Grupos de Pilotes

 

UNIVERSIDAD ANDINA “NESTOR CACERES VELASQUEZ” 

C.A.P. INGENIERIA CIVIL

ANALISIS Y DISEÑO DE CIMENTACIONES

GRUPOS DE PILOTES I. 

INTRODUCCIÓN La proximidad de los pilotes da lugar a fenómenos de interacción que hacen que no se pueda estimar la capacidad del grupo como la suma de la capacidad de cada uno de los pilotes considerados aisladamente, como tampoco se puede estimar su deformabilidad a partir de la de un pilote aislado. El efecto positivo o negativo depende tanto del tipo de pilote como del terreno. Por este motivo es necesario determinar la capacidad portante de un grupo de pilotes, y la deformabilidad para estimar los asientos del grupo. Además, ya se estudió el análisis estructural de un pilote bajo la acción de determinadas acciones exteriores; pues bien, cuando se tiene un grupo de pilotes unidos por un encepado, que puede ser rígido o flexible, sometido a las acciones que le transmite la estructura a la cual sirve de cimentación, es necesario realizar el reparto de acciones y determinar las solicitaciones sobre cada uno de los pilotes del grupo. Con estas solicitaciones, se procede al cálculo estructural del pilote como si estuviese aislado. Este reparto de acciones va a ser el objeto de esta última parte.

II. 

DEFINICIÓN DE GRUPO DE PILOTES

III. 

USO Y FUNCIÓN DE LOS GRUPOS DE PILOTES

Los grupos de pilotes son aquellos que por su proximidad interaccionan entre sí o están unidos mediante elementos estructurales lo suficientemente rígidos, como para que trabajen conjuntamente.

En la mayoría de los casos, los pilotes se utilizan en grupos para transmitir la carga estructural al suelo. Uno de los problemas más complejos en la ingeniería de fundaciones consiste en poder evaluar con exactitud la capacidad de carga de un grupo de pilotes o relacionarla con la de los pilotes aislados. En función de la distancia entre pilotes, una razonable hipótesis es que los esfuerzos transmitidos por el pilote al suelo se traslapen, reduciéndose así la capacidad individual de carga del pilote. La capacidad portante de un grupo de pilotes puede no ser igual a la suma de las capacidades portantes de todos los pilotes individuales en el grupo, por lo que debe considerarse el comportamiento del grupo como un todo. La experiencia ha demostrado que la resistencia de los pilotes en grupo es generalmente menor a la suma delas resistencias individuales i ndividuales de cada uno de ellos. Idealmente, los pilotes en un grupo deben espaciarse de manera que la capacidad de carga del grupo sea por lo menos igual que la suma de las capacidades individuales. Frecuentemente los pilotes se colocan agrupados y en general g eneral la cantidad de pilotes por cabezal es de dos (2) a quince (15), el mínimo ideal es de tres pilotes  pág. 1

 

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para equilibrar excentricidades parásitas y la cantidad máxima sin disminución importante de la eficiencia es de doce (12) pilotes; la separación entre ejes es superior a 2.5Ø e inferior a 4Ø. La proximidad da lugar a fenómenos de interacción cuyo efecto, positivo o negativo, depende del tipo de pilote y terreno. En la bibliografía existe una expresión de mínima, de la distancia entre ejes de pilotes, para que un pilote de un grupo de pilotes tenga su máxima eficiencia, su separación de los pilotes circundantes debería cumplir:

Siendo

 ≥ 1.57Ø∗ +∗ − 2− 2Ø  + Ø 

nx = número de pilotes por fila del grupo de pilotes ny = número de pilotes por columna del grupo de pilotes sepil: separación entre ejes de pilotes IV. 

ANALISIS TEORICO Durante los últimos años se han venido realizando numerosos estudios desde el punto de vista de interacción tenso-deformación, analizando la influencia que supone la presencia de pilotes próximos al interferir las tensiones que introducen cada uno de ellos en un terreno de características similares.}

El esquema de estudio sería el siguiente:   Análisis de la distribución de tensiones y deformación de un pilote aislado.   Análisis de la distribución de tensiones y deformación para dos pilotes próximos sometidos a las mismas acciones. Se sabe que cada uno de ellos estudiado como aislado tendrá la misma resistencia por punta y fuste y, además, que el asiento en un punto del pilote vendrá

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

determinado por las tensiones que se producen en este punto por el propio pilote, más las tensiones que produce el segundo pilote.   Definición de un factor de interacción, α, como la rel ación entre el asiento adicional producido por la acción del segundo pilote y el asiento que tendría el pilote aislado sometido a la misma carga. Por tanto, se puede determinar el asiento de un grupo aplicando el principio de superposición a cada pareja de pilotes.



Si se quiere hacer un estudio más completo, ha de considerarse también la rigidez del encepado que une los pilotes, ya que esta característica determina las acciones que se lleva cada pilote o la forma de trabajar los pilotes. Así, si el encepado es flexible, cada pilote tendrá un asiento diferente, debido a que el conjunto se deforma de manera que todos los pilotes reciban la misma carga,  pág. 2

 

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por el contrario, en un encepado rígido el reparto de acciones es de forma que el grupo de pilotes asienta de forma uniforme, lo que se traduce en acciones diferentes en cada pilote. Con todas estas condiciones se plantea un sistema de ecuaciones que se puede resolver, con lo cual se determina la interacción entre pilotes. Como se puede observar, el planteamiento es complejo. Se muestra la variación del coeficiente de interacción en función del espaciamiento entre dos pilotes y de la presencia de una capa rígida.

Como puede apreciarse, al aumentar el espaciamiento entre pilotes este coeficiente disminuye, es decir, cuanto más separados, menor es la influencia en los asientos. Analizando grupos mayores, el número de variables variab les aumenta. En los trabajos de Poulos (1968 a 1978) se analizan numerosos casos, dependiendo del espaciamiento, longitud, terrenos formados por más de una capa, etc. De estos trabajos se ha obtenido la razón rw para grupos de pilotes que, a modo de resumen y ejemplo, se incluye en la figura 34. El asiento del grupo de pilotes se obtiene multiplicando el factor rw por el asiento del pilote considerado aisladamente. Estos estudios se pueden hacer también mediante el método de los Elementos Finitos, que proporcionan soluciones cuando el problema se complica. Por ejemplo, cuando tenemos estratigrafías complejas, se puede estudiar también la influencia que tiene el encepado añadiendo las presiones que introduce éste en el terreno. Este método permite resolver y estudiar con mucha rapidez la influencia de la variación de las diferentes variables.

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V. 

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EFICENCIA DE GRUPO Cuando una serie de pilotes están “cerca” se produce una reducción de la resistencia global por interacción mutua, dando lugar a lo que se llama eficacia o eficiencia de grupo. Se puede definir el coeficiente de eficiencia como:

 =   ∗

 

Donde: n=el número de pilotes Rck=la carga de hundimiento del pilote aislado. Rckg =la =la carga que produce el hundimiento de grupo. A partir de grupos de 4 pilotes, se puede considerar que:   El coeficiente de eficiencia η interpola = 0,7, paralinealmente separaciones entre ejes   Para separaciones 1D≤ s≤ 3Desse entre 0,7≤ η≤=1D 1   En pilotes hincados en arenas densas o muy densas se podrá adoptar un coeficiente de eficiencia igual a 1.

  

Otro condicionante que influye en el conjunto es la separación de los pilotes, condiciona la resistencia del grupo, además una separación excesiva provoca necesidades de armado importantes en los encepados, encareciéndolos; los criterios para fijar la separación son:

   = 2  = 3

  En pilotes de punta apoyados en roca o arena densa:     En pilotes por fuste (flotantes) en arcillas:     Por la necesidad de controlar la inclinación: ; siendo L la longitud de

 

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los pilotes. :

 

 =  

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En un grupo de pilotes, para cada combinación de acciones se debe realizar un reparto de cargas entre los pilotes del grupo, una distribución de esfuerzos.

Fig . Distribución de esfuerzos en la hipótesis de encepado rígido y pilotes

articulados en cabeza Este reparto depende de la naturaleza n aturaleza del terreno y de la rigidez de los pilotes y del encepado. Si el encepado que une los pilotes es suficientemente rígido, bastará con considerar la distribución de cargas que se obtiene al suponer que los pilotes están articulados en cabeza y que el encepado es infinitamente rígido.

VI. 

PILOTES EN SUELOS GRANULARES Pilotes hincados en suelos granulares sin cohesión La hinca de pilotes compacta el terreno y la resistencia del grupo es mayor que la suma de resistencias de los pilotes aislados. Los ensayos han demostrado que los factores de EG de pilotes hincados en arena pueden llegar a 2(dos) En diseñoen sesuelo utilizagranular. un factor de EG de valor para los todo tipo de hincados Esto significa que1(uno) se ignoran efectos depilotes grupo al predecir la capacidad portante.

 = 1

 

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Pilotes excavados (perforados) en suelos granulares sin cohesión En pilotes excavados la acción de la excavación más bien reduce la compactación por lo que el factor de EG es difícil que sea mayor que 1[uno]. En diseño se utiliza un factor de EG de valor 1(uno) para todo tipo de pilotes en suelo granular. Esto significa que se ignoran los efectos de grupo al predecir la capacidad portante. Sin embargo, los pilotes excavados deben tener un espaciamiento mayor que cuatro diámetros de centro a centro [sepil>4Ø] para que sea válido esta aproximación. Pero como en general el espaciamiento es menor a cuatro diámetros [2Ø