Cimentaciones Profundas

1. CIMENTACIONES
PROFUNDAS

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. 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

11. FORMAS DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

12. ¿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.

14. ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE
Requiere buen criterio para seleccionar; los
pilotes se dividen en dos tipos, que dependen de
su longitud y de los mecanismos de transferencia
de carga al suelo: a) pilotes de punta y b) de
fricción.
• Pilotes de carga de punta
• Pilotes de carga por fricción
• Pilotes de carga mixto

15. ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE

16. Los pilotes con pedestales se construyen sobre el
lecho del estrato duro, la carga última de un pilote
se expresa como:
1. Capacidad de carga de la punta, Qp:
Donde:
Ap = Área de la punta del pilote
qp = Resistencia unitaria de punta
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
S
P
u Q
Q
Q 

p
P
P q
A
Q 
Lf
p
Qs 


Donde:
Qu = Carga ultima del pilote
Qp = carga tomada en la punta del pilote
Qs = carga tomada por la fricción superficial desarrollada lateralmente en el pilote
(causada por la resistencia cortante entre el suelo y el 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
S
P
u Q
Q
Q 

p
P
P q
A
Q 
Lf
p
Qs 



21. Numerosos estudios publicados
tratan sobre la determinación de
los valores de Qp y QS"
Excelentes resúmenes de muchas
de esas investigaciones han sido
proporcionados por
Ve sic (1977), Meyerhof (1976) y
Coyle y Castello (1981). Esos
estudios dan información
al problema de determinar la
capacidad última de los pilotes.

22. 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

23. 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.
*
´Nq
q
A
q
A
Q P
P
P
p 

Donde
Ap = área de la punta del pilote
c = cohesión del suelo que soporta la punta del pilote
qp = resistencia unitaria de la punta
q' = esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta del pilote
Nc*, Nq* = factores de capacidad de carga

24. MÉTODOS PARA ESTIMAR LA CARGA POR PUNTA (QP)
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
q
A
Nc
q
A
Q P
P
p 
 *
´

25. Factor de
capacidad de carga
de Meyerhof, Nq*.

26. 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)
A* Método de Meyerhof (1976), Arcillas: φ = 0
P
u
P
u
c
p A
C
A
C
N
Q 9
* 

CAPACIDAD DE CARGA DE UN PILOTE DE PUNTA EN ARCILLA

27. 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:



 *
´
*
´
( ´
s
s N
N
c
A
q
A
Q c
P
P
P
p

28. 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°
*)
´
*
´
( ´
q
c
P
p N
q
N
c
A
Q 

𝛈 = 𝑒𝑡𝑎

30. 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’.
P
q
p A
N
q
Q *
´


31. 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

32. 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:
De este modo: N60= N • Er/60 siendo Er el porcentaje de energía de golpeo obtenida con
los métodos automáticos y N el valor SPT medido en campo

33. 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

34. 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:
Qs = Resistencia por fricción
ƒs = resistencia superficial por unidad de área actuante en el
elemento ΔL.
As = Área lateral del fuste = pL

35. 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
Donde
P = perímetro de la sección del pilote
∆L = longitud incremental del pilote sobre la
cual p y f se consideran constantes
f = resistencia unitaria por fricción a
cualquier profundidad z

36. 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

s tan
´0
k
f 
RESISTENCIA POR FRICCIÓN EN ARENA
La resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad para un pilote es

37. D
L 15
´
RESISTENCIA POR FRICCIÓN EN ARENA
El esfuerzo vertical efectivo, σo´ aumenta con la profundidad del pilote hasta un límite
máximo a una profundidad de 15 a 20 diámetros del pilote y permanece constante. Esta
profundidad crítica, L', depende de varios factores, como el ángulo de fricción del suelo, la
compresibilidad y la compacidad relativa. Una estimación conservadora es suponer que
Los valores de δ ángulo de fricción entre el suelo y el pilote; de varios investigadores
parecen estar en el rango de 0.5φ a 0.8φ.
Debe usarse buen juicio al escoger el valor de δ.
Meyerhof (1976) también indicó que la resistencia por fricción unitaria promedio. fprom'
para pilotes hincados de alto desplazamiento se obtiene de los valores de la resistencia a la
penetración estándar promedio como:
Donde
Ncor = valor promedio de la resistencia a la penetración estándar. Para pilotes hincados
de bajo desplazamiento, Entonces,

38. Otras relaciones para estimar la “Resistencia de fricción lateral unitaria (f)” de
pilotes en arcilla.
ARCILLAS
Condición no drenada
Condición drenada
Condición no drenada
RESISTENCIA POR FRICCIÓN EN ARCILLA

39. FIGURA 13.12
Variación de λ con la
longitud de
empotramiento del pilote
(según McClelland,
1974).

40. RESUMEN DE ECUACIONES ANALÍTICAS DE CAPACIDAD DE CARGA
Resistencia por fricción
Resistencia por punta

41. 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.

42. 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
Ss = Asentamiento debido a la deformación axial del pilote - fuste
Sp = Asentamiento de la base generado por la acción de carga
Sps = Asentamiento del fuste generado por la transferencia de carga por fricción
El método empírico para el asentamiento de un pilote hincado se
calcula de la siguiente expresión:
Método empírico:
ST = B/100 + (Qva * L)/(Ap*Ep)
B= diámetro (pulg);
Qva= Cargaaplicada en libras (lbs);
Ap= Área de la sección del pilote (pulg^2)
L=Longitud del pilote (pulg)
Ep = (Módulo de elasticidad (lbs/pulg^2)

43. 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.

44. FRICCIÓN NEGATIVA

45. FRICCIÓN NEGATIVA

46. Espaciamiento de pilotes

47. Procedimientos de ejecución

48. Procedimientos
de ejecución
Fuente: Terratest

49. Procedimien
tos de
ejecución

50. Procedimientos
de ejecución
Fuente: Terratest

51. Perforación;
por rotación o
percusión.

52. Puesta de Armadura
Llenado del Concreto

53. PILOTES HINCADOS
Hincado de pilote Franki
Pilote metálico

54. Hincado de pilote

55. Hincado de pilote

56. Ejm. De Hincado de
pilotes