Cimentaciones Profundas


Introducción

Las cimentaciones profundas se emplean cuando los estratos de suelo o de roca situados inmediatamente debajo de la estructura no son capaces de soportar la carga, con la adecuada seguridad o con un asentamiento tolerable.
El hecho de llevar la cimentación hasta el primer estrato resistente que se encuentre no es suficiente, aunque esta sea la decisión que a menudo se toma, como fue el caso de la cimentación del hospital, pues la cimentación profunda debe analizarse de la misma manera que la que es poco profunda.
Como la cimentación superficial, también la cimentación profunda, incluyendo los estratos de suelo o roca situados debajo, deben ofrecer seguridad y no asentarse excesivamente por efecto de las cargas de la estructura que soportan.
Hay dos formas de cimentaciones profundas generalmente aceptadas: pilotes y pilares. Los pilotes son fustes relativamente largos y esbeltos que se introducen en el terreno. Aunque algunas veces se hinca en el terreno pilotes hasta de 1.50m de diámetro, por lo general sus diámetros son inferiores a 60 cms. Los pilares son de mayor diámetro y se construyen excavando y, por lo general, permiten una inspección ocular del suelo o roca donde se apoyaran.
Los pilares son en realidad cimentaciones por superficie o sobre placa a gran profundidad. No se puede hacer una distinción precisa entre pilotes y pilares, porque hay cimentaciones que combinan las características de ambas.


Desarrollo Y Uso De Los Pilotes

Los pilotes son anteriores a la historia que conocemos. Hace 12000 anos los habitantes neolíticos de Suiza hincaron postes de madera en los blandos fondos de lagos poco profundos para construir sus casas sobre ellos y a alturas suficiente para protegerlos de los animales que melodeaban y de los guerreros vecinos. Estructuras similares están actualmente en uso en las junglas del sudeste de Asia y de la América del Sur. Venecia fue construidas sobre pilotes de madera en el delta pantanoso del río Po, para proteger a los primeros italianos de los invasores del este de Europa y, al mismo tiempo, para estar cerca del mar y de sus fuentes de subsistencia. Los descubridores españoles dieron a Venezuela ese nombre, que significa pequeña Venecia, porque los indios vivían en chozas construidas sobre pilotes en las lagunas que rodean las costas del lago Maracaibo. En la actualidad las cimentaciones de pilotes tienen el mismo propósito: hacer posible las construcciones de casas y mantener industrias y comercios en lugares donde las condiciones del suelo no son favorables.


Uso de los pilotes

Los pilotes se usan de muchas maneras. Los pilotes de carga que soportan las cimentaciones son los más comunes. Estos pilotes transmiten la carga de la estructura a través de estratos blandos a suelos más fuertes e incompresibles o a la roca que se encuentre debajo o distribuyen la carga a través de los estratos blandos que no son capaces de resistir la concentración de la carga de un cimiento poco profundo. Los pilotes de carga se usan cuando hay peligro de que los estratos superiores del suelo puedan ser socavados por la acción de las corrientes o las olas o en los muelles y puentes que se construyen en el agua.
Los pilotes de tracción se usan para resistir fuerzas hacia arriba, como en las estructuras sometidas a subpresion, tales son los edificios cuyos basamentos están situados por debajo del nivel freatico, las obras de protección de presas o los tanques sorterrados. También se emplean para resistir el vuelco en muros y presas y como anclaje de los cables que sirven de contravientos en las torres o retenidas en los muros anclados y en las torres.
Los pilotes cargados lateralmente soportan las cargas aplicadas perpendicularmente al eje del pilote y se usan en cimentaciones sometidas a fuerzas horizontales, como son los muros de sostenimiento de tierras, los puentes, las presas y los muelles y como defensas y duques de alba en las obras de los puertos. Si las cargas laterales son grandes, los pilotes inclinados pueden resistirlas mas eficazmente. Estos son pilotes que se hincan con un cierto ángulo. Frecuentemente se usa una combinación de pilotes verticales e inclinados, como en la figura.
Los pilotes se usan algunas veces para compactar el suelo o como drenes verticales en estratos de baja permeabilidad. Los pilotes colocados muy próximos unos de otros y las tablescas anchas y delgadas unidas entre si, se usan como muros de sostenimiento de tierras, presas temporales o mamparos contra filtraciones.


Hinca De Pilotes

La operación de introducir el pilote en el terreno se llama hinca del pilote.
Como muchas otras operaciones que se realizan en las construcciones, la hinca de pilotes es un arte, cuyo éxito depende de la habilidad e ingeniosidad de los que la realizan; sin embargo, también como en muchos otros trabajos de construcción se depende cada vez mas de la ciencia de la ingeniería para hacerlos más eficaces.
Aun más importante que el arte y la ingeniería mecánica envueltos en la construcción, resultan otros factores que aseguran el buen funcionamiento de la cimentación de pilotaje una vez terminada. Por lo tanto, el ingeniero que proyecta la cimentación debe finalmente intervenir en la construcción y el ingeniero constructor en el proyecto. El método más antiguo y uno de los mas ampliamente usados actualmente es por medio de una maza.
Los constructores orientales usaron durante centurias un bloque de piedra como maza; un grupo de obreros dispuestos en forma de estrella alrededor de la cabeza del pilote levantaban la piedra por medio de cuerdas que mantenían tirantes; por un movimiento rítmico de estirar y aflojar las cuerdas levantaban la piedra en el aire y guiaban el golpe hacia abajo, sobre la cabeza del pilote.
Los romanos usaban un bloque de piedra que elevaban por medio de una cabria en forma de A, utilizando la energía de esclavos o caballos y guiaban su caída por medio de postes verticales.


Equipos para la hinca de pilotes o martinetes

Aunque la simple armadura en forma de A que empleaban los romanos para la hinca de pilotes todavía se usa actualmente (con energía mecánica), la maquina mas comúnmente usada es esencialmente, una grúa montada sobre esteras. Unidas a la pluma de la grúa están las guías: dos canales de acero unidas entre si por medio de separadores en U y arriostradas por diagonales. Estas canales sirven de guía al martillo o maza que tienen unas aletas que le permiten resbalar entre las canales de la guía. Las guías están aseguradas a la grúa por un tirante que generalmente es ajustable, lo cual permite la inca de pilotes inclinados. Para los martillos de vapor se necesita una caldera de vapor o un compresor de aire.
El pilote se coloca entre las guías y debajo del martillo. A veces se coloca ente las guías, preferiblemente, piezas que pueden deslizarse y sirven para soportar lateralmente el pilote a la mitad o a las cuartas partes de su longitud.
Algunos equipos grandes se montan en una base de vigas I que se apoyan en una armazón de acero y emparrillado de madera. Estos equipos sé translada haciéndolos resbalar sobre vigas o rodillos. Para trabajos de carreteras se usan equipos de grúas instaladas en vehículos con llantas de goma y para trabajos dentro de los edificios se han usado hasta martillos montados en camiones con horquilla para elevar pesas. Algunas veces estos equipos o martinetes se montan en barcazas para trabajos marinos o en carros de ferrocarril para trabajos en la vías. Cuando no hay espacio suficiente para una guía suelen usarse guías oscilantes que cuelgan de cables.
La característica más importante de un equipo para la hinca de pilotes, desde el punto de vista del ingeniero, es su capacidad para guiar el pilote exactamente. Debe ser lo suficientemente fuerte y rígido para mantener el pilote y el martillo en su posición y con la inclinación fijada, a pesar del viento, las obstrucciones bajo el terreno y el movimiento del martillo.


Martillos o mazas para la inca de pilotes

El martillo mas simple es la maza, que consiste en un bloque de acero fundido que pesa de 250 a 1,000 kilogramos. Se eleva por medio de un torno de 1.50 a 3.00 m sobre la cabeza del pilote y luego se deja caer. La hinca de pilotes con maza es simple, pero muy lenta y se usa solamente en pequeños trabajos en los que el constructor tiene que improvisar su equipo o cuando no esta justificado el costo del traslado de equipos pesados.
El martillo de vapor de simple efecto se compone de un pesado bloque de acero fundido, que es la maza, un pistón y un cilindro. Se introduce vapor o aire comprimido en el cilindro para levantar la maza 60 a 90 cm, y luego se le da salida al vapor para que la maza caiga sobre la cabeza del pilote. Estos martillos son simples y fuertes y golpean a baja velocidad, con energía relativamente constante a pesar del desgaste, los ajustes y las pequeñas variaciones en la presión del vapor. Sus características se dan en la tabla 1.
En los martillos de doble efecto o diferenciales se emplean el vapor o el aire comprimido para levantar la maza y para acelerar la caída. Los golpes son más rápidos, de 95 a 240 por minuto, con lo cual se reduce el tiempo necesario para la hinca del pilote hasta se hace esta más fácil en arena suelta.
El martillo puede perder parte de su eficiencia con el desgaste o el ajuste deficiente de la válvula. La energía que se desarrolla en cada golpe varia grandemente con la presión del vapor o del aire y se necesita una inspección cuidadosa para estar seguros de que dicha presión es la especificada y constante. Si él numero de golpes por minuto es aproximadamente el especificado, como se da en la tabla 1, la presión del vapor es probablemente correcta.
Los martillos de vapor pueden operar con vapor o con aire comprimido; la operación con vapor es más eficiente, especialmente si se emplean generadores de vapor circulante. Si el martillo va a operar bajo el agua, lo cual se puede hacer con el de doble efecto de tipo cerrado, se necesita suministrar aire.
Los martillos Diesel para la hinca de pilotes se encuentran en el mercado en tamaños cada vez mayores. El martillo Diesel se compone de un cilindro de fondo macizo y una mazapiston encerrada en el mismo. Al comenzar la hinca la maza se levanta mecánicamente y luego se deja caer. El combustible se inyecta dentro del cilindro cuando cae la maza, produciéndose la ignición por el calor del aire comprimido por la maza. El impacto y la explosión fuerzan al cilindro hacia abajo contra el pilote y a la maza hacia arriba, para repetir el ciclo automáticamente. Las mayores ventajas del martillo Diesel son: que lleva consigo la fuente de energía, es económico y se opera fácilmente. La energía por golpe es alta en relación con el peso del martillo, pero esta se desarrolla por la alta velocidad de los golpes de una maza de peso mediano. La mayor desventaja estriba en que la energía por golpe varia con la resistencia que ofrece el pilote y es extremadamente difícil valorarla en la obra. En algunos tipos de martillo Diesel la distancia del recorrido de la masa puede observar visualmente y calcular la energía, aproximadamente, por el producto del recorrido y el peso de la maza. En otros martillos se puede estimar la energía por la presión del aire generada en una cámara de rechazo situada sobre el martillo. Debido a que la energía es variable, el martillo Diesel es el que mejor se adapta a los casos en que el control de la energía no es critico, o donde este pueda se vigilado de cerca en los momentos críticos.
Un martillo de doble efecto movido por presión hidráulica es algo más rápido y ligero que el equivalente de vapor, porque la presión con que funciona es mucho mayor. El sistema compacto de la bomba hidráulica es más fácil de trasladar que el voluminoso compresor de aire o la caldera de vapor; sin embargo, las altas presiones llevan aparejados problemas mecánicos más difíciles. El martillo ligero de doble efecto, producirá la misma energía en kilogrametros en el instante en que la maza hace contacto con la cabeza del pilote, que un martillo pesado de vapor simple efecto cayendo de 0.75 a 0.90 m de altura. Sin embargo, los efectos de los dos golpes son diferentes, debido a la gran diferencia de velocidades que tienen las mazas en el instante del golpe. Considérese la hinca de un clavo de vía usando primero un martillo para tachuelas dejándola caer de pocos centímetros de altura, de manera que se produzca la misma cantidad de energía que en el caso anterior. Los golpes lentos y pesados hincan el clavo, mientras que el martillo para tachuelas rebotaría. La misma diferencia de efectos se puede observar en la hinca de pilotes. La experiencia demuestra que el peso de maza debe estar entre un tercio y dos veces el peso del pilote.
En la mayoría de los martillos par hinca de pilotes es necesario usar sombreretes. Protectores para distribuir la fuerza del golpe del martillo en la cabeza del pilote. El sombrerete se hace de acero fundido y contiene en su interior un bloque renovable de madera, fibra o un metal laminado y goma o un cojín plástico y contra él golpea el martillo. Los sombreretes para la hinca de pilotes de hormigón armado pueden estar provistos además de un cojín de madera que se coloca entre el propio sombrerete y la cabeza del pilote.


Comportamiento Del Pilote Durante La Hinca

La hinca de pilotes es una operación fascinante que siempre atrae multitud de espectadores. Las nubes de vapor y el continuo martillar les hace detenerse, pero en general, no advierten lo que requiere mas atención del ingeniero: el comportamiento del pilote durante la hinca. En suelos muy blandos los primeros golpes del martillo pueden hincar el pilote varios metros; de hecho el pilote puede introducirse en el terreno bajo el peso del martillo solamente; sin embargo en los suelos duros cada golpe del martillo esta acompañado por una deformación del pilote y la consiguiente perdida de energía. Si se sostiene un pedazo de tiza contra el pilote y se mueve uniformemente en dirección horizontal a medida que se hinca el pilote, se quedara trazado en el pilote un gráfico que representa el movimiento vertical del pilote con respecto al tiempo.
El golpe del martillo produce inicialmente un movimiento del pilote hacia abajo, pero este es seguido por un rebote que representa la compresión elástica temporal del pilote y del suelo que lo circunda. El movimiento neto del pilote en el suelo por el efecto de un golpe del martillo. La penetración promedio para varios golpes se puede hallar de la resistencia a la hinca, que es él numero de golpes necesario para hincar el pilote una distancia determinada, generalmente 2.5, 15 o 30 cm.
Cuando el pilote es muy largo y la hinca difícil, el comportamiento del pilote es más complejo, En el momento del impacto la parte superior del pilote se mueve hacia abajo; la parte inmediatamente debajo se comprime elásticamente y la punta del pilote permanece momentáneamente fija. La zona de compresión se mueve rápidamente hacia abajo y alcanza la punta del pilote una fracción de segundo después de producirse el impacto. Como resultado de esta onda de compresión, la totalidad del pilote no se mueve hacia abajo en un instante, sino que lo hace en segmentos más cortos Otros Métodos De Hinca De Pilotes
En los suelos no cohesivos se puede usar el chiflón de agua para hincar hasta su posición final pilotes cortos con cargas ligeras y para ayudar la hinca de pilotes largos con cargas pesadas. El chorro se produce inyectando agua con una presión de 10 a 20 Kg. por cm2 por un tubo de 3.8 a 5.0 cm de diámetro, que tiene una boquilla de mitad del mismo. El chorro de agua se puede usar para abrir un hueco en la arena antes de proceder a la hinca o se puede fijar el tubo o un par de tubos, a los lados del pilote (o dejarlo embebido en el pilote de concreto) de manera que la acción del chorro de agua y la hinca sean simultaneas. Como el chorro de agua afloja el suelo, corrientemente se interrumpe antes que el pilote alcance su posición final y los últimos decímetros de la penetración se hacen con el martillo solamente. Si se usa demasiada agua el chorro puede aflojar los pilotes que se hayan hincado previamente. El chiflón de agua beneficia grandemente la hinca en arena compacta, pero su ayuda es pequeña en arcillas.
Cuando el pilote deba atravesar capas superiores de arcillas compacta o roca blanda para alcanzar el estrato de substanciación, se puede ahorrar tiempo y dinero haciendo una perforación previa. Si el suelo es seco esta perforación se hace con una barrera y se deja caer el pilote dentro del agujero abierto. Si el suelo se mantiene continuamente firme, se puede fabricar un pilote de concreto en el agujero para formar un pilote de colado in situ (que se estudiara posteriormente).
Si el suelo contiene vetas blandas, se puede hacer el agujero con una barrera rotatoria y se mantiene abierto rellenándolo con una pasta blanda de suelo y agua. El pilote se hinca a trabes de esa pasta hasta el estrato firme situado debajo.
El punzonado es la hinca en el suelo de un pesado perfil de acero laminado, para horadar las obstrucciones o romper las vetas duras que puedan dañar y hasta impedir la penetración de pilotes pequeños. El perfil de acero que se haya empleado como punzón se sacara antes de hincar el pilote.
Se emplean los gatos para hincar pilotes cuando no se permiten las vibraciones del martillado o cuando no hay espacio suficiente para usar martillos. Se usan principalmente en obras de recalce de cimentaciones, donde el pilote, en pequeñas secciones, se hinca por medio de gatos, usando el peso de la propia estructura como reacción.
Los vibradores son efectivos, según se ha comprobado en la hinca de pilotes de suelos limosos y arenosos. Los vibradores consisten en un par de pesos que giran en dirección contraria, orientados de manera que produzcan movimientos hacia arriba y hacia abajo. Se han usado vibradores con velocidades de 735 a 2500 revoluciones por minuto y que pesan de 12000 a 14000 kg. respectivamente. Un vibrador de 12000 Kg. movido por un motor eléctrico de 200 caballos de vapor desarrolla una fuerza dinámica de cerca de 159100 kg. Un pequeño vibrador de 100 caballos de vapor proyectado para la hinca y extracción de tablescas pesa 5000 kg. y desarrolla una potencia de 7466 kgm por minuto, a una velocidad de 700 a 1000 revoluciones por minuto.
Se han empleado vibradores gigantes en pares sincronizados para hincar pilotes de 1.20 m de diámetro y hasta cajones más grandes.
El vibrador sonico genera la vibración en resonancia con el pilote; de esta manera el impulso de la vibración esta en fase con la onda de compresión elástica que viaja hacia abajo en el pilote y la energía para vencer el rozamiento y la resistencia en la punta se usa mas eficientemente. Una maquina de hinca de combustión interna produce la frecuencia variable que se necesita para armonizar con la frecuencia natural del pilote como columna elástica. La velocidad de hinca es asombrosa en muchos casos y el ruido y las molestias de las sacudidas son menores que en la hinca con martillos de percusión.


Capacidad Resistente Del Pilote

La capacidad de una cimentación de pilotaje para soportar cargas sin falla o asentamiento excesivo, depende de varios factores: la losa sobre los pilotes, el fuste del pilote, la transmisión de la carga que soporta el pilote al suelo, y el suelo y los estratos subyacentes de roca que finalmente soportan la carga. Él calculo y proyecto de la losa sobre los pilotes es esencialmente un problema estructural que se encuentra en los libros de textos para proyectos de hormigón armado; es raramente un problema critico o una causa de dificultades. En el análisis y proyecto del fuste del pilote intervienen tanto el suelo como el pilote. Corrientemente la capacidad del fuste del pilote obedece a necesidades constructivas y es mucho mayor que la necesaria para la carga máxima; pero puede ser critica en el caso de pilotes esbeltos con cargas pesadas o cuando se encuentran dificultades en la construcción.
La transferencia de la carga del pilote al suelo es lo que se llama capacidad de carga del pilote y es frecuentemente causa de dificultades en las cimentaciones de pilotaje. La capacidad de los estratos inferiores para soportar la carga depende del efecto combinado de todos los pilotes actuando conjuntamente. Aunque la capacidad de los estratos inferiores rara vez recibe atención, es frecuentemente fuente de dificultades en las cimentaciones de pilotaje.


Fuste Del Pilote

El fuste del pilote es una columna estructura que esta fija en la punta y generalmente empotrada en la cabeza. La estabilidad elástica del pilote y su resistencia al pandeo ha sido investigada teóricamente y por ensayos de carga. El pandeo de un pilote depende de su alineamiento, longitud, momento de inercia y modulo de elasticidad y de la resistencia elástica del suelo que lo circunda. Tanto la teoría como la practica demuestran que el soporte lateral del suelo es tan efectivo, que únicamente en pilotes extremadamente esbeltos hincados en arcillas muy blandas o en pilotes que se extiendan fuera del suelo, en el aire o en el agua, pueden producirse pandeo. Por lo tanto, los pilotes en arena o en arcilla blanda se proyecta, corrientemente, como si estuvieran arriostrados o fueran columnas cortas. Esto se ha comprobado por ensayos de carga en pilotes de 30 m de longitud en arcilla blanda en un lugar del Medio Oeste. Los pilotes de acero de sección H fallaron por arriba de la superficie del terreno cuando se alcanzo él limite elástico del acero y los de concreto por rotura por aplastamiento, cuando se alcanzo la resistencia a compresión del hormigón.
Lo más importante a considerar como limitación de la capacidad del fuste de un pilote es la construcción defectuosa, especialmente la de las uniones de dos secciones del pilote; esto puede conducir a desviaciones de la parte inferior del pilote ya que se produzca un ángulo de la alineación del mismo (como la pata de un perro) y a una reducción de la sección transversal del pilote y una perdida de resistencias como columna corta. El estudio que se ha hecho de los pilotes en forma de “pata de perro” demuestra que su capacidad no se reduce materialmente, siempre que el suelo circundante sea firme. La reducción de resistencias del pilote como columna se pude evitar con un cuidadoso control de los procedimientos constructivos.


Efectos Del Pilote En El Suelo

La forma de distribución del esfuerzo, el asentamiento y capacidad máxima de una cimentación por pilotaje, depende del efecto del pilote en el suelo. El pilote, representado por un cilindro de longitud L y diámetro D, es una discontinuidad en la masa de suelo, que reemplaza el suelo, según sea instalado por excavación, como un pilar, o por hinca.
La excavación altera el suelo cambiando la forma de distribución del esfuerzo; el suelo puede ser comprimido hacia adentro, desorganizándose la estructura de las arcillas y reduciéndose la compacidad de las arenas. Al forzar un pilote dentro del agujero o al colocar concreto fresco, puede que se fuerce parcialmente el suelo hacia afuera, originándose mas alteración.
La hinca del pilote origina aun mayor alteración. La punta del pilote actúa como un pequeño cimiento con un cono de suelo que se forma debajo de ella que perfora hacia abajo forzando al suelo hacia los lados en sucesivas fallas de capacidad de carga. Alrededor del pilote se forma una zona de alteración o suelo reamasado que tiene un ancho de D a 2D. Si la hinca va acompañada por el chorro de agua o la perforación de un pequeño agujero, la zona de alteración es menor. Dentó de la zona de alteración se reduce la resistencia de cohesión de las arcillas saturadas y de los suelos cementados. En la mayoría de los suelos no cohesivos se aumenta la compacidad y el ángulo de fricción interna, sin embargo, en un suelo muy compacto pudiera haber una reducción en la compacidad en la zona inmediata al pilote, debido al esfuerzo cortante y a una ligera reducción local del ángulo de fricción interna. El desplazamiento producido por la hinca de los pilotes tiene dos efectos.
Primero, se produce un levantamiento del terreno en los suelos de arcilla saturada y en los no cohesivos compactos. El levantamiento del terreno algunas veces empuja lateralmente 30 o 60 cms los pilotes hincados previamente o levanta la superficie del terreno una cantidad equivalente al volumen de suelo desplazado. Segundo, se establece una fuerte presión lateral en el suelo. Los limitados datos disponibles indican que la presión lateral total, en arcilla saturada, puede ser tanto como dos veces la presión vertical total de la sobrecarga de tierra y en las arenas la presión lateral efectiva puede ser desde la mitad a cuatro veces el esfuerzo vertical efectivo.
En las arcillas saturadas hay indicaciones indirectas de presiones aun mayores, como son el colapso de ataguías y el aplastamiento de pilotes de tubo abierto de paredes delgadas o de camisas de acero y el empuje que reciben las estructuras situadas cerca de los pilotes que se están hincando.
El aplastamiento de un pilote tubular, ocurrió en un grupo de 36 pilotes espaciados a 0.9 m, hincados en arcilla, en una construcción, rompió los cimientos por superficie y levanto 7.5 cm, un muro de un edificio contiguo.
En las arcillas saturadas el aumento de presión es, en su mayor parte, esfuerzo neutro, que con el tiempo se disipa en el suelo circundante, lo que hace que la presión lateral caiga hacia su valor original, algo menor que la presión de la sobrecarga de tierra. La reducción del esfuerzo neutro en la arcilla esta acompañada por una recuperación de la resistencia, que en algunos casos excede finalmente la resistencia original del suelo no alterado.
La hinca de pilotes con martillo produce choque y vibración que se transmite, a través del terreno, a las estructura contiguas. Esto puede molestar a los ocupantes y cuando es muy intenso causa danos físicos. Si el suelo es arena muy suelta, fina y saturada, las vibraciones pueden causar una licuefacción temporal de la misma, con la correspondiente perdida de capacidad de carga, produciéndose graves danos; aunque esto raramente ocurre. Es mas común que la superficie del terreno, a pesar del desplazamiento producido por los pilotes. El hundimiento se puede extender tanto como hasta 30 m de la estructura, según la longitud de los pilotes y la intensidad de la hinca. Esto causa asentamientos y danos en los edificios cercanos.


Transferencia De La Carga Del Pilote

El pilote transfiere la carga al suelo de dos maneras. Primero, por la punta, en compresión, que se llama resistencia por la punta, y segundo, por esfuerzo cortante a lo largo de su superficie lateral, llamado comúnmente fricción lateral (aunque una verdadera fricción no se desarrolla en todos los casos). Los pilotes hincados a través de estratos débiles hasta que su punta descanse en un estrato duro, transfieren la mayor parte de su carga por la punta y algunas veces se les llama pilotes resistentes por la punta. En suelos homogéneos los pilotes transfieren la mayor parte de su carga por fricción lateral y se les llama pilotes de fricción o pilotes flotantes; sin embargo, la mayoría de los pilotes desarrollan ambas resistencias.


Campo De Esfuerzos Alrededor Del Pilote.

La zona de esfuerzo inicial alrededor de un pilote que se coloque perforando el suelo o por medio de chiflón de agua, esta probablemente muy cerca del estado de reposo; lo cual depende de la reducción del esfuerzo que acompañe a la compresión del suelo hacia el agujero y del aumento del mismo producido por el desplazamiento del suelo al colocarse el pilote. Al cargarse al pilote el campo de esfuerzos cambia, porque la carga del pilote se transfiere al suelo.
El análisis de los esfuerzos producidos por una carga vertical que se ha introducido por debajo de la superficie de un sólido elástico, isótopo y semifinito, fue desarrollado por Mindlin. Es análogo el análisis de Boussinesq para cargas en la superficie. El incremento de esfuerzo vertical, , producido por una carga Q a la profundidad L, que es la longitud del pilote, esta dado por la expresión:
= Q Ip (1)
L2
Ip = f(z/L; x/L). (2)
Por arriba de la punta del pilote, dentro de una zona cilíndrica cuyo radio es alrededor de la mitad de la longitud del pilote, la resistencia por la punta produce un incremento de esfuerzo negativo, o una reducción del esfuerzo vertical en la masa. Los esfuerzos radiales (en dirección lateral) son análogamente influidos por el esfuerzo vertical transferido al suelo por el pilote. Por arriba del punto de carga el esfuerzo radial se reduce y por debajo se aumenta.
El efecto combinado de la resistencia por la punta y la fricción lateral en la zona de esfuerzo, depende de sus magnitudes relativas como también de la distribución lateral a lo largo del pilote. Del limitado numero de observaciones que se han hecho de pilotes en materiales homogéneos se deduce que, para longitudes de pilotes que excedan de 20 diámetros, la resistencia por la punta esta entre un cuarto y un tercio de la total; para pilotes mas cortos la parte de la resistencia total que toma la punta aumenta en proporción a la relación D/L.
Si el suelo o la roca en la punta del pilote es más rígido que a lo largo del fuste, la resistencia por la punta será mayor. A medida que la carga se acerca a la de falla la proporción de la carga que se transfiere a la punta depende de la resistencia máxima o limite a fuerza cortante del suelo en la punta, comparada con la resistencia limite a esfuerzo cortante en fricción lateral.


Cimentaciones profundas

Para este tipo de ejecuciones utilizaremos los pilotes.
• Micropilotes: Diámetro menor a 200mm
• Pilotes: Diámetro entre 200 y 650mm
• Pilotes grandes: Diámetro entre 650 y 1500mm
• Pantallas: 650×2200 mm2
Los pilotes se incrustan en el suelo hasta alcanzar el terreno consolidado sobre el que se puede cimentar. Luego, la zapata se soporta sobre los pilotes, quedando así las cargas bien transmitidas al terreno resistente.
El procedimiento puede variar (insignificantemente) dependiendo del tipo de pilotes que usemos. Estos pueden ser prefabricados, apisonados y excavados, pero la descripción de los mismos se realizará en otro capítulo.
El método consiste, básicamente, en clavar unas camisas tubulares, con la ayuda de una máquina perforadora que se hinca en el terreno y llega hasta el suelo de cimentación aceptable. Una vez están las camisas introducidas, se rellenan con una lechada de hormigón en masa. Al sacar la camisa, nos quedarán tubos perfectos, que comunican la superficie con el suelo apto para cimentar. Las varillas de la armadura se introducen antes de que fragüe el hormigón.
El empleo de dos o tres tubos depende de las circunstancias particulares de cada pilote (y, en algunos casos, de la máquina). Si el pilar está aislado, es mejor poner tres tubos, ya que darán más estabilidad. Si el pilar está junto a un medianil, será imposible acercar la máquina para meter los tres tubos, luego habrá que poner doble pilote en vez de triple.
Sobre los pilotes van colocadas las zapatas o unos encepados, que sirven de sustento a los elementos verticales de sustentación.


¿Qué ocurre en las esquinas?

Si hay edificios colindantes, resulta difícil la ejecución de pilotes en las esquinas.
Para ello, conviene insertar dos pilotes, de modo que formen una recta imaginaria perpendicular a la bisectriz del ángulo de esquina, de modo que se pueda montar sobre ellos una viga. A su vez, sobre esta viga, se monta otra que vuela hacia la esquina, de modo que se puede sustentar sobre este extremo volante
un pilar bastante encajado en el rincón.