¿Cómo estimar el asentamiento de pilotes y grupos de pilotes?
Al igual que cualquier fundación, los pilotes experimentan asentamientos cuando son sometidos a solicitaciones provenientes de la superestructura. Sin embargo, la estimación de la magnitud de estos asentamientos, aun cuando existen diferentes metodologías para ello, constituye una de las mayores fuentes de incertidumbre en todo proyecto geotécnico que incluya el empleo de pilotes ¿Quieres saber más sobre cómo estimar el asentamiento de pilotes y grupos de pilotes? Continúa leyendo…
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Componentes del asentamiento de un pilote
Tal como señala el Prof. Das (2012), el asentamiento de un pilote viene asociado a tres componentes, los cuales se ilustran en la Figura 1:
- El asentamiento que llamamos “elástico”, que considera la deformación del elemento estructural como tal, asumiendo una aproximación basada en la Teoría de la Elasticidad (es decir, que este término se refiere a la deformación del pilote en sí, en base a la respuesta de los materiales que lo componen ante las cargas externas).
- El asentamiento asociado a la componente de la resistencia correspondiente a la punta del pilote.
- El asentamiento asociado a la componente de la resistencia que corresponde al fuste del pilote.
Figura 1 Componente del asentamiento de un pilote (Fuente: modificado de Atkinson, 2007).
De acuerdo con lo anterior, es posible afirmar que el asentamiento va a depender de la rigidez asociada a:
- El material con el que está construido el pilote.
- El suelo situado debajo de la zona de influencia de la punta del pilote.
- El terreno alrededor del fuste del pilote.
Resulta evidente, a partir de los componentes que afectan el asentamiento del pilote, la necesidad de estimar de manera apropiada los parámetros de rigidez tanto del material de pilote en sí, como del terreno en el que se instalará.
Asentamiento de pilotes individuales
A lo largo de los años, se han desarrollado numerosos métodos para estimar el asentamiento de pilotes individuales, la mayoría de ellos basados en planteamientos teóricos ajustados por medio de factores de influencia. Uno de estos métodos es el propuesto por Vesic en 1969, publicado por el Transportation Research Board, en USA. La Figura 1 resume las expresiones propuestas por dicho investigador para estimar las tres componentes del asentamiento reseñadas en el apartado anterior.
Figura 2 Expresiones para la estimación del asentamiento de un pilote individual (Fuente: modificado de Vesic, 1969, CP Das, 2012).
Tal como se desprende de la figura anterior,el asentamiento asociado a la componente estructural del pilote está relacionado con las cargas de servicio actuantes (no con cargas mayoradas) y, por supuesto, con el material del pilote, reflejado en el módulo de elasticidad Ep, y con las dimensiones del pilote, reflejadas en los factores L y Ap. En base a un análisis muy sencillo de dicha expresión, resulta claro que cuanto más rígido sea el pilote (es decir, cuanto más grande sea su módulo de elasticidad Ep), y cuanto más grande sea su sección transversal (es decir, cuanto mayor área tenga en la punta Ap), menor será el asentamiento asociado al elemento estructural.
En relación con el asentamiento asociado a la punta, el mismo depende del módulo de elasticidad del terreno debajo de la misma, en la zona de influencia del pilote, hasta una profundidad de 2 a 3 diámetros por debajo de la cota de apoyo del pilote.
La componente del asentamiento asociado al fuste tiene una expresión similar a la que se emplea para la punta, sólo que en este caso entra en juego la carga absorbida por el fuste, otra vez el módulo de elasticidad del terreno, y un factor de influencia que se estima con la expresión mostrada en la figura.
Algo importante a destacar aquí es cómo estimar las cargas QWP y QWS, que son las porciones de la carga de servicio absorbidas por la punta y el fuste, respectivamente. Lógicamente, la única manera de determinar estos parámetros de manera precisa es a través de la realización de una prueba de carga.
Sin embargo, Das (2012) menciona que QWS/pL puede asumirse como el valor promedio de la resistencia unitaria por fuste estimada para el pilote. Esta asunción se basa en el hecho de que, tal como hemos revisado en un post anterior (ver https://geo-webonline.com/interaccion-pilote-terreno-de-fundacion/), se requiere un movimiento relativamente pequeño para que el pilote desarrolle su capacidad por fuste.
De acuerdo con lo anterior, asumiendo que la capacidad por fuste se desarrolla de manera completa, la carga asociada al asentamiento en la punta QWP se determina simplemente restando la carga de servicio menos QWS.
Otro aspecto importante a tomar en cuenta es la estimación apropiada del módulo de elasticidad del terreno, que es uno de los parámetros de más difícil determinación en la Mecánica de Suelos. Los invito a revisar dos posts previamente publicados en geo relacionados con la mejora manera de estimar el módulo E a partir del módulo de corte G: https://geo-webonline.com/que-significa-que-el-suelo-tiene-un-comportamiento-no-lineal/ y https://geo-webonline.com/uso-del-modulo-de-corte-g-en-analisis-de-asentamientos-de-cimentaciones-bajo-cargas-estaticas/.
Si bien estas expresiones no constituyen el más preciso de los métodos, son de relativa fácil aplicación, y sirven para tener un orden de magnitud de la deformación esperada en un pilote sometido a una carga de servicio.
Asentamiento de grupo de pilotes
En relación al asentamiento de un grupo de pilotes, tal como reseña Das (2012), algunas investigaciones desarrolladas entre las décadas de 1960 y 1970 demostraron que el asentamiento de un grupo de pilotes, cuando la carga de servicio absorbida por cada pilote individual es similar (es decir, cuando existe una distribución aproximadamente igualitaria de la carga de servicio entre cada uno de los pilotes que conforman el grupo), aumenta con el acho del grupo Bg y con el espaciamiento centro a centro de los pilotes d.
La Figura 3 resume tres expresiones relativamente sencillas para la estimación del asiento de un grupo de pilotes, que pueden ser empleadas en proyectos rutinarios.
Figura 3 Expresiones para la estimación del asentamiento de un grupo de pilotes (Fuente: modificado de Vesic, 1969, y Meyerhoff, 1976, CP Das, 2012).
La primera de las expresiones es la propuesta por Vesic en 1969, que básicamente se basa en el asentamiento de un pilote individual sometido a una solicitación equivalente a la que tiene dentro del grupo, afectado por un factor función de las características geométricas del grupo.
Las otras dos son las expresiones, propuestas por Meyerhoff para pilotes en arenas y gravas, están basadas en información disponible de las pruebas de campo SPT y CPT, que son los dos ensayos más comúnmente empleados alrededor del mundo en estudios geotécnicos rutinarios.
Al igual que en el caso de pilotes individuales, estas expresiones sirven para efectuar una estimación preliminar y contar con un orden de magnitud de las deformaciones esperadas para el grupo de pilotes, cuando es sometido a una carga de servicio. Para proyectos en los que se requiera contar con estimaciones más precisas, deberán aplicarse modelos más complejos, como por ejemplo aquellos basados en elementos finitos.
Referencias
- Atkinson, J. (2007) “The Mechanics of Soils and Foundations”. Second Edition. CRC Press – Taylor & Francis Group. Abingdon, UK.
- Coduto, D. (2001) “Foundation Design: Principles and Practice”. Second Edition. Prentice Hall. New Jersey, USA.
- Das, B. (2012) “Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones”. Séptima Edición. CENGAGE Learning Editores, S.A. México D.F, México.
