INTRODUCCINPara que una estructura se comporte de manera satisfactoria a nuestros requerimientos, est debe poseer una cimentacin adecuada en cuanto, el sistema de pilotaje a base de pilotes, es adecuado en suelos donde se producen asientos imprevistosy que el suelo resistente est a cierta profundidad, este, es un tipo de cimentacin profunda de tipo puntual. La versatilidad de este sistema, permite la construccin de proyectos, edificaciones y dems obras civiles en terrenos de baja calidad.

CAPACIDAD DE CARGA EN PILOTES

La utilizacin de pilotes como un sistema de cimentacin, se basa principalmente en que en algunos proyectos civiles, no pueden distribuir adecuadamente las cargas trasmitidas en una cimentacin superficial, sin exceder la capacidad portante del suelo.Su utilizacin es adecuada tambin para terrenos con; arcillas expansivas, nivel fretico muy cerca del nivel del suelo o cuando la edificacin est situada sobre el agua.Para hincar el pilote siempre se buscar el apoyo sobre una capa resistente de suelo que soporte las cargas transmitidas, frecuentemente la capa firme est a mucha profundidad.Estos pilotes son similar a un elemento estructural con una seccin transversal pequea pero con de una longitud considerable, los cuales se hincan en el terreno de manera individual o en filas, como para poder soportar la carga transmitida por una columna o muro (Fig. 1.0.0. - Anexos). En algunas ocasiones se utiliza estos elementos de manera inclinada para soportar cargas en muros de contencin. Su instalacin de la realiza mediante maquinaria en forma de martinete. Las cargas de trabajo para los pilotes hincados varan de acuerdo a sus dimensiones, especificaciones, tipo de material del cual est constituido. Los pilotes de madera no pueden ser hincados en suelos con elevada resistencia, puesto que sufren daos al ser martillados, por ello su capacidad para soportar carga se restringe alrededor de 25 toneladas o menos. En cambio los pilotes de concreto ya sean colados o prefabricados e hincados y los pilotes de acero soportan una mayor carga debidos a su capacidad estructural. (Tabla 1.0.a. Anexos).

Capacidad de Carga en Pilote nicoEn el caso de un pilote nico o asilado, la carga aplicada es soportada por el rea de contacto, de la punta del pilote contra el suelo y la friccin que produce el rea lateral (fuste) con el terreno. La capacidad o resistencia del pilote, se lo realiza en base a; densidad y cohesin del suelo, peso especfico del material que conforma el pilote, rea de la punta, capacidad de carga final, incremento de longitud del pilote, rea lateral del pilote en contacto con el suelo y capacidad unitaria que posee el fuste para su agarre con el terreno. (Fig. 1.1.1. - Anexos).Para la capacidad de carga del pilote, no se considera el dimetro de este debido a que es relativamente pequeo, y en los clculos no existir una afectacin considerable. Por lo cual tenemos que ciertos parmetros no imprescindibles, ya sean del suelo como del pilote no se consideran en los clculos para la determinacin de la capacidad de carga del pilote. Tambin se tiene en consideracin que los parmetros de la capacidad portante del suelo, est implcita en la realizacin de dichos clculos. Nuestras determinaciones para la capacidad del pilote debern mantener rangos de seguridad. Permisibles, ya sean para la resistencia en el fuste del pilote como para la punta que est en contacto con el estrato firme si as fuere el caso.La resistencia del fuste, se lo calcula considerando el tipo de suelo y el mtodo con el cual se realiza la hinca en el terreno, ya que podra generar un grado de afectacin en el suelo, producindose perturbaciones, ya sean en los esfuerzos laterales que actan sobre el pilote, al ngulo de friccin o hasta incluso en la toda la superficie de contacto.Sin embargo en el clculo de los esfuerzos transmitidos por el fuste, la importancia de este, permanece en el valor adecuado de la resistencia unitaria del fuste.En el caso de que el rea para edificacin sea de terreno arenoso, estos pilotes se los penetra a presin en el suelo, al hincarlos en el suelo arenoso, produce una compactacin en la arena, debido a las vibraciones producidas al momento de la hinca.La adherencia generada por el fuste en los suelos, depende del tipo de suelo, para suelos arcillosos la resistencia que genera el suelo sobre el fuste es mayor cuando los pilotes hincados son, de madera o de concreto, a cambio en los pilotes metlicos esta resistencia es mnima debido a que el fuste constitutivo del pilote es liso.

Casagrande en 1932 menciona Que la perturbacin de una arcilla natural por la inca de un pilote puede dar lugar a un gran aumento de compresibilidad y a una prdida de resistencia.[footnoteRef:1] [1: Geotecnia - Lambe Cimentaciones profundas ]

De manera que para la determinacin de la capacidad de resistencia del pilote, se debe considerar estos parmetros en el suelo arcilloso.La capacidad de carga de un pilote de punta, expresada como una fuerza, se determina multiplicando el esfuerzo por el rea transversal del pilote.De manera que la carga que soporta un pilote nico es igual a la resistencia por la seccin de la punta ms la resistencia producida por el fuste del pilote, incluyendo caractersticas del terreno y del pilote. Ya que la penetracin del pilote est directamente relacionada a la capacidad y compresibilidad del suelo en la cual se encuentre apoyada.

Capacidad de carga en grupo de pilotesLos grupos de pilotes se considerara como un muro de cimentacin, si estos trabajaran de manera cooperante entre s, pero ya que dependen del tipo de suelo en donde sern implantados, esto tiende a variar, as es que no trabajaran como un muro de cimentacin ms bien trabajaran conjuntamente si las caractersticas del conjunto de pilotes son las adecuadas para el tipo de suelo.Se ha llegado a determinar que la resistencia obtenida por el grupo de pilotes es menor a las suma de las resistencias unitarias, por lo cual la capacidad resistiva del grupo se ve disminuida, tomando en cuenta cuando se tiene un pilote aislado, este, al estar en el terreno, la friccin y el esfuerzo trabaja a lo largo del fuste, generando tambin un bulbo de presiones mayor alrededor del pilote, lo que no sucede con el grupo de pilotes, pues estos al estar en conjunto, genera una superposicin de presiones, esto es debido a su cercana entre pilotes, por ello es determinante al trabajar con grupo de pilotes que estos estn distanciados aproximadamente de entre 3 a 5D entre s. Esto evitar, la interferencia en la transmisin de la cargas al suelos alrededor del pilote. (Fig. 1.3.1. - Anexos).Si la capacidad de carga de un determinado grupo de pilotes no tiende a ser igual a la suma de la capacidad de cada pilote aislado, entonces es debido a que trabajan de manera conjunta e indistintamente en cada tipo de suelo, por ejemplo: en el caso de colocarse un grupo de pilotes en un suelo arcilloso llegar a tener una eficiencia menor, que a un grupo de pilotes hincados en suelo arenoso, los cuales poseen una eficiencia mayor que 1.La eficiencia en este caso para el grupo de pilotes estar dada por la relacin existente entre la capacidad de carga real de carga del pilote en grupo, y del pilote individual aislado[footnoteRef:2]. Por ende para los pilotes hincados en arcilla su eficiencia es aparentemente menor a 1. La misma que mediante ciertas pruebas determina que la eficiencia de un grupo de pilotes est determinado por la separacin que exista entre los mismos pilotes. [2: Suelos, fundaciones y muros Mara Graciela Fratelli cap. Fundaciones profundas]

En particular las cargas actuantes en el grupo de pilotes tarde o temprano es trasmitido solo a la punta del grupo de pilotes, la cual est en contacto con el estrato de suelo firme, de esta manera, la capacidad portante del pilote se basara solo en la seccin transversal de la punta en contacto con el macizo rocoso o estrato firme y la friccin generada por la pared lateral del fuste de todos los pilotes.El grupo de pilotes genera an ms compresibilidad, compacidad y asentamiento en los terrenos que son hincados.Los estudios acerca de la capacidad de carga en grupo de pilotes es reducida y solo existen estudios tericos con conocimientos empricos, debido a que se considera de gran dificultad, realizar pruebas a gran escala sobre grupos de pilotes, por lo cual se tiene una informacin muy escasa.En estos casos los pilotes al no tener mayores referentes de estudios, para el diseo de un proyecto que conlleve a la utilizacin de grupo de pilotes en sus cimentaciones, se deberan trabajar en todos el grupo de pilotes con cargas limites, para luego mediante los parmetros conocidos obtener las cargas admisibles de servicio, los cuales sern determinados aplicando factores de seguridad de acuerdo al tipo de proyecto.Se tendr en consideracin para estos casos, que aun cuando se calculen con gran precisin la capacidad de carga lmite de los pilotes, la resistencia de servicio para la cual se determina, deber estar bajo los rangos del factor de seguridad.Pruebas de carga en pilotesLas pruebas en pilotes estn orientadas para determinar el uso de los mismo, ya sean de manera individual o en grupos, se llegan a determinar caractersticas de los pilotes, ya sea de manera de que estas, trabajen de manera cooperante para soportar las cargas del proyecto. Esto es realizado ms que todo para proyectar especificaciones tcnicas, en el hincado o colado del pilote en situ, especificaciones del martinete a utilizar en caso de ser necesario el hincado del pilote, y en el caso de que el pilote sea colado, la verificacin de la resistencia que presente, despus de haber permitido el endurecimiento o fraguado total, una vez introducido en el terreno, incluso en estos casos las caractersticas que adquieran estos pilotes al culminar el tiempo de fraguado pueden variar de acuerdo al terreno.Para pilotes de acero estas cargas de prueba en ocasiones producen alteraciones a las caractersticas del suelo, tomando como ejemplo; cuando esta carga de prueba es aplicada de manera directa sobre el pilote de acero, y el uso del martinete de hinca genere vibraciones, dar a lugar que el suelo debido a esta vibracin se compacte o se produzca una licuefaccin, ocasionando que en lugar de que el suelo alrededor del pilote de acero sirva como soporte, este ayude a que el pilote falle, por no poseer la suficiente resistencia a los costados del fuste del pilote. Y que los esfuerzos para controlar esta resistencia varen drsticamente, por ello es indispensable verificar y controlar que no se produzcan vibraciones, en este tipo de pilotes.Por ello las pruebas de carga se los pueden realizar en pilotes aislados o en grupos, estas pruebas consisten en la aplicacin de cargas de compresin, traccin o flexin.La finalidad de este tipo de pruebas en pilotes est basado en obtener datos de prueba necesario para al momento de su construccin, el pilote sea el adecuado y resista las cargas del proyecto.Una prueba de carga puede proporcionar datos con respecto a las caractersticas carga-asentamiento y de capacidad de un pilote, solamente en el tiempo y bajo las condiciones que se impongan para la pruebaPara la realizacin de la prueba por lo general es necesario que el pilote se halle en un suelo completamente desfavorable y as considerar el anlisis de sus caractersticas mecnicas.[footnoteRef:3] [3: Suelos, fundaciones y muros Mara Graciela Fratelli cap. Fundaciones profundas]

Las cargas aplicadas son de tipo esttico cuando se realiza mediantes cargas inmviles sobre la cabeza del pilote, esta carga est soportada a menudo mediante dos pilotes a los costados, los cuales trabajan a traccin.Cuando las cargas son de tipo dinmico, estas son aplicadas a manera de impacto sobre la cabeza del pilote, pero la aplicacin de este tipo de carga resulta en un asentamiento considerable en el terreno de hinca del pilote. (Fig. 1.2.1. - Anexos).El cdigo de Boston especfica Que es asentamiento bajo la carga de proyecto no debe ser superior a 1cm y el asentamiento bajo el doble de la carga de proyecto no sea superior a 2,5cm.[footnoteRef:4] [4: Geotecnia - Lambe Cimentaciones profundas ]

Tomando en cuenta estas limitaciones, estas pruebas resultaran satisfactorias al comprobarse en proyecto que la capacidad portante de los mismos, dependa de manera fundamental de la resistencia en la punta, ms la friccin lateral generala por el fuste del pilote.

Mecanismo de transferencia de cargaLa transferencia de una carga aplicada en un pilote se da de manera gradual aplicando pequeos incrementos de carga sobre este, desde la superficie de la cimentacin.Parte de esta carga aplicada al pilote es resistida por la friccin entre el suelo y el fuste y el resto por el suelo debajo de la punta del pilote, como antes ya mencionado. (Fig. 1.4.1. - Anexos).Cada vez que incrementemos la carga de manera gradual, el pilote genera una resistencia mxima producida por la friccin a lo largo de la longitud del fuste del pilote.Entonces al aplicar ya una carga ltima sobre un pilote se espera que la falla se produzca de manera gradual a lo largo de la superficie lateral (fuste), la cual est en mayor contacto, antes que la superficie de contacto de la carga.Pero se ha determinado que la falla principal, es producida en el suelo debido al pilote el cual ocasiona un punzonamiento en el terreno debido a la punta del pilote, que es empujada hacia abajo produciendo una pequea superficie de deslizamiento, por ende, consolidando y compactando alrededor de esa seccin. [footnoteRef:5] [5: Principio de Ingeniera de Cimentaciones Braja M. Das 4ta edicin]

Al considerarse esta como cimentacin se debe tomar en cuenta que no solo soportar cargas de manera directa y generara esfuerzos sino que tambin debern considerarse esfuerzos laterales y la generacin de momentos.Por tanto los proyectos con cargas En algunas estructuras como muros para compuertas, muros de sostenimiento e incluso en edificaciones menores se utilizan por debajo de estas, cimentaciones a base de pilotes, en las que el peso de la estructura dirigida hacia abajo, son usualmente mayores que las cargas hacia arriba, las cuales son debidas al momento generado por las fuerzas en los costados del pilote.En ocasiones el rea de proyecto tiene un suelo ms compacto o firme en el cual el pilote hincado o colado puede soportar mayores cargas, pero se debe tomar en cuenta varias consideraciones, constantes, parmetros sin dejar de lado, el realizar un estudio cuidadoso de las condiciones del subsuelo y de las necesidades estructurales solicitadas.

Friccin NegativaEn ocasiones nos podemos dar cuenta de la resistencia que el suelo presenta al tratar de introducir algn objeto en este medio, esta resistencia a menudo vara de acuerdo a las caractersticas que posea el suelo, bien puesta esta resistencia es producida por la friccin, generada al entran en contacto, en nuestro caso el pilote con el suelo. Esto es arbitrario de manera que si el suelo es expansivo, la hinca se lo realiza con facilidad, pero en ocasiones incluso este tipo de suelos presenta una resistencia opuesta a la introduccin del pilote. Por ende el pilote debe su soporte, a las caras laterales que estn en contacto con el suelo generando una friccin, que en algunos casos esta llega a ser negativa, cuando el suelo de manera natural e inesperada varia en sus caractersticas dejando de aportar con esfuerzos de compresin, esto sucede generalmente cuando el nivel fretico desciende.Cuando en la masa de suelo e produce un sentamiento debido a la consolidacin ya sea por su propio peso o por un relleno con sobrecarga, al momento de realizar la insercin del pilote este tambin generar e inferir en el asentamiento.Para suelos profundos y homogneos, la mayor parte de la resistencia, del pilote se origina en la friccin producida por la superficie, pero la resistencia a la carga en algunos tipos de suelos se da tambin por adhesin.En determinados casos se puede dar que el suelo es altamente compresible, como por ejemplo en arcillas, terrenos de relleno y hasta limos, el suelo se comprime, producindose un asentamiento y compresin alrededor de este. Este proceso es similar como cuando tenemos un nivel fretico bajo el lugar donde se encuentran los pilotes.El suelo bajo este pilote introducido, tiende a deslizarse hacia abajo y genera un arrastre, el cual es conocido como friccin negativa. (Fig. 1.5.1. - Anexos).Esta friccin negativa es la que trata de hundir al pilote en vez de sostenerlo, y por ello disminuye de manera considerable la capacidad de resistencia.La causa principal para producir este tipo de friccin es por el incremento de la carga axial en el pilote y como consecuencia genere asentamientos secundarios en el suelo alrededor del mismo. Este efecto ocurre debido a que el suelo se adhiere muy fuertemente a la superficie lateral del pilote, y cuando es aplicada una carga se produce una carga adicional que origina que se asiente, producindose esta llamada friccin negativa. Esta friccin da como efecto el incremento de la carga inicial de compresin que tiene el pilote y de manera considerable puede superar a la carga admisible del suelo.En algunos casos tenemos que cuando el pilote se halla muy profundo y en suelo homogneo, este generalmente soporta solo debido a la friccin, y cuando esta resulta negativa, tendremos que este pilote se hunde de manera inmediata, esto es producido en parte porque la punta no alcanza un estrato firme para comenzar con su trabajo de soporte.En algunos casos se tiene que todo el suelo que rodea al fuste de un pilote, llega a moverse hacia abajo, respecto al mismo, produciendo una fuerza que el lugar de ayudar o sustentar en parte al pilote, esta fuerza tiene que ser soportada por el pilote en s, de esta manera se produce la friccin y por accin de esa fuerza que tiene que soportar el pilote, se considera como una friccin negativa.Entonces cuando mediante resultados de estudios de suelos y estratos, determinamos que es un terreno compresible, deberemos hacer un estudio ms detallado pero en este caso, se lo realizar del subsuelo. As tambin revisaremos la magnitud de las cargas que tendrn que soportar las cargas debido a la estructura, para poder determinar si el pilote puede o no resistir a una posible friccin negativa ocasionada al encontrarse el pilote con un estrato compresible.Este tipo de anlisis y estudios los realizaremos cuando tengamos que utilizar pilotes como cimentacin de soporte para grandes proyectos, ya sean aislados o en grupos.En ocasiones la longitud de los pilotes depende de la resistencia cortante que posee el suelo, de la carga que aplicamos sobre el pilote y del tamao del pilote, en los cuales tambin se vern afectados debido a la friccin sin importar el tipo de suelo, pero en determinados suelos con caractersticas antes mencionadas, estas condiciones adicionales como la compresibilidad se debern de tomar en cuenta con mayor nfasis, para evitar la posible falla del pilote y del suelo alrededor de este.Para determinar las caractersticas necesarias que debe poseer un pilote, se hace necesario poseer un buen entendimiento acerca de la interaccin suelo-pilote que se produce en el terreno para el proyecto, estando conjuntamente este entendimiento con buen juicio y experiencia en este campo, para as disminuir los riesgos de falla, no solo de los pilotes y el suelo, sino la falla de toda la estructura.

Conclusiones Los pilotes considerados como cimentaciones profundas son de gran utilidad para transmitir a una base firme o estrato firme las cargas de las estructuras, atreves de un terreno blando o con poco apto para soporte de cargas. En suelos desfavorables los pilotes son considerados como los sistemas de cimentacin mas adecuados, puesto que soportan cargas axiales, cargas totales, en ocasiones trabajan de manera aislada aportando resistencia al suelo en el que se encuentra. Los pilotes pueden trabajar eficientemente, ya sea en cargas de compresin y traccin, siempre y cuando se trabaje dentro las cargas lmites y dentro de los parmetros de seguridad en cada caso.

BibliografaSuelos, fundaciones y muros Mara Graciela Fratelli, Fundaciones profundasGeotecnia Lambe, Cimentaciones profundas Principio de Ingeniera de Cimentaciones Braja M. Das, 4ta edicin, Cimentacin con pilotesIngeniera de Cimentaciones Ralph B. Peck, Walter E Hanson, Thomas H. Thornburn., Cimentaciones PiloteadasGeotecnia y Cimentaciones - Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-11), Cap. 9, Cimentaciones ProfundasMecnica de Suelos II Rodolfo M. Castillo, Cimentaciones e interaccin con el suelo[10]