Diseño Estructural de Cimentaciones Profundas: Distribución y Solicitaciones de Pilotes

Distribución de Pilotes en Cimentaciones Profundas

Conocida la capacidad de carga admisible de los pilotes, se calcula la cantidad total de pilotes necesarios, teniendo en cuenta la eficiencia de los pilotes en grupos. En base a esto, se puede conocer el área total de los cabezales.

Recomendaciones para la Disposición de Pilotes y Cabezales

• Distancia entre pilotes: Debe ser mayor a 2.5D (donde D es el diámetro del pilote) y no menor que 70 cm, para evitar el levantamiento del suelo que impida la colocación de los restantes pilotes.
• Separación máxima: No debe exceder 4D para no proyectar cabezales antieconómicos.
• Número mínimo: Se requieren al menos 2 pilotes debajo de cada cabezal.
• Arriostramiento: Los cabezales deben estar arriostrados en dos direcciones ortogonales.
• Voladizos del cabezal: Los cabezales deben volar 15-30 cm hacia todos los lados para dar cabida a la armadura principal.
• Altura del cabezal: La altura del cabezal debe ser igual a (separación entre pilotes)/2, ya que esto garantiza rigidez suficiente y la formación de bielas comprimidas a 45° aproximadamente.

Solicitaciones y Modelos de Cálculo de Pilotes

Para el cálculo de las solicitaciones que actúan sobre los pilotes, se aceptan las siguientes hipótesis simplificadoras:

1. El pilote está biarticulado, a pesar de que su condición real es de empotramiento en el cabezal y semiempotrado en el suelo. Además, no se consideran sus deformaciones elásticas.
2. La única solicitación considerada es el esfuerzo axial. Se desprecian los momentos flectores.
3. El cabezal es infinitamente rígido.

Pilotes Elásticamente Determinados

En este modelo, las cargas se distribuyen según la rigidez elástica del sistema.

(GRAFICO 27)

En el ejemplo gráfico, el pilote 3 está traccionado, mientras que los pilotes 1 y 2 están comprimidos.

Pilotes Estáticamente Indeterminados

Para el cálculo de pilotes estáticamente indeterminados, se aceptan las hipótesis mencionadas anteriormente.

A. Cálculo con Fuerzas Inclinadas

Método de Cullmann

Este método se puede usar para pilotajes que presentan pilotes dispuestos según tres direcciones:

(GRAFICO 28)

Se asimilan los pilotes que tienen la misma dirección a un único pilote ficticio. Se obtienen las fuerzas resultantes: P1-2, P3-5 y P4-6.

Se supone que los pilotes con la misma dirección tienen iguales cargas, aunque en la realidad esto puede no ocurrir:

• P1 = P2 = (P1-2) / 2
• P3 = P5 = (P3-5) / 2
• P4 = P6 = (P4-6) / 2

Método del Trapecio de Presiones

Este método se basa en la distribución de presiones en forma trapezoidal.

(GRAFICO 29)

Las fuerzas verticales (V) se calculan mediante la integración de las presiones:

V1 = ( ( 1 + 2) / 2 ) . a1

V2 = ( ( 2 + 3) / 2 ) . a2

V3 = ( ( 3 + 4) / 2 ) . a3

La fuerza vertical total es V = V1 + V2 + V3. Este método da resultados aceptables para V > 5H.

B. Cálculo con Fuerzas Verticales

Para el cálculo de fuerzas verticales, se utilizan los conocimientos de resistencia de materiales.

(GRAFICO 30)

La fuerza que debe absorber cada pilote será igual a la tensión por su sección.

i = (V / n . i) + (Mx / Ix) . Yi + (My / Iy) . Xi

Donde:

• es la sección de un pilote.
• n es el número total de pilotes.

El momento de inercia se calcula mediante el Teorema de Steiner:

Ix = Ixi + i . Yi²

Si todos los pilotes son iguales, la fórmula se simplifica a:

Ix = i . Yi² (Ídem para Iy).