cimentaciones

1. MECANISMO DE
FALLA DE
CIMENTACIONES
PROFUNDAS
Referencia:
Dr. Jorge Alva Hurtado
Ing. José Luis Carrasco
CURSO DICTADO: ING. CARLOS GASPAR P.

2. INTRODUCCIÓN
De acuerdo a la norma peruana E.050
Son aquellas en las que la relación profundidad/ancho
(Df/B) es mayor que 5, Siendo Df la profundidad de la
cimentación y B el ancho de o diámetros de la misma.
O,
Son aquellas que alcanzan estratos profundos con el fin
de emplazar las cargas externas a sectores del subsuelo
más competentes.

3. CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTES
Pilotes
Se clasifican dentro de las
cimentaciones profundas y
son elementos estructurales
esbeltos, sus dimensiones
transversales se encuentran en
un rango de 0.30 m a 1.00 m;
entre sus funciones se
encuentran:
* Transmitir las cargas de una estructura, a través de un suelo
blando o agua hasta un estrato de suelo resistente.

4. • Transmitir la carga a un cierto espesor de suelo
blando utilizando la fricción lateral entre el suelo y
el pilote.
• Compactar suelos granulares con la finalidad de
generar capacidad de carga.

5. • Proporcionar anclaje a estructuras sujetas (como tablestacas) o
resistir fuerzas laterales que se ejerzan sobre las mismas (en el
caso de puentes), en algunos casos se necesita de pilotes
inclinados.
* Proporcionar anclaje a
estructuras sujetas a
subpresiones, momentos de
volteo o cualquier fuerza que
intente “levantar” la estructura
(conocidos como pilotes de
tensión).

6. • Alcanzar con la cimentación profundidades no sujetas a erosión
socavaciones u otros efectos nocivos.
• Proteger estructuras marítimas como muelles, atracaderos, etc.,
contra el impacto de barcos u otros objetos flotantes.

7. Casos
Especiales

8. CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES PROFUNDAS
De acuerdo a:
Material de Fabricación:
a) Concreto
b) Acero
c) Mixtos
d) Madera.
Procedimiento Constructivo:
a) Con desplazamiento – Hincados por percusión, presión o vibra
b) Con poco desplazamiento – Hincado en una perforación previa
c) Sin desplazamiento – Con previa perforación.
- Elementos Prefabricados
- Elementos puestos in situ.
CLASIFICACION DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

9. Transmisión de Carga al Subsuelo:
a) Carga vertical
b) Carga vertical y horizontal.
- Punta
- Fricción
- Mixta

12. FORMAS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

13. ¿DONDE SE REQUIEREN DE PILOTES?
A.- Cuando los estratos de suelo son altamente
compresibles y muy débiles para soportar carga.
B.- Cuando son sometidas a fuerzas horizontales.
C.- Cuando existen suelos expansivos,
colapsables, licuables o suelos sujetos a erosión.
D.- Cuando las superestructuras someten a fuerzas
de levantamiento como, torres de transmisión,
plataformas en el mar, losas de sótanos debajo del
nivel freático, etc.

15. ¿COMO SE ESTIMA LA LONGITUD DEL PILOTE?
Requiere buen criterio para seleccionar; los
pilotes se dividen en tres categorías, que
dependen de su longitud y de la forma de
trabajo o de transferencia de carga al suelo:
• Pilotes de carga de punta
• Pilotes de carga por fricción
• Pilotes de carga mixto
• Pilotes de compactación

16. ¿COMO SE ESTIMA LA LONGITUD DEL PILOTE?

17. LONGITUD Y CARGAS MÁXIMAS HABITUALES DE DISTINTOS
TIPOS DE PILOTES (VALORES DE DISEÑO. (CARSON, 1965).

18. Mecanismo de Transferencia de Carga:
Considere una longitud L, como se ve; Si la carga aplicada sobre el
pilote se incrementa de manera gradual, partiendo desde cero en la
superficie del terreno, una parte de la carga es resistida por la fricción
lateral (Q1) y la otra parte por resistencia en la punta (Q2).

19. La resistencia por fricción por área unitaria a cualquier
profundidad (z) se determina como:
Donde:
p= Perímetro de la sección transversal del pilote.

20. ECUACIONES PARA ESTIMAR LA CAPACIDA DE UN PILOTE.
1. Capacidad de carga de la punta, Qp:
Donde:
Ap = Área de la punta del pilote
qp = Resistencia unitaria de punta
La capacidad de carga última Qu de un pilote se expresa como:
2. Resistencia por fricción, Qs
Donde:
p = Perímetro de la sección del pilote
ΔL = Longitud incremental del pilote sobre la cual p y f se
consideran constantes
f = Resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad z

21. Según Meyerhof; propuso una manera sencilla para determinar la
resistencia por fricción a partir de los datos obtenidos en una
prueba de penetración estándar, que es expresada por:
Donde:
Qs= Resistencia por fricción
N = Número de golpes, N, para penetrar 30 cm del estrato resistente.
N = Número de golpes, N, para penetrar 30 cm del estrato intermedio.
As= El perímetro del pilote
L = Longitud del pilote

22. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
A* Método de Meyerhof (1976), Arenas: C = 0
Sugirió que la resistencia de punta ultima qp mediante la
siguiente ecuación.
La variación de Nq* con el ángulo φ′ de fricción del suelo se
muestra en la figura sin embargo, Qp no debe exceder el valor
limite Apql, es decir,
La resistencia de punta límite es:
Donde:
pa = presión atmosférica (100KN/M2 O 2000lb/pie2)
φ′ = ángulo efectivo de fricción del suelo del estrato de apoyo

24. A* Método de Meyerhof (1976), Arcillas: φ = 0
Para pilotes en arcillas saturadas en condiciones no
drenadas (φ = 0):
Donde:
Cu = cohesión no drenada del suelo debajo de la punta del pilote (su)

25. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
B* Método de Vesic (1977), Arenas: C = 0
Toma como base la teoría de expansión de cavidades. De
acuerdo con esta teoría, basada en parámetros de
esfuerzo efectivo, se deduce la ecuación propuesta:
s
Para condiciones sin drenar sin cambio de volumen:

26. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
C* Método de Janbu (En arena)
Los factores de capacidad de carga de Nc*Nq* se calculan
suponiendo una superficie de falla en el suelo en la punta
del pilote similar a la mostrada en la figura.
Valores de Nc*y Nq* para: h’ = 60°, 75° y 90°

28. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
D* Método de Coyle y Castello, En Arenas:
Sugiere la ecuación siguiente:
La figura muestra la variación de Nq*
con L/D y el ángulo de fricción del
Suelo f’.

29. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
E* Capacidad de carga de punta por medio de SPT :
En base a la ecuación siguiente:
Donde:
Qpu = carga de punta última en kN
Ncor = N55 = número de penetración estándar corregido promedio en una
zona de alrededor de 8B arriba a 3B bajo la punta del pilote (puede ser
también 4B abajo y 10B arriba de la punta.
B = ancho o diámetro del pilote
Lb/B = proporción de profundidad media de pilote dentro del estrato de
carga

30. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
Otras correlaciones en la literatura técnica para calcular Qp con
bases en pruebas de penetración estándar en campo. A
continuación se detallan varias correlaciones:

31. Métodos para estimar la carga por punta (Qp)
F* Capacidad de carga de punta por medio de CPT:
Para CPT en pilotes con L/B ≥ 10 la carga de punta es:
Donde:
Qpu en las mismas unidades que qc
qc = promedio estadístico de la resistencia de punta del cono en la misma
zona que para SPT

32. Capacidad de carga por fricción superficial
Existen tres métodos para el cálculo de la resistencia por
fricción superficial en suelos cohesivos, conocidos como el
método α, λ y β. El método β también se utiliza para
pilotes en suelos no cohesivos. En todos los casos la
capacidad de carga se determina como:
Donde:
ƒs = resistencia superficial por unidad de área actuante en el
elemento ΔL.
As = Area lateral del fuste = pL

33. La dificultad radica en la estimación de la “Resistencia de
fricción lateral unitaria (f)”. Depende de la naturaleza de la
instalación del pilote.
ARENAS – Meyerhof 1961

34. Donde:
K = coeficiente efectivo del suelo
σv′ = esfuerzo vertical efectivo a la
profundidad bajo consideración
δ = ángulo de fricción entre el suelo y
el pilote, su valor adopta en un rango
de 0.5φ a 0.8φ.
Según Coyle y Castello la resistencia
por fricción superficial se determina:
σ′ = presión de sobrecarga efectiva promedio
δ = 0.8φ
K = ver figura

35. Otras relaciones para estimar la “Resistencia de fricción lateral
unitaria (f)”.
ARCILLAS
Condición no drenada
Condición drenada
Condición no drenada

36. RESUMEN DE ECUACIONES ANALÍTICAS DE CAPACIDAD DE CARGA
Resistencia por fricciónResistencia por punta

37. CIMENTACIONES PROFUNDAS (NORMA E.050)
Consideraciones en el cálculo de la capacidad de
carga
Dentro de los cálculos de capacidad de carga de los
pilotes no se deben considerar los:
* Estratos licuables
* Aquellos de muy baja resistencia
* Suelos orgánicos ni turbas.

38. ASENTAMIENTOS
La predicción de un asentamiento en un pilote es complejo debido a la
perturbación y cambios en el suelo por la instalación del pilote
Método semi empírico:
Asentamiento total: ST = Ss + Sp + Sps
El asentamiento debido a la deformación axial del pilote (Ss).
El asentamiento generado por la acción de punta (Sp)
El asentamiento generado por la carga transmitida por fricción (Sps).
Método empírico:
ST = B/100 + (Qva * L)/(Ap*Ep)
B= diámetro (pulg); Qva= Carga (lbs); Ap= Área de la sección del pilote; L=Longitud del
pilote (pulg);Ep = (Módulo de elasticidad (lbs/pulg^2)

39. ASENTAMIENTOS
En el caso de pilotes en suelo cohesivo, el principal componente del
asentamiento del grupo proviene de la consolidación de la arcilla. Para
estimar el asentamiento, en este caso, puede reemplazarse al grupo de
pilotes por una zapata imaginaria ubicada a 2/3 de la profundidad del
grupo de pilotes, de dimensiones iguales a la sección del grupo, y que
aplica la carga transmitida por la estructura.

40. FRICCIÓN NEGATIVA

41. FRICCIÓN NEGATIVA

42. Espaciamiento de pilotes

43. Procedimientos de ejecución

44. Procedimientos
de ejecución
Fuente: Terratest

45. Procedimien
tos de
ejecución

46. Procedimientos
de ejecución
Fuente: Terratest

47. Perforación;
por rotación o
percusión.

48. Puesta de Armadura
Llenado del Concreto

49. PILOTES HINCADOS
Hincado de pilote Franki
Pilote metálico

50. Hincado de pilote

51. Hincado de pilote

52. Ejm. De Hincado de
pilotes

53. OTRO TIPO DE CIMENTACIONES
PROFUNDAS

54. MICROPILOTES
Micropilotes en torres eléctricas y/o de telecomunicaciones

55. Los micropilotes son pilotes de pequeño diámetro (< 30cm) y se
componen de una barra tubo de barra de acero o de armadura
de acero que constituye el núcleo portante, el cual se recubre
normalmente de lechada inyectada de cemento que forma el
bulbo.

56. Usos potenciales
Sus usos potenciales pueden englobarse en tres grupos:
a.- Elementos portantes trabajando a compresión.
b.- Como elementos a tracción en estabilización de taludes.
c.- En estructuras de contención de tierras.

57. MICROPILOTES
Las características técnicas de los materiales y modo de ejecución de
estos micropilotes permiten lograr altas capacidades de carga (30 a
150 ton) tanto a la tracción como a la compresión con deformaciones
mínimas.

58. Micropilotes – Contenciones

59. CIMENTACIÓN POR PILAS

60. CIMENTACIÓN POR PILAS
Los pilares son elementos estructurales de concreto
vaciados in-situ, con diámetro mayor a 1m con o sin
refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.
La capacidad de carga de
un pilar deberá ser
calculado de acuerdo a
los mismos métodos
estáticos utilizados en el
cálculo de pilotes. Se
tomarán en cuenta los
efectos por punta y
fricción.

61. VENTAJAS DE LAS PILAS
• Fácil construcción en arenas y arcillas que hincar pilotes.
• Ausencia de martillos de hincado que provocan ruidos y
dañan estructuras vecinas.
• En arcillas, se minimiza el levantamiento de pilas o
movimiento lateral como en pilotes hincados.
• Se puede inspeccionar la base del pozo.
• Se emplea equipo ligero para su construcción.
•La campana proporciona mayor resistencia a la tracción e
incrementa su resistencia por punta.

63. Acampanamiento en la base circular de la pila
Aflojamiento del suelo circundante
Se podrá acampanar el pilar en el ensanchamiento de la base a
fin de incrementar la capacidad de carga de la pila, siempre y
cuando no exista peligro de derrumbes.
El aflojamiento del suelo circundante deberá controlarse por:
a) Rápida excavación del fuste y vaciado de concreto
b) Mediante el uso de un forro en la excavación del fuste
c) Por aplicación del método del lodo de bentonítico

64. DISEÑO DE PILAS – BASADO EN ASENTAMIENTO
MÉTODO DE : REESE O´NEIL 1988
Resumieron datos adimensionales sobre la relación carga – asentamiento
para el caso de pilotes perforados, cuyas curvas de comportamiento se
muestran tanto para cargas transferidas por fricción lateral y por punta
para suelos cohesivos y no cohesivos.

65. Método de Reese O´Neil 1988 - ARCILLAS
Qs se moviliza para 0.2 a 0.8% de Ds
Resistencia lateral Resistencia de punta
Qp se moviliza para 2 a 5% de Ds
Normalmente de define al 5%

66. Método de Reese O´Neil 1988 - ARENAS
Resistencia lateral Resistencia de punta
Qs se moviliza para 0.1 a 1.0% de Ds
Qp continúa incrementando para S>5% de Ds
Normalmente de define al 5%

67. PILAS
Fuente:

68. PILAS
Fuente:

69. PILAS – Uso de “Casing” temporal
Fuente:

70. CIMENTACIONES PROFUNDAS
Ing. Carlos Gaspar P.