Teoría

Esta sección presenta los fundamentos teóricos sobre los que se basa el programa. Explica los conceptos, supuestos y formulaciones que se utilizan en los diferentes métodos de análisis implementados.

El contenido está destinado a proporcionar una comprensión clara de cómo se realiza el cálculo dentro del software, facilitar tanto la interpretación de los resultados como la validación técnica de los modelos.

La capacidad de carga de un pilote es una combinación de la resistencia a la punta y la fricción del fuste.

Donde:

• $Q_u$: Resistencia última del pilote ($\text{kN}$).
• $Q_s$: Resistencia por fuste del pilote ($\text{kN}$).
• $Q_p$: Resistencia por punta del pilote ($\text{kN}$).

En el análisis no drenado de suelos cohesivos, la resistencia de los pilotes depende principalmente de la adhesión entre el suelo y la superficie del pilote.

Para la resistencia a la fricción en el fuste, se utiliza el método Alfa:

Donde:

• $Q_s$: Resistencia por fuste del pilote ($\text{kN}$).
• $\alpha$: Coeficiente empírico que varía según el tipo del suelo (sin dimensiones).
• $c_u$: Resistencia al corte no drenado del suelo ($\text{kN/m}^2$).
• $A_s$: Área del fuste del pilote ($\text{m}^2$).

El valor de $c_u$ se estima utilizando la siguiente tabla:

Donde $p_a = \text{presion atmosferica} \approx 100 \text{kN/m}^2$

La resistencia en la punta ($Q_p$) se determina utilizando la siguiente ecuación:

Donde:

• $Q_p$: Resistencia por punta del pilote ($\text{kN}$).
• $c_u$: Resistencia al corte no drenado del suelo ($\text{kN/m}^2$).
• $A_p$: Área de la sección transversal del pilote ($\text{m}^2$).

La resistencia a la fricción del fuste se define como:

Donde:

• $Q_s$: Resistencia por fuste del pilote ($\text{kN}$).
• $p$: Perímetro del pilote ($\text{m}$).
• $\Delta L$: Longitud de la sección en contacto con el suelo ($\text{m}$).
• $f$: Fricción en la superficie del fuste ($\text{kN/m}^2$).
• $A_s$: Área del fuste del pilote ($\text{m}^2$).

En suelos granulares, la resistencia por fuste debe considerar los siguientes aspectos:

• El método de instalación del pilote. Los pilotes hincados provocan la densificación del suelo alrededor del pilote.
• La fricción del fuste aumenta hasta una profundidad de 15 veces el diámetro de la pila ($L' \approx 15 D$) y luego permanece constante.
• La fricción en arena suelta es mayor para pilotes de alto desplazamiento en comparación con pilotes de bajo desplazamiento.
• La fricción del fuste es menor en pilotes excavados en comparación con pilotes hincados.

Así, la fricción del fuste se calcula de la siguiente manera:

Para $z = 0$ a $L'$:

Para $z = L'$ a $L$, permanece constante:

En estas ecuaciones:

• $K$: Coeficiente de presión lateral de suelo (adimensional).
• $\sigma'_0$: Esfuerzo efectivo vertical, variable con la profundidad ($\text{kN/m}^2$).
• $\delta$: Ángulo de fricción entre el suelo y el pilote ($\text{°}$).

Los valores recomendados para $K$ son:

Los valores sugeridos para $\delta$ van de $0,5 \phi'$ a $0,8 \phi'$.

La resistencia en la punta ($Q_p$) se determina utilizando la ecuación de Meyerhof:

Donde:

• $Q_p$: Resistencia por punta del pilote ($\text{kN}$).
• $q'$: Esfuerzo efectivo en la punta del pilote ($\text{kN/m}^2$).
• $N^{\ast}_q$: Factor (adimensional).
• $p_a$: Presión atmosférica ($= 100 \text{kN/m}^2$).
• $\phi$: Ángulo de fricción de suelo en la punta ($\text{°}$).
• $A_p$: Área de la sección transversal del pilote ($\text{m}^2$).

Los grupos de pilotes deben ser analizados considerando el comportamiento combinado de los pilotes, lo que significa determinar si el fallo se rige por la suma de las capacidades individuales de los pilotes o por la falla en bloque del suelo.

Para determinar el modo de falla, la eficiencia del grupo se calcula como:

Donde:

• $\eta$: Eficiencia del grupo de pilotes (adimensional).
• $Q_{g(u)}$: Resistencia última del grupo de pilotes ($\text{kN}$).
• $\sum Q_u$: Suma de la resistencia última de cada uno de los pilotes individuales en el grupo ($\text{kN}$).

Cuando la eficiencia es mayor o igual a 1, el fallo ocurre cuando los pilotes individuales alcanzan su resistencia final.

Por el contrario, cuando la eficiencia es inferior a 1, la falla de bloque se produce antes de que los pilotes individuales alcancen su resistencia final. En estos casos, se recomienda aumentar el espacio entre pilas para evitar el solapamiento de zonas de fricción.

• Das, B. M., & Sivakugan, N. (2018). Principios de Ingeniería de Cimentaciones.