTO GENERAL PARA EL DISEÑO DE PILOTAJES El diseño de cimentaciones por medio de pilotes es un proceso de aproximaciones sucesivas, a partir de soluciones tentativas seleccionadas en base a la experiencia del proyectista y que son luego analizadas

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detalladamente para verificar sus factores de seguridad y asentamientos. Si bien no existe un procedimiento único universalmente aceptado, a continuación se sugiere un procedimiento apropiado: 1. A partir de la estratigrafía del subsuelo se decide el tipo de pilote en relación a la forma de transferencia

de carga, es decir, si se utilizará pilotes de fricción o pilotes de punta. Esta decisión normalmente no depende de una elección del proyectista, sino de la existencia de un estrato bastante más resistente que los sobreyacentes a una profundidad razonable, en cuyo caso se utilizarán pilotes de punta; en caso contrario se utilizarán pilotes de fricción.

2. En función de las cargas transmitidas por la estructura y de las características del subsuelo, se eligen el tipo de pilote y su carga de trabajo tentativa, dentro de los rangos de cargas de trabajo apropiados para cada tipo de pilote. Debe recordarse que la estructura, el pilote y el suelo son elementos en serie, es decir, están sometidos a la misma carga. En consecuencia, si la estructura transmite cargas elevadas y el suelo posee suficiente resistencia, lo usual es utilizar pilotes con carga de trabajo elevada. Por el contrario, si la estructura transmite cargas bajas o el suelo no es muy resistente, es necesario utilizar pilotes con cargas de trabajo baja.

3. Se efectúa el dimensionamiento de los grupos de pilotes y el diseño estructural de éstos; el diseño

estructural debe tener en cuenta todas las solicitaciones a las que los pilotes van a estar sometidos y entre las cuales se deben incluir: cargas transmitidas por la estructura (compresión, tracción y fuerza horizontal), tanto en condiciones

permanentes como eventuales; efecto de columna en caso de que los pilotes tengan un tramo al aire libre o en agua; esfuerzos de izaje en caso de tratarse de pilotes de concreto prefabricado; en estos casos se deberá

considerar en el proyecto el número de puntos de izaje y la posición de éstos. esfuerzos producidos en el pilote durante su hincado, en los casos en que se trate de pilotes de

madera, concreto prefabricado o acero. Para calcular los esfuerzos de hincado es necesario, previamente, conocer el martillo que se utilizará.

4. Se calcula la capacidad de carga del suelo para soportar las cargas transmitidas por los pilotes. Cuando se trata de pilotes de fricción, la capacidad de carga del suelo se determina por medio de fórmulas estáticas, que consideran la resistencia del suelo por adherencia o fricción en el área lateral del pilote y la capacidad de carga en la punta. Habiéndose elegido tentativamente en los pasos (1) a (3) la carga de trabajo del pilote, su sección transversal y el dimensionamiento de los grupos de pilotes, la fórmula estática permite determinar la longitud de los pilotes para obtener un factor de seguridad apropiado. Por otra parte, cuando se trata de pilotes de punta, la longitud de los pilotes está condicionada por la estratigrafía del subsuelo y por la profundidad del estrato resistente donde deben alcanzar el rechazo. Una vez que el pilote comienza a penetrar en el estrato resistente, su capacidad de carga aumenta muy rápidamente en función de dicha penetración; por esto, para alcanzar una determinada capacidad de carga con un pilote de punta instalado por hincado, es generalmente suficiente diseñarlo estructuralmente para resistir dicha carga e hincarlo con un martillo apropiado. En estos casos la resistencia del suelo se calcula por medio de una fórmula dinámica (fórmula de hinca), en función de la energía proporcionada por el martillo utilizado para el hincado y del rechazo (penetración por golpe al final del hincado) que debe alcanzarse para desarrollar la carga de diseño.

Un caso especial lo constituyen los pilotes de punta instalados por medio de perforación y vaciados in-situ, en los cuales la capacidad de carga se calcula por la fórmula estática.

5. Se calculan los asentamientos que ocurrirán en el suelo, como consecuencia de las cargas transferidas

por los pilotes, los cuales se comparan con los asentamientos tolerables por la estructura. Los pasos 2, 3, 4 y 5 son iterativos y deben repetirse hasta conseguir un diseño que proporcione factores de seguridad adecuados y asentamientos menores que los tolerables. Este proceso se repite para las alternativas de solución que se tomen en cuenta, las cuales pueden consistir en pilotes de distintos tipos o en distintas dimensiones de pilotes y de grupos de pilotes, hasta encontrar la solución que se considere óptima para el caso particular. Lima, marzo de 2012

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