CIMENTACIONES PROFUNDAS

CONTENIDO

1.0 INTRODUCCION

2.0 EXPLORACION DEL SUELO

3.0 CAISSONES3.1 Métodos Constructivos3.2 Dimensionamiento de Caissones

4.0 PILOTES4.1 Tipos de Pilotes4.2 Diseño Geotécnico de Pilotes

4.2.1 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado - Ref. Prakash (1990)4.2.1.1 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado en

Suelo Granular4.2.1.2 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado en

Suelo Cohesivo4.2.2 Carga Admisible de Pilotes4.2.3 Capacidad de Carga Ultima de un Grupo de Pilotes

4.2.3.1 Suelos Granulares4.2.3.2 Suelos Cohesivos

4.2.4 Asentamiento de Pilotes4.2.5 Fórmulas de Hinca4.2.6 Carga Lateral en Pilotes4.2.7 Carga de Tracción en Pilotes

4.3 Diseño Estructural de Pilotes4.4 Distribución de Pilotes bajo Pilares y Estribos4.5 Pruebas de Cargas en Pilotes

REFERENCIAS

TABLAS

FIGURAS

CIMENTACIONES PROFUNDAS

Ricardo Gallegos MonteagudoIngeniero Civil

“La ingeniería viene a ser una suerte de poesía en acción”

(José Santos Chocano)

1.0 INTRODUCCION

Las cimentaciones profundas se usan cuando no es posible efectuar una cimentación directa a una profundidad razonable, debido a que:

- El suelo en un espesor considerable es poco resistente o compresible.- Es necesario extender la cimentación debajo de una profundidad de

socavación importante.- Las dimensiones que se requerirían para una cimentación directa resultan

excesivas.

Existen básicamente dos tipos de cimentaciones profundas para : caissones y pilotes.

2.0 EXPLORACION DEL SUELO

Es sumamente importante que el proyecto incluya un programa de exploraciones y ensayos adecuados, ya que sobre la base de esta información se tomarán importantes decisiones de diseño, que el caso de cimentaciones profundas tienen implicancias económicas considerables.

La especificación del AASHTO para puentes (Ref. 1) requiere que como mínimo los programas de exploración y ensayos definan, cuando sea aplicable, lo siguiente:

Con relación a Estratos de Suelo:- Profundidad, espesor y variabilidad.- Identificación y clasificación.- Propiedades ingenieriles relevantes ( p.e., resistencia al corte,

compresibilidad, rigidez, permeabilidad, potencial de expansión o colapso, susceptibilidad de licuefacción y de congelamiento).

Con relación a Estratos de Roca:- Profundidad a la roca.- Identificación y clasificación- Calidad (p.e., integridad, dureza, fracturación y presencia de relleno

en grietas, resistencia al intemperismo, si está expuesta y solubilidad).

Cota de la Napa Freática

Cota de la Superficie del Terreno.

Condiciones locales que requieren especial atención.

Asimismo, la especificación del AASHTO para puentes requiere que para el caso de cimentaciones profundas la exploración del suelo (sondajes) se extienda debajo del nivel anticipado de la punta de los pilotes, como mínimo el mayor valor de:

- 6 metros- 2 veces la máxima dimensión del grupo de pilotes, a menos que la

cimentación sea por punta o descanse en roca.

Para pilotes apoyados en roca deberá obtenerse como mínimo 3 m de testigos de roca en cada punto de exploración para asegurar que el sondaje no ha terminado en un bolón.

3.0 CAISSONES

3.1 Métodos Constructivos

El uso de caissones constituye un procedimiento constructivo que permite efectuar una excavación bajo el nivel freático hasta una profundidad de cimentación considerable.

Los caissones son cajones de concreto armado en los que se efectúa una excavación en su interior, de tal manera que el cajón se va hundiendo en el terreno bajo el efecto de su propio peso a medida que el suelo en su base es excavado.

El caisson es construido por etapas: primero se construye sobre el terreno una sección de 2 o 3 metros de altura y una vez que esta ha sido hundida se le construye encima nuevas secciones.

La excavación puede hacerse a mano si el agua de su interior es bombeada (Figura # 1, a) o se puede excavar bajo agua con una draga (Figura #1, b y c).

En suelos de baja permeabilidad (arcillas) los caissones pueden ser instalados a cielo abierto.

En suelos de alta permeabilidad (arenas) el bombeo del agua arrastrará partículas finas de suelo produciendo una reducción de su resistencia que puede ser muy importante; este efecto es mayor a mayor profundidad, por lo que dependiendo de las características de la arena, la excavación a cielo abierto se limita a 5 a 8 m de profundidad; para mayores profundidades será necesario usar el método de cámara neumática (Figura # 1, d).

El método de cámara neumática consiste en sellar el caisson creando una cámara de presión que compensa la presión hidrostática al nivel del fondo de la excavación. Es decir, a medida que el caisson desciende, la presión del aire es mantenida igual a la presión hidrostática del agua de poros al fondo

del caisson, de esta manera no es necesario bombear el agua para efectuar la excavación en seco.

Al llegar al nivel de cimentación se sella el fondo del caisson y se construye la base o zapata del pilar o estribo. El diseño puede contemplar que el caisson se incorpore a la estructura de la cimentación o que sea demolido parcialmente.

3.2 Dimensionamiento de Caissones

La profundidad y dimensiones exteriores del caisson se definen sobre la base de las cargas de la estructura y la información del Estudio de Suelos, el cual deberá recomendar un nivel de cimentación y una capacidad portante del terreno a esa profundidad.

El hundimiento del caisson es resistido por la fricción lateral existente entre su superficie exterior y el suelo circundante, por lo que para vencer dicha fricción el peso del caisson debe ser, en toda etapa de la construcción, mayor que la ficción lateral. Es decir el caisson debe diseñarse con dimensiones internas que hagan que su peso sea mayor que la fricción lateral.

La experiencia demuestra que para un suelo dado la fricción lateral alcanza un valor constante por unidad de área a partir de aproximadamente 8 metros de profundidad. En la siguiente tabla se presenta valores típicos de fricción lateral.

Tipo de Suelo Fricción Lateral Unitaria (KPa)

Limo y Arcilla BlandaArcilla muy DuraArena SueltaArena DensaGrava Densa

8 - 3050 - 10013 - 3535 - 70

50 - 100

Ref.: Terzaghi (1996)

Dependiendo de sus dimensiones el caisson podrá diseñarse con una sola celda o compartimiento o con varias celdas o compartimientos.

4.0 PILOTES

Un pilote es un elemento estructural que trasmite cargas de una superestructura, a través de estratos débiles, compresibles o erosionables, a estratos de suelo más rígidos y estables ubicados a cierta profundidad por debajo de la estructura, y cuya relación longitud / ancho ( o diámetro) es mayor de 10.

4.1 Tipos de Pilotes

Los pilotes pueden clasificarse de acuerdo a diversos criterios. En la Figura # 2 se presenta la clarificación dada por el NAVFAC (Ref. 5).

Los pilotes comúnmente usados en Perú son:

Pilotes de Madera Pilotes de Concreto Armado

- Prefabricados- Pretensados- Hincados, vaciados in-situ y con base ensanchada, tipo Franki

(pressure injected footings)- Excavados de gran diámetro.

Pilotes Metálicos- Tubos de Acero- Perfiles de Acero.

4.2 Diseño Geotécnico de Pilotes

Los pilotes trabajan normalmente en grupos, pero el cálculo de capacidad de carga se hace primero para un pilote aislado y luego se analiza el efecto de grupo el cual puede existir o no.

4.2.1 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado - Ref. Prakash (1990)

La carga aplicada a un pilote es resistida por la reacción del suelo en la punta del pilote y la reacción de la fricción a lo largo de su fuste, ver la Figura #3.

Si la carga aplicada es tal que produce la falla del pilote, esta se denomina carga última (Qult), la cual será igual a la suma de la capacidad de carga por punta (Qp) y la capacidad de carga por fricción (Qf), es decir:

Qult= Qp + Qf (1)

El término Qp puede expresarse de la siguiente forma:

(Qp) = Ap ( c Nc + ½ B N + Df Nq ) (2)

donde:

Ap = Área de la punta del pilote.c = Cohesión del suelo subyacente = Peso unitario del suelo

Nc, N, Nq = Parámetros adimensionales de capacidad de carga, que dependen del ángulo de fricción interna del suelo

B = Ancho o diámetro del piloteDf = Profundidad de la punta del pilote debajo de la superficie del

terreno

De igual forma el término Qf se puede expresar de la siguiente manera:

L=L

Qf = p fs L (3)L=0

fs = ca + ’h tan (4)donde:

p = Perímetro de la sección del pilotefs = Fricción lateral unitaria a lo largo de la longitud ΔLL = Longitud del pilote sobre la cual se asume que la fricción es

movilizadaca = adhesión unitaria’h = Presión efectiva horizontal a lo largo del pilote = Angulo de fricción entre el suelo y el pilote

4.2.1.1 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado en Suelo Granular

El proceso de instalación de pilotes altera el suelo. En el caso de pilotes de desplazamiento ( hincados) el hincado producirá una compactación y densificación del suelo circundante; en el caso de pilotes excavados se producirá una descompresión que reducirá la densidad del suelo circundante.

El cálculo de capacidad de carga debería hacerse con las propiedades del suelo disturbado luego de la instalación de los pilotes. Sin embargo es difícil predecir el cambio de las propiedades mecánicas del suelo debido a la alteración producida, por esta razón el cálculo de capacidad de carga del pilote se hace con las propiedades mecánicas iniciales del suelo y el efecto de la alteración se refleja en el parámetro no dimensional Nq y la fricción lateral unitaria fs.

En suelos granulares c = 0 y el término (½ B N) de la ecuación (1) es pequeño comparado con ( Df Nq), por lo tanto para suelos granulares la ecuación (2) se reduce a:

Qp = Ap Df Nq (5a) lo que es equivalente a:

Qp = Ap ’v Nq (5b)

donde σ’v es la presión efectiva vertical de confinamiento al nivel de la punta del pilote.

De igual forma, en suelos granulares ca = 0, por lo que la ecuación (4) se reduce a:

fs = ’h tan δ (6a)

La presión efectiva horizontal (’h) puede ser expresada en función de la presión efectiva vertical (’v) mediante la expresión ’h = Ks ’v , donde Ks es el coeficiente lateral de tierra. De esta manera la ecuación (6a) se re-expresa así:

fs = Ks ’vl tan (6b)

con lo cual la ecuación (3) resulta:L=L

Qf = p Ks tan ’vl ∆L (7)L=0

Por lo tanto la expresión final para la capacidad de carga última de suelos granulares es:

L=L

Qult = Qp + Qf = Ap ’v Nq + p Ks tan ’vl L (8)L=0

donde:Ap = Área de la punta del pilote.’v = Presión efectiva de confinamiento en la punta del pilote

(σ’v(máx.)= valor a la profundidad 20 B) ’vl = Esfuerzo vertical efectivo al nivel sonde se calcula la fricción.p = Perímetro de la sección del pilote

Ks = Coeficiente de presión de tierra, a determinarse de la Tabla # 2Nq = Factor de capacidad de carga, a determinarse de la Tabla # 1

dependen del ángulo de fricción interna del suelo = 2/3 (donde es el ángulo de fricción interna del suelo) L = Longitud efectiva del pilote

Experimentos a gran escala y observaciones de campo muestran que tanto la resistencia por punta como la resistencia por fricción se incrementan hasta cierta profundidad crítica Dc, más allá de la cual se mantienen constantes. Para efectos prácticos se toma Dc igual a 20 veces el ancho o diámetro del pilote (B), por esta razón se limita el valor de ’v al valor que alcanza al nivel 20 B.

4.2.1.2 Capacidad de Carga Ultima de un Pilote Aislado en Suelo Cohesivo

En suelos cohesivos el ángulo de fricción interna ’= 0 , la cohesión c = cu , donde cu es la resistencia al corte no drenada de la arcilla y los factores de capacidad de carga N= 0 y Nq= 1, con lo cual la ecuación (2) se reduce a:

Qp = Ap ( cu Nc + Df Nq ) (9)

Haciendo un ajuste por el peso del pilote la ecuación (9) puede aproximarse a:

Qp = Ap ( cu Nc + Df Nq ) - Df Ap (10)

considerando que Nq = 1 para ’= 0, la ecuación (10) se transforma en:

Qp = Ap cu Nc (10)

De igual forma en suelos cohesivos la fricción en el fuste (fs) puede escribirse como fs = ca, con lo cual la ecuación (3) se reduce a:

L=Le

Qf = p ca L (11)L=0

Por lo tanto la expresión final para la capacidad de carga última en suelos cohesivos es :

L=Le

Qult= Qp + Qf = Ap cu Nc + p ca L (12)L=0

donde:Ap = Área de la punta del pilotecu = Resistencia al corte no drenada al nivel de la punta del pilote

(cu = qu / 2, donde qu es la resistencia a la compresión no confinada)

Nc = Factor de capacidad de carga; Nc = 9 para pilotes hincados con relación B/L > 4; para pilotes excavados Nc se determina de la Tabla # 3.

p = Perímetro de la sección del piloteLe = Longitud efectiva del piloteca = Adhesión pilote-suelo a obtenerse de la Figura # 4, en la cual

se considera Su = cu

La longitud efectiva del pilote (Le) es la que contribuye a la capacidad de carga por fricción y puede ser diferente de la longitud del pilote (L), debido a que la parte superior del pilote puede no estar en contacto estrecho con el suelo debido a factores tales como alteraciones producidas por el hombre y ablandamiento y fractura del suelo debido a variaciones estacionales. Esta longitud debe evaluarse en cada caso específico. Para estimar Le puede usarse la Tabla # 4, donde la profundidad de variación estacional, en la mayoría de los casos está entre 1.5 y 3.0 m.

4.2.2 Carga Admisible de Pilotes

La carga admisible (Qadm) de un pilote se obtiene aplicando un factor de seguridad a la capacidad de carga última del pilote.

Cuando Qult es determinada mediante la aplicación de fórmulas estáticas basadas en parámetros de suelo provenientes de una exploración geotécnica, la carga admisible Qadm es el menor valor de:

Qadm = Qult / 2.5

Qadm = Qp / 3.0 + Qf / 1.5

Cuando Qult es determinada mediante una prueba de carga, se considera un factor de seguridad de 2, es decir:

Qadm = Qult / 2.0

4.2.3 Capacidad de Carga Ultima de un Grupo de Pilotes

4.2.3.1 Suelos Granulares

La capacidad de carga última de un grupo de pilotes en un suelo granular (Qult)G se considera igual a la suma de las capacidades de carga de los pilotes individuales, es decir:

(Qult)G = n Qult

donde ( n ) es el número de pilotes.

4.2.3.2 Suelos CohesivosEn suelos cohesivos generalmente (Qult)G K n Qult. Para efectos prácticos (Qult)G se puede estimar como el menor de los siguientes valores:

- Acción individual: (Qult)G = n Qult

- Acción de grupo: Considera la falla de grupo de pilotes como un bloque, ver Figura # 5. (Qult)G = cu Nc APG + ca pG Le, donde APG es el área de la base del bloque y pG es su perímetro.

4.2.4 Asentamiento de Pilotes

La predicción de asentamientos de cimentaciones con pilotes es complicada debido a las alteraciones y cambios en el estado de tensión del suelo como consecuencia de la instalación de los pilotes y a las incertidumbres acerca de la distribución y posición exacta de la transferencia de cargas del pilote al suelo.

Existen métodos aproximados que permiten estimar los asentamientos de pilotes y grupos de pilotes, sin embargo debido a la complejidad del problema, estos métodos proporcionan resultados que solo dan una idea de orden de magnitud de los asentamientos. Estos métodos se encuentran descritos en las referencias Alva (1998) y Prakash (1990).

Una forma simple - Ref. Alva (1998) – de estimar el asentamiento de un grupo de pilotes es considerar al grupo de pilotes como una cimentación equivalente con un área en planta igual al área del grupo.

En pilotes predominantemente por punta (arenas) se asume que la cimentación equivalente está al nivel de la punta de los pilotes. En pilotes predominantemente por fricción (arcillas) se asume que la cimentación equivalente estará a 2/3 de la longitud de los pilotes; y si existe un estrato superior de suelo granular o arcilla blanda, se asume que la cimentación equivalente está a los 2/3 de la profundidad de empotramiento en la arcilla portante, ver Figura # 6.

4.2.5 Fórmulas de Hinca

Las fórmulas de hinca correlacionan la energía aplicada para la hinca de los pilotes con la resistencia última del suelo.

Estas fórmulas son confiables únicamente si se sustentan en experiencia local o pruebas de carga; en caso contrario deben usarse sólo como herramientas de confirmación del diseño hecho sobre la base de información proveniente de una adecuada exploración geotécnica.

En al referencia NAVFAC (1982) se presenta una relación extensa de formulas de hincado.

4.2.6 Carga Lateral en Pilotes

Las cargas horizontales y momentos aplicados en la cabeza de un pilote son equilibrados por la reacción del suelo movilizada por la deformación lateral del pilote, ver Figura # 7.

Bajo la acción de una carga horizontal el pilote se flexiona y deforma lateralmente. La magnitud de la reacción del suelo dependerá de su módulo de reacción de subrasante lateral (Kh), es decir:

p = Kh y

donde : p = Reacción del suelo

Kh = Módulo de reacción de subrasante lateral del sueloy = Desplazamiento lateral del pilote

Esta expresión nos muestra que para la misma deformación (y), un suelo con Kh alto moviliza una reacción (p) alta y un suelo con Kh bajo moviliza una reacción (p) baja.

Es decir para la misma carga lateral, un pilote en un suelo rígido (Kh alto) se deformará menos y hasta una menor profundidad que en un suelo blando (Kh

bajo). Esto implica que para la misma carga lateral, se producirán en el pilote momentos de flexión menores en un suelo rígido que en un suelo blando.

Existen diversos métodos para evaluar el comportamiento de pilotes bajo carga lateral, los cuales pueden revisarse en las referencias Prakash (1990) y Tomlinson (1987).

Una regla práctica – Ref. Arze (1966) – para estimar los momentos que produce una fuerza lateral en pilotes es suponer doble empotramiento en el cabezal y en el terreno. El plano de empotramiento en el terreno se supondrá a las siguientes distancias de la cara inferior del cabezal:

- Limos y Arcillas Blandas o Arenas Sueltas : 2.5 m- Otros suelos : 2.0 m

4.2.7 Carga de Tracción en Pilotes

La carga última de tracción de pilotes puede ser estimada de una manera similar a la capacidad de carga última a compresión, ignorando la capacidad de carga por punta Qp, ver Figura # 8. Esto se expresa así:

Tu = Qf + Wp

donde :

Tu = Capacidad de carga última a tracciónQf = Capacidad de carga última por fricción

Wp = Peso del pilote

En pilotes con base ensanchada – Figura # 9 – la capacidad de carga última en suelo granular se puede estimar como el peso del suelo ubicado dentro de un tronco de cono invertido cuya base es la base del pilote y su generatriz forma un ángulo de 30° con la vertical.

Para determinar la carga admisible a tracción se aplica un factor de seguridad de 3, es decir:

Tadm = Tu / 3

4.3 Diseño Estructural de Pilotes

Los pilotes se deben diseñar estructuralmente para resistir las cargas a las que serán sometidos durante su instalación y vida útil.

En el caso de pilotes de concreto el ACI – 543 da recomendaciones para el diseño estructural de los pilotes.

En el caso de pilotes prefabricados la condición de carga crítica se presenta durante el izaje y el hincado de los pilotes.

En caso de pilote vaciados in situ el diseño se hace para resistir los esfuerzos producidos por las cargas que la estructura le aplicará durante su vida útil. Estos esfuerzos son los esfuerzos de compresión debido a la carga vertical y los esfuerzos de flexión producidos por el momento inducido por la fuerza lateral, el cual puede calcularse según lo indicado en el ítem 4.2.6.

Si no existen fuerzas laterales ni momentos aplicados en la cabeza del pilote, teóricamente el pilote podría no llevar armadura, sin embargo es recomendable considerar una armadura mínima con una cuantía de 0.5%.

4.4 Distribución de Pilotes bajo Pilares y Estribos

Una vez seleccionado el tipo y características del pilote y determinada su capacidad de carga admisible, se diseña la distribución de pilotes bajo la zapata.

Las cargas (verticales, horizontales y momentos) que la superestructura transmite a la zapata deben a su vez ser transmitidos a los pilotes.

La distribución de pilotes bajo un pilar o estribo se hace mediante un procedimiento iterativo. Se supone un número y una distribución de pilotes bajo la zapata y se calculan las cargas transmitidas a cada pilote, luego se verifica que ningún pilote se supere su capacidad de carga admisible. Si es necesario se aumenta o disminuye la cantidad de pilotes hasta conseguir un diseño óptimo.

Para calcular las cargas transmitidas a cada pilote se pueden emplear métodos simplificados manuales o programas de cálculo que modelan el comportamiento de toda la estructura. Al aplicar estos programas, será necesario modelar la reacción del suelo empleando sus parámetros esfuerzo deformación tanto para la reacción lateral como para la reacción vertical del suelo.

En la referencia Peck (1995) se describe un procedimiento simplificado para calcular las cargas trasmitidas a cada pilote, el cual reproducimos a continuación:

1.- Hágase una distribución tentativa (Figura # 10) de los pilotes de la cimentación para la sección en la base del muro.

2.- Calcúlense las fuerzas verticales VA, PB y PC en cada pilote por medio de la siguiente ecuación:

V Mc x diVi = ------ + -------------- n di²

donde:

Vi = Carga Vertical en los pilotes de la fila "i"V = Sumatoria de cargas verticales al Nivel de fondo de Zapata.MC = Sumatoria de Momentos respecto del centroide de los pilotes.Di = Distancia de los pilotes de la fila "i" al eje del centroide.

n = Número total de Pilotes

3.- Compárense las fuerzas verticales en los pilotes inclinados con su carga axial de seguridad. La fuerza vertical máxima en un pilote inclinado debe limitarse a un valor de 8 por ciento menor que el de la carga axial de seguridad, para tomar en cuenta la influencia de la inclinación.

4.- Constrúyase el polígono de fuerzas (Figura # 10). De acuerdo con este diagrama, si los pilotes de la fila A van a resistir toda la fuerza horizontal ΣH, deben tener la inclinación de la línea FG. Por tanto la inclinación requerida es:

m=100∑ H

∑ V ' (a)

donde:m = inclinación de los pilotes expresada en cm (horizontales) por

metro (vertical)H = Fuerza horizontal que van a resistir los pilotes inclinadosV’ = Suma de fuerzas verticales que obran en los pilotes inclinados.

Para la condición mostrada en (Figura # 10),V’ = 2 VA

5.- Revísese si la inclinación necesaria es razonable. Si no, se requiere hacer una nueva distribución o los pilotes inclinados deberán usarse en más de una fila como se explica en lo que sigue.

6.- Calcúlese la fuerza axial en los pilotes inclinados, y compárese con la carga de seguridad acial por pilote. Si se excede la carga de seguridad, hay que hacer una nueva distribución.

Si la fuerza horizontal H es grande, puede ser necesario inclinar más de una fila de pilotes. Si se usan pilotes inclinados en la fila B, además de en la fila A, y si se desea la misma inclinación en ambas filas, una línea que una E y G (Figura # 10) da la inclinación adecuada. Por tanto, la ecuación (a) sigue siendo aplicable, siempre que la suma vertical V’ se ajuste para incluir a PB

En algunos proyectos la inclinación difiere de fila a fila. En muchos casos, su propio criterio o los resultados de pruebas en el lugar pueden decidir al proyectista a considerar que sólo una parte dice la fuerza horizontal total necesita ser resistida por los pilotes inclinados. En cualquier caso, un diagrama de fuerzas semejante al mostrado en la (Figura # 10) es útil para determinar las inclinaciones correctas para las diferentes filas.

El valor de (m) obtenido por medio de la ecuación (a) se aproxima comúnmente al centímetro. No se justifica más refinamiento, en vista de las muchas suposiciones y de las incertidumbres de campo que afectan a los problemas de este tipo.

4.5 Pruebas de Cargas en Pilotes

Las pruebas de carga consisten en aplicar cargas verticales a un pilote y registrar los asentamientos que se producen.

Las pruebas de carga en pilotes pueden efectuarse en la etapa de diseño para optimizar el diseño de la cimentación, sin embargo, en nuestro medio es poco usual efectuar pruebas de carga en esta etapa debido a su costo considerable.

Lo mas generalizado es efectuar pruebas de carga verificatorias, es decir se hace el diseño de la cimentación con la información geotécnica y durante la ejecución de la obra se verifica que la carga de diseño de los pilotes sea suficientemente segura.

La norma ASTM D1143-81 estandariza los procedimientos para la ejecución de pruebas de carga. Contempla diversos procedimientos de aplicación de cargas, el más usual es el "Procedimiento Estándar de Carga" ítem 5.1 de la norma, el cual establece que la prueba sea hecha hasta una carga de prueba máxima igual al 200% de la carga de servicio del pilote. La secuencia de la prueba es la siguiente:

Ciclo de Carga

La carga máxima de prueba será aplicada en incrementos iguales al 25% de la carga de servicio.

Cada incremento de carga se mantendrá aplicado hasta que la velocidad de asentamiento sea no mayor de 0.25 mm/hora, pero como máximo dos horas.

Antes y después de la aplicación de cada incremento de carga, se registrarán el tiempo, carga y asentamiento de los pilotes. En cada nivel de carga, se tomarán lecturas adicionales a intervalos de 10 minutos durante los primeros 40 minutos y a intervalos de 20 minutos de allí en adelante.

Ciclo de Espera con Carga

Se mantendrá la carga máxima de prueba durante 12 horas. En caso que la velocidad de asentamiento al final de las 12 horas sea mayor o igual a 0.25mm/hora, la carga máxima deberá mantenerse 12 horas adicionales.

Se registrarán el tiempo, carga y asentamiento a intervalos de 20 minutos durante las primeras dos horas, a intervalos de una hora durante las siguientes diez horas y, en caso de ser necesario, a intervalos de 2 horas durante las siguientes 12 horas.

Ciclo de Descarga

Después del tiempo de espera requerido, se retirará la carga de prueba en decrementos iguales al 25% de la carga máxima de prueba, con una hora entre decrementos.

Se tomarán lecturas antes y después de la remoción de cada carga; en cada nivel de carga se tomarán lecturas adicionales cada 20 minutos.

Ciclo de Espera sin Carga

Se tomará una lectura final 12 horas después de la remoción total de la carga.

Para estimar la carga de falla del pilote, los registros de la prueba de carga se grafican en un sistema de coordenadas Carga-Asentamiento. En algunos casos es muy claro el punto de falla en curva Carga-Asentamiento, ya que se observa un cambio brusco en su pendiente. Sin embargo, en la mayoría de

los casos la pendiente de la curva se va inclinando gradualmente y no existe un punto claro de falla. Para interpretar estos casos existen diversos métodos – ver referencia Prakash (1990) - , el más usual de estos es el Método de Davisson que se reproduce en la Figura # 11.

REFERENCIAS

1. AASTHO (1992), “Standard Specification for Highway Bridges”.2. Arze E. (1966), “Pruebas de Carga sobre Pilotes Franki”, Pilotes Franki

Chilena S.A., Santiago.3. Alva J. E. (1998), “Cimentaciones Profundas”, I Congreso de Ingeniería

Estructural y Construcción, ACI – Capitulo Peruano.4. ASTM (1987), “Estándar Test Meted for Piles Under Static Axial

Compressive Load”, ASTM D1143-81.5. NAVFAC DM-7 (1982), “Design Manual Soil Mechanics, Foundations and

Earth Structures”, Department of de Navy, Naval Facilities Engineering Command, U.S. Navy.

6. Prakash S. y Sharma H.D. (1990), “Pile Foundations in Engineering Practice”, John Wiley, New York.

7. Terzaghy K., Peck R. y Mersi G (1996), “Soil Mechanics in Engineering Practice”, ”, John Wiley, New York.

8. Tomlinson M.J. (1987), “Pile Desing and Construction Practice”, Pitman, London.

9. Peck, Hanson, Thornburn (1995),”Ingeniería de Cimentaciones”, Limusa Editores, México.

TABLAS

Tabla # 1Ref. Prakash (1990)

Tabla # 2Ref. Prakash (1990)

Tabla # 3Ref. Prakash (1990)

Tabla # 4Ref. Prakash (1990)

FIGURAS