geotecnia

1. UNIVESIDAD PRIVADA DE TACNA
ESCUELA DE POSTGRADO EN MENCIÓN
EN GEOTECNIA
TRABAJO Nro. 4
TEMA: DISEÑO DE CIMENTACIONES EN PILOTES
Y LOSAS DE CIMENTACIÓN
GRUPO Nro. 2
INTEGRANTES:
● Escobar Zamora Nalali
● Huamán Romero José
● Hilario Fabián Henry
● Landa Jaime Javier
● Espinoza Chamaya Isabel
● Ordoñez Camposano Vladimir

2. INTRODUCCIÓN
El proceso de las cimentaciones es uno de los más importantes en las obras civiles. Puede
conllevar a tener un gran ahorro en la construcción si se diseña correctamente la
cimentación del proyecto, ya que se ven muchos casos en los que varios tipos de proyectos
fallan por las cimentaciones o se asientan más de lo que deberían debido a un mal o pobre
estudio del suelo el cual conlleva a realizar un mal cálculo de la cimentación y estos errores
elevan el costo del proyecto.
El elemento estructural que transfiere una carga al suelo se denomina cimentación.
Para cualquier proyecto que requiera diseño y construcción de cimientos, la primera
pregunta que se debe responder es si es que necesita una cimentación superficial o
profunda. Las cimentaciones profundas son utilizadas cuando el suelo, que va a recibir la
carga transmitida de toda la estructura, no es suficientemente resistente, por lo que es
necesario transmitir las cargas a un suelo o roca con mayor resistencia.
El uso de pilotes generalmente se da cuando hay que resistir una carga vertical,
pero existen otros casos en donde la carga horizontal toma importancia como, por ejemplo:
las olas del mar, la fuerza horizontal del viento y los altos esfuerzos en las zonas de riesgo
sísmico. Estas solicitaciones, que producen cargas laterales importantes que pueden llegar
a comprometer el diseño del pilote, normalmente se encuentran en edificios altos, bases de
puentes, estructuras de contención, torres de energía eléctrica, estructuras off-shore, entre
otras.

3. DISEÑO DE PILOTES
1.- GENERALIDADES:
Para el presente trabajo de diseño de pilotes, consideraremos un suelo arenoso de
capacidad admisible del terreno baja, de tal manera que escogeremos pilotes de acero
hincado en arena.
Tambien debemos indicar, que de acuerdo a su longitud y cargas máximas habituales de
distintos tipos de pilotes (Valor de Diseño)
TIPOS DE PILOTES
1.2.- JUSTIFICACION:
En el medio existe gran cantidad de suelos problemáticos, los cuales presentan dificultades
para soportar las grandes cargas tanto verticales y horizontales a las que se les solicita, por
lo que se buscan nuevas formas de cimentación. Los pilotes que son parte de las
cimentaciones profundas, se presentan como una alternativa de solución frente a esta
problemática.
El Perú es un país con alto riesgo sísmico, entonces una edificación, al vibrar,
generara una fuerza inercial sobre la cimentación, por lo que no existe edificación en el
Perú cuyos cimientos no sevean afectados por cargas horizontales generadas por el sismo.
Frente a las condiciones propuestas, se determina que los ensayos de carga de los
pilotes se dan por las siguientes razones: Para probar de que la falla no ocurre antes que
las solicitaciones del pilote, obteniendo un mejor factor de seguridad. Para determinar la
capacidad de carga última y compararla con los valores teóricos. Para determinar los
desplazamientos y asentamientos admisibles del pilote en la región donde está la carga
actuante. Y finalmente para indicar la rigidez estructural del pilote.
1.3.- Alcance
El alcance del presente trabajo abarca el desarrollo de una propuesta unificadora de los
artículos que comprende la estimación de la presión o carga admisible en las normas

4. peruanas E.030, E.050 y E. 060. En este sentido, se realizará un análisis comparativo y
profundo de los criterios considerados para la formulación de dichos artículos en base a
información recolectada de referencias bibliográficas y entrevistas a profesionales
competentes que formaron parte de la realización de cada una de las normas ya
mencionadas.
Se busca que el trabajo investigativo sirva como una referencia a futuro para
encontrar una solución unificadora en los artículos que comprende la estimación de la
presión admisible según las normas peruanas E. 030, E. 050 y E.060.
1.4.- Objetivos
Generales:
▪ Analizar los criterios de la presión admisible del suelo, mediante un análisis correlacional
expuesto en las normas E.030, E.050 y E.060, sustentado en las normas de edificaciones
de Chile, Costa Rica, México y Estados Unidos. Específicos:
▪ Identificar los criterios considerados con respecto a la magnitud de la presión admisible
determinadas de acuerdo a las normas E.030, E.050 y E.060.
▪ Comparar las discordancias entre las normas E.030, E.050 y E.060 en lo referido a la
presión admisible
▪ Analizar la normativa internacional (Chile, Costa Rica, México y Estados Unidos) y
comparar sus consideraciones en el cálculo del diseño geotécnico con las normas
peruanas, así como la unicidad de los conceptos
▪ Formular una propuesta unificadora con respecto al valor de la presión admisible que
indican las Normas Técnicas Peruanas.
1.5.- Metodología
En el presente trabajo se analizará la información referente a la presión admisible del suelo
encontrada en las Normas Técnicas E.030, E.050 y E.060 del Reglamento Nacional de

5. Edificaciones. Luego, en caso de corroborarse discordancias, se buscarán las
justificaciones de los artículos referentes revisando publicaciones complementarias y
recopilando la información necesaria mediante entrevistas a miembros del comité que
participaron en la elaboración de dichas normas. Para buscar posibles soluciones, se
revisarán normas internacionales para estudiar cómo estas unifican su información para
que no haya incompatibilidades y además, se comparará el método empleado para el
cálculo de la presión admisible entre los países estudiados para así hacer una valoración
respecto a los resultados obtenidos. Finalmente, se propondrán modificaciones en las
normas nacionales con el fin de compatibilizar los artículos referidos al tema de
investigación.
2. ESTADO DEL ARTE
2.1. Capacidad de carga última
Alva, J. (2012) define la capacidad de carga última o presión última como una variable
geotécnica que evidencia lo que comúnmentese conoce comola capacidad portante última
del suelo. A la cual es posible llegar mediante una serie de consideraciones geotécnicas
que están en relación conel tipo de suelo, características geológicas-mecánicas del terreno,
condiciones de carga, forma del cimiento, profundidad de cimentación, entre otros.
2.2. Parámetros geotécnicos de la presión admisible
Dentro de la distinción entre suelos cohesivos y granulares se mencionan los siguientes
parámetros como cualidades intrínsecas de cada tipo los mismos que son necesarios para
determinar la presión admisible de un suelo.
Para el caso de un suelo granular, se tienen en cuenta los siguientes:
- Compacidad del terreno:
Es una cualidad asociada al suelo que representa el nivel de compactación que tiene. Por
lo general, se trata de medir la resistencia que opone el terreno a ser penetrado por una
barra o elemento con punta mediante golpes sucesivos al cual está asociado una energía
de aplicación y su correlación respectiva con un determinado número de golpes aplicado
(Juares, E., Rico, A., 2005).
- Módulo de elasticidad del suelo:

6. De acuerdo a Braja M. Das (2001), la presente variable trata de demostrar mediante el
principio de Hooke la relación entre esfuerzos y deformaciones que ocurre en el suelo por
acción de los cimientos. Dicha relación depende también del tipo de suelo al cual describe,
pues en caso de tipos granulares su valor se incrementa a mayor profundidad.
- Ángulo de rozamiento interno
El ángulo de fricción es uno de los parámetros que mejor define a suelos granulares y que
considera la forma, tamaño y disposición de los granos. Denominado también ángulo de
reposo, este representa la pendiente o el ángulo que forma el material cuando se encuentra
en reposo sobre una superficie horizontal. En semejanza a la correspondencia de la
cohesión al suelo cohesivo, el ángulo de fricción es al suelo granular debido a que
representa el nivel de cohesión que existe entre partículas componentes de este material
en un estado inerte o reposo (Juares, E., Rico, A., 2005).
- Coeficientes de capacidad de carga (Nq, Nc, NƔ)
Este conjunto de ecuaciones muestra el efecto que se produce sobre el terreno por las
cargas aplicadas y los factores que definen a estos (ángulo de rozamiento interno). La
presencia de estas variables da a conocer el accionar sobre el suelo de la sobrecarga
mediante Nq, correspondiente a la cohesión Nc y en relación a la fricción con NƔ (Braja M.
Das, 2001).
- Factor de corrección por forma (sq, sc, sƔ)
Las variables de corrección por forma son un conjunto de expresiones que incluyen
aspectos relacionados con la forma de los cimientos. Estas ecuaciones son el producto, al
igual que los coeficientes de carga, de múltiples ensayos experimentales e investigaciones
(Braja M. Das, 2001).
- Factor de corrección por inclinación (iq, ic, iƔ)
Estos factores intentan corregir los efectos de la inclinación de las cargas mediante
expresiones matemáticas en función del ángulo entre la carga horizontal, vertical y el ángulo
de rozamiento interno (Braja M., 2001).
- Cohesión
La cohesión es una propiedad que describe a los suelos cohesivos. Esta es interpretada
como la capacidad de atracción que existe a nivel molecular en este 7 tipo de suelos,

7. además de tener el comportamiento físico similar a masas cementantes (Juares, E., Rico,
A., 2005).
CLASIFICACION DE CIMENTACIONES
Existen dos tipos de cimentaciones, las cuales son superficiales y profundas. A
continuación, se presenta un esquema acerca de ellas y la variedad que incluyen.

8. Pilotes
Son elementos en forma de columna que funcionan como una cimentación de pequeña
sección transversal. Son caracterizados por soportar grandes esfuerzos de compresión y
cargas horizontales. Además, su función principal es la de transferir la carga de una
estructura a través de un estrato débil o agua a un suelo más resistente o roca. Otra utilidad
de los pilotes es para mejorar las condiciones físicas del terreno. Por otro lado, a pesar de
que la capacidad admisible del suelo sea buena, también se pueden utilizar pilotes, pero
como elementos de sostenimiento de terreno en procesos constructivos (pantalla de
sostenimiento). En general son utilizados individualmente o en grupo, para este último caso
son unidos por un bloque de concreto en la parte superior. Estos pueden ser de distintos
materiales: madera, acero, concreto pre-fabricado, concreto vaciado in situ o una
combinación de estos.
· Pilotes de madera
Son los pilotes más antiguos en el mundo debido a su simplicidad, relativa seguridad y bajo
costo. Su longitud está limitada por la altura de los árboles. No pueden soportar muchos
esfuerzos de hincado sin sufrir daño, estos pueden reducirse si se refuerza la punta con un
revestimiento de acero. Debido a este problema, la carga que soporta es limitada en 25
toneladas o menos.Los pilotes de madera deben de reunir las siguientes condiciones: · Ser
de madera sana y de clase que resista el hincado y cortados sobre la parte más alta del
terreno en que se encuentra el árbol. · Libres de dobleces, nudos grandes o sueltos,
abolladuras, rajaduras y podredumbre. · Ser lo más rectos posibles y que adelgacen
uniformemente de la cabeza a la punta. 11 Los tipos de madera presentes en el Perú con
los cuales se podrían diseñar pilotes según el “Manual de diseño para maderas del grupo
andino” se muestran en la tabla 2.1.
· Pilotes de concreto
Estos son los pilotes más comunes en el mundo. Existe una gran variedad de pilotes de
concreto, estos se pueden clasificar básicamente en dos: vaciados in situ y prefabricados,
estos dependen del tipo de construccióny el espacio que setenga dentro de ella. Los pilotes
vaciados in situ pueden utilizar camisas metálicas o fluidos para evitar el desmoronamiento
del terreno. Para el primer caso en el que se usan ademes (forro o tubo metálico delgado),
estos se pueden dejar en el terreno o extraer mientras se vacía el concreto. Para el

9. segundo, los fluidos cumplen la misma función que los revestimientos metálicos: evitar el
colapso del terreno, estos pueden ser lodos bentoníticos, lechada de cemento u otros
polímeros. Estos elementos requieren la extracción del suelo previa a su instalación, este
proceso se puede realizar con barreno u otros instrumentos mecánicos. De otro modo, los
pilotes Franki también son vaciados in situ; sin embargo, no requieren una excavación
previa, pues la instalación de su camisa de protección se realiza por un proceso de hincado
que compactael terreno ya que esta tiene en su base un tapón que será expulsado una vez
alcanzada la profundidad requerida. En la actualidad, se tiene una amplia gama de patentes
para la fabricación de estos elementos, tales comoel sistemaMechanical Auger, Prestcore,
Franki, Raymond, etc. No obstante, no se cuenta con todos estos procedimientos en el
territorio nacional, es por ello que solo se describieron los disponibles dentro del desarrollo
de este documento. Por otro lado, se cuenta con pilotes prefabricados, los cuales deben
reforzarse para soportar el transporte y colocación del mismo mediante el hincado, estos
pueden ser de una longitud ya establecida o seccionados. Asimismo, los pilotes
prefabricados pueden ser pretensados, estos tratan de reducir las grietas debidas al manejo
e hincado del pilote, además de proporcionar mayor resistencia a esfuerzos por flexión y
compresión.
Estas estructuras de concreto pueden llegar a deteriorarse por altas concentraciones de
magnesio o sulfato de sodio y en menor proporción en los pretensados debido a la
disminución de grietas. Son muy duraderos contra incendios y en situaciones en las que
estén sumergidos en sustancias mencionadas anteriormente si es que en su construcción
se utilizó cemento portland tipo V (con bajo contenido de aluminato tricálcico menor a 5 por
ciento) tal como se indica en la tabla 4.4 de la Norma E.060 de Concreto armado.
· Pilotes de acero
Los pilotes de acero en el Perú seemplean en menor proporción comparados con los pilotes
de maderay concreto. Sin embargo, no por ello dejan de sercomercializados.Estos pueden
ser empleados comotubos de acero hincados que luego pueden ser vaciados con concreto,
arena o grava; también existen los de sección H en caso las condiciones lo requieran, ya
que penetran fácilmente y pueden llegar a estratos de gran capacidad de carga. Existe la
posibilidad de generarse dobleces en los pilotes debido a excesivos esfuerzos de hincado,
por lo que deberán ser reforzados en la punta. Durante su hincado se deberá tener mucho
cuidado para que estos se coloquen en la posición correcta según las especificaciones.
Para el caso de los tubos de acero estos pueden ser hincados con el extremo abierto y
tienen que ser limpiados previo al vaciado de concreto, aquellos con el extremo inferior
cerrado son más comunes, ya que no albergan material dentro de él durante el proceso de
hincado mientras que los de extremo abierto sí. Los problemas que se pueden presentar

10. generalmente son los de corrosión en el caso de rellenos en los que quede atrapado aire,
para este caso los pilotes de acero son revestidos para evitar la oxidación. Estos son más
vulnerables en la zona superior al nivel del suelo y al estrato inmediatamente inferior debido
al ataque de sales en casos de mareas de agua de mar. Son muy convenientes para ser
hincados en terrenos duros y hasta roca blanda. Tienen las siguientes ventajas: ü Se
pueden obtener en longitudes según las necesidades de construcción. ü Las uniones
desarrollan toda su resistencia a la compresión y el 100% de la resistencia a la flexión se
obtiene por soldadura.
Dado su pequeño desplazamiento del terreno al hincarlos, son los únicos que se
pueden hincar a la profundidad deseada sin necesidad de recurrir al jetting1. Se pueden
hincar muy próximos a estructuras existentes ya que producen pequeños desplazamientos
y vibraciones en el terreno. ü Se utilizan para resistir grandes esfuerzos laterales, para el
caso de sismos su resistencia a la flexión es de gran valor. Suelen necesitar menor espacio
para su transporte y almacenaje que los de madera o concreto prefabricado. Al igual que
los pilotes de concreto, poseen inmunidad a los ataques de los animales marinos, termitas
y podredumbre.
CONDICIONES GENERALES
1.- Información previa
Según la Norma E.050 de Suelos y cimentaciones en su artículo 3.1.f existe la
obligatoriedad de realizar un estudio de mecánica de suelos (EMS) en proyectos en los que
se requiera el uso de cimentaciones profundas. Para este estudio se proporcionarán los
siguientes documentos:
· Del terreno a investigar
- Plano de ubicación y accesos.
- Plano topográfico con curvas de nivel.
· De la obra a cimentar
- Características generales (uso, número de pisos y sótanos, área, tipo de
estructura, modelos de la estructura en sí detallada).
- Cargas transmitidas a la cimentación o Movimientos de tierras ejecutados y
previstos.

11. · Datos generales de la zona
- Datos de los terrenos colindantes
- Posibilidad de existencia previa de algún EMS
· Datos de las edificaciones adyacentes
- Características generales
- Características generales
Todos estos aspectos que se requieren deben ser analizados detalladamente por el
ingeniero responsable, los cuales se explican en el ítem 3.5 del presente estudio.
2.- Técnicas de investigación de campo
- Calicatas: excavaciones de pequeña profundidad que detallan el perfil
estratigráfico, por lo general estas indican el nivel freático encontrado, el
nivel de roca o estrato resistente y además recomienda una profundidad
mínima de cimentación.
- Auscultaciones: procedimiento por el cual se evalúa en qué condiciones se
encuentra una infraestructura cuando está en uso o en condiciones de
estarlo sin interferir con los usuarios.
3 Ensayos in situ y de laboratorio
Por otro lado, estos ensayos deben considerar la profundidad mínima requerida “p” que
indica la norma E.050 de Suelos y cimentaciones, la cual detalla lo siguiente:

12. � = �� + ℎ + z
Dónde:
Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno
hasta el extremo de la cimentación profunda (pilote, pilares, etc.). En edificaciones con
sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el extremo de
la cimentación profunda.
h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno
natural.
z = 6 metros, en el 80 % de los sondeos y 1,5 B, en el 20 % de los sondeos, siendo B el
ancho o diámetro de la cimentación, delimitada por los puntos de todos los pilotes o las
bases de todos los pilares.
4.- Resultados del EMS
Una vez culminados con las exploraciones y ensayos necesarios, el ingeniero responsable
del EMS deberá indicar el tipo de cimentación necesaria para la estructura. Además, este
deberá mostrar:
· Estrato de apoyo de cimentación y profundidad de cimentación.
· Presión admisible de todos los estratos.
· Carga de rotura al corte de la cimentación.
· Asentamientos diferenciales y totales.
· Factores de seguridad.
· Agresividad del suelo.
· Perfil estratigráfico del suelo.
· Descripción de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos que se encuentren.
· Variación del nivel de napa freática
· Parámetros sísmicos (S y Tp)

13. · Resultados sobre la potencialidad de licuefacción del suelo
5.- Criterios para la elección de cimentaciones
A continuación, se describen los criterios más importantes para tener en cuenta al momento
de escoger el tipo de cimentación que se requiera en un proyecto determinado en base al
Capítulo 8 “Criterios para la elección de cimentaciones” del autor José María Rodríguez
Ortiz en la publicación “Curso Aplicado de Cimentaciones”, 1989.
La elección del tipo de cimentación dependerá tanto de los aspectos geotécnico y
estructural como el económico de modo que sea un proyecto viable. Los estudios
anteriormente mencionados nos ayudan a definir la cimentación más aconsejable; sin
embargo, estos estudios no son del todo certeros ya que los valores que se obtienen son
aproximaciones y esto se debe a los distintos errores que se arrastran en el transcurso de
la tomade datos en campo, alterar la muestraoriginal debido a la manipulación de la misma,
además es importante considerar que el terreno es un producto de la naturaleza y como tal
es muy complejo a diferencia de los materiales que se producen en la industria de la
construcción. Debido a esto existe una amplia variedad de soluciones que hacen no tan
fácil la decisión de optar por la mejor cimentación y solo con ayuda de la experiencia en
campo se sabrá cuál de todas será la estructura más adecuada. A continuación, se
explicarán los factores que ayudan a determinar la elección del tipo de cimentación
necesaria sin pretender crear un patrón a cumplir debido a los motivos anteriormente
mencionados.
MARCO DE REFENCIA
Los pilotes de acero, son cada vez más utilizados en el mundo debido a su bajo peso y fácil
maniobrabilidad además de que por suárea muy pequeña son muchomás fáciles de hincar,
sobre todo en zonas costeras y en general en materiales granulares. Esta misma
característica hace que el desplazamiento de volúmenes de suelo sea reducido, de tal
manera que se evita el rehincado de pilotes debido a que la hinca produce que los pilotes
vecinos tiendan a salir. A nivel internacional, este sistema es comúnmente implementado
en todo tipo de proyectos, tanto en la construcción industrial como en edificios de múltiples
pisos, puentes, viaductos, puertos, torres de transmisión, estructuras de contención, etc.
Para el diseño y las consideraciones que se deben tener con el trabajo, se tendrá
como fuente de información el “MANUAL DE PILOTES METÁLICOS”
1.- Marco teórico

14. De acuerdo a su forma de trabajo los pilotes se pueden clasificar como de punta, fricción o
punta y fricción, de acuerdo a la fuente dominante de resistencia.
o Pilotes de Punta
Cuando un pilote debe alcanzar un estrato de apoyo de resistencia considerable en
comparacióna los estratos superiores, tiene de todas maneras aportes a la resistenciatanto
por punta como por fricción. Teniendo en cuenta que para movilizar la resistencia por
fricción se requiere desplazamiento relativo entre el pilote y el suelo y que la rigidez del
suelo por encima de la punta seria relativamente baja, como para que se allá justificado
buscar como apoyo un estrato inferior, podríamos asumir que las curvas esfuerzo
deformación de ambas fuentes de resistenciaserian similares a la de la Ilustración 1. Pilotes
por punta. Fuente: (Garza Vásquez, 2000), como puede apreciarse, para que se desarrolle
la resistencia última a fricción se requeriría que el pilote falle en la punta. En otras palabras,
las resistencias máximas por punta y fricción no corresponden a la misma deformación. La
única forma de sumar las resistencias de punta y fricción es hacer una prueba con un pilote
en el que el fuste y la punta tengan deformaciones independientes, de manera que cuando
penetre la punta la funda exterior no se mueva y cuando se hinque la funda exterior la punta
no se mueva, de esta manera se podrían obtener las curvas de esfuerzo deformación
distintas para cada fuente de resistencia, y por lo tanto sumar a la resistencia máxima en la
punta la proporción correspondiente de resistencia a fricción para la deformación de ruptura
en la punta, entonces aplicar el consiguiente factor de seguridad. Puesto que este tipo de
prueba no es frecuente, una hipótesis simplificadora conservadora y quizás no muy alejada
de la realidad seria despreciar el efecto de la fricción y considerar que el único aporte de
resistencia corresponde a la punta del pilote.
o Pilotes de Fricción
Si el pilote esta embebido en su totalidad en un estrato de baja a media rigidez, sin alcanzar
un estrato que aumente su rigidez drásticamente,el aporte de la fricción en el fuste aplicado

15. sobre el área lateral del pilote es considerablemente mayor que el aporte de la resistencia
por punta aplicada a un área relativamente pequeña. En este caso (ver Ilustración 2. Pilotes
por fricción. Fuente: (Garza Vásquez, 2000)), el que puede despreciarse es el efecto de la
punta, ya que al nivel de deformaciones que se requiere para alcanzar la resistencia a la
fricción, el aporte de la punta puede despreciarse.
o Pilotes de Punta y Fricción
En el casoen el que el pilote este empotrado una longitud apreciable en el estrato resistente
implica que dado que la resistencia a fricción en la zona de empotramiento se desarrolle en
el mismo material de la punta, se puede considerar la suma de los aportes de punta y
fricción, pero únicamente en la zona de empotramiento, ya que como en el caso de los
pilotes de punta, la fricción en un suelo de poca rigidez puede despreciarse. Este caso se
muestra en la Ilustración 3. Pilotes por punta y por fricción. Fuente: (Garza Vasquez, 2000)
2.- Marco Metodologico
En esta sección se presentan conceptos y elementos que son importantes para el diseño
de los pilotes metálicos. Para esto se tendrá como referencia principalmente la NBR
6122/1996 de la ABNT (Asociación Brasilera de Normas Técnicas) ya que en Peru es difícil
encontrar estudios técnicos sobre el uso de este sistema, mientras que en Brasil se ha
avanzado al respecto, por lo que la mayor parte de la bibliografía consultada proviene de
este país.

16. o Perfil
Para la selección del perfil metálico a utilizar como pilote se debe analizar con anterioridad
aspectos importantes como: si los pilotes van a trabajar por punta o por fricción. En el caso
de que los pilotes trabajen por punta se debe tener en cuenta que se necesitatener la mayor
área posible en la base para que la superficie de contacto con el material del suelo que va
a recibir el pilote sea la mayor posible. Para esto, se puede adaptar piezas de metal que
cumplen la función tanto de proteger la punta en el momento del hincado como de generar
más superficie de contacto.
Para el cálculo de del área de la sección transversal en pilotes H, I o tubular, se debe tener
en cuenta tanto el área del perfil como el área del tapón del suelo como se muestra en la
Ilustración 5. Área de la sección transversal de los pilotes metálicos. Fuente: (Das, 2001).
AREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL DE LOS PILOTES

17. En el manual de pilotes metálicos de la empresaGerdau (2015) se aclara que se debe tener
en cuenta para el cálculo del área de la sección transversal, la consistencia del suelo, es
decir:
Para los casos donde el suelo se encuentre caracterizado entre “muy blando” y “blando”.
El área de la punta es igual a:
Para los casos donde el suelo se encuentre caracterizado entre “medio” y “firme”. El área
de la Punta es igual a:
Para los casos donde el suelo sea de consistencia “muy firme” o “dura”,El área se calcula
como:
�� = �� ∙ ℎ
En el caso cuando las pilas trabajan por fricción es recomendable el uso de pilotes con
secciónen I o H de acero al carbono de alta resistencia,estos tienen la capacidad de resistir
fuerzas axiales y momentos flectores. Estos perfiles son te tipo WF,es decir tienen sus alas
paralelas, a diferencia de los perfiles IPN en los cuales el espesor de las alas es variable
como se muestra en la Ilustración 7. Perfiles WF e IPN.

18. En Perú estos se encuentran en longitudes de hasta 12 m y tienen diversos usos en la
ingeniería civil como por ejemplo, en edificaciones, para pórticos, cerchas, vigas, viguetas,
riostras, columnas, soportes, etc.
Donde:
��: Ancho del Patín
�: Altura de la sección trasversal del perfil
��: Espesor del ala (Patín) del perfil
��: Espesor del alma del perfil
�: Repique
o Corrosión

19. La RAE define corrosión como la destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción
de agentes externos, persista o no su forma. En la Ilustración 10. Pilote metálico de más de
20 años. Fuente: (Gerdau Corsa, n.d.) se muestra un pilote de que tiene más de 20 años
enterrado. La durabilidad de los pilotes en acero ha excedido todas las expectativas
teóricas, desde hace más de 120 años se vienen utilizando estos elementos y su respuesta
ha sido buena, especialmente en suelos agresivos o contaminados con químicos, no existe
ningún caso en la literatura donde se relate una reducción de la capacidad estructural
causada por este fenómeno. (Gerdau Corsa, n.d.)
Para que se presente corrosión en el acero es necesaria la presencia tanto de agua
como de oxígeno, y aunque es frecuente encontrar agua en los suelos, normalmente no
hay cantidades considerables del gas, por lo que el acero no se corroe fácilmente. Otras
propiedades de los suelos, tales comodrenaje, resistividad eléctrica o composiciónquímica
no son de gran valía en la determinación de la corrosividad. (Gerdau Corsa, n.d.)
Para considerar este factor, se debe hacer una reducción al perímetro del perfil de
1,0 mm debido a la corrosión preconcebida por la NBR 6122 / 1996ª, lo que implica una
reducción del área de la sección trasversal obteniendo un área neta (�� ′).
o Dimensionamiento estructural
Pandeo

20. Se define como una deformación excesiva hacia los costados de un elemento sometido a
compresión, se presenta en elementos esbeltos. En pilotes que se encuentran totalmente
enterrados, no suele ocurrir pandeo por lo tanto solo se debe revisar este fenómeno en los
pilotes que sobrepasan el nivel del terreno, considerando una eventual erosión del suelo o
que este sea muy blando.
Capacidad de carga estructural
La carga estructural admisible según la NBR 8800 se puede calcular como:
Donde:
�: Carga estructural admisible del pilote
��: Coeficiente de ponderación de las resistencias
��: Coeficiente de ponderación de las acciones
�: Coeficiente de reducción por pandeo (sin pandeo � = 1)
�: Reducción en la capacidad global del elemento
�� ′: Área neta de la sección trasversal del perfil
��: Límite de fluencia del acero

21. Según la NBR 8800, las secciones que cumplen con la estabilidad local, se pueden
considerar totalmente efectivas por lo tanto � = 1.0. Para verificar estabilidad local se utiliza:
Donde:
�: Módulo de elasticidad del material del pilote
�′: Altura efectiva del alma
Los perfiles que se utilizarán para el estudio atienden la estabilidad local por lo tanto (� =
1.0)
El valor obtenido de la fórmula de carga estructural admisible debe ser menor o igual a la
carga geotécnica admisible.
o Capacidad de carga geotécnica
La carga estructural admisible corresponde a la resistencia estructural del pilote. Por lo
tanto, se debe buscaruna longitud de pilote tal que el suelo sea capaz de resistir esta carga.
Los distintos casos de este fenómeno se muestran en la Ilustración 11. Capacidad de carga
geotécnica. En el primer caso se analizan dos perfiles de igual sección trasversal y distinta
profundidad; se ve que el que alcanza mayor profundidad tiene más capacidad de carga.
En el segundo caso se muestran dos perfiles de sección trasversal distinta e igual
profundidad; se evidencia que el que tiene mayor sección transversal soporta mayor carga.

22. La capacidad de carga geotécnica se calcula como:
.
�� = �� + ��

23. �� = � ∗ �∆� ∗ ��
�� = �� ∗ ��
Donde:
��: Capacidad de carga geotécnica
��: Capacidad de carga por fricción lateral a lo largo del fuste del pilote
��: Capacidad de carga debido a la punta del pilote
�: Perímetro de la sección trasversal del pilote en el tramo
∆� ∆�: Espesor del estrato de suelo
�� : Factor de adhesión suelo-pilote
��: Área de la punta del pilote
��: Factor de carga por punta
En algunas fuentes bibliográficas las variables están simbolizadas con otras letras.
Los factores �� y �� son los que dependen de los parametros del suelo ya que el resto
de variables son geometricas y dependen del perfil de acero.
Para alcanzar economía en el diseño se debe optimizar este cálculo, teniendo presente que
tanto el área transversal como la profundidad son determinantes para el diseño.
o Empalmes de los perfiles
Como se mencionó antes, en Colombia las longitudes comerciales de los perfiles en acero
son hasta los 12 m, esto implica que para muchos casos donde el diseño requiera un pilote
de más de 12 se deba realizar una unión entre los perfiles.

24. También en los casos donde los pilotes son de sección decreciente en profundidad se debe
realizar el empalme entre los perfiles.
Diseño de las cimentaciones para el caso de estudio usando
pilotes metálicos
DISEÑO DE PLATEA DE CIMENTACION
1.0.- ANTECEDENTES. -

25. La finalidad de esta investigación, es realizar un diseño de platea de cimentación para un
terreno en el sector Santa Margarita de la Ciudad de Piura, ya que este lugar cuenta con
baja capacidad portante, la cual conlleva a realizar estudios geotécnicos que puedan dar
resultados óptimos para la buena construcción de un edificio de 3 pisos. Asimismo, el
terreno escogido presenta posibles irregularidades en los estratos que podrían causar la
deformación del terreno, pudiendo crear asentamientos, desplazamientos horizontales y
giros, originando una mala funcionalidad de la edificación causando grietas, rajaduras u
otras patologías.
La cimentación es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que
actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente. Para el desarrollo de este, se ha utilizado
métodos prácticos .
En este sentido, como parte de la seguridad estructural de la edificación, toda construcción
debe estar respaldada en un diseño estructural sismo resistente fundamentado en un
análisis detallado y en los códigos de diseño aplicables a nuestro medio , ademas se debe
tener en cuenta para el diseño de cimentaciones se require un Estudio de Mecanica de
Suelos para poder determinar la capacidad portante,
Es por ello, que el objetivo general es realizar el diseño estructural de una platea de
cimentación para mejorar la capacidad portante de un terreno para un edificio en Santa
Margarita - Piura - 2019. De esta manera, se detallan los siguientes objetivos específicos:
· Evaluar la capacidad portante del suelo
· Definir la estructuración del proyecto y elegir el sistema estructural para el diseño de la
platea de cimentación.
· Elegir y diseñar la platea de cimentación para un edificio en Santa Margarita Piura.
2.0.- ANALISIS
2.1.- ENSAYOS PREVIOS
A. -LÍMITES DE ATTERBERG

26. A-CONTENIDO DE HUMEDAD

27. C.-GRANULOMETRIA
C.1.- CALICATA 1 -M1
C.2.- CALICATA 1 -M2

28. D.-CAPACIDAD PORTANTE

29. CALICATA 1
CALICATA 2

30. 2.2.- DISEÑO DE PLATEA DE CIMENTACION

31. 2.2.1--PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS Y COLUMNAS
2.2.2.- ANALISIS Y DISEÑO DE COLUMNAS

36. 2.2.3.- ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA PLATEA DE CIMENTACION

45. CONCLUSIONES:
1.- El diseño estructural sismo-resistente, se constituye en un elemento indispensable
para el inicio de toda construcción, pero además se debe de tener en cuenta que para el
diseño de la cimentación se requiere de los parámetros del suelo y la única forma de
conocerlos es a través de un estudio de mecánica de suelos
2.- Como resultado final, el consultor realizó el estudio de suelos, definiendo un diseño de
cálculo estructural para una platea de cimentación donde se determino las dimensiones de
la estructura.
3.- En los cortes estratigráficos de la zona de estudio muestran que los materiales del
subsuelo de acuerdo al sondeo registrado en la zona donde se proyectará la construcción
a nivel de terreno de fundación con relación a los perfiles estratigráficos son:

46. · CALICATA C - 1 PROF: 0.00 – 3.00M
C – 1/M1 PRF: 0.00m - 0.90 m. Arena limosa de color beige con bajo contenido de
humedad, de compacidad relativa a la resistencia medida a baja clasificada por
SUCS como SM.
C – 1/M2 PRF: 0.90m - 3.00 m
Arcilla de mediana plasticidad de color plomizo con pintas blanquecinos bajo
contenido de humedad y compacidadrelativa a la resistenciamedia a alta clasificada
por SUSC como CL. No hay presencia de nivel freático.
· CALICATA C - 2 PROF: 0.00 – 3.00M
C – 2/M1 PRF: 0.00m - 0.95 m.Arena pobremente graduada de color beige con bajo
contenido de humedad, de compacidad relativa a la resistencia medida a baja
clasificada por SUCS como SP.
C – 2/M2 PRF: 0.95m - 3.00 m. Arcilla de mediana plasticidad de color plomizo
con pintas blanquecinos bajo contenido de humedad y compacidad relativa a la
resistencia media a alta clasificada por SUSC como CL No hay presencia de nivel
freático
4.- En el área del terreno donde se construirá la edificación está en función a la densidad,
ángulo de fricción interna (θ), Cohesión (c), grado de Compacidad, granulometría, límites
de Atterberg etc.
5.- Las condiciones del suelo de cimentación se describen a continuación:
- El suelo de cimentación está compuesto por arenas pobremente graduadas, arenas
limosas y arcillas de mediana plasticidad con grado de compacidad y resistencia media
a alta, con regular contenido de humedad

47. -En base a los resultados de campo y laboratorio se determinó que el sector donde se
realizó el estudio son suelos que necesitan mejorar las condiciones del suelo de
cimentación por presentar suelos arcillosos.
- suelos encontrados en el subsuelo de cimentación, seclasifican como Material Común
(MC), semi compactas y se puede realizar la excavación en forma manual.
-Los valores de los contenidos de cloruros, sulfatos, sales solubles y carbonatos, son
de valores medios se recomienda utilizar cemento tipo MS en las estructuras de la
cimentación Se han realizado los ensayos por contenido de cloruros, sulfatos, sales
solubles.
- De la Norma Técnica de
edificaciones E.030 para Diseño Sismo resistente se obtuvieron los parámetros del
suelo en la zona de estudio
- En este sector hasta la
profundidad de 3.00m los materiales encontrados, permite considerar como terrenos de
regular estabilidad, por lo que es poco probable que ocurrirán fenómenos de licuación
de arenas ante un sismo de gran magnitud, debido a que los suelos en el sector están
compuestos por arenas pobremente graduadas, arenas limosas y arcillas de mediana
plasticidad con regular contenido de humedad y sin presencia del nivel freático
superficial.

48. RECOMENDACIONES
Para las construcciones proyectadas, las cimentaciones serán del tipo superficial y se
sugiere lo siguiente o de acuerdo al criterio del proyectista.
PLATEA DE CIMENTACION:
- Antes de desplantar la
PLATEA DE CIMENTACIÓN se sugiere la colocación de 25cm de hormigón
compactados al 90% de la densidad máxima seca y la humedad optima del proctor
- Platea de cimentación
profundidad mínima de cimentación medidos a partir del terreno natural –Df 1.20m con
ancho de 8m y longitud de 20mm, con una capacidad admisible de 1.17kg/cm2
- Estos parámetros de
resistencia fueron calculados para estructuras tipo Platea de Cimentación con
dimensiones diferentes (BxLxDf) y profundidades tentativas (Df) variables para que
sean tomadas a criterios del proyectista.
- El proyectista tendrá
como referencia estas recomendaciones y el adoptará su criterio para determinar las
dimensiones de la cimentación
- Se adjuntan cuadros de la capacidad admisible del suelo fundación

49. - Los elementos del cimiento deberán ser diseñados de modo que la presión de
contacto (carga estructural del edificio entre el área de cimentación) sea inferior o
cuando menos igual a la presión de diseño o capacidad admisible.
- De los resultados de los
análisis químicos por agresividad se concluye que el estrato que forma parte del
contorno donde ira desplantada la cimentación contiene concentraciones
medianamente nocivas de sulfatos, por lo cual se sugiere que se trabaje con cemento
tipo MS.