CYPECAD Modelado de pilotes integrados a losa de cimentación

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DILMER

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Hola a todos.

Me gustaría hacer una pregunta que vendría siendo como la última cereza del pastel. Hace poco vi circular una publicidad de CYPE donde se anunciaba la posibilidad de realizar un análisis más profundo y detallado con pilotes, lo cual me generó bastante expectativa.

Y no es para menos: el uso de pilotes es prácticamente el pan de cada día en muchos proyectos.

Pero más allá del uso individual de pilotes, hay situaciones en las que el geotecnista solicita una interacción geotécnica entre los pilotes y una losa de cimentación rígida, es decir, un comportamiento conjunto entre ambos elementos.

Aquí es donde surge mi preocupación: por lo que he visto hasta ahora, CYPECAD no permite usar pilotes cuando se está trabajando losas de cimentación apoyadas. Todo parece estar limitado al módulo de zapatas, lo cual deja por fuera un tipo de solución de cimentación bastante común en obras reales y cotidianas.

Al intentar modelar pilotes trabajando junto con una losa de cimentación, no encuentro ninguna opción que permita esa interacción geotécnica de forma directa.

Además, en ese caso echaría en falta la posibilidad de asignar pilotes sin necesidad de un cabezal intermedio, ya que en este tipo de cimentaciones la losa o viga suele tener una sección lo suficientemente robusta como para absorber directamente los esfuerzos y transmitirlos a los pilotes sin necesidad de un elemento adicional.
Ejemplos de la necesidad planteada:

Planta de cimentación


Plano de cimentación


Vista 3D de cimentación
 
El problema es que el comportamiento de una losa pilotada es muy dependiente de la rigidez del terreno. Dado que las losas en CYPE funcionan con un módulo de balasto, por mucho que se implementara los resultados no serían muy fiables.
 
Una losa apoyada en pilotes poco puede apoyar en el terreno.
El cálculo de esta losa se puede asimilar a una losa apoyada en pilares con la dimensión de los pilotes.
 
Exacto. Yo haría lo mismo: losa maciza sobre pilares de hormigón.

La dificultad radica en cómo modelizar el confinamiento lateral que tienen los pilotes por el terreno. Yo lo que hago es impedir el pandeo y poco más. Total, esos pilares ficticios no los voy a calcular de este modelo; además, simulamos la unión pilote-losa como articulada. Realmente busco el reparto de esfuerzos a cada pilote y el armado de esa losa maciza.

Incluso a veces el encepado lo he modelizado como losa de mayor canto y luego la losa arriostrante de menos canto. Siempre losas macizas, sin apoyar en el terreno.

También recuerdo haber usado arranques en lugar de pilares en alguna ocasión. Alguna diferencia había, pero se trata de hacer un estudio más detallado de cuál opción es mejor.

Pero sí es verdad que ya podría CYPE implementar losas sobre pilotes, aunque fueran macizas. Y de paso también el uso de losas arriostrantes. Poder unir losas a zapatas enrasadas por cara superior...
 
Gracias por compartir sus enfoques, que me parecen muy acertados y reflejan justamente lo que muchos hemos tenido que hacer en la práctica. A eso quería apuntar con mi comentario: como ustedes mismos han dejado en evidencia, muchas veces toca recurrir a artilugios con algo de criterio, lo cual revela una carencia clave del programa que merece ser atendida si realmente se aspira a ofrecer una solución integral.

Y lo importante es que no estamos hablando de proyectos especialmente ambiciosos o fuera de lo común. Son casos bastante habituales: losas macizas sobre pilotes, losas arriostrantes, conexiones directas entre losas y zapatas… situaciones frecuentes en la práctica profesional.

Mi intención es poner en evidencia estas carencias para impulsar mejoras concretas y evitar que se asuman como "lo que hay"... La intención es aportar una perspectiva que permita identificar hacia dónde debería evolucionar el programa. Porque no se puede hablar de una herramienta integral si lo cotidiano en obra sigue sin resolverse con coherencia constructiva.

CYPECAD se presenta como una solución integral para aproximadamente el 90% de los proyectos estructurales. No obstante, al analizar casos como este, es evidente que no se alcanza ese porcentaje, sobre todo si los propios usuarios han tenido que recurrir a "artilugios" con algo de criterio, pero que no responden a una solución realmente integrada ni alineada con las buenas prácticas constructivas y de diseño.

🤔
 
Una losa apoyada en pilotes poco puede apoyar en el terreno.
El cálculo de esta losa se puede asimilar a una losa apoyada en pilares con la dimensión de los pilotes.
En esto no estoy de acuerdo, cuando se ejecuta una losa pilotada es porque se cuenta con la contribución del terreno. Si no fuera así, es mucho más económico realizar encepados + losa.
 
El asiento de la losa, en sus apoyo en los pilotes, siempre será inferior al que se produzca en su apoyo directo al terreno, cuando el terreno asiente la losa queda apoyada en los pilotes y no transmitirá cargas al terreno, a no ser que las distancias entre pilotes, en un terreno de muy baja tensión admisible, sea grande y la losa muy flexible, lo que implicaría importantes flechas (asientos) en la losa.
 
Tal cual, es un resultado de las rigideces relativas y del terreno en sus diferentes niveles, y la experiencia suele demostrar que el terreno bajo la losa, además de ser la superficie tras haber ejecutado los pilotes, tiene una compacidad muy baja, y como no pongas una losa muy rígida, esa superficie ni se entera de las cargas que hay en la losa, casi la totalidad de la carga desciende por los pilotes.
 
Hola, @DILMER. En CYPECAD puedes definir en la planta 0 una losa de cimentación con apoyos puntuales. Los apoyos puntuales los tienes que definir como arranques sin vinculación exterior. En la planta -1 define un arranques con vinculación exterior. Con una estructura integrada conectas los arranques sin vinculación exterior con el arranque de la planta -1. En esa estructura integrada define un barra para cada "pilote", conectando el nudo inferior con una vinculación exterior con una barra genérica infinitamente rígida. A partir de la sección y la longitud de la barra que defines como "pilote" obtienes la rigidez ese apoyo.

Esquema estructural


Eso sí, este procedimiento es un poco enrevesado. Nunca he diseñado una, pero es la forma en la que puedes definir apoyos puntuales, con una rigidez determinada, en una losa de cimentación de CYPECAD.
Tendrías una losa con una distribución uniforme de muelles con una rigidez y puntualmente muelles con otra rigidez. Podrías obtener los armados de la losa y las reacciones de los apoyos puntuales.

Yo también creía que no se usaban hasta que busqué información, su uso está más o menos extendido según la zona.
 
El asiento de la losa, en sus apoyo en los pilotes, siempre será inferior al que se produzca en su apoyo directo al terreno, cuando el terreno asiente la losa queda apoyada en los pilotes y no transmitirá cargas al terreno, a no ser que las distancias entre pilotes, en un terreno de muy baja tensión admisible, sea grande y la losa muy flexible, lo que implicaría importantes flechas (asientos) en la losa.
El asiento en los pilotes será prácticamente nulo y los pilotes se llevarán una parte importante de la carga. Pero, a no ser que el terreno sea muy malo, la losa transmitirá tensiones al terreno (suelen estar alrededor del 40% de las cargas).
En el caso que tú dices, salvo excepciones, no tiene mucho sentido hacer una losa pilotada, puesto que si la losa no transmite tensiones al terreno se puede ejecutar una cimentación profunda con encepados.
 
Las veces que he visto cosas así, han sido siempre pilotes hincados.
Cuyo objetivo es precomprimir el terreno que queda entre ellos. Al meter el volumen de los pilotes, el terreno queda más comprimido. Es una mejora del terreno para luego poner una losa sobre ese terreno mejorado que ya no será tan blandito.
No se trata de compatibilizar la deformación de la losa que apoya sobre un terreno poco consolidado con el descenso del pilote, es un problema completamente diferente...

Víctor Yepes lo explicará mejor que yo:
https://victoryepes.blogs.upv.es/2021/03/02/pilotes-de-compactacion/
 
"El cimiento no se apoya directamente sobre el pilote de compactación, sino sobre el conjunto del terreno densificado" (Cita del artículo)
Esto es una mejora del terreno, no una cimentación sobre pilotes. Aquí sí que se puede calcular la losa de cimentación, con el balasto y la tensión admisible obtenidos con la mejora, no habría que incluir los pilotes en el cálculo, pero creo que eso no es lo que se planteaba.
 
El problema de la "losa pilotada", que no es lo mismo que losa sobre pilotes (o losa conducida por un piloto😆), es uno que me ha perseguido por un tiempo. Resulta que es común el caso, cuando tienes edificios altos con un núcleo central o interior muy rígido que está atrayendo casi el 80%+ de las fuerzas. Aunque tengas un suelo de buena calidad (3-5 kg/cm²) las presiones se exceden en esta zona central, y por supuesto, por más que extiendas el área de la losa/platea, hasta el mismo lindero del solar, no se consigue nada. De ahí surgió la idea de "ayudar" la platea con pilotes únicamente en la zona requerida.

En una manera muy simple, y hasta burda, de hacer las primeras estimaciones se calcula el excedente de presiones sobre el admisible, se multiplica por el área a considerar para obtener una "carga adicional total" que deberá ser resistida por los pilotes.
De aquí, considerando una separación de 5-6D del pilote, para ignorar la reducción por efecto de grupo, se determina el número de pilotes a colocar en dicha área, y entonces la carga que recibiría cada uno.

No hay mucha literatura al respecto, y la complicación es la interacción losa-suelo-pilote, ni muchos programas que permitan hacer tales consideraciones.

Y no fue hasta coincidencialmente hace una semana cuando me topé en la red LinkedIn con otro documento más extenso y detallado, que presentaba un ejemplo desarrollado y con mayor rigor.
https://www.linkedin.com/posts/rooz...-piled-raft-activity-7349418068646735873-om3n

He utilizado esta solución en varios proyectos ya, siempre acompañado y en común acuerdo del ingeniero geotécnico, por supuesto, y hasta ahora no hemos recibido quejas o inconvenientes. No parece razonable "desperdiciar" la capacidad actual de un buen suelo sin darle uso e irse directamente a la losa sobre pilotes ignorando completamente el suelo. Podría ser más seguro -quizás- pero también mucho más caro. Y al final, la ingeniería de valor es necesaria también.
 
Gracias por compartir sus experiencias y enfoques. Como es habitual, el criterio y peticiones del geotecnista guía nuestras decisiones. Hay casos donde la losa aporta a la estabilidad, otros donde los pilotes son suficientes, y algunos donde su función principal es resistir presiones hidrostáticas. Cada situación requiere un análisis particular.

Lo que me motivó a participar en este foro es que, más allá del conocimiento técnico y de que existan distintos enfoques válidos, CYPE aún no permite modelar con fidelidad lo que realmente se va a construir, a pesar de que ese ha sido uno de sus principios fundamentales.

No se trata de exigir una coincidencia perfecta entre modelo y obra, pero sí de que el cliente reciba un modelo claro, coherente y alineado con la realidad. Lo más frustrante es tener que recurrir a otros programas como ETABS o Revit para representar estructuras que CYPE de forma ambigua aseguraba poder manejar. Esto contradice su promesa de "modelar como se construye". Y cuando eso no se puede cumplir, el flujo de trabajo se rompe y el modelo pierde valor.

No pido que el software lo resuelva todo, pero sí que nos permita cumplir con lo que, en esencia, ya sabemos diseñar, sin tener que abandonar la plataforma.

Como conclusión, me gustaría aprovechar este espacio para sugerir a CYPE que considere incorporar una opción clara para modelar pilotes en vigas y losas de cimentación, permitiendo representar este tipo de soluciones sin recurrir a atajos o "artilugios" en CYPE.
La aportación o no de la capacidad de estos elementos debería quedar, como es lógico, bajo criterio del ingeniero responsable del diseño.
 
Creo que entre las opiniones manifestadas en este hilo, se han comentado diferentes maneras de simular la solución de losa pilotada, con CYPECAD y conociendo sus posibilidades, y en ese sentido creo que debemos ofrecer siempre nuestras experiencias y soluciones aportadas en los diferentes casos que se nos presentan en nuestra vida profesional.
Por supuesto que en CYPE se ofrece soluciones para modelar con la mayor fidelidad posible lo que se va a construir, pero no podemos olvidar que estamos idealizando la realidad, y que los modelos de análisis necesitan de simplificaciones e hipótesis de partida que como ingenieros tenemos muy claro que hay que hacer, con CYPE y con cualquier software actual, cada uno en mayor o menor medida, seamos realistas.
Dicho esto, en los próximos planes futuros de CYPE está poder disponer pilotes bajo vigas y losas de cimentación de la manera más sencilla posible, tanto en la entrada de datos, cálculo, consulta de resultados y salida numérica y gráfica de los mismos, creo que esto puede ser el punto diferencial.
 
En CYPECAD puedes definir en la planta 0 una losa de cimentación con apoyos puntuales. Los apoyos puntuales los tienes que definir como arranques sin vinculación exterior. En la planta -1 define un arranques con vinculación exterior. Con una estructura integrada conectas los arranques sin vinculación exterior con el arranque de la planta -1. En esa estructura integrada define un barra para cada "pilote", conectando el nudo inferior con una vinculación exterior con una barra genérica infinitamente rígida. A partir de la sección y la longitud de la barra que defines como "pilote" obtienes la rigidez ese apoyo.
@Kimble, ¿podrías armar un ejemplito sencillo en CYPECAD para entender más cómo lo harías?
 
He utilizado esta solución en varios proyectos ya, siempre acompañado y en común acuerdo del ingeniero geotécnico, por supuesto, y hasta ahora no hemos recibido quejas o inconvenientes. No parece razonable "desperdiciar" la capacidad actual de un buen suelo sin darle uso e irse directamente a la losa sobre pilotes ignorando completamente el suelo. Podría ser más seguro -quizás- pero también mucho más caro. Y al final, la ingeniería de valor es necesaria también.
Me he topado con las mismas incertidumbres y problemas, y al encontrar este libro la semana pasada me he quedado más tranquilo de los análisis hechos. Si se fijan, al final del libro hay dos buenos ejemplos. Con los que uno podría "calibrar" nuestros análisis con CYPE.
 
Estimado @Kimble, con todo respeto, ¿también podría solicitarle el ejemplo?
Su explicación me ha parecido muy útil, pero me ha costado un poco entender cómo se aplica directamente en el programa. Verlo aplicado me ayudaría mucho a comprenderlo mejor. Le agradecería enormemente ese gesto.
 
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