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Trabajo 3 - Pilotaje, cimentaciones profundas - 5 - Grupos de Pilotes

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5. GRUPOS DE PILOTES

 

Como corrientemente debajo de las cimentaciones los pilotes se colocan en grupo, relativamente con poca separación entre ellos, es necesario considerar la acción del grupo de pilotes. Esto es esencialmente importante cuando se usan pilotes de pura "fricción" y cuando los suelos subyacentes al estrato resistente, en que descansan las puntas de los pilotes resistentes por la punta, son más compresibles.



Figura: Arreglos básicos de grupos de pilotes
Izquierda, se tienen pilotes verticales, luego pilotes verticales e inclinados, y por ultimo pilotes verticales e inclinados de forma simétrica.

 

Capacidad De Carga Del Grupo De Pilotes

 

La capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula suponiendo que el grupo de pilotes forma una cimentación gigantesca, cuya base esta al nivel de las puntas de los pilotes y cuyo ancho y largo son el ancho y largo del grupo de pilotes. La capacidad del grupo es la suma de la capacidad de carga de la base de la "cimentación", mas la resistencia a esfuerzo cortante a lo largo de las caras verticales del grupo que forma la "cimentación".

La capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula usando la formula general de capacidad de carga (3). Se usan los factores para cimentación profunda cuando la longitud del pilote es por lo menos diez veces el ancho del grupo y cuando el suelo homogéneo; en todos los casos, se usan los factores para cimentaciones poco profundas. El esfuerzo cortante alrededor del perímetro del grupo de pilotes, es igual a la resistencia del suelo, determinada sin tener en cuenta ningún aumento de presión lateral debido al desplazamiento producido por el pilote, multiplicada por él arrea de la superficie lateral del grupo. Aunque los ensayos en modelos indican que la verdadera capacidad del grupo es siempre ligeramente menor que la calculada, la diferencia esta ampliamente comprendida dentro del factor de seguridad de 2.

 

 

Eficiencia Del Grupo De Pilotes

 

La eficiencia del grupo de pilotes eg es la relación entre la capacidad del grupo Qg, y la suma de las capacidades de numero de pilotes, n, que integran el grupo:

 

        eg = Qg                                                                         (11)
                nQo

 

Aunque se han deducido muchas formulas empíricas para determinar la eficiencia del grupo de pilotes, ninguna ha demostrado ser verdaderamente valida. En vez de esto, la eficiencia se debiera evaluar por la capacidad del grupo, usando la definición de la ecuación (11). La capacidad del grupo aumenta con la separación entre pilotes, mientras que la capacidad individual del pilote, en arcilla, no aumenta. Si se traza la curva de la eficiencia teórica contra el esparcimiento, sé vera que la capacidad del grupo es igual a la suma de las capacidades individuales para el esparcimiento optimo y una eficiencia de 1. El esparcimiento optimo, So, para pilotes largos en arcilla y la eficiencia del grupo para el esparcimiento optimo están dados por las siguientes formulas:



So = 1.1 + 0.4n0.4                                                                (12a)

e =    0.5 +      0.4                                                                  (12b)
          (n - 0.9)0.1

 

La distancia centro a centro de los pilotes, So, típica, es de dos a tres diámetros. Los ensayos de modelos en arcilla indican que la verdadera eficiencia con el espaciamiento optimo es algo menor que 1(0.84 a 0.9) y que aumenta lentamente a mayores espaciamientos. Como al proyectar se usa corrientemente un factor de seguridad de 2, el error que se comente al considerar que la eficiencia real es 1 con el espaciamiento optimo, no tiene consecuencias graves.


Para los pilotes en suelos no cohesivos la capacidad del pilote individual aumenta al reducirse el espaciamiento, debido al aumento de resistencia del suelo por la compactación. El espaciamiento optimo, es muy pequeño y tiene una eficiencia mayor que 1 pero no se pueden hincar los pilotes tan próximos unos de otros. El espaciamiento usual es de 2.5 a 4 diámetros centro a centro.

 

Asentamiento Del Grupo De Pilotes

 

El asentamiento de un grupo de pilotes se produce por la consolidación de los estratos de suelo situados debajo de las puntas de los pilotes. Este asentamiento excederá al de un pilote aislado que soporta la misma carga que cada uno de los del grupo, a menos que los pilotes se apoyen en roca o en un estrato grueso de suelo incompresible. El asentamiento del grupo se puede calcular suponiendo también que el grupo representa una cimentación gigantesca.

Cuando los pilotes son de resistencia por la punta, la base del cimiento imaginario se supone que esta al nivel de las puntas de los pilotes,  y los esfuerzos se calculan sobre esa base. Cuando los pilotes se sustentan por fricción, los esfuerzos por debajo del cimiento se calculan suponiendo que la carga del grupo entero se introduce en el suelo a una profundidad que varia entre la mitad y las dos terceras partes de la longitud de los pilotes. La carga se distribuye a este nivel en el área total que ocupan el grupo de pilotes. El asentamiento de los estratos de suelo situados debajo de las puntas de los pilotes se calcula partiendo de estos esfuerzos.

Estos cálculos son aproximados en el mejor de los casos y suelen dar asentamientos mayores que los observados; sin embargo pueden indicar cuando es probable que se presenten dificultades debidas a este problema.


La distribución exacta de los esfuerzos para una carga que tenga un ancho apreciable, aplica muy por debajo de la superficie de un sólido elástico, no ha sido resuelta todavía. Se pueden calcular los esfuerzos, aproximadamente, por los análisis de Boussinesq o Wastergaard para cargas superficiales, reduciéndolos después. La base para la reducción es el análisis de Mindlin, que demuestra que los esfuerzos debidos a la carga en un punto situado profundamente por debajo de la superficie son, aproximadamente, la mitad de los hallados por el análisis de Boussinesq.


Figura: Comparación de la zona de esfuerzo debajo de un pilote sencillo y un grupo de pilotes

 

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