Proyectos Sismorresistentes: Estructuras De Concreto

Máster Internacional

Proyectos Sismorresistentes Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido

B5

Cimentaciones

T3 Cimentaciones Profundas P2

Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

RESPONSABILIDADES: El contenido de esta obra elaborada por ZIGURAT Consultoría de Formación Técnica, S.L. está protegida por la Ley de Propiedad Intelectual Española que establece, penas de prisión y o multas además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios.

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita a ZIGURAT.

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gu ra t ic a

ES A

Sí sm

IN

IN

ÍNDICE DE CONTENIDOS

ic a

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí s

m

1. Introducción .......................................................................................................................... 4

ra t

ra

t

2. Criterios de Diseño Sismorresistente para Cimentaciones con Pilotes ......................... 6

Diseño Geotécnico de Pilotes por Capacidad Última ................................................... 8

3.3.

Efecto de Grupo de Pilotes ........................................................................................ 10

Sí sm

IN

ic a

ES A

3.2.

ic a

sm

IN ES A

gu

Diseño Geotécnico de Pilotes por Esfuerzos Permisibles ........................................... 7

Zi

3.1.

ic

a

Zi gu

3. Diseño Geotécnico de Pilotes ............................................................................................. 7

gu

Sí s

Resistencia pasiva (𝑽𝒑𝒂𝒔𝒊𝒗𝒂) .................................................................................... 13

4.2.

Corte actuante en los pilotes (𝑽𝒑𝒊) ............................................................................ 14

4.3.

Momento flector sobre los pilotes (𝑴𝒑𝒊) .................................................................... 15

4.4.

Carga axial equivalente debida a la acción de momentos de volcamiento (𝑷𝒐𝒕 ) ..... 15

Zi

ra t

4.1.

ES A

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sm

ES

A

Zi

IN ES A

gu

Sí

m

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4. Mecanismo de Transferencia de Carga sobre Pilotes Sometidos a Acción Sísmica .. 12

ra

t

sm

Sí

5. Criterios de Diseño Estructural Sismorresistente de Pilotes ......................................... 19

Sí

Zi gu

6. Diseño Estructural de Pilotes por Capacidad Admisible (Pilotes soportados lateralmente) ........................................................................................................................... 23 Capacidad de Servicio Admisible de pilotes sometidos a compresión concéntrica ... 23

6.2.

Capacidad de Servicio Admisible de Pilotes sometidos a Tensión Concéntrica ........ 24

ES

A

Zi g

a

ES A

IN

ES

A

ur

at

6.1.

IN

Sí sm

7.2.

Resistencia a la Tracción ........................................................................................... 28

7.5.

Resistencia bajo condición combinada de carga axial y flexión ................................. 28

a

ic a

Zi

ES A

IN

IN

Sí s

m

Sí sm

ic

8. Diseño de Pilotes no Soportados Lateralmente .............................................................. 35

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9. Requerimientos Mínimos de Armado de Pilotes ............................................................. 39

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© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

Resistencia a la Flexión ............................................................................................. 28

gu

7.4.

Zi gu ra

Resistencia al corte .................................................................................................... 28

ES A

7.3.

t

t

Sí s

m

ic a

Resistencia a la compresión ...................................................................................... 26

t

7.1.

ra gu Zi

ic

IN

7. Diseño Estructural de Pilotes por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) ................ 26

2

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

Cálculo de la cuantía de acero de refuerzo transversal según FEMA 450 y el Comité

ic a

10.1.

IN

IN

10. Refuerzo Transversal en Pilotes ..................................................................................... 40

Cálculo de la cuantía de acero de refuerzo transversal para pilotes diseñados como

ra t

ra

t

10.2.

Sí s

m

543 del ACI ........................................................................................................................... 40

IN ES A

gu

Zi gu

columnas .............................................................................................................................. 43

ES A

Zi

11. Desarrollo del Refuerzo dentro del Cabezal o Encepado ............................................. 46

ra t

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ES

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a

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Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

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A

Zi

IN ES A

gu

Zi

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gu

Sí s

Sí

m

sm

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ic

a

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12. Anexos: Diagramas de Interacción Adimensionales para ser Utilizados en el Diseño de Pilotes ................................................................................................................................. 47

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t

A

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ES

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t Sí sm

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IN

1. Introducción

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ic a

Las cargas sísmicas sobre cimentaciones con pilotes pueden ser tanto laterales como verticales

Sí s

m

como ya se ha estudiado, y se generan principalmente como consecuencia de aceleraciones

ra t

ra

t

horizontales y verticales transmitidas a la superestructura mediante acción del terreno sobre los

IN ES A

gu

Zi gu

pilotes. Se diferencian dos comportamientos a saber, el movimiento del terreno sobre las

ES A

Zi

cimentaciones, el cual es transferido a la superestructura como fuerzas inerciales en función de

IN

Sí sm

a

que vuelve nuevamente al terreno mediante los pilotes.

ic a

la masa de la estructura y la aceleración del sistema suelo-estructura, y la respuesta del edificio

sm

ic a

ic

La magnitud del movimiento del terreno transmitida a la estructura, y las cargas aplicadas a la

gu

Sí s

Sí

m

ra t

cimentación, depende de las condiciones del suelo, el método de transferencia de carga del

gu

Zi

ra t

pilote al suelo (por punta o fricción), el tipo de construcción y la conexión entre la estructura y

estructura depende de las vibraciones, peso y flexibilidad de la misma.

IN ES A

Zi

la cimentación. La magnitud de las cargas transmitidas nuevamente a los pilotes por la

ES A

ES

ic a

A

La carga lateral o cortante basal de la edificación sobre la cabeza del pilote es consecuencia

IN

ic a

IN

sm

de la inercia de la estructura al inicio de las vibraciones del sismo y de las fuerzas inerciales de

ra

t

sm

Sí

la estructura al moverse lateralmente. El valor real del cortante basal es función de la magnitud

Sí

Zi gu

del sismo, el grado de sismicidad del área geográfica, el período fundamental de la estructura

at

y la masa real en condición de servicio.

ES

A

Zi g

pilotes son interconectados mediante tensores de concreto reforzado capaces de soportar las

ES A

IN

ES

A

ur

Con la finalidad de favorecer la adecuada distribución de cortante basal en una edificación, los

IN

ic

IN

a

fuerzas horizontales derivadas de la acción sísmica, tanto en compresión como en tensión, y

ic a

Sí sm

en muchos casos se pudiese requerir que estos miembros de conexión (que se les conoce con

Sí s

m

el nombre de vigas de riostra o centradoras), sean también capaces de absorber esfuerzos de

ES A

IN

IN

t

debido a que los mismos tienden a soportar todas las fuerzas horizontales de la estructura,

ra t

gu

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t ra Zi

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a

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llevando a la falla tanto el pilote como el cabezal (encepado) que cubre el o los pilotes. Pilotes verticales más largos o flexibles han manifestado mejor comportamiento.

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A

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ES

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

Zi

efectos de las fuerzas de volcamiento. Los pilotes inclinados han sufrido daños importantes

ES A

Zi

gu

Durante un sismo, cargas de levantamiento y compresión pueden actuar sobre los pilotes por

gu

ra

Zi gu ra

t

t

flexión.

4

gu ra t ic a

ES A

ES A

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Sí sm

IN

IN

Otras fallas han ocurrido en eventos sísmicos debido a la presencia de detalles de conexión

ic a

deficientes entre los pilotes y cabezales (encepados), falta de una adecuada resistencia y

m

ductilidad rotacional en la sección transversal del pilote o debido a análisis de comportamientos

ra t

ES A IN

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ES

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Zi g

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ES A

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ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

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A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

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ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

esperados fallidos.

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A

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Zi

ES

A

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gu ra t ic a

ES A

ES A

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m

ic a

Sí sm

IN

IN

2. Criterios de Diseño Sismorresistente para Cimentaciones con Pilotes

Sí s

Los criterios de diseño sismorresistente aplican a pilotes o pilas de concreto reforzado,

ra t

ra

t

pretensado o postensado, y de acero o similares. Se consideran aptos los pilotes de madera,

Zi

exigidos por los códigos de diseño.

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

siempre y cuando se asegure un comportamiento sismorresistente acorde con los requisitos

IN

ic a

La consideración del conjunto suelo-pilote en el modelo matemático puede influenciar

Sí sm

ic

a

notoriamente las propiedades dinámicas de la estructura y por ende su estado de fuerzas y

ra t

Sí

m

sm

ic a

deformaciones.

ra t

gu

Sí s

El terreno puede ser simulado mediante un grupo de elementos con rigidez unidireccional o

IN ES A

gu

Zi

resortes que representen la rigidez axial y lateral. Las propiedades de dichos elementos se

Zi

obtienen a partir de curvas conocidas como 𝑝 − 𝑦 para la dirección transversal, 𝑡 − 𝑧 para la dirección axial en el fuste y 𝑞 − 𝑧 para la dirección axial en la punta. Un método simplificado,

ES A

ES

ic a

A

ampliamente utilizado, para considerar la interacción entre el suelo y el pilote consiste en

IN

ic a

IN

sm

considerar una longitud de empotramiento equivalente del pilote. En el caso de pilotes

ra

t

sm

Sí

inclinados es conveniente incluir la interacción tanto lateral como axial, pues esta última puede

Sí

Zi gu

influenciar la rigidez lateral de la estructura como la primera.

at

Para pilotes, aislados o en grupo, se emplearan cabezales interconectados mediante vigas de

ES

A

Zi g

IN

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gu

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t ra gu ic

a

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Sí s

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Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

a

ES A

desarrolle su capacidad resistente en la unión.

IN

ES

A

ur

riostra o centradoras. El dimensionado y detallado de los cabezales debe asegurar que el pilote

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

3. Diseño Geotécnico de Pilotes

m

ic a

3.1. Diseño Geotécnico de Pilotes por Esfuerzos Permisibles

Sí s

La capacidad admisible de los pilotes debe determinarse mediante los principios de mecánica

IN ES A

Zi gu

ra t

ra

t

de suelos y de acuerdo con el reglamento general de construcción. El número y distribución de

Zi

gu

los pilotes, generalmente se establece con base en estos valores admisibles para cargas no

ES A

mayoradas (de servicio) tales como CP, CV, Viento (W) y Sismo (S), en cualquier combinación

ic a

IN

que controle el diseño. Cuando haya necesidad de tener en cuenta cargas excéntricas o

ic a

ic

a

Sí sm

momentos, la reacción obtenida en el pilote debe estar dentro de los valores admisibles.

ra t

m

gu Zi

Sí s

Sí

pilotes (𝑄𝑢) viene dada por:

ra t

sm

Basado en la teoría clásica de diseño geotécnico de pilotes, la capacidad portante última de los

Zi

IN ES A

gu

𝑄𝑢 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑓 + 𝑄𝑎𝑑ℎ

Y luego conforme aplicación de teoría de esfuerzos permisibles, la capacidad portante

ES A

ic a

t ra Zi gu

Sí

•

𝑄𝑝 = Capacidad por Punta.

•

𝑄𝑓 = Capacidad por Fricción.

•

𝑄𝑎𝑑ℎ = Capacidad por Adherencia.

•

𝐹𝑆 = Factor de Seguridad.

ic a

Sí sm

ic

IN

a

ES

A

Zi g

ur

at

𝑄𝑢 = Capacidad Última.

ES A

•

IN

A ES IN

sm

Sí

IN Dónde:

IN

𝑄𝑎𝑑𝑚 = 𝑄𝑢 / 𝐹𝑆

sm

ES

ic a

A

admisible en pilotes (𝑄𝑎𝑑𝑚) será:

Sí s

m

De esta forma, la condición de diseño estará en función de la siguiente relación:

t

ra t

gu

gu

ra gu m

Sí s

ra

t

𝑄 𝑎𝑐𝑡 = Carga de servicio actuante.

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Zi

Zi ic

a

ic a Sí sm

Dónde: •

t

Zi gu ra

ES A

𝑄 𝑎𝑐𝑡 < 𝑄𝑛𝑜𝑚 𝑦 𝑄𝑎𝑐𝑡 < 𝑄𝑎𝑑𝑚 (𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑡á𝑛𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒)

IN

IN

Zi

O también,

ES A

gu

ra

t

𝑄𝑎𝑐𝑡 < 𝑄𝑛𝑜𝑚 < 𝑄 𝑎𝑑𝑚

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

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gu ra t ic a

•

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

𝑄𝑛𝑜𝑚 = Capacidad estructural nominal del pilote. (Teoría de esfuerzos permisibles)

ic a

La capacidad nominal o estructural en pilotes de concreto (𝑄𝑛𝑜𝑚) rotados y vaciados en sitio

Sí s

m

sometidos a condición de carga axial concéntrica dependerá de la forma de colocación del

ic a

Dónde:

ES A

Zi

IN ES A

𝑄𝑛𝑜𝑚 =  𝑓’𝑐 𝐴𝑝

gu

Zi gu

ra t

ra

t

pilote, mediante la siguiente expresión.

 = Factor que depende de la colocación o método de fabricación del pilote. (Ver

Sí sm

a

IN

•

ic a

gu

𝐴𝑝 = Área de la sección transversal del pilote.

IN ES A

gu

ra t

ra t

m

•

𝑓’𝑐 = Resistencia cilíndrica del concreto.

Sí s

Sí

•

Zi

sm

ic

recomendaciones de la CTE, NSR, COVENIN, ACI y otros)

Zi

Para el caso de pilotes de acero, la capacidad nominal o estructural (𝑄𝑛𝑜𝑚) estará dada por:

ES A ic a

sm

•

𝑓𝑠 = Esfuerzo permisible en el acero.

•

𝐴𝑝 = Área de la sección transversal del pilote.

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

ES

Dónde:

IN

ic a

A

𝑄𝑛𝑜𝑚 = 𝑓𝑠 𝐴𝑝

ur

at

En pilotes prefabricados la capacidad estructural considera otros factores tales como: proceso

ES

A

Zi g ic

IN

a

ES A IN

IN

ES

A

de fabricación, transporte, procesos de hinca, entre otros.

m

ic a

Sí sm

3.2. Diseño Geotécnico de Pilotes por Capacidad Última

Sí s

Para la verificación de la capacidad axial del pilote, bien sea a compresión o tracción, se deberá

IN

ra t

gu

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ra gu Zi ic

Sí s

t ra gu

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m

Sí sm

a

ic a

𝑄 = Carga máxima de compresión o tracción obtenida de los casos de carga que consideran acciones gravitacionales, sísmicas y post-sísmicas.

Zi

t

Zi gu ra

ES A

ES A

Dónde: •

𝑄 ≤  𝑄𝑢𝑙𝑡

IN

Zi

gu

ra

t

t

aplicar la siguiente expresión:

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

•

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

𝑄𝑢𝑙𝑡 = Capacidad de carga al agotamiento resistente por compresión o tracción del

m

convencionales.

ic a

sistema terreno-pilote, obtenida mediante aplicación de conceptos de diseño geotécnico

ra t

ra

t

Sí s

 = Factor de reducción de resistencia.

•

sm

ic a

ic

a

Casos de Análisis considerados

ic a Sí sm

IN

Zi

resistencia de las conexiones.

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

En pilotes construidos por secciones, la fuerza máxima de tracción no excederá el 75% de la

Sí

m

ra t

Se aplicaran los mismos casos de análisis utilizados en cimentaciones superficiales en

IN ES A

Zi

sísmicos (Tabla 3.1).

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

condición de servicio, de esta forma se considera la superposición de efectos gravitacionales y

Tabla 3.1. Superposición de Efectos (Criterio COVENIN 1756)

0.9 CP  S

ra

t

sm

Sí

IN

1.1 CP + CV  S

Con solicitaciones sísmicas

ic a

sm

ES IN

ES A

Combinación de Acciones (𝑸)

ic a

A

Caso de Análisis

1.1 CP + CV

•

S = Efectos debidos a acción sísmica.

t

IN

Zi

ES A

Recuerde que en el análisis post-sísmico lo importante es verificar el caso estático

ic a

IN

inmediatamente después de la ocurrencia de un sismo, cuando la resistencia al corte del suelo

Sí sm

ic

a

haya sido degradada por efectos del mismo, es por ello que en la combinación para el caso

ra

t

Sí s

m

post-sísmico se encuentran excluidas las acciones sísmicas.

ra t

gu

Zi

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

gu

ra

t

Zi gu ra

ES A

gu

ra

A IN

CV = Efectos debidos a cargas variables.

Sí s

•

m

Sí sm

CP = Efectos debidos a cargas permanentes.

t

•

ic a

ic

IN

a

𝑄 = Solicitaciones gravitacionales y sísmicas para verificación de capacidad portante de las cimentaciones.

Zi

ES

ES A

•

Zi g

Dónde:

IN

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

Post-sísmico

9

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

Las reacciones resultantes debidas a cargas de servicio combinadas con los momentos,

ic a

cortantes, o ambos, causados por las fuerzas de viento o sismo no deben exceder los valores

ra t

ra

t

Sí s

m

incrementados que puedan estar permitidos por el reglamento general de construcción.

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

Factores de reducción de resistencia ()

ES A

En la Tabla 3.2 se indican los factores de reducción de resistencia, tanto a tracción como a

IN

ic a

compresión para pilotes (Criterio COVENIN 1756). Obsérvese que existe diferencia en los

ic

a

Sí sm

casos en los cuales se hayan ejecutado pruebas de carga para la verificación de la capacidad

ra t

Sí s

Sí

m

sm

ic a

geotécnica real del pilote.

IN ES A

gu

Zi

Casos de Análisis

Con solicitaciones sísmicas

Si

0.9

0.75

0.7

0.75

ra

t

sm

Sí

No

0.9

0.75

0.6

0.75

Sí

Zi gu

Si

Tracción

Post-sísmico

ES A

sm

ES IN

Compresión

ic a

Prueba de carga

ic a

A

Tipo de Carga

IN

Zi

ra t

gu

Tabla 3.2. Factores de reducción de resistencia máxima () para capacidad de carga axial de pilotes. (Criterio COVENIN 1756:2001)

A

Zi g

ES A

ic

IN

a

ES

Factores de reducción de resistencia () conforme a FEMA 450 y 750.

IN

IN

ES

A

ur

at

No

ic a

Sí sm

En relación al factor de minoración de resistencia (), el FEMA indica que si la capacidad ultima

m

de la fundación es determinada con base a investigaciones de sitio y a su vez ensayos de

Sí s

laboratorio, el valor del factor de reducción será de 0.8 en suelos cohesivos y de 0.7 para suelos

Sí s

3.3. Efecto de Grupo de Pilotes

m

Sí sm

ic

a

ic a

IN

ra

t

Basado en pruebas y análisis, Rollins et al. recomiendan los siguientes factores 𝑓𝑚 :

ra t

gu

Zi

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t ra

Zi

ES A

ES A

el caso de suelos cohesivos y de 0.9 para suelos granulares.

IN

Zi

gu

campo con el uso de modelos a escala, los factores de reducción permitidos serán igual a 1 en

gu

ra

Zi gu ra

t

t

granulares, mientras que si la capacidad de carga última es obtenida en base a pruebas de

10

gu ra t ic a

Pilotes de la primera fila (delanteros):

ra t

𝑠 𝑓𝑚 = 0.26 ln ( ) + 0.5 ≤ 1.0 𝐷

ra t

Zi

IN ES A

gu

Pilotes de la segunda fila:

Zi

•

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

•

ES A IN

ic a

𝑠 𝑓𝑚 = 0.60 ln ( ) − 0.25 ≤ 1.0 𝐷

ra

t

sm

Sí

IN

sm

Pilotes de la tercera fila o más:

Sí

Zi gu

•

ic a

A

𝑠 𝑓𝑚 = 0.52 ln ( ) ≤ 1.0 𝐷

ES

Sí sm

IN

Figura 3.1. Efecto de grupo de pilotes.

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

IN

IN

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Debido a que la dirección de la carga varia durante un sismo y la eficiencia global del grupo es

ic

Sí s

𝑖=1

ic a

1 ∑ 𝑓𝑚𝑖 𝑛

m

Sí sm

𝑛

̅̅̅ 𝑓𝑚 =

Zi

gu

ra

t

Zi gu ra

ES A

ES A

𝑛 = número de pilotes

Zi

gu

ra

t

t

Dónde: •

A IN

a

promedio se determina como:

ES

ES A

Zi g

miembros de un grupo en el análisis de cualquier miembro. Es este caso, el factor de reducción

IN

IN

ES

A

ur

at

el punto de interés principal, se suele usar el factor de eficiencia promedio para todos los

IN

IN

La forma de considerar el efecto de grupo consiste en multiplicar el valor de "𝑛ℎ " 𝑜 "𝑘" por el

Sí sm

ic

a

ic a

factor de reducción correspondiente según la separación entre pilotes. De esta forma, la

Sí s

m

capacidad del grupo de pilotes será entonces la suma de las capacidades individuales de los

ra

t

pilotes calculada en base a un valor de "𝑛ℎ " 𝑜 "𝑘" reducido. (Prakash y Sharma, 1990).

ra t

gu

Zi

gu

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

11

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

m

ic a

Sí sm

IN

IN

4. Mecanismo de Transferencia de Carga sobre Pilotes Sometidos a Acción Sísmica

Sí s

Cuando sobre la cimentación actúan cargas laterales y momentos flectores debidos a la acción

ra t

ra

t

sísmica, se producen múltiples fuerzas que determinan un comportamiento característico sobre

ra t

ES A

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

los elementos de la cimentación, tal como se observa en la siguiente figura:

IN

ic a

ra

t

sm

Sí

IN

Figura 4.1. Mecanismo de transferencia de carga sobre pilotes sometidos a acción sísmica.

Sí

Zi gu

Se puede observar que al actuar la fuerza horizontal (𝑉𝑠𝑖 ), el encepado o cabezal trata de

at

desplazarse y produce esfuerzos en el suelo donde se apoya que se traducen en fuerzas que

A

Zi g

ES A

ES

entre los pilotes del grupo (𝑉𝑝𝑖 ), produciendo a su vez, nuevos momentos en la parte superior

ic a

Sí sm

ic

IN

de los mismos (𝑀𝑝𝑖 ).

IN

a

IN

ES

A

ur

ayudan a resistir dichos desplazamientos (𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑖 ), esta fuerza cortante resultante se distribuye

m

De igual forma, la acción de las cargas laterales propicia un mecanismo de volcamiento sobre

Sí s

la cimentación. Si se toma como punto de pivote el centro del cabezal (Punto O) y se realiza un

ra t

gu

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m Sí s © Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t gu

ic

a

ic a Sí sm

t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

que se generan sobre los pilotes debido a la acción de los momentos flectores.

ra

ra

Zi gu ra

t

t

equilibrio de fuerzas sobre la cimentación, se puede observar la acción de cargas axiales (𝑃𝑜𝑡 𝑖 )

12

gu ra t Sí sm

IN

IN

4.1. Resistencia pasiva (𝑽𝒑𝒂𝒔𝒊𝒗𝒂 )

ic a

ES A

ES A

Zi

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ic a

La resistencia pasiva lateral del sistema suelo-cimentación la analizaremos en la Figura 4.2. En

Sí s

m

la zona I, el suelo está sometido a compresión triaxial por extensión lateral donde se manifiesta

ra t

ra

t

una reducción progresiva del esfuerzo horizontal. Contrario a la zona II, donde el suelo está

ra t

ES A IN

ic a

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

sometido a extensión triaxial generado por compresión lateral.

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Figura 4.2. Resistencia pasiva lateral del sistema suelo-cimentación.

at

Conforme al comportamiento descrito anteriormente, sobre los elementos de cimentación se

A

Zi g

ES A

ES

Es bien sabido que los efectos de la acción sísmica se traducen en procesos de reacomodo y

a

IN

ES

A

ur

producen presiones pasivas sobre la cara del cabezal que moviliza la masa de suelo.

IN

Sí sm

ic

IN

variación de propiedades dinámicas sobre el terreno, sin embargo, en vista de lo complejo de

ic a

la naturaleza sísmica sobre el terreno se considera válido estimar las presiones pasivas sobre

Sí s

m

la cimentación mediante el uso de teorías de condición de equilibrio limite tales como las

ra t

gu

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

m

1 ×𝛾×ℎ𝑐2 ×𝐾𝑝 + 2×𝐶×√𝐾𝑝 ×ℎ𝑐 2

Sí s

ra

Sí sm

𝜎𝑝 =

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Zi

1 ×𝛾×ℎ𝑐2 ×𝐾𝑝 2

Zi

ES A

IN

IN

𝜎𝑝 =

En suelos cohesivos:

t

•

Zi gu ra

En suelos granulares:

ES A

•

Zi

gu

ra

t

t

propuestas por Rankine, mediante el uso de las siguientes expresiones:

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

13

gu ra t ic a

ES A

1 + 𝑠𝑖𝑛 𝜙 >1 1 − 𝑠𝑖𝑛 𝜙

𝛾 = peso específico del suelo (ton/m3)

• •

𝐾𝑝 = coeficiente de presión pasiva de tierra

•

𝜙 = ángulo de fricción interna del suelo (°)

•

𝐶 = cohesión del suelo (ton/m2)

ES A

IN ES A

ic a

ic

a

Sí sm

IN

Zi

gu

Zi gu

ℎ𝑐 = altura del cabezal (m)

ic a

ra t

t

Sí s

•

ra

m

Dónde:

ic a

Sí sm

IN

𝐾𝑝 =

IN

ES A

Zi

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ra t

m

sm

Luego la fuerza pasiva que actúa sobre las caras del encepado o cabezal se estiman

Zi

ra t

gu

gu

𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑥 = 𝜎𝑝 ×𝐿𝑦

Zi

IN ES A

Sí s

Sí

multiplicando la presión pasiva por la dimensión del cabezal sobre la cual actúa (𝐿𝑦 𝑦 𝐿𝑥 ).

𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑦 = 𝜎𝑝 ×𝐿𝑥

ES A

ES

ic a

A

Dichas fuerzas se ubican aproximadamente entre un medio (1/2) y un tercio (1/3) de la altura

IN

ic a

ℎ𝑐 ℎ𝑐 𝑎 2 3

t

sm

Sí

ra

𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 (ℎ𝑝 ) = 𝑑𝑒

ES

A

Zi g

4.2. Corte actuante en los pilotes (𝑽𝒑𝒊 )

ES A

IN

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

IN

sm

total del cabezal (ℎ𝑐 ) medida desde el fondo del mismo:

𝑉𝑠𝑖 − 𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑖 𝑁º 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠

ic a

IN

ra t

gu

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t ra gu

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

𝑖 = Dirección en 𝑥 o 𝑦.

a

•

ic

𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑖 = Resistencia pasiva (ton)

Zi gu ra

•

ES A

𝑉𝑠𝑖 = Fuerza cortante aplicada (ton)

ES A

•

IN

gu

ra

t

t

Dónde:

Zi

IN

Sí s

m

𝑉𝑝𝑖 =

ic a

Sí sm

ic

IN

a

La fuerza cortante se podrá estimar mediante la siguiente expresión:

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

4.3. Momento flector sobre los pilotes (𝑴𝒑𝒊 )

m ES A

ra t gu

Zi

ℓ = Longitud característica del pilote (m).

IN ES A

t

ra

Zi gu •

Sí s

𝑀𝑝𝑖 = 𝑉𝑝𝑖 ×ℓ Dónde:

ic a

Los momentos flectores de cada pilote se estiman mediante la siguiente expresión:

IN

ic a

La forma de estimar la longitud característica del pilote dependerá del tipo de suelo (arena o

ra t Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

“B5_T3_P1_Capacidad_portante_y_dimensionado” perteneciente al Bloque 5, Tema 3.

Sí sm

ic

a

arcilla) y del método de análisis empleado tal como se indicó en el documento

Zi

IN ES A

gu

4.4. Carga axial equivalente debida a la acción de momentos de volcamiento (𝑷𝒐𝒕 )

ES A

ic a

A

La carga axial máxima equivalente debida a la acción de momentos de volcamiento, se puede

IN

ic a

sm

Para el caso del grupo de dos (2) pilotes dicha carga axial en la dirección “x” se podrá

ES

A

Zi g

IN

a

ES A

ES IN

Dónde:

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 2𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 𝑆

at

=

ur

𝑥

A

𝑃𝑜𝑡

Zi gu

Sí

estimar a partir de la siguiente expresión:

ra

t

sm

•

Sí

IN

ES

estimar a partir de la siguiente forma en función del número de pilotes:

ic a

Sí sm

ic

IN

𝑉𝑠𝑥 = corte aplicado en dirección x (ton)

m

𝑀𝑥𝑥 = momento aplicado sobre la dirección x (ton-m)

ra gu Zi

ℎ = altura del cabezal (m)

t

Zi gu ra

Zi

t

en el punto de unión con el encepado o cabezal (ton-m)

ES A

gu

ra

t

Sí s

𝑀𝑝𝑥 = momento flector generado sobre la sección transversal de cada pilote del grupo,

IN

ES A

ℎ𝑝 = ubicación de la fuerza pasiva, por encima del punto O. (m)

ic

a

ic a

m

Sí sm

Sí s

Para el resto de los casos donde el grupo posee más de dos (2) pilotes, la carga axial máxima equivalente se puede estimar mediante las siguientes expresiones:

ra

t

•

IN

𝑆 = espaciamiento entre pilotes (m)

ra t

gu

Zi

gu

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

Dirección en Y, 𝑷𝒐𝒕 𝒚

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 3𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 𝑆

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 2𝑀𝑦𝑦 + 3𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

ic a

Dirección en X, 𝑷𝒐𝒕 𝒙

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 7𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 2𝑆

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 7𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

at

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 10𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 3𝑆

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 10𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

Sí sm

Hexagonal

Once Pilotes

A

ES

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 11𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 6𝑆

Sí s

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 11𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 4𝑆

3√3𝑆

ic a

a

Zi g

ur

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 9𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 6𝑆

ic

IN

Diez Pilotes

3√3𝑆

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 9𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 6𝑆

ES A

Cuadrado

ic a

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 8𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

Zi gu

Sí

Nueve Pilotes

ES A

t

2√3𝑆

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 8𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 4𝑆

Rectangular

IN

IN

t gu

ra

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 12𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 9𝑆

ES A

ES A

Rectangular

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 12𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 8𝑆

Zi

Doce Pilotes

Zi gu ra

t

t

Rectangular

ra

2√3𝑆

ra

Ocho Pilotes

Sí sm

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 6𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

sm

Sí

Hexagonal

A

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 6𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 4𝑆

ic a

sm

Siete Pilotes

gu

2√3𝑆

m

ic a

A

Rectangular

ES

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 6𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

Zi

Seis Pilotes

Zi

gu

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 6𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 2𝑆

Hexagonal

IN

ra t

Zi

Seis Pilotes

ES

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 5𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 2𝑆

gu

Sí s

Cuadrado

IN

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 5𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 2𝑆

ra t

Sí

m

sm

Cinco Pilotes

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 4𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 2𝑆

IN ES A

ic a

ic

a

Cuadrado

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 4𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 2𝑆

IN

Cuatro Pilotes

-

ES A

Zi

𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 3𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥 2𝑆

Rectangular

IN

Tres Pilotes

√3𝑆

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

Triangular

IN

t

Tres Pilotes

Sí s

m

Número de Pilotes / Forma del Cabezal

IN

IN

Tabla 4.1. Cargas axiales máximas debidas a volcamiento sobre grupo de pilotes

Sí sm

ic

a

ic a

En los casos de un solo pilote, no se produce una carga axial debida a la acción de momentos

Sí s

m

de volcamiento, sino que los pilotes deben diseñarse considerando el efecto de momentos

ra

t

generados debido a la acción de fuerzas cortantes. De igual forma sucede en el caso de un

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

grupo de dos (2) o tres (3) pilotes de cabezal rectangular cuando la acción de la carga lateral

ra t Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

Figura 4.3.

ic a

se produce sobre la dirección donde solo hay una fila de pilotes, tal como se muestra en la

ES A IN

ic a

IN

sm

ES

ic a

A

Figura 4.3. Momentos generados en pilotes debido a la acción de fuerzas cortantes.

ra

t

sm

Sí

En función de lo indicado anteriormente, el momento flector actuante sobre un único pilote será:

Sí

Zi gu

𝑀𝑥 = 𝑉𝑠𝑥 ×ℎ + 𝑀𝑥𝑥 + 𝑀𝑝𝑥 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑥

A

ic a

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 2𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 2

ES A

ra

t

Sí s

m

Sí sm

𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 3𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦 3

ra t

gu

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

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Zi

ra

t ic

a

ic a

IN

𝑀𝑥 = 𝑀𝑝𝑥

𝑀𝑦 =

Zi

Zi

ES A

actuante sobre cada pilote será:

IN

Zi

gu

En cabezales o encepados rectangulares para grupos de tres (3) pilotes, el momento flector

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

𝑀𝑦 =

𝑀𝑥 = 𝑀𝑝𝑥

m

Sí sm

ic

IN

a

actuante sobre cada pilote será:

ES

ES A

Zi g

En cabezales o encepados rectangulares para grupos de dos (2) pilotes, el momento flector

IN

IN

ES

A

ur

at

𝑀𝑦 = 𝑉𝑠𝑦 ×ℎ + 𝑀𝑦𝑦 + 𝑀𝑝𝑦 − ℎ𝑝 ×𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎,𝑦

17

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

Tras haber efectuado el análisis del comportamiento lateral del pilote en ambas direcciones, se

ic a

debe determinar el máximo momento en ambas direcciones 𝑥 y 𝑦, y el momento máximo

m

actuante a lo largo de la longitud del pilote será el valor mayor entre las combinaciones de

Sí s

acciones estipuladas por el código de diseño correspondiente y estimado a partir de la siguiente

IN ES A

𝑀𝑚𝑎𝑥 _𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 = √𝑀𝑥2 + 𝑀𝑦2

ic a

ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

expresión:

Sí sm

IN

Luego, la carga axial actuante máxima sobre cada pilote para todos los casos podrá ser

ES A IN

ic a

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

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t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

𝑃 + 𝑃𝑜𝑡 𝑥 + 𝑃𝑜𝑡 𝑦 𝑁º 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠

ra t

𝑃max _𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 =

m

sm

ic a

ic

a

estimada a partir de la siguiente expresión:

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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m

ic a

Sí sm

IN

IN

5. Criterios de Diseño Estructural Sismorresistente de Pilotes

Sí s

El diseño estructural de los pilotes será realizado con base en el estado de deformaciones

ra t

ra

t

impuesto por las acciones generadas por el sismo, considerando la interacción entre el terreno

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

y los pilotes, bajo las solicitaciones axiales y laterales.

ES A

En zonas de riesgo sísmico importante no es adecuado realizar el diseño de pilotes sobre la

IN

ic a

base de diseño por resistencia únicamente. Estos miembros deberán poseer una ductilidad

Sí sm

ic

a

adecuada, y mucho más importante, ductilidad ante la presencia de inversión de momentos. La

ra t

sm

ic a

ductilidad puede ser definida de varias formas, sin embargo, la definición convencional se

gu

Sí s

Sí

m

traduce como “la capacidad para desarrollar una magnitud controlada de deformación inelástica

gu

Zi

ra t

con pocos cambios en las fuerzas causantes de la deformación y sin alcanzar una condición de

Zi

IN ES A

falla”. La ductilidad rotacional es sumamente importante para la respuesta sísmica y la misma a su vez viene a ser una medida de la tenacidad de los pilotes.

ES A

ES

ic a

A

Se pueden generar zonas de rotación concentrada en los puntos donde el pilote se conecta con

IN

ic a

IN

sm

el cabezal (encepado) y en ciertos puntos a lo largo de la longitud del pilote, tales como las

ra

t

sm

Sí

interfaces entre estratos de suelos con diferencia de rigidez importante. El cálculo de estos

Sí

Zi gu

comportamientos implica un profundo conocimiento de aspectos sismo-geotécnicos y estructurales donde intervienen conceptos referidos a fenómenos de interacción suelo-

ES

A

Zi g

suelo-estructura de forma errada puede conducir a la obtención de requerimientos de rotación

ES A

IN

ES

A

ur

at

estructura. De acá es importante acotar que el considerar análisis de fenómenos de interacción

IN

ic

IN

a

errados y poco realistas para los pilotes, de allí que la mayoría de los códigos de diseño han

ic a Sí s

más practica debido a la complejidad del fenómeno.

m

Sí sm

establecido procedimientos semi-empíricos para considerar estos factores, de forma mucho

Zi

ES A

IN

La ductilidad depende de muchos factores, la misma disminuye si el área del refuerzo en

Sí sm

ic

a

ic a

tensión, su resistencia a la cedencia o ambas se incrementan abruptamente; o si la fuerza en

ra

t

Sí s

m

compresión sobre un pilote se incrementa; o si disminuye la resistencia del concreto.

ra t

gu

Zi

gu

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© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t gu

ES A

análisis a menos que se tomen en cuenta medidas especiales para garantizarla.

IN

Zi

gu

ra

inherente, pero esta por lo general es inadecuada para la respuesta sísmica y para efectos de

ra

Zi gu ra

t

t

La mayoría de los miembros de concreto armado y pre-comprimido poseen cierta ductilidad

19

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

Por el contrario, la ductilidad se incrementa si se añade refuerzo en compresión, si se

ic a

incrementa la resistencia del concreto, si la fuerza axial en compresión disminuye, o si se

m

suministra refuerzo de confinamiento al miembro. El ejemplo de refuerzo de confinamiento más

Sí s

comúnmente utilizado en la práctica lo constituye la espiral que es requerida en columnas de

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

t

concreto reforzado con espiral, conforme a especificaciones dadas en el ACI318.

Zi

Experiencia de sismos pasados y de ensayos de laboratorio demuestran que dicho refuerzo en

ES A

espiral provee suficiente ductilidad en modos de flexión, y que de igual forma provee una

Sí sm

IN

ic a

importante contribución a la resistencia por corte. En los casos donde el pilote le sea

ic a

ic

a

suministrado refuerzo de confinamiento en su tope, dicho refuerzo será extendido dentro de la

ra t

ES A IN

ic a

ur

A

IN

a Sí sm

ic

IN

IN

ES

Zi g

Figura 5.1. Detalle típico de refuerzo transversal en la interface entre el pilote y el cabezal o encepado.

ES A

ES

A

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

longitud del cabezal, tal como se observa en la Figura 5.1:

ic a

Aunque las espirales contribuyen a obtener miembros dúctiles, la selección de la cuantía, áreas

Sí s

m

de barras y separación para dicho refuerzo en espiral no está relacionado con los

ES A

ic a

IN

IN

rectangulares. Para estos casos se han desarrollado ciertas expresiones empíricas.

Sí sm

ic

a

A pesar de que la compresión axial pudiese ser el principal modo de carga, los pilotes de

Sí s

m

concreto se encuentran sujetos frecuentemente a tensión axial, flexión, y corte, así como a

ra

t

diferentes combinaciones de carga. Los pilotes de concreto deberán poseer suficiente

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t ra

Zi

no contempla los requerimientos para arreglos de refuerzo longitudinal cuadrados o

ES A

Zi

gu

ra

axial. Debido a que este requerimiento es derivado explícitamente de espirales circulares, ésta

gu

Zi gu ra

t

t

requerimientos de flexión o corte sino más bien relacionado con consideraciones de compresión

20

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

capacidad estructural para todos los modos y combinaciones de carga que experimentan en

ic a

condición de servicio. Para cargas combinadas de empuje y flexión, el desempeño estructural

m

debe ser evaluado de forma más precisa mediante el uso de diagramas de interacción y

ra

t

Sí s

métodos de diseño por resistencia.

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

El criterio de diseño basado en capacidad estructural nominal de servicio ( 𝑄𝑛𝑜𝑚 ) y capacidad

ES A

Zi

portante admisible del terreno (𝑄𝑎𝑑𝑚 ), se utiliza cuando el suelo provee soporte lateral completo

ic a

al pilote y donde las fuerzas aplicadas al pilote no generan más que pequeños momentos

Sí sm

IN

flectores resultantes de excentricidades adicionales. Los pilotes sujetos a grandes momentos

sm

ic a

ic

a

flectores o con longitudes no soportadas en el terreno, se recomiendan ser tratados de forma

gu

Sí s

Sí

m

ra t

equivalente a una columna.

Zi

ra t

El Código ACI318:14 (Art 13.4.3.1) establece: “las porciones de miembros de cimentaciones

Zi

IN ES A

gu

profundas expuestas a aire, agua o suelo que no sean capaces de proporcionar una restricción adecuada a lo largo de la longitud del miembro para evitar su pandeo lateral deben diseñarse

ES A

ES

ic a

A

como columnas de acuerdo con las disposiciones aplicables del Capítulo 10 (Columnas)”.

IN

ic a

IN

sm

Aunque es muy lógico considerar que los pilotes se comportan de forma similar a columnas,

Sí

Zi gu

lateral, métodos de construcción e instalación.

ra

t

sm

Sí

existen diferencias notables entre ambos comportamientos respecto a condiciones de soporte

at

De allí que los pilotes en los cuales aplica el diseño mediante capacidad admisible, es porque

A

ES IN

a

Sí sm

ic

IN

únicamente en ciertos intervalos.

Zi g

las columnas no poseen soporte lateral o en muchos casos se encuentran soportadas

ES A

IN

ES

A

ur

se considera que éstos se encuentran completamente soportados lateralmente, mientras que

ic a

El modo de falla de una columna es debido a una posible deficiencia estructural, mientras que

Sí s

m

las fallas de cimentaciones con pilotes son originadas tanto por deficiencia del sistema suelo-

ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

pilote (asentamiento o deformación lateral excesiva), como por capacidad estructural del pilote.

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

21

gu ra t ic a

ra t gu

Sí s

Zi

ra t

Video 5.1. Diseño Sismorresistente de Pilotes.

ES A IN

ic a

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

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t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

IN

IN

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

22

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

m

ic a

Sí sm

IN

IN

6. Diseño Estructural de Pilotes por Capacidad Admisible (Pilotes soportados lateralmente)

Sí s

Históricamente el diseño estructural de pilotes se ha basado en el método por Capacidad

ra t

ra

t

Admisible, por lo cual la mayoría de los códigos han especificado requerimientos estructurales

ic a Sí sm

IN

Zi

lateralmente.

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

basados en este método para pilotes sometidos a cargas axiales únicamente y soportados

ra t

Sí

m

sm

ic a

ic

a

6.1. Capacidad de Servicio Admisible de pilotes sometidos a compresión concéntrica

Zi

ra t

gu

Sí s

Las expresiones para determinar la capacidad admisible a carga axial concéntrica son

IN ES A

gu

desarrolladas para diferentes pilotes de concreto tomando en cuenta los factores de reducción

ic a

A

mínimo y un factor de carga combinada promedio.

ES A

Zi

de resistencia recomendados según el tipo de carga actuante, un factor de excentricidad

sm

ES

El factor de excentricidad es una función de la forma de la sección transversal del pilote

IN

ic a

ra

t

sm

Sí

IN

(octogonal, circular, cuadrada o triangular) para pilotes de concreto simple.

Sí

Zi gu

Para pilotes de concreto reforzado, el factor de excentricidad estará en función además de la relación de acero de refuerzo, la ubicación del refuerzo respecto a la sección transversal y la

ES

A

Zi g

El factor de excentricidad para una sección de pilote en particular puede ser determinado a

ES A

IN

ES

A

ur

at

resistencia del concreto y del acero.

IN

ic

IN

a

partir de su diagrama de interacción basado en capacidad nominal, y calculado como la razón

ic a

Sí s

nominal axial bajo condición de carga concéntrica.

m

Sí sm

entre la resistencia axial nominal para una excentricidad del 5% respecto a la resistencia

ES A

IN

IN

promedio del ACI318 para carga permanente y carga variable. Si el caso de carga que controla

ic

a

ic a

el diseño consiste en cargas variables muy elevadas u otros tipos de carga, tal que el factor de

ra

t

Sí s

m

Sí sm

carga promedio excede 1.55, las ecuaciones de capacidad admisible típicas utilizadas en la

ra t

gu

Zi

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t ra

Zi

servicio axial asumen un factor de carga combinada de 1.55, basado en factores de carga

ES A

Zi

gu

respecto a la carga de servicio. Las expresiones para determinar la capacidad admisible de

gu

ra

Zi gu ra

t

t

El factor de carga combinada promedio se determina como la razón entre la carga factorizada

23

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Capacidad Admisible a la Compresión

ra t

IN ES A

Pilotes de Concreto con Forro.(Sin Confinamiento)

Concreto Simple (Sin forro)

𝑃𝑎 = 0.29 𝑓’𝑐 𝐴𝑐

ra t

gu

ra t

gu

Zi

Zi

Concreto Reforzado Precomprimido

𝑃𝑎 = 𝐴𝑐 (0.33 𝑓’𝑐 − 0.27 𝑓𝑝𝑐 )

𝑃𝑎 = 0.37 𝑓’𝑐 𝐴𝑐 + 0.43 𝑓𝑦𝑝 𝐴𝑝

IN ra

t

sm

Sí

ic a

sm

ES

ic a

A

Mixto de Concreto Vaciado en Tubería de Acero

ES A

Sí s

𝑃𝑎 = 0.33 𝑓’𝑐 𝐴𝑐 + 0.39 𝑓𝑦 𝐴𝑠𝑡

IN ES A

m

sm

Sí sm

IN

𝑃𝑎 = 0.28 𝑓’𝑐 𝐴𝑐 + 0.33 𝑓𝑦 𝐴𝑠𝑡

Concreto Reforzado Prefabricado o Concreto Reforzado Vaciado en Sitio con Forro

IN

ic a

𝑃𝑎 = 0.26 (𝑓’𝑐 + 8.2 𝑡𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑓𝑦𝑠 / 𝐷) 𝐴𝑐 ≤ 0.4 𝑓’𝑐 𝐴𝑐

Concreto Reforzado (Con forro)

Sí

ES A

Zi

gu

𝑃𝑎 = 0.32 𝑓’𝑐 𝐴𝑐

Pilotes de Concreto con Forro.(Con Confinamiento)

ic a

ic

a

Zi gu

ra

t

Tipo de Pilote

Sí s

Tabla 6.1. Capacidad de Servicio Admisible para Pilotes con Flexión Despreciable.

m

adecuada para considerar estos efectos.

ic a

Sí sm

IN

IN

práctica de diseño convencional son mostradas en la Tabla 6.1, deberán ser reducidas de forma

at

y un factor de carga promedio asumido de 1.55.

Zi gu

Sí

Nota: Estos valores están basados en una excentricidad del 5% del diámetro o ancho del pilote,

A

Zi g

ES A

ES

única y exclusivamente a casos en los cuales el suelo provee soporte lateral completo al pilote

a

IN

ES

A

ur

Las capacidades de servicio axial a compresión indicadas anteriormente están restringidas

IN

Sí sm

ic

IN

y donde las fuerzas aplicadas no causan más que momentos flectores menores (resultantes de

m

ic a

la excentricidad adicional). Pilotes sujetos a grandes momentos flectores o con tramos no

IN

ra

t

Sí s

m

Sí sm

ic

diseñados para la carga en tensión completa a ser resistida por el acero de refuerzo. La

ra t

gu

gu Zi

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

t a

ic a

Los pilotes de concreto sometidos a carga axial en tensión (cargas de levantamiento), serán

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gu

Zi

ES A

ES A

6.2. Capacidad de Servicio Admisible de Pilotes sometidos a Tensión Concéntrica

IN

Zi

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

soportados deberán ser tratados como columnas conforme al ACI318.

24

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

mediante la siguiente expresión:

ic a

Sí sm

IN

IN

capacidad admisible en tensión del acero de refuerzo en condición de servicio se determina

Sí s

•

𝐴𝑠𝑡 = Área de acero de refuerzo (cm2)

gu

Zi

IN

ic a

𝑓𝑦 = Esfuerzo cedente del acero de refuerzo (kgf/cm2)

IN ES A

•

ES A

Zi gu

ra t

ra

t

Dónde:

m

𝑃𝑎𝑡 = 0.5𝑓𝑦 𝐴𝑠𝑡

Sí sm

a

En pilotes de concreto precomprimido donde la carga en tensión completa es resistida por la

sm

ic a

ic

unión entre el pilote con el cabezal (encepado) mediante barras de refuerzo convencionales

gu

Zi

IN ES A

𝑃𝑎𝑡 = 0.1 𝑓𝑝𝑢 𝐴𝑝𝑠

𝑓𝑝𝑢 = Esfuerzo cedente del acero de refuerzo pre-tensionado (kgf/cm2).

•

𝐴𝑝𝑠 = Área de acero de refuerzo pre-tensionado (cm2).

IN

ic a

sm

ic a

•

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

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t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

ES

A

Dónde:

ES A

Zi

ra t

gu

mediante la siguiente expresión:

ra t

Sí s

Sí

m

ancladas en el cabezal, la capacidad admisible en tensión en condición de servicio se determina

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

25

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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m

ic a

Sí sm

IN

IN

7. Diseño Estructural de Pilotes por Factores de Carga y Resistencia (LRFD)

Sí s

Los pilotes de concreto frecuentemente están sometidos a cargas de tensión axial, flexión y

ra t

ra

t

corte así como combinaciones de estas últimas, por lo cual deben poseer una capacidad

IN ES A

gu

Zi gu

estructural adecuada para todos los modos y combinaciones de carga que experimentaran en

ES A

Zi

su vida útil. Es por ello que se recomienda evaluar su comportamiento estructural de una

ic

a

resistencia (LRFD).

Sí sm

IN

ic a

manera más precisa mediante el uso de diagramas de interacción y métodos de diseño por

ra t

m

sm

ic a

Los requerimientos generales del diseño por resistencia para pilotes exigen que el pilote posea

gu

Sí s

Sí

la resistencia de diseño en todas las secciones por lo menos igual a la resistencia requerida

gu

Zi

ra t

calculada para las cargas factorizadas determinadas utilizando los factores de carga y las

Zi

IN ES A

combinaciones de servicio, tal y como se estipula en el ACI318.

Observaremos entonces que el diseño por resistencia en pilotes de concreto fue desarrollado

ES A

ES

ic a

A

utilizando los principios de resistencia del ACI318, sin embargo, no se busca seguir plenamente

IN

ic a

Sí

IN

sm

todos los requerimientos de diseño de columnas del ACI318.

Zi gu

ra

t

sm

La resistencia de diseño del pilote es calculada como el múltiplo entre la resistencia nominal

Sí

del pilote y un factor de reducción de resistencia (), que será menor que 1. La resistencia

A

ES

ES A

Zi g

Los factores de reducción () recomendados siguen la filosofía de diseño de miembros de

IN

a

concreto reforzado, salvo los factores de reducción de resistencia a la compresión (c), que han

IN

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

sido recomendados únicamente para pilotes.

t Zi

ES A

ES A

concreto se presentan en la Tabla 7.1. Estos factores de reducción se han determinado en

IN

Zi

gu

Los factores de reducción de resistencia a la compresión (c) para diferentes tipos de pilotes de

ra t

gu

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a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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ic

ic a

IN

función de la experiencia y del análisis de diferentes comportamientos observados bajo presencia de cargas cercanas a las cargas de falla en diferentes tipos de pilotes.

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

ra

Zi gu ra

t

t

7.1. Resistencia a la compresión

gu

IN

ES

A

ur

at

nominal del miembro será determinada conforme a requerimientos del ACI318.

26

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

Adicional a la aplicación de factores de reducción de resistencia, todos los pilotes sometidos a

ic a

fuerzas de compresión serán diseñados para la excentricidad correspondiente al máximo

m

momento que puede acompañar a la condición de carga respectiva, pero no menor a una

ra t

ra

t

Sí s

excentricidad del 5% respecto al diámetro o ancho del pilote.

IN ES A

gu

0.70

ra t

gu

0.60

gu

Zi

Concreto Reforzado o Simple

Zi

(sin forro) (*2)

Sí

IN

t ra

at

IN

ic

IN

a

cilíndrica del concreto (𝑓’𝑐) no mayor a 350 kgf/cm2, en un ambiente no corrosivo, y el forro no

ES

IN

ES A

superior a 400 mm con un esfuerzo de cedencia (𝑓𝑦𝑠) mínimo de 2100 kgf/cm2, la resistencia

A

ur

El espesor mínimo del forro deberá ser de 1.9 mm, y el diámetro del forro no deberá ser

Zi g

A

0.75

Zi gu

sm

Sí

Mixto de Concreto Vaciado en Tubería de Acero

Notas Importantes:

ES

0.70

ic a

sm

ES IN

Concreto Reforzado Precomprimido o Postensado

ES A

0.70

ic a

A

Concreto Reforzado Prefabricado o Concreto Reforzado Vaciado en Sitio con Forro

(*1)

ic a

ES A

Pilotes de Concreto con Forro (Con Confinamiento) (*1)

Sí sm

ic a m Sí s

0.65

ra t

a ic sm Sí

Pilotes de Concreto con Forro (Sin Confinamiento)

IN ES A

Zi

Factor de reducción de resistencia a la compresión (c)

Tipo de Pilote

IN

Zi gu

Tabla 7.1. Factores de reducción de resistencia a la compresión (c) para pilotes.

ic a

Sí sm

será diseñado para resistir alguna porción de la carga axial. El incremento de resistencia del

Sí s

El factor de reducción de resistencia de 0.6 representa el límite superior para condiciones

t

(*2)

m

concreto debido a confinamiento no deberá ser mayor de 54%.

t ra

Sí s

m

Sí sm

ic

a

ic a

IN

IN t ra

ra t

gu

gu

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Zi

ES A

Zi

ES A

reducción de resistencia más bajos, dependiendo de la condición del suelo, y de los procedimientos de construcción y control de calidad utilizados.

Zi

gu

Zi gu ra

gu

ra

t

ideales de suelo con fabricación de elevada calidad. Pudiesen ser requeridos factores de

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

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27

gu ra t Sí sm

IN

IN

7.2. Resistencia a la Tracción

ic a

ES A

ES A

Zi

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ic a

Los pilotes de concreto sometidos a tracción axial (levantamiento) serán diseñados para la

Sí s

m

totalidad de carga en tensión que pueda ser soportada por el acero de refuerzo. El factor de

ic a

7.3. Resistencia al corte

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

reducción de resistencia (t) utilizado para esta condición de carga deberá ser de 0.9.

Sí sm

IN

Los pilotes que poseen importantes momentos flectores por lo general estarán sometidos a

ic a

ic

a

importantes fuerzas de corte. Se deberá prestar especial atención a los casos donde los pilotes

ra t

Sí s

Sí

m

sm

estén sometidos a importantes fuerzas en tensión y cortante.

Zi

ra t

gu

Se deberá utilizar un factor de reducción de resistencia de 0.85 para diseño por corte en pilotes

ES A

ES

ic a

A

el factor de reducción de resistencia a utilizarse deberá ser de 0.65.

IN ES A

Zi

gu

de concreto reforzado, pre-comprimido, y pilotes hechos con tubo. Para pilotes no reforzados,

IN

ic a

Sí

IN

sm

7.4. Resistencia a la Flexión

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Para pilotes de concreto sometidos a flexión sin carga axial o flexión combinada con tensión axial, el factor de reducción de resistencia (t) será de 0.9. Este valor se corresponde con el

A

ES

ES A

Zi g

Para pilotes de concreto reforzado, pilotes de concreto precomprimido, o pilotes de concreto

ic

IN

a

vaciados con forro sometidos a flexión y valores de compresión bajos, el factor de reducción ()

IN

IN

ES

A

ur

at

factor de reducción de resistencia del ACI318 para esta condición particular de carga.

ic a

Sí sm

puede ser incrementado desde los valores de compresión recomendados (c) hasta el valor de

t ra

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

0.9 para flexión sin carga axial (t).

gu Zi

ES A

ES A

El análisis y diseño de pilotes de concreto, excepto pilotes de concreto confinados con forro,

IN

Zi

gu

7.5. Resistencia bajo condición combinada de carga axial y flexión

a

ic a

IN

que estén sujetos de forma combinada a momentos flectores importantes conjuntamente con

m

Sí sm

ic

fuerzas axiales deberá efectuarse mediante el uso de diagramas de interacción desarrollados

Sí s

conforme a criterios establecidos por el ACI318. Para ello se deben utilizar los factores de

ra

t

reducción de resistencia tanto para compresión (c) como para tensión (t), así como las

ra t

gu

Zi

gu

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

28

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

combinaciones de carga especificadas por el código ACI, ASCE7 o la regulación normativa que

ic a

aplique. Bajo ninguna circunstancia deberá la capacidad axial en compresión exceder la

Sí s

m

capacidad correspondiente a una excentricidad del 5% del diámetro o ancho del pilote.

ra

t

Se pueden disponer muchas veces de los diagramas de interacción desarrollados por ACI u

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

otros códigos de diseño con la finalidad de diseñar pilotes para resistir de forma combinada

Zi

momentos flectores y carga axial. Debe existir pleno conocimiento en relación a las

ES A

suposiciones hechas a la hora de preparar tablas o gráficas auxiliares de diseño, especialmente

Sí sm

IN

ic a

en lo que respecta a la inclusión o exclusión del coeficiente de reducción de capacidad nominal

ra t gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

() en el diagrama de interacción como se describirá a continuación.

IN ES A

gu

Zi

ra t

Diagramas de Interacción en miembros sometidos a flexocompresión

Zi

Los pilotes pueden estar sometidos a flexocompresión de tipo uniaxial o biaxial (cuando actúan combinaciones de momentos en una o dos direcciones respectivamente, conjuntamente con la

ES A

ES

ic a

A

carga axial). Estas combinaciones pueden variar desde una carga axial máxima con un

IN

ic a

IN

sm

momento nulo, hasta un momento asociado a una carga axial nula; el lugar geométrico de las

ra

t

sm

Sí

relaciones de carga axial y momento flexionante se representa gráficamente por medio de un

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

t ra m

Sí s

t ra gu Zi

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gu ic

a

ic a Sí sm

Figura 7.1. Diagrama de Interacción Típico © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

se observa en la Figura 7.1.

Zi gu

Diagrama de Interacción, que establece la condición de capacidad límite resistente, tal como

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

29

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí sm

IN

IN

Observe que las combinaciones de carga críticas pueden ser difíciles de identificar sin revisar

ic a

sistemáticamente cada una de ellas. Como se aprecia en la Figura 7.1, al considerar

m

únicamente las combinaciones de carga mayoradas asociadas con fuerza axial máxima (LC1)

Sí s

y con momento de flexión máximo (LC2) no se asegura un diseño que cumpla con el

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Reglamento para otras combinaciones de carga, tales como LC3.

ic a

Pu y Mu ocurren simultáneamente.

ES A

Zi

Por lo tanto, para cada combinación de mayoración de carga aplicable, se debe considerar que

gu

𝑀𝑛 = Resistencia nominal a flexión en la sección transversal.

•

𝑉𝑛 = Resistencia nominal al corte.

•

𝑇𝑛 = Resistencia nominal a torsión.

•

𝑃𝑢 , 𝑀𝑢 , 𝑉𝑢 , 𝑇𝑢 = Fuerza axial, de flexión, cortante y torsión mayorada.

•

 = Factor de minoración de resistencia, tal como se indica en la Tabla 7.2.

IN

ic a

sm

ic a

•

Zi gu

ra

t

sm

IN

ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

a

ES

A

Zi g

ur

at

Sí

ES A

A

𝑃𝑛 = Resistencia nominal a carga axial de la sección transversal.

IN

ES

•

Sí

A ES

ES A

Zi

𝑇𝑛  𝑇𝑢

Dónde:

IN

Sí sm

ra t

m

•

𝑉𝑛  𝑉𝑢

Zi

•

IN ES A

𝑀𝑛  𝑀𝑢

ra t

•

gu

𝑃𝑛  𝑃𝑢

ic a

•

Sí s

Sí

sm

ic

a

IN

De esta forma, para cada combinación de cargas mayoradas se debe cumplir lo siguiente:

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

30

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

ic a m Sí s

Corte.

IN ES A

gu

0.75.

El resto de los casos

0.65.

Zi

Método de las Bielas (Tensor – Puntal) Aplastamiento del Concreto

1.00.

ic a

IN

Diseño de longitudes de transferencia o de desarrollo.

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

0.75.

ra t

Para cualquier miembro estructural

Zi

Torsión.

ES A

gu

Sí s

Sí

0.75

ra t

Para cualquier miembro estructural

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

gu

Zi

ES A

Flexión o flexión simultánea con fuerzas axiales.

IN ES A

ra t

ra

Factores de Minoración () a. Secciones controladas por compresión i. Miembros zunchados con 0.75 refuerzo helicoidal. ii. Miembros con ligaduras cerradas como refuerzo 0.65 transversal. b. Secciones controladas por 0.90 tracción del acero. Resistencia Teórica

t

Solicitación.

Zi gu

Sí sm

IN

IN

Tabla 7.2. Factores de Minoración de Resistencia Teórica ().

Sí

Zi gu

ra

t

sm

En vista de que la construcción del diagrama de interacción requiere el cálculo de las capacidades nominales 𝑃𝑛 y 𝑀𝑛 , y estas a su vez dependen del área gruesa de la sección (𝐴𝑔),

at

el área de acero de refuerzo (𝐴𝑠), la resistencia cilíndrica del concreto (𝑓’𝑐), el esfuerzo cedente

ES

A

Zi g

ES A

IN

a

Es por ello que se estila utilizar diagramas de interacción adimensionales que se construyen

IN

IN

ES

A

ur

del acero (𝑓𝑦) y del recubrimiento de la sección, los cálculos pueden volverse muy tediosos.

ic a

Sí sm

ic

cumpliendo los requisitos dados por el código de diseño y donde es posible identificar los

m

diferentes comportamientos de la sección, tal como se observa en la gráfica mostrada en la

Sí s

Figura 7.2. En esta gráfica se puede observar un diagrama de interacción típico, el cual se

ES A

Sí s

m

Sí sm

ic

a

ic a

IN

t ra

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t ra

Zi

ES A

relación a un eje principal centroidal de la sección transversal del elemento.

IN

Zi

gu

horizontal la variación de los correspondientes momentos flectores resistentes, medidos con

gu

ra

Zi gu ra

t

t

caracteriza por representar la variación de cargas axiales en el eje vertical, y sobre el eje

31

gu ra t ic a

ra t

ES A

ic a

ra

t

sm

Sí

IN

IN

Figura 7.2. Diagrama de Interacción Típico.

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

gu

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

IN

IN

ES A

ES A

Zi

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Sí

Zi gu

De este diagrama podemos analizar lo siguiente: si un pilote está cargado hasta la falla sólo con carga axial la falla ocurrirá en el punto A, dicha carga axial disminuirá conforme con la

ES

A

Zi g

representa la resistencia por flexión del miembro sometido sólo a momento. Entre los puntos

ES A

IN

ES

A

ur

at

combinación de momentos flexionantes hasta la parte inferior de la curva donde el punto C

IN

ic

IN

a

extremos A y C, el pilote falla debido a una combinación de carga axial y momento. El punto B

ic a

Sí sm

se denomina punto balanceado y representa el caso de carga balanceada, donde teóricamente

Sí s

m

ocurre simultáneamente una falla por compresión del concreto y la fluencia del acero en tensión.

IN

Con el uso de un diagrama de interacción adimensional se puede verificar la capacidad

ra

t

Sí s

m

Sí sm

ic

a

ic a

estructural del pilote sometido al efecto combinado de cargas (Pu y Mu), para lo cual se recomienda seguir los siguientes pasos:

ra t

gu

Zi

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

t gu

Zi

ES A

ES A

falla.

IN

Zi

gu

ra

curva es satisfactoria, mientras que una combinación que carga fuera de la curva representa

ra

Zi gu ra

t

t

Conforme a lo indicado anteriormente, cualquier combinación de carga que resulte dentro de la

32

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí s

m

ℎ − 2(𝑅𝑒𝑐) ℎ

ES A

𝑀𝑢𝑦  𝑓′𝑐 𝐴𝑔 ℎ

ic a

𝜇𝑦 =

IN

Zi 𝑀𝑢𝑥  𝑓′𝑐 𝐴𝑔 ℎ

ic

a

𝜇𝑥 =

𝑃𝑢  𝑓′𝑐 𝐴𝑔

IN ES A

𝜈=

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Υ=

Sí sm

siguientes valores auxiliares:

ic a

Sí sm

IN

IN

Para seleccionar y obtener datos del diagrama de interacción se necesita determinar los

ra t

sm

ic a

En el caso de que existan momentos flectores en dos direcciones de forma

IN ES A

gu

Zi

siguiente expresión:

ra t

gu

Sí s

ES A ic a

IN

ic a sm

𝜈 y 𝜇 = Parámetros de diseño adimensionales del diagrama de interacción.

•

 = Factores de reducción establecidos conforme a código ACI318.

•

𝑓’𝑐 = Resistencia cilíndrica del concreto.

•

𝐴𝑔 =

•

ℎ = 𝐷 = Diámetro del pilote.

ur

= Área de la sección transversal del pilote.

A

a Sí sm

ic

IN

4

Zi g

𝜋𝐷2

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

•

IN

IN

ES

A

IN

Dónde:

ES A

ES

A

Zi

𝜇𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 = √𝜇𝑥 2 + 𝜇𝑦 2

ES

Sí

m

simultanea (flexocompresión biaxial), se puede estimar este efecto mediante la

t

Sí s

Zi

ES A

ES A

a

ic a

IN

IN

realiza la distribución del mismo en la sección transversal conforme al diámetro de barra seleccionado.

ra

t

Sí s

m

Sí sm

ic

Con el área de acero proporcionada se verifica que la cuantía real este dentro de los límites establecidos por las normativas.

ra t

gu

Zi

gu

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© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

t

Zi gu ra

ra Zi

gu

De donde se puede obtener el área de acero de refuerzo longitudinal del pilote (𝐴𝑠 ), y luego se

gu

𝐴𝑠 𝐴𝑔

t

𝜌=

m

ic a

Del diagrama de interacción se obtiene el valor de cuantía de acero de refuerzo requerida (𝜌):

33

gu ra t

ic a

Sí sm

𝐴𝑠 𝐴𝑔

IN

IN

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 =

ic a

ES A

ES A

Zi

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Sí s

m

Si la cuantía real es excesiva se deben modificar las dimensiones de la sección.

ra t

ra

t

En los anexos del presente documento se incluyen algunos diagramas de interacción que

Sí sm

IN

Comentarios referidos a la resistencia estructural del pilote

ic a

ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

pueden ser útiles para el cálculo de pilotes sometidos a flexocompresión.

ic a

ic

a

Para el análisis de pilotes vaciados de concreto con forro bajo la acción combinada de

ra t

Sí

m

sm

momentos flectores y carga axial, se puede asumir que existe un vínculo adecuado entre el

ra t

gu

Sí s

concreto y el forro, de forma tal que las deformaciones del concreto y del acero convergen en

IN ES A

gu

Zi

la interface. Obviamente esta asunción no es totalmente cierta, sobre todo en las zonas

Zi

cercanas a los extremos del pilote, donde puede variar la calidad de dicho vinculo y donde debe ser aplicado el correcto juicio del proyectista. Pudiesen utilizarse conectores de corte u otros

ES A

ES

ic a

A

dispositivos de anclaje entre el concreto y el acero con la finalidad de garantizar una acción

IN

ic a

IN

sm

conjunta entre ambos materiales con la finalidad de alcanzar una mayor capacidad resistente

ra

t

sm

Sí

ante la acción de ciertas condiciones de carga especiales.

Sí

Zi gu

Para el caso donde el pilote de concreto es vaciado con el uso de un forro para confinamiento,

at

el forro es efectivo para el incremento de la capacidad en compresión, sin embargo, no agrega

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

capacidad por flexión.

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

34

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

8. Diseño de Pilotes no Soportados Lateralmente

ic a

Aquella porción del pilote que se extiende a través de aire, agua o suelo extremadamente

Sí s

m

blando deberá considerarse como no soportado y ser diseñado para resistir pandeo bajo la

ra t

ra

t

condición de cargas impuestas (Prakash y Sharma, 1990). Los efectos de la longitud no

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

soportada deberán ser tomados en cuenta conforme a requerimientos del ACI318.

ES A

La longitud efectiva del pilote (𝑙𝑒) se determina multiplicando la longitud estructural no soportada

IN

ic a

del pilote (𝑙𝑢), mediante el uso del valor apropiado de un coeficiente (𝐾) que se utiliza como

sm

ic a

ic

a

Sí sm

variable auxiliar y que depende de la condición de soporte del pilote (Ver Tabla 8.1).

gu

gu

Zi

ra t

Condición de Extremos

Con traslación

> 1.0

> 2.0

Inestable

ic a Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

•

1.0

IN

0.8

Notas:

Ambos Articulados

Zi

0.6

sm

ES

Uno Empotrado

Sin traslación

ic a

A

Ambos Empotrados

ES A

Condición en Tope o Cabeza

IN ES A

Sí s

Sí

m

ra t

Tabla 8.1. Valores de 𝑲 para diferentes condiciones de rigidez en extremos del pilote.

Obsérvese que en los casos donde el tope del pilote está libre de trasladarse, el

at

ur

Para pilotes conectados al cabezal (encepado), el grado de empotramiento en el

A

Zi g

•

ES A

ES

A

coeficiente “𝐾” requiere una consideración cuidadosa y debería exceder de 1.0.

ES

a

IN

extremo anclado pudiese oscilar entre 50% y 100% dependiendo de la profundidad de

IN

Sí sm

ic

IN

penetración del pilote en el cabezal (encepado), del diseño de la conexión entre ambos

m

Para extremos empotrados los valores de “𝐾” están basados en condición de

Sí s

•

ic a

miembros, y de la resistencia de la estructura a la traslación y la rotación.

Zi

gu

ra

t

Zi gu ra

ES A

ES A

empotramiento (Davisson, 1970, ACI318).

La porción no soportada del pilote es una extensión de la porción soportada lateralmente, donde

IN

Zi

gu

ra

t

t

empotramiento completa y deberían ser ajustados dependiendo del grado real de

ic

a

ic a

IN

esta última puede llegar a ser varias veces la porción no soportada.

Sí s

m

Sí sm

Por lo tanto, un pilote profundamente enterrado en algún punto bajo la superficie del terreno se

ra

t

pudiera considerar empotrado. En diferentes estructuras que poseen longitudes de pilotes no

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

35

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

soportados, el tope de los pilotes pudiese estar enmarcado en la estructura más fuertemente

ic a

que muchas columnas del edificio, manifestando un gran empotramiento resultante en el tope.

m

Para pequeñas penetraciones, el pilote pudiese considerarse articulado a menos que un plan

ra t

ra

t

Sí s

de ensayos demuestre lo contrario.

IN ES A

gu

Zi gu

Si la longitud estructural (𝑙𝑢) de un pilote de concreto no soportado no se encuentra confinada

ES A

Zi

por un forro de acero con un espesor mínimo de pared de 0.1” (2.5 mm) o reforzado con espiral,

IN

Sí sm

a

en un 15%.

ic a

la capacidad determinada en función de métodos de diseño por resistencia deberá ser reducida

sm

ic a

ic

La longitud estructural (𝑙𝑢) se define como la longitud no soportada del pilote entre puntos de

Sí s

Sí

m

ra t

empotramientos o entre extremos articulados. Para el caso de un pilote empotrado a cierta

Zi

ra t

gu

profundidad (𝐿𝑠) bajo la superficie del terreno tal como se muestra en la Figura 8.1, la longitud

Zi

IN ES A

gu

estructural (𝑙𝑢) sería igual a la longitud del pilote por encima del nivel de superficie (𝐿𝑢) más la profundidad (𝐿𝑠), es decir:

ES A IN

ic a

ES

A

Zi g

IN

a ES A IN

IN

t ra gu

Zi

Figura 8.1. Esquema de longitud estructural del pilote no soportada lateralmente (𝒍𝒖).

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

𝑙𝑢 = 𝐿𝑢 + 𝐿𝑠

ic

a

ic a

La profundidad por debajo de la superficie del terreno hasta el punto de empotramiento (𝐿𝑠)

Sí s

m

Sí sm

puede ser estimada para arcillas normalmente consolidadas, arcillas pre-consolidadas, suelos

ra

t

granulares, limos y turba, mediante las siguientes expresiones:

ra t

gu

Zi

gu

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t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

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36

gu ra t ic a

•

ES A

ES A

Zi

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𝐸𝐼

Sí s

m

ℎ

𝐸𝐼

Zi

𝑘

IN

Sí sm

a

•

ic a

4

Donde  𝑅 = √

𝐿𝑠 = 1.4 𝑅

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Arcillas Pre-Consolidadas (PC).

Dónde:

𝑇 = Factor de rigidez relativa para arcillas normalmente consolidadas, suelos

sm

ic a

ic

ic a

5

Donde  𝑇 = √ 𝑛

𝐿𝑠 = 1.8 𝑇 •

Sí sm

IN

IN

Arcillas Normalmente Consolidadas (NC), Suelos Granulares, Limo y Turba.

ra t

Zi

IN ES A

gu

𝑛ℎ = Coeficiente de reacción horizontal para suelos (NC) (kgf/cm3).

•

𝐸 = Modulo de Elasticidad del Material del Pilote (kgf/cm2).

•

𝐼 = Momento de inercia de la sección transversal del pilote (cm4).

IN

ic a

ES A

𝑘 = Coeficiente de reacción horizontal para suelos cohesivos (kgf/cm3).

Zi

•

ic a

IN

ra t

gu

𝑅 = Factor de rigidez relativa para arcillas pre-consolidadas (cm).

sm

ES

A

•

m

•

Sí s

Sí

granulares, limos y turba (cm).

ra

t

sm

Sí

La longitud total de la porción del pilote enterrado en el suelo deberá ser mayor que 4𝑅 o que

tal

como

se

indicó

en

el

documento

“B5_T3_P1_Capacidad_portante_

at

detallado,

Zi gu

Sí

4𝑇 para que este análisis se considere valido; de otra forma se requiere un análisis más

ES

A

Zi g

por encima del nivel del terreno debe ser mayor que 2𝑅 (tal que, 𝐿𝑢 > 2𝑅) o 𝑇 (tal que, 𝐿𝑢 >

ES A

IN

ES

A

ur

y_dimensionado” perteneciente al Bloque 5, Tema 3. Adicionalmente, la longitud no soportada

Sí sm

IN

ic

IN

a

𝑇) para que las expresiones indicadas anteriormente se consideren válidas.

ic a

El coeficiente de reacción lateral “𝑘” es aproximadamente 67 veces la resistencia al corte no

Sí s

m

drenada del suelo (𝑘 = 67 𝐶𝑢) en Lb/ft2 y se asume constante con la profundidad para arcillas

ES A

ra

t

t

Sí s

m

Sí sm

ic

a

ic a

IN

(pendiente de la recta pasando por el origen) para el tope del pilote (entre 3m y 4.5m).

ra t

gu

Zi

gu

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A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

Zi

ES A

a “𝑘” dividido entre la profundidad y puede ser aproximado mediante relación triangular

IN

Zi

gu

El valor del coeficiente de reacción lateral “𝑛ℎ ” para arcillas normalmente consolidadas es igual

gu

ra

Zi gu ra

t

t

pre-consolidadas y varia con la profundidad para una arcilla normalmente consolidada.

37

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

Sin embargo, con fines prácticos se indican valores representativos del coeficiente de reacción

Sí s

m

para suelos sumergidos.

ic a

horizontal “𝑛ℎ ” para diferentes tipos de suelos. Los mismos podrán ser utilizados de igual forma

Kgf/cm3

Suelto

407

415 x104

Medio

2710

2763,4 x104

Denso

8140

8300,4 x104

Limo Orgánico

109 – 814

111,1 x104 – 830 x104

54

55,1 x104

ra t

ic a Sí sm

IN

ra t

gu

gu

Zi

ES A IN

ic a

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

ic a

A

Zi

IN ES A

Turba

Sí s

Sí

m

sm

ic a

ic

a

Zi

ES A

KN/m3

IN ES A

Tipo de Suelo

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Tabla 8.2. Valores de 𝒏𝒉 (Arenas y Limos inorgánicos)

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

38

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

9. Requerimientos Mínimos de Armado de Pilotes

ic a

El acero de refuerzo longitudinal en los pilotes se detallará análogamente a miembros

Sí s

m

flexionados, considerando el diagrama de momentos resultante del análisis. El acero de

ra t

ra

t

refuerzo longitudinal será continuo en toda la longitud solicitada a tracción, y se detallara para

Zi

transferencia correspondiente.

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

quedar embebido en el concreto del cabezal en una longitud no menor a la longitud de

IN

ic a

Cuando se trate de suelos blandos que ofrezcan poco soporte lateral o cuando haya

Sí sm

a

movimientos de tierras u otras acciones que introduzcan solicitaciones que se suponen no

sm

ic a

ic

contempladas en el proyecto de los pilotes, el ingeniero inspector exigirá el incremento en la

ra t

gu

Sí s

Sí

m

ra t

sección de acero según lo determinen las particulares condiciones de trabajo del mismo.

IN ES A

gu

Zi

En este último punto es importante destacar que si el análisis del pilote se está efectuando de

Zi

forma equivalente a una columna de concreto debido al efecto de fuerzas cortantes o momentos flectores excesivos, o debido a la falta de condición de soporte lateral adecuada para el pilote,

ES A

ES

ic a

A

entonces la cuantía mínima de acero longitudinal exigida por el código ACI318 es del 1%, es

IN

ic a

Sí

IN

sm

decir, que 𝜌𝑚𝑖𝑛 = 0.01.

ra

t

sm

En vista de la incertidumbre asociada a la forma de movimiento de los pilotes bajo un evento

Sí

Zi gu

sísmico, que implica una redistribución del suelo a lo largo del pilote debido a procesos de carga

at

y descarga, probablemente esta última condición de tramos no soportados será la que

a

ES

A

Zi g

acciones sísmicas sean una consideración de diseño obligatoria.

ES A

IN

ES

A

ur

determine el diseño de pilotes en zonas de amenaza sísmica o cuando en el proyecto las

IN

Sí sm

ic

IN

Ahora bien, si el análisis del pilote se realiza bajo condición de soporte lateral completo, tal que

m

ic a

se esperan esfuerzos de flexión prácticamente despreciables, normativas como la EN 1536 y

Sí s

documentos derivados del FEMA, especifican cuantías mínimas de acero longitudinal de 0.5%,

ic a

IN

t

Sin embargo, para todos los casos, independientemente de la condición de soporte lateral del

ra

t

Sí s

m

Sí sm

ic

a

pilote, por tratarse de un diseño sismorresistente, el pilote deberá ser armado longitudinalmente en toda su longitud.

ra t

gu

Zi

gu

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

ra

Zi

ES A

ES A

actuantes.

IN

Zi

gu

acero longitudinal suministrada deberá estar en función de las cargas axiales y de flexión

gu

ra

Zi gu ra

t

t

es decir, 𝜌𝑚𝑖𝑛 = 0.005, y documentos técnicos como el ACI 543 especifican que la cuantía de

39

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

10. Refuerzo Transversal en Pilotes

ic a

Se debe colocar acero de refuerzo transversal a lo largo del pilote mediante estribos cerrados

Sí s

•

m

o espirales con un espaciamiento no mayor de:

Zi

IN

3 veces el diámetro del pilote medido desde la parte inferior del cabezal.

•

7 veces el diámetro del pilote medido desde la parte inferior del cabezal o desde las

m

ra t

ic a

•

gu

Sí s

Sí

sm

ic

a

Las zonas de confinamiento se fijaran en función de lo siguiente:

ic a

300mm.

Sí sm

•

ES A

La mitad del diámetro de la sección.

gu

•

IN ES A

Zi gu

ra t

ra

t

12 veces el diámetro de la menor barra longitudinal.

gu

Zi

ra t

interfaces entre estratos duros y estratos licuables o compuestos para arcillas de baja a

Zi

sm

ES

ic a

ES A

importantes.

A

IN ES A

media densidad, cuando se tengan suelos blandos o suelos con cambios de rigidez

IN

ic a

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

10.1. Cálculo de la cuantía de acero de refuerzo transversal según FEMA 450 y el Comité 543 del ACI El refuerzo helicoidal o en espiral, representa la solución de armado transversal de pilotes más

A ES IN

ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu Zi m

Sí s

t ra Zi

gu

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

a

ic a

Sí sm

Figura 10.1. Detalle típico de refuerzo transversal (Espiral o Zuncho).

ic

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

a

ES A

Zi g

a continuación en la Figura 10.1.

IN

ES

A

ur

at

utilizada en la práctica. El esquema típico de un refuerzo en espiral es como el que se muestra

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

40

gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

m

4𝑎𝑠 (𝐷𝑐 − 𝑑𝑏 ) 𝑠𝐷𝑐2

Sí s

𝜌𝑠 =

ic a

Sí sm

IN

IN

La cuantía de refuerzo helicoidal (espiral) colocado se determinará como:

•

ra t

ra

t

Dónde:

𝑑𝑏 = diámetro de la barra del espiral (cm).

•

𝑠 = paso o separación libre considerada (cm).

ic a

•

sm

ic a

ic

a

Sí sm

IN

𝑎𝑠 = área de la sección transversal de la barra del espiral (cm).

Zi

•

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

𝐷𝑐 = diámetro del núcleo de extremo a extremo de la espiral (cm).

Sí

m

ra t

El espiral del ACI ha sido ampliamente utilizado en el diseño de columnas de edificios y estribos

ra t Zi

IN ES A

gu

Zi

proveer ductilidad a la flexión.

gu

Sí s

de puentes para resistir importantes fuerzas sísmicas y deformaciones donde el objetivo es

El Comité de Pilotes de Concreto Pre-comprimido (PCI) (1993) indica cuantías mínimas de

ES A

A

acero de refuerzo transversal recomendadas para miembros con patrones de acero circular y

sm

ES

ic a

áreas de acero mínimo para miembros con arreglos de acero cuadrado en regiones de elevado

IN

ic a

Sí

IN

riesgo sísmico. Estas recomendaciones fueron adoptadas por el Comité 543 del ACI y el FEMA

Sí

Zi gu

ra

t

sm

450 para aplicaciones tanto de pilotes de concreto reforzado como de concreto pre-comprimido en regiones donde se requiere resistencia por acción sísmica.

A ES IN

Sí sm

ic

IN

a

ES A

Zi g

de bajo a moderado.

IN

ES

A

ur

at

De igual forma el Comité 543 del ACI define requerimientos de cuantía (s) para riesgo sísmico

m

ic a

Regiones de sismicidad de baja a moderada

Sí s

En regiones con riesgo sísmico de bajo a moderado, el refuerzo lateral debe cumplir con el

•

𝑓𝑦ℎ = Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo transversal (kgf/cm2).

ra t

gu

ra gu m

Sí s

t ra gu Zi

© INESA adiestramiento

Zi a ic

𝑓′𝑐 = Resistencia cilíndrica del concreto (kgf/cm2).

Sí sm

•

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

t

Zi gu ra ic a

IN

Dónde:

𝑓′𝑐 ≥ 0.007 𝑓𝑦ℎ

ES A

𝜌𝑠 = 0.12

IN

Zi

ES A

gu

ra

t

t

siguiente requerimiento de cuantía de acero transversal.

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

41

gu ra t

•

𝑓𝑦 ≤ 85000 lb/in2 (585 Mpa) (6000 kgf/cm2

m

𝑓′𝑐 ≤ 6000 lb/in2 (40 MPa) (407 kgf/cm2)

Zi

Regiones de elevado riesgo sísmico

ES A

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

•

ic a

Sí sm

IN

IN

Con ciertos límites en los materiales:

ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

𝐴𝑔 𝑓′𝑐 𝑃𝑢 ( − 1) (0.5 + 1.4 ) 𝑓𝑦ℎ 𝐴𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒𝑜 𝐴𝑔 𝑓´𝑐

ra t

gu

Zi

gu

𝜌𝑠 = 0.25

Zi

Con los siguientes limites en los materiales:

•

𝑓´𝑐 ≤ 6000 lb/in2 (40 MPa) (407 kgf/cm2)

•

𝑓𝑦ℎ ≤ 85000 lb/in2 (585 Mpa) (6000 kgf/cm2)

•

Para estribos cerrados de confinamiento rectilíneos:

at ur ic a

m

© INESA adiestramiento

ic

a

Zi

gu

ra

t

Zi gu ra

ic a

Sí s

m

Sí sm ra t

gu

t

Sí s

ES A IN

IN

𝑓′𝑐 𝑃𝑢 (0.5 + 1.4 ) 𝑓𝑦ℎ 𝐴𝑔 𝑓´𝑐

t ra

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

gu

ES IN

ic Sí sm

ES A

Pero no menor a:

𝑓′𝑐 𝐴𝑔 𝑃𝑢 ( − 1) (0.5 + 1.4 ) 𝑓𝑦ℎ 𝐴𝑐𝑜𝑟𝑒 𝐴𝑔 𝑓´𝑐

𝜌𝑠 = 0.12 𝑆𝑠𝑝 ℎ𝑐

Zi

A

Zi g

a

ES A

IN t

𝐴𝑠𝑝 = 0.30 𝑆𝑠𝑝 ℎ𝑐

ra gu

Zi gu

•

Zi

ES A IN

ra

t

sm

𝑃𝑢 = Carga axial factorizada sobre el pilote.

Sí

•

IN

ES

A

Sí

ic a

sm

ES IN

Dónde:

𝑓′𝑐 𝑃𝑢 (0.5 + 1.4 ) 𝑓𝑦ℎ 𝐴𝑔 𝑓´𝑐

𝜌𝑠 = 0.12

ic a

A

Pero no menor a:

IN ES A

Sí s

Sí

Sí sm

IN

ic a

Para espirales o estribos cerrados de confinamiento circulares.

m

sm

ic

•

ra t

a

refuerzo de confinamiento.

ic a

En regiones de elevado riesgo sísmico, se recomiendan las siguientes cuantías mínimas de

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

42

gu ra t ic a Sí sm

IN

IN

Dónde:

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

𝐴𝑠𝑝 = Área total de refuerzo transversal (cm2).

•

ℎ𝑐 = Dimensión de la sección transversal del núcleo del pilote medido centro a centro

Sí s

m

ic a

•

IN ES A

Zi gu

ra t

ra

t

de refuerzo en espiral o ligadura (cm).

ES A

𝑓𝑦ℎ ≤ 70000 lb/in2 (480 Mpa) (5000 kgf/cm2).

ic

a

Sí sm

IN

ic a

Zi

gu

Con los siguientes limites en los materiales:

ra t

sm

ic a

Para suelos densos o resistentes, no susceptibles a licuación, se permitirá el uso de una cuantía

Zi

ra t

gu

Sí s

Sí

m

helicoidal de al menos la mitad de la requerida.

IN ES A

gu

Fuera de la longitud del pilote que requiera refuerzo transversal de confinamiento, debe

Zi

colocarse refuerzo con una cuantía volumétrica de al menos la mitad del refuerzo transversal

ES A

ES

ic a

A

de confinamiento requerido.

IN

ic a

IN

sm

El refuerzo helicoidal deberá ser empalmado solapando una vuelta completa y doblando el final

ra

t

sm

Sí

de la espiral en un gancho de 90° o mediante el uso de empalmes mecánicos o soldados.

Sí

Zi gu

La cantidad de refuerzo helicoidal requerido podrá ser obtenido colocando una espiral interna

ES

A

Zi g

ES A

IN

ES

A

ur

at

y una externa.

IN

ic a

Sí sm

ic

IN

a

10.2. Cálculo de la cuantía de acero de refuerzo transversal para pilotes diseñados como columnas

Sí s

m

En las zonas de confinamiento, el refuerzo transversal debe satisfacer las secciones 18.7.5.3 y

t ra

ra

Zi gu ra

t

t

18.7.5.4 del ACI 318-14.

m Sí s

ra

gu

ra t

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

gu

gu ic

a

ic a Sí sm

𝑓′𝑐 𝑓𝑦

t

𝜌𝑠 ≥ 0.12

Zi

Zi

ES A

no debe ser menor que:

IN

Para espirales o estribos cerrados de confinamiento circulares, la cuantía volumétrica

IN

•

ES A

Zi

gu

Según el artículo 18.7.5.4 la cantidad de refuerzo transversal debe cumplir con:

© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

43

gu ra t ic a

ic a

Sí sm

•

𝐴 𝑓′𝑐 − 1) ( ) 𝐴𝑐ℎ 𝑓𝑦

IN

IN

𝜌𝑠 ≥ 0.45 (

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

m

Para estribos cerrados de confinamiento rectilíneos, el área total de refuerzo transversal

𝑠 ℎ𝑐 𝑓′𝑐 𝐴 ( − 1) 𝑓𝑦 𝐴𝑐ℎ

ic a

ES A

𝑠 ℎ𝑐 𝑓′𝑐 𝑓𝑦

Sí sm

ra t

ic a

𝐴 = Área de la columna (cm2).

ra t

gu

𝑠 = Espaciamiento medido centro a centro del refuerzo transversal (cm).

ES A

•

IN

ic a

IN

IN ES A

ℎ𝑐 = Dimensión de la columna (cm).

ic a

•

sm

ES

A

exteriores del refuerzo transversal (cm2).

gu

𝐴𝑐ℎ = Área de la sección transversal de un miembro estructural, medida entre los bordes

Zi

•

m

•

Sí s

Sí

sm

Dónde:

Zi

ic

a

𝐴𝑠ℎ = 0.09

IN

Zi

𝐴𝑠ℎ = 0.3

IN ES A

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

(𝐴𝑠ℎ ) no será menor que:

ra

Seis veces el diámetro de la menor barra de refuerzo longitudinal.

•

El valor 𝑠𝑥 , definido por la ecuación:

at

•

IN

ES

A

Zi g 35 − ℎ𝑥 3

Sí s

m

Sí sm

𝑠𝑥 = 10 +

ic a

ic

IN

a

ES A

ur

La cuarta parte de la dimensión menor de la columna.

Dónde:

•

ℎ𝑥 = Espaciamiento horizontal de los ganchos suplementarios o las ramas de los

ra

Zi

a ic

t

Sí s

m

Sí sm

IN

ic a

IN

estribos cerrados de confinamiento múltiples, no debe ser mayor de 35 cm centro a centro, tal como se indica a continuación:

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

A

ES

IN t

IN

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

Zi

gu

ra

t

Zi gu ra

ES A

ES A

ra

t

10 𝑐𝑚 ≤ 𝑠𝑥 ≤ 15 𝑐𝑚

t

•

Zi

gu

Zi gu

Sí

•

IN

ES

A

las siguientes dimensiones:

t

sm

Sí

Según el artículo 18.7.5.3, la separación del refuerzo transversal no debe exceder la menor de

44

gu ra t ic a ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

IN

IN

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

IN

ic a

En pilotes prefabricados o precomprimidos se debe garantizar lo siguiente: Cuando la longitud

Sí sm

a

total del pilote en el suelo es de 11m o menos, el refuerzo transversal de confinamiento se

sm

ic a

ic

colocara a lo largo de todo el pilote. Cuando la longitud del pilote sea mayor a 11m, el refuerzo

gu

Sí s

Sí

m

ra t

transversal de confinamiento se colocara a lo largo de la mayor de las siguientes regiones: los

Zi

ra t

primeros 11m debajo del suelo, la distancia desde la parte inferior del cabezal hasta el primer

Zi

IN ES A

gu

punto de cero curvatura más 3 veces la menor dimensión del pilote. El refuerzo transversal de confinamiento será de espiral o ligadura con una separación centro a centro no mayor de: un

ES A IN

ic a

ES

A

Zi g

IN

a ra t

gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

a

ic a

Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

ra

t

sm

Sí

IN

sm

ES

o 200mm.

ic a

A

quinto de la menor dimensión del pilote, seis veces el diámetro de los tendones longitudinales

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

Sí sm

IN

IN

11. Desarrollo del Refuerzo dentro del Cabezal o Encepado

ic a

Cuando no existan restricciones por flexión o levantamiento, la longitud de desarrollo será la

Sí s

m

longitud de desarrollo total por compresión. Cuando el diseño se base en condición empotrada

ra t

ra

t

en el cabezal o encepado o cuando se requiera resistencia a fuerzas de levantamiento, el

IN ES A

gu

Zi gu

refuerzo del pilote debe desarrollarse totalmente en tensión a menos que la sección satisfaga

ic a

IN

levantamiento de la interfaz suelo-pilote

ES A

Zi

la condición de sobrerresistencia o las demandas están limitadas por la capacidad al

Sí sm

a

El diseño del anclaje de los pilotes dentro del encepado o cabezal debe considerar el efecto

sm

ic a

ic

combinado de las cargas axiales por levantamiento y el momento flexionante debido al

gu

Sí s

Sí

m

ra t

empotramiento en el cabezal. En pilotes que deban resistir fuerzas de levantamiento o proveer

IN ES A

gu

Zi

En el caso de levantamiento, el menor entre: la resistencia nominal a tensión del

Zi

•

ra t

resistencia rotacional, el anclaje dentro del cabezal debe ser capaz de desarrollar lo siguiente:

refuerzo longitudinal en pilotes de concreto, la resistencia nominal a tensión de un pilote

ES A

ES

ic a

A

de acero, 1.3 veces la resistencia nominal de levantamiento de la interfaz suelo-pilote,

IN

ic a

IN

sm

o la fuerza de tensión axial. La resistencia nominal de levantamiento de la interfaz suelo-

ra

t

sm

Sí

pilote será tomada como la fuerza de fricción o adherencia máxima que puede

Sí

Zi gu

desarrollarse entre el suelo y el pilote.

at

En el caso de resistencia rotacional, el menor entre: los efectos de carga (fuerzas axiales, de

m Sí s

Consultar archivos:

ic a

Sí sm

ic

IN

a

ES

A

Zi g

ES A

de corte del pilote.

IN

IN

ES

A

ur

cortante y de momento) calculados, o el desarrollo de la resistencia nominal axial, flexional y

ES A

IN

t ra gu

ES A

Ejemplo_Diseno_Pilote_Carga_Lateral_(Suelo_Granular).pdf

IN

Zi

gu

1. Diseño de pilote sometido a carga lateral en un suelo granular:

Zi

ra

Zi gu ra

t

t

En el CAMPUS podrás descargar y consultar los siguientes ejemplos de cálculo:

Sí sm

ic

a

ic a

2. Diseño de pilote sometido a carga lateral en un suelo cohesivo:

ra

t

Sí s

m

Ejemplo_Diseno_Pilote_Carga_Lateral_(Suelo_Cohesivo).pdf

ra t

gu

Zi

gu

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© INESA adiestramiento

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

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gu ra t ic a

ES A

ES A

Zi

Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

ra t

ES A IN

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ES

A

Zi g

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gu

© INESA adiestramiento

t ra gu ic

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Sí s

m

Sí sm t ra Zi

gu

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

Zi

ES A IN

IN

Zi

Zi gu ra

Diagrama de interacción 𝛾 = 0.6

ES A

gu

ra

t

t

Sí s

m

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Sí sm

ic

IN

IN

ES A

ES

A

ur

at

Sí

Zi gu

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sm

Sí

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IN ES A

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Zi

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gu

Sí s

Sí

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Sí sm

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ES A

IN ES A

Zi

gu

Zi gu

ra t

ra

t

Sí s

m

ic a

Sí sm

IN

IN

12. Anexos: Diagramas de Interacción Adimensionales para ser Utilizados en el Diseño de Pilotes

© Sísmica adiestramiento

t

A

ES IN

IN

Zi

ES

A

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gu ra t ic a

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ES A IN

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ES

A

Zi g

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Sí sm

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IN

IN

ES A

ES

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Zi gu

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ES A

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Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

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t ra gu ic

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Sí s

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gu

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

t

t

Sí s

m

Diagrama de interacción 𝛾 = 0.7

© Sísmica adiestramiento

t

A

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Zi

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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ES A IN

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ES

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Sí sm

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ES A

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Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

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Zi

ES A IN

IN

Zi

ES A

gu

ra

Zi gu ra

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Diagrama de interacción 𝛾 = 0.8

© Sísmica adiestramiento

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A

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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ES A IN

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ES A

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ES A

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Máster de Estructuras de Concreto Armado y Precomprimido B5 Cimentaciones T3 Cimentaciones Profundas P2 Diseño de pilotes con consideraciones sismorresistentes

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Zi

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Zi

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gu

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Diagrama de interacción 𝛾 = 0.9

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A

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Zi

ES

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

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