Asentamiento de pilotes de fricción en arcilla.

Los pilotes de fricción pueden usarse en grupos para soportar las zapatas, o bien colocarse debajo de toda una losa. Su función es transmitir las cargas a una profundidad considerable del subsuelo, donde los valores de la presión efectiva Po son mayores que cerca de la superficie. Haciéndolo así, los pilotes pueden reducir el asentamiento a una cantidad menor que la que se produciría en zapatas sin pilotes. Además, la carga se distribuye al suelo por fricción a todo lo largo del fuste de los pilotes, evitándose así grandes concentraciones de esfuerzo.

Como aproximación tosca, el asentamiento de un grupo de pilotes de fricción puede calcularse con la suposición de que la arcilla comprendida entre la cabeza de los pilotes y el punto que señala su tercio inferior es incompresible, y que la carga se aplica al suelo en dicho punto. Se ignora la presencia de los pilotes abajo de este nivel.

Es evidente que los pilotes de fricción son más benéficos si son largos en comparación con el ancho de la zapata o de la losa que soportan. Pilotes de fricción largos bajo zapatas relativamente pequeñas reducen mucho el asentamiento, mientras que un gran número de pilotes cortos debajo de una losa grande, prácticamente no producen ningún efecto benéfico. En realidad, si el hincado de los pilotes aumenta la compresibilidad de la arcilla por remoldeo, los pilotes cortos pueden ser perjudiciales.

Con la misma carga por pilote, el asentamiento de un grupo de pilotes de fricción aumenta con el número de ellos, en forma muy parecida a como aumenta el asentamiento de una zapata en arcilla, cuando su tamaño aumenta. Se han hecho esfuerzos para compensar el aumento del asentamiento, reduciendo la carga admisible por pilote de alguna manera arbitraria, conforme se aumenta el número de pilotes en el grupo. Las expresiones que se usan para efectuar la reducción, se conocen con el nombre de ecuaciones de eficiencia. Sin embargo, ninguna de las ecuaciones que existen considera todas las variables que influyen en los depósitos de arcilla, y su uso no se recomienda. Parece que es preferible hacer estimaciones aproximadas del asentamiento, apoyándose en los procedimientos descritos antes, y determinar las dimensiones de los grupos de pilotes utilizando criterio.

ARCILLA: Asentamientos de zapatas y losas de cimentación.

Las zapatas situadas arriba de depósitos de arcilla blanda normalmente consolidada y de depósitos de limos plasticos, comúnmente se asienten excesivamente aunque las presiones en el suelo sean relativamente pequeñas. Puede estimarse la magnitud del asentamiento por los procedimientos descritos y en las secciones anteriores de este capítulo. Los cálculos se hacen suponiendo que la superestructura no tiene rigidez. Por lo tanto, los asentamientos diferenciales indicados por la predicción probablemente sean algo mayores que los que realmente ocurren. Sin embargo, se puede esperar que la predicción sea lo suficientemente confiable para permitir estimar al proyectista, si las deformaciones serán demasiado grandes en su estructura. Si lo son, debe, combinar sus zapatas formando una losa de cimentación de la resistencia y rigidez adecuadas, o bien proyectar su estructura con una cimentación pilotes o pilas.

Es probable que el asentamiento de las zapatas aisladas presente un patrón algo errático por la existencia de zonas blandas o duras que puedan existir bajo ellas. Si una losa de cimentación ejerce la misma presión en la arcilla, se transmiten esfuerzos debajo de la cimentación a una profundidad considerablemente mayor que debajo de la cimentación de zapatas, y las zonas blandas y firmes se compensan mucho más entre sí. En consecuencia el patrón de asentamientos de una losa es mucho más regular que el de una cimentación de zapatas en el mismo material y probablemente tomará una forma concoidal, con el mayor asentamiento cerca del centro.

El asentamiento de una losa en arcilla puede reducirse, aumentando su profundidad de desplante, incrementando así la cantidad de excavación. Frecuentemente es posible compensar todo el peso de la estructura con el peso del suelo excavado para los sótanos. De esta manera, se han construido con éxito estructuras sobre depósitos de arcilla muy blanda. A pesar de la completa compensación de carga, probablemente ocurran pequeños asentamientos debidos al bufamiento, y el subsecuente asentamiento de la arcilla durante la excavación y la recarga, o por el pequeño aumento en la compresibilidad, causado por la alteración de la estructura de la arcilla durante la excavación.

En algunos casos, una capa de arena compacta o de arcilla dura cubre un estrato potente de arcilla blanda. Puede proyectarse una estructura sobre zapatas que descansen en la arena o arcilla firme. La carga admisible en las zapatas, se determina a partir de las características del material que queda directamente debajo de ellas dentro de una profundidad igual al ancho de la zapata mayor. Sin embargo, toda la capa de arena o de arcilla firme, actúa como una losa natural y el asentamiento de la estructura en conjunto, depende del aumento del esfuerzo en el depósito blando y de la compresibilidad del mismo. La predicción del asentamiento puede hacerse por procedimientos semejantes a los usados en losas. Si los asentamientos diferenciales van a ser demasiado grandes para la estructura, la situación rara vez puede mejorarse cambiando el tamaño de las zapatas. Es necesario recurrir a una cimentación en la que las cargas estén compensadas por el peso del suelo excavado, o usar pilotes o pilas que se extiendan a través de la costra y los materiales compresibles inferiores hasta una base firme.

CIMENTACIONES SOBRE ARCILLA: Confiabilidad de la predicción de los asentamientos.

 Los asentamientos diferenciales y totales pueden predecirse con un elevado grado de confiabilidad, en arcillas normalmente consolidadas de sensibilidad ordinaria, si la arcilla es prácticamente homogénea, o está en estratos homogéneos. El índice de compresión puede determinarse por medio de pruebas de consolidación en muestras inalteradas o remoldeadas.

Si el depósito ha sido precargado , pero no se ha reconocido esta circunstancia, es probable que los asentamientos calculados sean mucho mayores que los reales. La discrepancia disminuye al aproximarse a la unidad, la relación Δp/(po’ - po) Sin embargo, aunque el cálculo se base en las curvas e-log p para buenas muestras inalteradas, los asentamientos calculados probablemente excedan a los reales, y el monto de la discrepancia no puede predecirse frecuentemente con seguridad.

Como la fuente principal de error en conexión con el cálculo de asentamientos en un depósito de arcilla homogéneo, es la mala interpretación del grado de preconsolidación, deberán utilizarse todas las evidencias disponibles. En muchos casos las ideas se aclaran bastante estimando los valores de Δp en puntos críticos, de un estrato situado debajo de una estructura más antigua y cercana de comportamiento conocido. Si esta estructura no ha experimentado asentamientos perjudiciales y si produce esfuerzos en el subsuelo no menores que los que se espera tener debajo de la estructura propuesta, el comportamiento satisfactorio de la nueva estructura puede inferirse usualmente. Esta conclusión debe comprobarse mediante investigaciones, para asegurarse de que las condiciones del subsuelo en los dos lugares son realmente comparables.
Si un depósito de arcilla contiene varios elementos de suelo compresible, arreglados erráticamente, la predicción del asentamiento no puede hacer mas que indicar el asentamiento diferencial máximo probable, sin proporcionar una idea de la distribución del asentamiento.

Cuando las arcillas son muy sensibles, las muestras deben ser las mejores obtenibles. Sin embargo, el cálculo de los asentamientos en estratos uniformes de este tipo, puede hacerse con una precisión razonable.

CIMENTACIONES SOBRE ARCILLA: Cálculo del asentamiento.

La disminución del espesor de la arcilla, o el asentamiento S arriba del punto A (fig. 3.5) está dado por:

que, para las arcillas normalmente consolidadas puede expresarse de acuerdo a la ec. 3.1 como:

Mientras que la ec. 3.4 es aplicable solamente a las arcillas normalmente consolidadas, la ec. 3.3 es general y puede usarse dondequiera que se conozca la relación de vados original y su cambio. Independientemente del tipo de arcilla, e0 se obtiene con facilidad; Δe puede obtenerse de los resultados de la prueba de consolidación. Por lo tanto, aun para arcillas normalmente consolidadas, puede preferir- se la ec. 3.3 a la 3.4, si se han efectuado pruebas de consolidación. Si la arcilla está preconsolidada y si Po + Δp no excede de la carga de preconsolidación, debe usarse la ec. 3.3 y, e debe determinarse con el procedimiento ya descrito.
Si la presión Δp es negativa, es de esperar que la arcilla se expanda. Sin embargo, si la arcilla es blanda, el aumento de volumen debido a la disminución de la presión producida por la excavación, es tan pequeño que usualmente el valor de S puede tomarse corno cero.

Asentamientos de cimentaciones sobre arcilla - Introducción

Para todos los tipos de cimentaciones sobre arcillas y limos plásticos, los factores de seguridad deben ser los adecuados para evitar una falla por capacidad de carga. Sin embargo, es igualmente importante hacer una estimación segura de la magnitud del asentamiento diferencial que puede experimentarse en la estructura, aunque no se exceda el valor de la carga de seguridad. Si el asentamiento diferencial estimado es excesivo, puede ser necesario cambiar la distribución o el tipo de cimentación que se esta considerando. En la mayor parte de los casos no se justifica un elevado grado de precisión. Usualmente, puede hacerse una selección correcta del tipo de cimentación, si se sabe que el asentamiento diferencial sera del orden de 1, 5, o 50 cm.

El método general para calcular el asentamiento de un punto en la base de una estructura, debido a la consolidación de una delgada capa de arcilla consta de cuatro pasos. El primero es el cálculo de la presión efectiva original Po en el centro del estrato. El segundo es el cálculo del incremento de presión Δp, producido por la construcción del edificio, directamente debajo del punto dado y a la mitad del espesor del estrato de arcilla. El tercero es la determinación de la compresibilidad de La arcilla.
Finalmente, se utilizan estas cantidades para el cálculo de la disminución del espesor del estrato en el punto en cuestión. Si existe solamente una capa delgada, se supone que el hundimiento de la superficie es igual a esta disminución de espesor. Si hay varias capas, se realizan cálculos semejantes en cada una de ellas, y se suman las disminuciones del espesor de las diferentes capas abajo del punto.

En los siguientes párrafos se describen métodos para determinar el aumento en esfuerzo t.p y para calcular la disminución del espesor del estrato de arcilla.

CIMENTACION PILOTEADA sobre arcilla: Proyecto ilustrativo.

La aplicación del criterio para la separación en el proyecto de grupos de pilotes de fricción apoyados en arcilla. En el primer paso, se ha determinado el número de pilotes, suponiendo que la capacidad individual puede desarrollarse en el grupo. En el segundo, se ha investigado Ja capacidad del grupo, y se ha encontrado que excede de la carga total en el grupo con el factor de seguridad correspondiente. Por lo tanto, se ha llegado a un proyecto satisfactorio. De hecho, la separación de los pilotes podría disminuirse a 0.75 m, y la capacidad del grupo podría ser mayor que 172.4 toneladas. Sin embargo, para poder decidir si se hace esa reducción, es necesario conocer anticipadamente el comportamiento de la arcilla durante el hincado de los pilotes.

Debe advertirse, que cuando se considera el efecto separado de los pilotes, la resistencia al corte de la arcilla se multiplica por el factor de reducción α2 (fig. 18.7). En la investigación de la acción de grupo, no es necesaria la reducción.

El problema se refiere solamente a la resistencia de la arcilla. 

Resistencia a la extracción de los pilotes hincados en arcilla.

La resistencia a la ex- atracción de un pilote individual o de un grupo, en arcilla plástica, está gobernada por las mismas consideraciones que se aplican a la carga de seguridad hacia abajo (le los pilotes de fricción; por supuestos la capacidad de carga por punta, no contribuye a la resistencia a la extracción.