Artículo 32.- Cimentación por pilotes
32.1. Los pilotes son elementos estructurales con diámetros menores o iguales a 90 cm, hechos de concreto, acero o madera y son usados para construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la cimentación en estratos ubicados a una mayor profundidad que el usual para cimentaciones superficiales. Los pilotes deben diseñarse para
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absorber los esfuerzos que generen las cargas por gravedad, sísmicas, viento, etc.
**32.2. Programa de exploración para pilotes**
El programa de exploración para cimentaciones por pilotes se sujeta a lo indicado en el artículo 15.B
**32.3. Estimación de la longitud y de la capacidad de carga del pilote**
Los pilotes se dividen en dos categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo, como se indica a continuación:
**32.3.1.** Si los registros de la perforación establecen la presencia de roca dentro de la zona D<sub>f</sub> de la figura 2 (C-2), los pilotes se apoyan en el material rocoso que el PR considere adecuado. En este caso la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga de este material.
**32.3.2.** En el caso de suelos granulares resistentes, el PR debe determinar la longitud de los pilotes que garanticen la carga última del pilote que se expresa como:
$$ Q_u = Q_p + \sum Q_f $$
Donde:
<table> <tr> <td>$Q_u$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última del pilote.</td> </tr> <tr> <td>$Q_p$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última tomada por la punta del pilote.</td> </tr> <tr> <td>$\sum Q_f$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última tomada por la fricción superficial desarrollada en los lados del pilote, por los estratos que intervienen en el efecto de fricción.</td> </tr> </table>
Si $\sum Q_f$ es muy pequeña:
$$ Q_u = Q_p $$
**32.3.3.** En el caso de suelos finos, el PR debe determinar la longitud de los pilotes que garanticen la carga última del pilote que se expresa como
$$ Q_u = Q_p + \sum Q_f $$
Donde:
<table> <tr> <td>$Q_u$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última del pilote</td> </tr> <tr> <td>$Q_p$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última tomada por la punta del pilote.</td> </tr> <tr> <td>$\sum Q_f$</td> <td>=</td> <td>Capacidad última tomada por la fricción superficial desarrollada en los lados del pilote, por los estratos que intervienen en el efecto de fricción.</td> </tr> </table>
Sin embargo, si el valor de $Q_p$ es pequeño:
$$ Q_u = \sum Q_f $$
Éstos se denominan pilotes de fricción porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la fricción lateral. La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote.
**32.3.4. Procedimientos teóricos para el análisis del pilote**
a) **Consideraciones en el cálculo de capacidad de carga**
Dentro de los cálculos de la capacidad de carga de los pilotes, no se consideran los estratos licuables, aquellos de muy baja resistencia, suelos orgánicos ni turbas ni los suelos sujetos a erosión. Los pilotes deben diseñarse para absorber los esfuerzos que generen las cargas por gravedad, sísmicas, viento, etc.
b) **Capacidad de carga del grupo de pilotes**
**b-1)** En el caso de un grupo de pilotes de fricción hincados en arcilla, se analiza el efecto de grupo.
**b-2)** En el caso de pilotes de punta apoyados sobre un estrato resistente de poco espesor, debajo del cual se tiene un suelo menos resistente, se analiza la capacidad de carga por punzonamiento de dicho suelo.
**b-3)** En el caso de pilotes perforados, el PR analiza el efecto del grupo.
c) **Factores de seguridad**
**c-1)** En pilotes, para el cálculo de la capacidad de carga admisible, mediante métodos estáticos, a partir de la carga última, se utilizan los factores de seguridad estipulados siguientes:
- En pilotes individuales FS≥2.0;
- En grupos de pilotes: para cargas estáticas FS≥3.0 y para cargas dinámicas FS≥2.5
**c-2)** En pilotes hincados, para el cálculo mediante fórmulas dinámicas, se utiliza el factor de seguridad correspondiente a la fórmula utilizada. En ningún caso el factor de seguridad en pilotes individuales es menor de 2.
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## d) Espaciamiento de pilotes
d-1) El espaciamiento mínimo entre pilotes es el indicado en la Tabla 9.
<table> <thead> <tr> <th colspan="2">TABLA 9</th> </tr> <tr> <th colspan="2">ESPACIAMIENTO MÍNIMO ENTRE PILOTES</th> </tr> <tr> <th>LONGITUD (m)</th> <th>ESPACIAMIENTO ENTRE EJES</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>L < 10</td> <td>3b</td> </tr> <tr> <td>10 ≤ L < 25</td> <td>4b</td> </tr> <tr> <td>L ≥ 25</td> <td>5b</td> </tr> </tbody> </table>
Donde **b** = diámetro o mayor dimensión del pilote. Ref.: Tomlinson (1977)
d-2) Para el caso de pilotes por fricción, este espaciamiento no es menor de 1.20 m.
d-3) En casos especiales el **PR** propone y sustenta mediante un análisis un espaciamiento distinto al indicado en la Tabla 9.
## e) Fricción negativa
e-1) La fricción negativa es una fuerza de arrastre hacia abajo ejercida sobre el pilote por el suelo que lo rodea, la cual se presenta bajo las siguientes condiciones:
- Si un relleno de suelo arcilloso se coloca sobre un estrato de suelo granular en el que se ejecuta un pilote, el relleno se consolida gradualmente, ejerciendo una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote durante el período de consolidación.
- Si un relleno de suelo granular se coloca sobre un estrato de arcilla blanda, induce el proceso de consolidación en el estrato de arcilla y ejerce una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote.
- Si existe un suelo orgánico por encima del estrato donde está cimentado el pilote, el suelo orgánico se consolida gradualmente, debido a la alta compresibilidad propia de este material, ejerciendo una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote.
- El descenso del nivel freático incrementa el esfuerzo vertical efectivo sobre el suelo a cualquier profundidad, lo que induce asentamientos por consolidación en la arcilla. Si un pilote se localiza en el estrato de arcilla, queda sometido a una fuerza de arrastre hacia abajo.
e-2) Este efecto incrementa la carga que actúa en el pilote y es generado por el desplazamiento relativo hacia abajo del suelo con respecto al pilote; se toma en cuenta cuando se efectúa pilotaje en suelos compresibles.
## f) Análisis del efecto de la fricción negativa
f-1) Para analizar el efecto de la fricción lateral negativa se utilizan los métodos estáticos, considerando únicamente en ellos la fricción lateral suelo - pilote, actuando hacia abajo.
f-2) La fricción negativa se considera como una carga adicional a la que trasmite la estructura.
### 32.3.5. Asentamientos
Los asentamientos se determinan utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos a partir de parámetros obtenidos mediante los ensayos in situ indicados en la Tabla 3 o los ensayos de laboratorio indicados en la Tabla 5.
a) Se estima primero el asentamiento tolerable por la estructura y luego se calcula el asentamiento del pilote aislado o grupo de pilotes para luego compararlos.
b) En el cálculo del asentamiento del pilote aislado se consideran: el asentamiento debido a la deformación axial del pilote, el asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.
c) En el caso de pilotes en suelos granulares, el asentamiento del grupo está en función del asentamiento del pilote aislado. El asentamiento del pilote aislado puede determinarse preliminarmente mediante las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos y luego de la prueba de carga debe verificarse el asentamiento empleando los resultados obtenidos de ella.
d) En el caso de pilotes en suelo cohesivo, el principal componente del asentamiento del grupo proviene de la consolidación de la arcilla. Para estimar el asentamiento, en este caso, puede reemplazarse al grupo de pilotes por una zapata imaginaria ubicada a 2/3 de la profundidad del grupo de pilotes, de dimensiones iguales a la sección del grupo y que aplica la carga transmitida por la estructura.
## FIGURA 6
Diagram showing load transfer to the soil from a group of piles, illustrating three cases: (a) piles supported mostly by lateral friction, (b) piles passing through soft clay to a dense granular soil using lateral friction and end bearing, and (c) end-bearing piles on a rocky stratum. The diagram includes labels for "Ampliación de carga 1:4 (Horizontal:Vertical)", "Arcilla Blanda", and "Base de cimiento flotante equivalente".
Transferencia de Carga al suelo, de un grupo de pilotes (a) Grupo de pilotes soportados mayormente por fricción lateral. (b) Grupo de pilotes que atraviesa arcilla blanda hasta un suelo granular denso usando pilotes de fricción lateral y de punta. (c) Grupo de pilotes de punta sobre estrato rocoso.
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## **32.4. Consideraciones durante la ejecución de la obra**
Durante la ejecución de la obra, se efectúan pruebas de carga y la capacidad de carga es verificada por una fórmula adecuada al sistema de instalación del pilote.
### **32.4.1. Pruebas de carga**
a) Se deben efectuar pruebas de carga estáticas de compresión axial según lo indicado en la Norma ASTM D 1143, pruebas de carga estáticas de tracción axial según lo indicado en la Norma ASTM D 3689 o mediante pruebas de carga dinámicas a gran escala según lo indicado en la Norma ASTM D 4945.
b) En caso que el **PR** lo indique se deben efectuar pruebas estándar para cimientos profundos bajo carga lateral según lo indicado en la Norma ASTM D3966. El **PR** debe indicar el número mínimo de pruebas a ejecutar.
c) El número de pruebas de carga es de una por cada lote o grupos de pilotes, con un mínimo de una prueba por cada cincuenta pilotes.
d) Las pruebas se efectúan en zonas con el perfil de suelo previamente conocido y el más desfavorable.
### **32.4.2. Pruebas de integridad**
Se debe efectuar la verificación del buen estado físico al 100% de los pilotes instalados mediante la ejecución de pruebas de integridad de bajo impacto según lo indicado en la Norma ASTM D 5882.
### **32.4.3. Tolerancias constructivas**
El pilote debe ser ejecutado considerando las siguientes exigencias mínimas:
a) Desplazamiento del eje en planta del pilote instalado con respecto al eje del pilote en el plano ≤ a 0.10 m.
b) Inclinación del eje del pilote instalado respecto a la inclinación del eje indicado en el plano ≤ a 2°.
Referencia: NAVFAC DM7.2 ( a y b)
c) En el eventual caso que se incumpla lo indicado en los literales a) y b), el Supervisor de la Obra y el ingeniero estructural que diseñó la cimentación decidirán las acciones que debe tomar el contratista que ejecutó la instalación de los pilotes para corregir, si se requiere, el problema generado por el incumplimiento, de manera que la ubicación final de los pilotes no genere esfuerzos que no sean tolerados por la cimentación.