Diseño de Cabezales de Pilotes
Capítulo VI
Diseño Estructural de
Cabezales, Encepados, Dados de
Concreto Reforzado para Pilotes.
554
, Diseño de Cabezales de Pilotes
6 DISEÑO DE CABEZALES DE PILOTES.
6.1 INTRODUCCION A LOS CABEZALES DE PILOTES.
Los elementos estructurales que se encarga de conectar las cabezas de los pilotes
con la superestructura son los llamados cabezales, encepados, dados o plintos. Éstos
suelen ser elementos de concreto armado de gran volumen y por ende de mucha
rigidez, los cuales se vacían monolíticamente. Los cabezales se comportan
similarmente a las bases aisladas tratadas en el capítulo 3. (Bases aisladas
superficiales), con la diferencia que en los cabezales las reacciones del suelo actúan
en forma puntual en el eje de los pilotes, si sumamos todas las reacciones de los pilotes
de un mismo cabezal y se divide entre el área del mismo, se obtiene una reacción
estática equivalente, la cual genera magnitudes considerables altas, pues los pilotes
tienen gran capacidad de carga.
Esta estructura de fundación debe estar sobre el suelo o embutida en el mismo y
tiene como principal función distribuir sobre los pilotes las solicitaciones que transmiten
las columnas o pantallas. Dicha distribución debe ser lo más uniforme posible para
evitar la flexión en el cabezal. Los mismos deben ser de mucho volumen para aumentar
su rigidez y garantizar la hipótesis de un cabezal con rigidez infinita.
Entre las funciones principales de los cabezales de pilotes se mencionan las
siguientes:
.- Resistir las cargas puntuales (columnas) y distribuidas (muros) gravitaciones y
horizontales (viento y sismo), también pueden resistir momentos flectores en forma de
carga puntuales exclusivamente. Debido a que se supone que la unión entre el cabezal
y el pilote debe ser articulado.
.- Impedir los asentamientos diferenciales de los pilotes aislados, o la falla localizada
en algunos de ellos, por concentración de esfuerzos.
Las formas geométricas y dimensiones de los cabezales quedan definida por el
número de pilotes que conectan el cabezal y la separación entre ellos, sumando sus
recubrimientos que se recomienda sea superior a 15 cm. Una expresión sencilla para
determinar el número de pilotes es la siguiente:
1,05 𝑥 𝑃𝑠
n𝑝 =
Q𝑎𝑑𝑚
Donde:
n𝑝 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠.
𝑃𝑠 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎.
𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 1,05 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑢𝑖𝑟 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙.
Q𝑎𝑑𝑚 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒.
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, Diseño de Cabezales de Pilotes
La separación (S) entre pilotes va a depender de la forma en que trabajan, para
pilotes que trabajan por punta y los estratos de suelos firmes o roca.
1) 𝐷𝑝 + 30 𝑐𝑚
2) 1,75 𝑎 2,5 𝐷𝑝
𝑆 ≥ 𝑃𝑠(𝑘𝑔) , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑒𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
3) √
𝑘𝑔
𝑞𝑎𝑑𝑚 ( 2 )
[ 𝑐𝑚 ]
Donde:
𝑆 = 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒 𝑎 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
𝐷𝑝 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
𝑞𝑎𝑑𝑚 = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.
Y para pilotes que trabaja por fricción, en suelos cohesivos la separación (S), se
determina de la siguiente manera:
2,5 𝑎 3 𝐷𝑝
𝑆 ≥[ ] , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
100 𝑐𝑚
El diámetro del pilote Dp, para secciones de cilíndricas de concreto y el Dp para
secciones (H) de acero y secciones cuadradas de concreto, se determina por la
diagonal de dichas secciones.
En la práctica se puede usar para cualquier caso:
3 𝐷𝑝
𝑆 ≥[ ] , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠
100 𝑐𝑚
A continuación, se muestran los arreglos de geometría y de dimensionamiento, para
una serie de cabezales de pilotes, desde cabezales de 2 pilotes hasta cabezales de
10 pilotes, en función del diámetro y de la separación (S) entre pilotes y dejando como
recubrimiento mínimo de borde de pilote a borde de cabezal de 15 cm.
Las normas permiten utilizar cabezales con dos pilotes, siempre que estén
arriostrados en las dos direcciones ortogonales que resistan las acciones totales de
diseño y empujes horizontales debidos a excentricidades, cargas laterales de viento y
sismo o empujes en general, por lo tanto en un edificio apoyado sobre pilotes, todos
sus cabezales deben encontrarse conectados rígidamente por vigas de riostras
ortogonales o encadenados, cualquiera que sea el número de pilotes que tenga el
cabezal, de esta manera se logra un mejor comportamiento del sistema estructural de
fundaciones sobre pilotes.
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La conexión entre el cabezal y el pilote debe considerarse en forma práctica como
un apoyo fijo sin que se produzcan momentos flectores en la cabeza del pilote, por eso
se debe hacer una distribución de las cargas que se producen en la base de la
columna, de forma tal que solo se trasmita carga vertical y horizontal, los cabezal
deben vaciarse con concreto de buena calidad como mínimo de 200 kg/cm2 a 250
kg/cm2, y se armara convenientemente en el borde inferior donde se producen las
máximas fuerzas de tracción.
Las barras de refuerzo resistente deben tener un recubrimiento mínimo de 7,5 cm,
cuando el concreto es vaciado directamente sobre el terreno, pero en este caso se
recomienda como mínimo 10 cm por ser elementos de masa de concreto, por lo
general los cabezales van embutidos y vaciados en el terreno directamente o primero
vaciar un concreto pobre o piedra picada, en algunos casos en obras marítimas, en
puentes o en el caso que se evidencie arcillas expansivas, se recomienda elevar el
cabezal y encofrar, esto trae como consecuencia que el diseño del pilotes se debe
considerar las acciones que se producen en la parte superior del pilote.
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Diseño Estructural de
Cabezales, Encepados, Dados de
Concreto Reforzado para Pilotes.
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6.1 INTRODUCCION A LOS CABEZALES DE PILOTES.
Los elementos estructurales que se encarga de conectar las cabezas de los pilotes
con la superestructura son los llamados cabezales, encepados, dados o plintos. Éstos
suelen ser elementos de concreto armado de gran volumen y por ende de mucha
rigidez, los cuales se vacían monolíticamente. Los cabezales se comportan
similarmente a las bases aisladas tratadas en el capítulo 3. (Bases aisladas
superficiales), con la diferencia que en los cabezales las reacciones del suelo actúan
en forma puntual en el eje de los pilotes, si sumamos todas las reacciones de los pilotes
de un mismo cabezal y se divide entre el área del mismo, se obtiene una reacción
estática equivalente, la cual genera magnitudes considerables altas, pues los pilotes
tienen gran capacidad de carga.
Esta estructura de fundación debe estar sobre el suelo o embutida en el mismo y
tiene como principal función distribuir sobre los pilotes las solicitaciones que transmiten
las columnas o pantallas. Dicha distribución debe ser lo más uniforme posible para
evitar la flexión en el cabezal. Los mismos deben ser de mucho volumen para aumentar
su rigidez y garantizar la hipótesis de un cabezal con rigidez infinita.
Entre las funciones principales de los cabezales de pilotes se mencionan las
siguientes:
.- Resistir las cargas puntuales (columnas) y distribuidas (muros) gravitaciones y
horizontales (viento y sismo), también pueden resistir momentos flectores en forma de
carga puntuales exclusivamente. Debido a que se supone que la unión entre el cabezal
y el pilote debe ser articulado.
.- Impedir los asentamientos diferenciales de los pilotes aislados, o la falla localizada
en algunos de ellos, por concentración de esfuerzos.
Las formas geométricas y dimensiones de los cabezales quedan definida por el
número de pilotes que conectan el cabezal y la separación entre ellos, sumando sus
recubrimientos que se recomienda sea superior a 15 cm. Una expresión sencilla para
determinar el número de pilotes es la siguiente:
1,05 𝑥 𝑃𝑠
n𝑝 =
Q𝑎𝑑𝑚
Donde:
n𝑝 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠.
𝑃𝑠 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎.
𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 1,05 𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑢𝑖𝑟 𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙.
Q𝑎𝑑𝑚 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒.
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La separación (S) entre pilotes va a depender de la forma en que trabajan, para
pilotes que trabajan por punta y los estratos de suelos firmes o roca.
1) 𝐷𝑝 + 30 𝑐𝑚
2) 1,75 𝑎 2,5 𝐷𝑝
𝑆 ≥ 𝑃𝑠(𝑘𝑔) , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑟𝑒𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
3) √
𝑘𝑔
𝑞𝑎𝑑𝑚 ( 2 )
[ 𝑐𝑚 ]
Donde:
𝑆 = 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑗𝑒 𝑎 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
𝐷𝑝 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
𝑞𝑎𝑑𝑚 = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜.
Y para pilotes que trabaja por fricción, en suelos cohesivos la separación (S), se
determina de la siguiente manera:
2,5 𝑎 3 𝐷𝑝
𝑆 ≥[ ] , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑐𝑚.
100 𝑐𝑚
El diámetro del pilote Dp, para secciones de cilíndricas de concreto y el Dp para
secciones (H) de acero y secciones cuadradas de concreto, se determina por la
diagonal de dichas secciones.
En la práctica se puede usar para cualquier caso:
3 𝐷𝑝
𝑆 ≥[ ] , 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠
100 𝑐𝑚
A continuación, se muestran los arreglos de geometría y de dimensionamiento, para
una serie de cabezales de pilotes, desde cabezales de 2 pilotes hasta cabezales de
10 pilotes, en función del diámetro y de la separación (S) entre pilotes y dejando como
recubrimiento mínimo de borde de pilote a borde de cabezal de 15 cm.
Las normas permiten utilizar cabezales con dos pilotes, siempre que estén
arriostrados en las dos direcciones ortogonales que resistan las acciones totales de
diseño y empujes horizontales debidos a excentricidades, cargas laterales de viento y
sismo o empujes en general, por lo tanto en un edificio apoyado sobre pilotes, todos
sus cabezales deben encontrarse conectados rígidamente por vigas de riostras
ortogonales o encadenados, cualquiera que sea el número de pilotes que tenga el
cabezal, de esta manera se logra un mejor comportamiento del sistema estructural de
fundaciones sobre pilotes.
556
, Diseño de Cabezales de Pilotes
La conexión entre el cabezal y el pilote debe considerarse en forma práctica como
un apoyo fijo sin que se produzcan momentos flectores en la cabeza del pilote, por eso
se debe hacer una distribución de las cargas que se producen en la base de la
columna, de forma tal que solo se trasmita carga vertical y horizontal, los cabezal
deben vaciarse con concreto de buena calidad como mínimo de 200 kg/cm2 a 250
kg/cm2, y se armara convenientemente en el borde inferior donde se producen las
máximas fuerzas de tracción.
Las barras de refuerzo resistente deben tener un recubrimiento mínimo de 7,5 cm,
cuando el concreto es vaciado directamente sobre el terreno, pero en este caso se
recomienda como mínimo 10 cm por ser elementos de masa de concreto, por lo
general los cabezales van embutidos y vaciados en el terreno directamente o primero
vaciar un concreto pobre o piedra picada, en algunos casos en obras marítimas, en
puentes o en el caso que se evidencie arcillas expansivas, se recomienda elevar el
cabezal y encofrar, esto trae como consecuencia que el diseño del pilotes se debe
considerar las acciones que se producen en la parte superior del pilote.
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