Pilotes en arcilla: Carga admisible en pilotes de fricción.

La carga que puede soportar un solo pilote apoyado por fricción en un depósito de arcilla saturada, debe determinarse preferentemente por medio de una prueba de carga estática. La forma característica de la curva carga-asentamiento puede verse en la fig.

12.8a. La curva se aproxima a una asintota vertical correspondiente a un hundimiento súbito del pilote en el terreno o a una penetración uniforme del pilote bajo la carga aplicada. La carga que produce la falla está representada por la abscisa de la tangente vertical a la curva carga-asentamiento. Cuando la capacidad máxima de un pilote está tan bien definida, se toma como carga admisible un tercio de la de la falla, para cargas de proyecto normales, o un medio de la misma, para combinaciones especialmente desfavorables.

La prueba de carga puede completarse con una prueba de extracción. En un pilote de fricción, la curva carga-extracción tiene las mismas características que la de carga- asentamiento. Si el pilote es cilíndrico, la diferencia de las cargas de falla, en las dos curvas, es una medida tosca de la resistencia en la punta.

 
Como las pruebas de carga en los pilotes son relativamente costosas, se han hecho numerosos esfuerzos para calcular la carga admisible en pilotes de fricción, en los registros de hincado o con pruebas de laboratorio. La experiencia ha demostrado que la resistencia al hincado de los pilotes de fricción en ardua tiende a ser baja, debido a la alteración de su estructura, en tanto que dicha resistencia puede aumentar durante un periodo de tiempo tras la hinca. El aumento de resistencia o endurecimiento (art. 12.5) puede deberse parcialmente a procesos tixotrópicos, o a la consolidación de la arcilla próxima a los pilotes, sujeta a esfuerzos muy elevados. Como frecuentemente el endurecimiento constituye la mayor parte de la capacidad del pilote, y, como no está relacionado con los fenómenos de transmisión de esfuerzos durante el hincado, las fórmulas dinámicas o los análisis basados en la ecuación de onda, probablemente conducen a estimaciones erróneas de la capacidad de carga. Esta conclusión ha sido demostrada ampliamente por la experiencia.

En contraste, los cálculos estáticos basados en la resistencia al esfuerzo cortante no drenada de la arcilla, se han encontrado algo más seguros, aunque no son raras las excepciones. Para pilotes cilíndricos, la capacidad máxima de carga es aproximadamente: 

El coeficiente de reducción α2 es para tomar en cuenta la alteración de la arcilla debida al hincado del pilote y a otros varios factores. Pueden obtenerse valores aproximados de la fig. 18.7. Puede verse en la figura, que X2 disminuye al aumentar la dureza de las arcillas en las que se hincan los pilotes (Tomlinson, 957; Peck, 1958)

En algunos casos, se ha encontrado que los resultados de los cálculos son muy bajos. La información más segura puede obtenerse por medio de pruebas de carga a escala natural (art. 12.4). Las pruebas de carga no deben hacerse hasta que transcurran varios días después del hincado, con objeto de permitir que se desarrolle el endurecimiento. Usualmente, es suficiente un intervalo de tres días, pero en algunas arcillas puede continuar el aumento de resistencia durante un tiempo más largo. En la fig. 18.8, se dan los resultados de una serie de pruebas de carga. Representan un aumento excepcional, pero hacen resaltar la importancia de los efectos del tiempo en las arcillas. 

 

Figura 18.7 Valores del factor de reducción α2 para calcular la capacidad estática de los pilotes apoyados por fricción en arcillas de diferentes resistencias a la compresión simple.

Figura 18.8  Aumento de la capacidad de carga máxima de un pilote de fricción con el tiempo.

Los pilotes de fricción, se hincan comúnmente en grupos o hileras debajo de las zapatas aisladas, o en un sólo grupo grande debajo de las zapatas corridas y de las losas. La capacidad de carga de un grupo de pilotes puede ser igual al número de pilotes multiplicado por la capacidad de carga por pilote, pero también puede ser mucho menor. Por lo tanto, un grupo de pilotes puede fallar cuando la carga por pilote es menor que la carga admisible determinada con una prueba de carga en un solo pilote. Debe investigarse esta posibilidad. 

La fig. 18.9 muestra un grupo de pilotes apoya(lOS por fricción en un estrato potente de arcilla Las cabezas de los pilotes se conectan con un cabezal rígido. Si fallan, deben fallar en conjunto, y la falla ocurrirá a lo largo de una superficie como la indicada por la línea punteada. El área de la superficie corresponde aproximadamente al producto del perímetro del grupo de pilotes por la longitud de los mismos. La carga máxima que puede soportar el grupo proviene de dos fuentes. La resistencia total al corte del suelo alrededor de la frontera del grupo de pilotes es igual a PLc, donde P es el perímetro del grupo y las demás cantidades se definen como en la ec. 18.8. A esta debe añadirse la capacidad de la base; es decir, la capacidad de carga del suelo en el área de la planta del grupo al nivel de las puntas de los pilotes. Si el subsuelo es uniforme, puede evaluarse aproximadamente por medio de la ec. 18.2 y la fig. 18.2, para la condición D1/B igual a cero. En los pilotes largos en pequeños grupos, la capacidad de la base es pequeña, comparada con la resistencia al corte del suelo que rodea el grupo de pilotes. Por otra parte, al aumentar el número de pilotes, el área de apoyo bajo el grupo, aumenta más aprisa que el arca lateral del suelo ocupado por el grupo. La separación de los pilotes a la que corresponde la capacidad completa de cada pilote, puede encontrarse fácilmente por tanteos. Comúnmente, se elige una separación de tres veces el diámetro de los pilotes como separacion de tanteo y luego se la compara con la regla de que la suma de las capacidades de carga y la resistencia al corte del grupo de pilotes, debe ser cuando menos igual a la capacidad de un solo pilote, multiplicada por el número de pilotes en el grupo. 

 

Figura 18.9 a) sección y b) planta de un grupo de pilotes apoyados por fricción en arcilla.

De acuerdo con el párrafo anterior, no se obtienen beneficios al hincar más pilotes dentro de las fronteras de un grupo apoyado por fricción, si la separación es igual o menor que la determinada por la regla mencionada antes. Por otra parte, se obtiene el mayor beneficio en una cimentación de pilotes de fricción si la longitud de los pilotes es tan grande como sea posible dentro de los límites de la economía. En conexión con el asentamiento de estas cimentaciones, se encuentra (art. 18.6) que la eficacia de una cimentación con pilotes de fricción, también se incrementa al aumentar la longitud de los pilotes.

El endurecimiento por pilote en un grupo, puede diferir del de un aislado. En los trabajos grandes es útil investigar esta diferencia haciendo una prueba de carga en un pilote, de un grupo de prueba hincado antes de hacer el proyecto final.