Pilas en arcilla.

La carga máxima neta y las presiones admisibles que puede soportar un depósito de arcilla en la base de una pila, pueden determinarse en forma semejante a la utilizada para Las zapatas. Sin embargo, para pilas, la relación de la profundidad de la cimentación al ancho de la base es grande; usualmente, es mayor de

4. De acuerdo con la fig. 18.2, si la relación Df/B es igual o mayor que 4, no tiene influencia en el factor de capacidad de carga N. Por lo tanto, para las pilas, la capacidad de carga máxima qd (ec. 18.2) puede representarse como: 

Si la pila es cuadrada o circular, si c es la resistencia no drenada al esfuerzo cortante igual a qu /2, y si se desea un factor de seguridad de 3, la ec. 18.6a se convierte en: 

Los valores de qa obtenidos de la ec. 18.6b son iguales a 1.2 veces los obtenidos de la fig. 18.3 a lo largo de la línea Df/B = 4.

Frecuentemente se encuentra un estrato adecuado para apoyar pilas sólo a gran profundidad, debajo de suelos demasiado débiles o compresibles para que participen en el apoyo de las cargas permanentes de la pila. Sin embargo, las ecs. 18.6a y 18.6b son todavía aplicables, siempre que la pila se desplante a una profundidad de cuando menos 4B abajo del lecho superior del estrato de apoyo. Cuando las profundidades de penetración son menores, puede usarse la fig. 18.3, pero debe considerarse Df, la profundidad de penetración de la base de la pila en el estrato resistente. 

En otros casos, el material de cimentación puede ser arcilla relativamente firme extendiendose hasta gran profundidad. Pilas de cuerpo recto pueden construirse en perforaciones hechas a una profundidad suficiente para que desarrollen la fricción lateral necesaria para soportar una gran porción de la carga. La magnitud de la fricción lateral que puede desarrollarse, depende de varios factores, incluyendo la resistencia al esfuerzo cortante de la arcilla inalterada, el grado en que se ablanda la arcilla con el agua que absorbe de la atmósfera, de las operaciones de perforación, del concreto colado en la perforación, del remoldeo que esta última produzca y de que se forme o no una capa de arcilla remoldeada en las paredes de la excavación. Las relativamente pocas pruebas a escala natural de que se dispone (Skempton, 1959; Woodward y colaboradores., 1961), sugieren que la fricción lateral máxima Ca por unidad de área puede tomarse como:

donde αi varía entre 0.3 y 0.5, y puede tomarse generalmente como 0.45, y c es la resistencia al corte no drenada, promediada a lo largo de la pila. Debido a la posibilidad de reblandecimiento, no debe permitirse que el valor de Ca exceda de 10 tons/m2+ La carga total que resulta de la fricción lateral puede calcularse multiplicando Ca (ec. 18.7) por el área del fuste de la pila.

La capacidad máxima total de una pila (fig. 18.5) puede obtenerse sumando la fricción lateral total a la resistencia máxima de la arcilla en la base de la pila. La resistencia en la base püede determinarse de la presión máxima (ec. 18.2), multiplicada por el área de la base. Cuando se utilice la fricción para soportar aunque sea una pequeña porción de la carga, Df debe tomarse como cero en la determinación de N (ec. 18.2 y fig. 18.2), debido a que la arcilla que rodea la pila no puede producir fricción hacia arriba, y al mismo tiempo proporcionar una sobrecarga efectiva hacia abajo (fig. 18.5). Es una técnica común dividir tanto Ca (ec. 18.7) como qd (ec. 18.2), por el factor de seguridad deseado y para obtener las capacidades admisibles del cuerpo y de la base por separado. Como aproximación razonable se toma la suma de las capacidades como la carga total admisible en la pila.

Si la pila tiene una campana en la base, sólo debe considerarse la parte recta de la pila para calcular la capacidad por fricción lateral. El ancho B se toma como el diámetro de la campana en todas las determinaciones de las presiones máxima y admisible, y en el cálculo del área y de la capacidad total de la base de la pila. La resistencia al esfuerzo cortante no drenada de la arcilla, usada para el proyecto, deberá de ser el promedio de los valores en la profundidad B abajo del fondo de la campana. Sin embargo, deberá considerarse por aparte la influencia de cualesquiera zonas blandas que queden bajo dicha campana.

El factor de seguridad contra la falla de las pilas en arcilla, deberá ser igual a 3 en las condiciones de carga máxima que puedan esperarse normalmente, y no deberá ser menor de 2 bajo las combinaciones de carga mas severas.

Como la presión neta es función del peso total de la pila, con frecuencia resulta ventajosa una pila hueca. 

Figura 18.5 fuerzas actuantes en las pilas profundas en arcilla a) Pila de cuerpo recto; b) con campana.

Cuando las pilas se construyen hincando cajones a través de depósitos de arcilla blandos, debe conocerse la fricción lateral para poder juzgar si el cajón puede llegar a pegarse en cualquier punto de su hincados No se han encontrado métodos teóricos suficientemente seguros para estimar la fricción lateral. La mayor parte de la información disponible se ha obtenido del conocimiento de las cargas necesarias para hacer descender cajones que se habían pegado. La fricción varía de 700 a 3 000 kg/m2 en limo y arcilla blanda y de 500 a 20 000 kg/m2 en arcilla muy firme. Aun cuando se disponga de datos adquiridos por experiencia en obras cercanas, debe tenerse cuidado al aplicar la información a una nueva, porque la fricción total depende de numerosos factores, incluyendo la forma y el diámetro de la parte inferior del cajón y el método de excavación. 

 

Figura 18.6  Relación entre golpes por cm de penetración y la profundidad total para pilotes de madera. Hincados a) en arcilla blanda de gran espesor b) en estratos blandos, descansando en arcilla muy firme o dura y c) en estratos de arcilla que aumentan en firmeza con la profundidad.