CÁLCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE – CARGA DE HUNDIMIENTO

Carga de hundimiento por fórmulas dinámicas

Para el caso de pilotes de desplazamiento (y, muy especialmente, para los prefabricados), se han desarrollado multitud de fórmulas que pretenden obtener la capacidad resistente del pilote en función de su comportamiento durante el proceso de hinca.

Las fórmulas más conocidas son las de Hiley, la Holandesa y la de Janbu; las tres se han recogido en las siguientes ecuaciones. Sus características esenciales, son:

Fórmula de Hiley

La maza de hinca, de peso Pm, cayendo desde una altura H, produce un trabajo aprovechable:

ɳ x Pm xH

ɳ= el coeficiente de rendimiento de la maza (oscilar entre 0,75 y 1,00) es un dato suministrado por el fabricante del equipo.

Ese trabajo aprovechable es consumido esencialmente en hincar el pilote una cierta magnitud, s, que es el “rechazo”.

A este descenso se opone una fuerza Q que es la resistencia del pilote a efectos dinámicos; el trabajo consumido en la hinca viene dado por:

T hinca=Qx s

Fórmula holandesa

Es la simplificación más extendida de la de Hiley; se utiliza, pues a su facilidad de uso une suficiente seguridad en los resultados alcanzados.

Qadm=1c

Pm .H

s (Pp+Pm)

Dónde:

Qadm = Carga dinámica admisible por el pilote.

Pm = Peso de la maza (habitualmente, de 3 a 5 T.)

H = Altura de caída durante la comprobación del rechazo (de 40 a 60 cm.)

c = Coeficiente de minoración (normalmente, 6; en casos extremos, hasta 10).

s = Rechazo (penetración, en cm/golpe). Se suele medir en tandas de 10 golpes y

tomar la media para el cálculo. Se define también como el hundimiento medio

del pilote por cada golpe.

Pp = Peso del pilote y accesorios necesarios para la hincadura.

Fórmula de Janbu

Representa bien la realidad de la hinca, en ciertas condiciones como fórmula general de hinca (la presenta en forma de tabla, con un error en la relación entre el peso de la maza y el del pilote, que están invertidos). Sin embargo, su uso actualmente es puramente anecdótico, pues exige grandes alturas de caída de maza o pesos muy importantes de la misma, por lo que ha quedado fuera del rango actual de la maquinaria de hinca.

Para arenas y arcillas tenemos:

Los factores *C N y *q N se calculan suponiendo una superficie de falla en el suelo en la punta del pilote. Por tanto las relaciones de carga son:

Variación de valores de *c N y *q N. Fuente Janbu 1976.

De la figura se puede apreciar que el ángulo n' varía aproximadamente desde 70° en arcillas blandas hasta aproximadamente 105° en suelos arenosos densos.

Sin importar cual método haya sido utilizado para calcular Q up su magnitud plena se obtiene después de que el pilote penetre por lo menos entre 10% y 25% de su ancho. Para la arena esta es la profundidad crítica.

Caso de pilotes inclinados

En este tipo de pilotes, la altura de caída de las fórmulas de hinca se ve reducida, y además aparece un rozamiento adicional en las guías de la maza (se suele admitir que el coeficiente de fricción en las guías es de 0,10); la altura de caída que debe utilizarse en la fórmula es:

H ´=H x (cos α−0,10 x senα)

Carga de hundimiento mediante análisis por ecuación de onda

Actualmente, se cuenta con medios informáticos que permiten emplear modelos matemáticos para la modelización del impacto sobre un sistema suelo-pilote. Los programas se denominan WEAP (Wave Equation Analysis Program).

Este análisis por ecuación de onda permite eliminar muchas incertidumbres que hacían engrosar el coeficiente de seguridad en las fórmulas dinámicas. Adicionalmente, permiten el análisis del comportamiento del martillo, y la estimación de compresiones y tensiones generadas en el pilote.