VillaLiliana-2021-AnalisisDisenoCimentacion

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Análisis y Comparación del Diseño de la Cimentación de una Estructura con el Uso de 
Pilotes de Concreto y el Uso de Pilotes Metálicos 
 
 
Liliana Sofia Villa Romero 
 
 
Informe de práctica presentado para optar al título de Ingeniero Civil 
 
 
Tutor 
Asesor interno: John Faber Dávila Illesca 
Asesor externo: Juan Carlos Martínez Roldan 
 
 
 
 
Universidad de Antioquia 
Facultad de Ingeniería 
Ingeniería Civil 
Medellín, Antioquia, Colombia 
2021 
 
Cita (Villa Romero, 2021) 
Referencia 
 
Estilo APA 7 (2020) 
Villa Romero, L., (2021). Análisis y comparación del diseño de la cimentación de una 
estructura con el uso de pilotes de concreto y el uso de pilotes metálicos. 
[Trabajo de grado profesional]. Universidad de Antioquia, Medellín, 
Colombia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Centro de Documentación Ingeniería (CENDOI) 
 
Repositorio Institucional: http://bibliotecadigital.udea.edu.co 
 
 
 
 
Universidad de Antioquia - www.udea.edu.co 
Rector: John Jairo Arboleda Céspedes. 
Decano/Director: Jesús Francisco Vargas Bonilla. 
Jefe departamento: Claudia Helena Muñoz Hoyos. 
 
 
 
El contenido de esta obra corresponde al derecho de expresión de los autores y no compromete el pensamiento 
institucional de la Universidad de Antioquia ni desata su responsabilidad frente a terceros. Los autores asumen la 
responsabilidad por los derechos de autor y conexos. 
 
 
 
 
 
https://co.creativecommons.net/tipos-de-licencias/
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Tabla de contenido 
Resumen ........................................................................................................................................... 7 
Abstract ............................................................................................................................................ 8 
Introducción ..................................................................................................................................... 9 
Objetivos ........................................................................................................................................ 10 
Objetivo general ......................................................................................................................... 10 
Objetivos específicos .................................................................................................................. 10 
Marco teórico ................................................................................................................................. 11 
Cimentaciones con pilotes. ......................................................................................................... 11 
Normatividad para el diseño de cimentaciones. ......................................................................... 11 
Pilotes de concreto. .................................................................................................................... 12 
Pilotes metálicos. ........................................................................................................................ 13 
Cabezal. ...................................................................................................................................... 13 
Vigas de amarre. ......................................................................................................................... 14 
Metodología ................................................................................................................................... 15 
Resultados ...................................................................................................................................... 16 
Pre-diseños de estructuras metálicas. ......................................................................................... 16 
Cartilla de acero figurado. .......................................................................................................... 18 
Análisis comparativo de sistemas de cimentación profunda usando pilotes de concreto y 
pilotes de acero ........................................................................................................................... 18 
Parámetros de la zona del proyecto. ....................................................................................... 19 
Cálculo de la capacidad de los pilotes metálicos y pilotes de concreto. ................................. 21 
Modelo estructural. ................................................................................................................. 24 
Dimensionamiento de cabezales. ............................................................................................ 27 
Dimensionamiento de las vigas de amarre.............................................................................. 27 
Análisis de precios unitarios para pilotes de concreto y pilotes metálicos. ............................ 28 
Conclusiones .................................................................................................................................. 30 
Referencias ..................................................................................................................................... 31 
Anexos ............................................................................................................................................ 33 
 
 
 
 
 
Lista de tablas 
 
Tabla 1. Cantidad, disponibilidad y tipo de material necesario para la estructura. .................... 17 
Tabla 2. Profundidad y parámetros geomecánicos para cada estrado. ....................................... 19 
Tabla 3. Coeficientes de reducción y coeficiente de capacidad de disipación de energía. .......... 20 
Tabla 4. Combinaciones de carga para ser utilizadas con el método de esfuerzos de trabajo o en 
las verificaciones del estado límite de servicios. ........................................................................... 25 
Tabla 5. Valores del periodo de vibración de la estructura (T), aceleración de la gravedad (Sa) y 
coeficiente k. ................................................................................................................................... 26 
Tabla 6. Cantidad y precio total para pilotes de concreto y pilotes metálicos. ............................ 28 
Tabla 7. Listado de verificación de cartilla de acero figurado. .................................................... 33 
Tabla 8. Cálculo de la capacidad de carga de un pilote de concreto D: 70cm y L: 9m. ............. 34 
Tabla 9. Cálculo de la capacidad de carga de un pilote de concreto D: 90cm y L: 9m. .............. 35 
Tabla 10. Calculo de la capacidad de carga de un pilote metálico WF 8x24 y L: 9m. ................ 36 
Tabla 11. Cálculo de la capacidad de carga de un pilote metálico HP 10x42 y L: 9m................ 37 
Tabla 12. Dimensión y cantidad de pilotes de concreto. ............................................................... 39 
Tabla 13. Dimensión y cantidad de pilotes metálicos. .................................................................. 39 
Tabla 14. Dimensión de los cabezales para pilotes de concreto. .................................................. 40 
Tabla 15. Dimensión de los cabezales para pilotes metálicos. ..................................................... 40 
Tabla 16. Análisis de precios unitarios para un pilote de concreto D: 70cm. .............................. 44 
Tabla 17. Análisis de precios unitarios para un pilote de concreto D:90m. ................................ 45 
Tabla 18. Análisis de precios unitarios para un pilote metálico WF 8x24. .................................. 46 
Tabla 19. Análisis de precios unitarios para un pilote metálico WF 8x24. .................................. 47 
 
 
 
 
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Lista de figuras 
 
Figura 1. Pilote de concreto hincado en el terreno. ___________________________________ 12 
Figura 2. Pilote de concreto vaciado en sitio. _______________________________________ 12 
Figura 3. Pilotes metálicos hincados. _____________________________________________ 13 
Figura 4. Cabezal para sistema de fundación profunda. _______________________________ 14 
Figura 5. Viga de fundación. ____________________________________________________ 14 
Figura 6. Modelo oficinas de comercio. ____________________________________________ 17 
Figura 7. Modelo estructural para el análisis comparativo de los sistemas de cimentación 
profunda. ____________________________________________________________________ 18 
Figura 8. Fuerzas de reacción máxima (Fz) dadas por las combinaciones de carga del método 
de esfuerzos de trabajo en cada nodo de la base de la estructura. ________________________ 26 
Figura 9. Vista en planta de la edificación. Fuente: Software ETABS. ____________________ 38 
Figura 10. Vista en planta de cabezal para 4 pilotes. _________________________________ 41 
Figura 11. Vista en planta de cabezal para 2 pilotes. _________________________________ 41 
Figura 12. Ubicación de pilotes de concreto, cabezales y vigas de amarre. ________________ 42 
Figura 13. Ubicación de pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. __________________ 43 
 
 
 
 
 
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 7 
 
 
Resumen 
 
Con el fin de dar a conocer las actividades realizadas durante la práctica académica en la modalidad 
de semestre de industria en la empresa Cyrgo S.A.S, en este informe se presentan los objetivos de 
la práctica, la metodología desarrollada para la ejecución de las actividades planteadas y los 
resultados y conclusiones obtenidos al final del proceso. Las actividades de la práctica consistieron 
principalmente en la asistencia técnica para el desarrollo de los pre-diseños de estructuras metálicas 
según las solicitudes de los clientes y el estudio comparativo del diseño de un sistema de 
cimentación profunda usando pilotes de acero versus pilotes de concreto. Como resultados se 
presentan la descripción detallada de las actividades de asistencia técnica, los detalles de una de las 
cartillas de acero figurado desarrollada y la comparación de los diseños de los dos sistemas de 
cimentación profunda, incluyendo el análisis de precios unitarios para cada alternativa evaluada. 
 
Palabras clave: Pre-diseños, sistemas de cimentación, acero figurado, pilotes. 
 
 
 8 
 
 
Abstract 
 
In order to publicize the activities carried out during the academic practice in the industry semester 
modality in the company Cyrgo S.A.S, this report presents the objectives of the practice, the 
methodology developed for the execution of the proposed activities and the results and conclusions 
obtained at the end of the process. 
The activities of the practice consisted mainly of technical assistance for the development of pre-
designs of metallic structures according to customer requests and the comparative study of the 
design of a deep foundation system using steel piles versus concrete piles. 
As results, the detailed description of the technical assistance activities, the details of one of the 
figurative steel primers developed and the comparison of the designs of the two deep foundation 
systems are presented, including the analysis of unit prices for each alternative evaluated. 
 
Keywords: Pre designs, foundation systems, figured steel, piles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 9 
 
 
Introducción 
 
En este documento se presentan los objetivos y la metodología propuesta para la realización 
de una práctica profesional orientada a la ejecución de dos actividades principales. La primera, de 
alcance general, corresponde a la ejecución de tareas de apoyo técnico para las labores cotidianas 
de diseño y desarrollo ingenieril de proyectos en la empresa Cyrgo S.A.S. La segunda, como una 
actividad académica particular, consistirá en la realización de la comparación del diseño de la 
cimentación de una estructura con pilotes de concreto vs una estructura con pilotes metálicos, 
siguiendo los lineamientos establecidos en el reglamento colombiano de construcción sismo 
resistente (NSR-10). 
 
Cyrgo S.A.S es una empresa que comercializa materiales para la construcción en el 
territorio colombiano, cuenta con un área de ingeniería en la que se brindan asesorías a los clientes 
que deseen ejecutar un proyecto, es por esto que mediante el software Cype se realizan los pre-
diseños con las dimensiones y condiciones previamente definidas por el cliente y posterior a esto 
se realiza un despiece de la estructura para entregarle finalmente al cliente una cotización del costo 
aproximado de su proyecto. Adicionalmente, en Cyrgo S.A.S se vende acero figurado según los 
requerimientos de los clientes, para esto se realizan cartillas de figurado logrando exponer en éstas 
las formas, dimensiones y la cantidad de acero figurado que requieren los clientes, posteriormente 
se envían estas cartillas a la empresa aliada DIACO para la producción de estos elementos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 10 
 
 
Objetivos 
 
Objetivo general 
 
Brindar asistencia técnica y apoyo en las actividades de diseño y desarrollo de proyectos en 
el área de ingeniería estructural para la empresa Cyrgo S.A.S. Adicionalmente, como parte de este 
trabajo, se busca incluir una comparación de la viabilidad en términos de capacidad y costos en el 
uso de pilotes de concreto y pilotes metálicos en sistemas convencionales de cimentación. 
 
Objetivos específicos 
 
 Realizar pre-diseños de estructuras metálicas y elaborar las cartillas de acero figurado. 
 Evaluar las técnicas de diseño para pilotes de concreto y pilotes metálicos. 
 Generar un modelo estructural para conocer las fuerzas de reacción en la base de la 
estructura y con esto dimensionar los pilotes, cabezales y vigas de amarre. 
 Comparar los resultados obtenidos con el uso de pilotes de concreto versus el uso de pilotes 
metálicos, en términos de eficiencia estructural y costos. 
 
 
 
 11 
 
 
Marco teórico 
 
Cimentaciones con pilotes. 
El uso de pilotes para sistemas de cimentación es una de las técnicas más antiguas usadas 
por el hombre. Inicialmente los pilotes se fabricaban de madera debido a su abundancia y fácil 
maniobralidad. Posteriormente, con el desarrollo industrialy la disponibilidad de materiales de 
mayor durabilidad, se comenzaron a fabricar los pilotes en concreto siendo estos capaces de 
soportar mayores esfuerzos de compresión y tensión (Alva, 2007). En los últimos años, en algunos 
países se ha hecho más frecuente el uso de perfiles de acero como elementos de cimentación 
profunda ya que estos han demostrado un buen desempeño en aspectos como calidad, seguridad, 
eficiencia en tiempos y costos para su instalación. (Fernández, Perea & Francisco, 2015) 
Los pilotes son elementos estructurales encargados de transferir las cargas de la estructura 
a través de los estratos que componen el suelo y son construidos en diferentes tipos de materiales 
como concreto, acero y madera. Este tipo de cimentaciones profundas se utilizan cuando la 
capacidad del manto superior no es suficiente para resistir la transmisión de las cargas de la 
edificación, cuando se tienen asentamientos excesivos y cuando la superficie del terreno es 
susceptible a sufrir erosión, entre otros. (Das, 1999) 
Los pilotes pueden trabajar por fricción transmitiendo las cargas estructurales al suelo 
principalmente a lo largo de su superficie lateral o fuste, mientras que los pilotes que trabajan por 
punta, transfieren su carga mediante el contacto directo de la punta con el estrato resistente (Tamez, 
2001), sin embargo, la capacidad última de un pilote será la combinación de la resistencia por 
fricción lateral y la capacidad por punta. 
 
Normatividad para el diseño de cimentaciones. 
Para los aspectos normativos del diseño de cimentaciones profundas se debe seguir como 
guía lo contenido en los títulos A, C, F y H del reglamento colombiano de construcción sismo 
resistente (NSR-10), ya que este es el documento normativo que define las condiciones con las que 
se deben construir este tipo de elementos con el fin de que su respuesta estructural ante un sismo 
sea favorable. 
 
 
 12 
 
 
Pilotes de concreto. 
Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías según el tipo de instalación: pilotes 
prefabricados y pilotes vaciados en sitio; los pilotes prefabricados son pilotes construidos 
previamente en una fábrica y transportados hasta la obra, donde finalmente se hincan en el terreno, 
mientras que los pilotes vaciados en sitio son ejecutados en el lugar donde se requieren, 
considerando previamente una excavación para el mismo. (Das, 1999) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente https://www.keller.com.mx/expertise/techniques/pilotes-prefabricados-hincados 
 
Figura 2. 
Pilote de concreto vaciado en sitio. 
 
Nota: Fuente https://www.wikiwand.com/es/Pilote_(cimentaci%C3%B3n) 
Figura 1. 
Pilote de concreto hincado en el terreno. 
 13 
 
 
Pilotes metálicos. 
Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de perfiles H e I, éstos se 
caracterizan por resistir altos esfuerzos de hincado en su instalación y tener alta capacidad para 
resistir las cargas, sin embargo, una de las desventajas es el elevado costo del material y la 
susceptibilidad a la corrosión. (Das, 1999) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente: http://codocsa.com/proyectos/ 
 
Cabezal. 
Los cabezales son componentes estructurales de concreto reforzado que distribuye las 
cargas a los pilotes, sirviendo de transición entre la superestructura y la infraestructura. Los 
cabezales se proyectan para resistir las cargas que actúan en la base de la columna y transmitírsela 
a los pilotes en forma de fuerzas axiales. (Gutiérrez, 2017) 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. 
Pilotes metálicos hincados. 
 
 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente https://www.construccionenacero.com/blog/ndeg-36-fundaciones-ii-consideraciones-estructurales-
parte-4-cabezales-para-pilotes 
 
Vigas de amarre. 
Las vigas de amarre son elementos estructurales que se utilizan para amarrar las estructuras 
de cimentación tales como zapatas, cabezales o pilas, entre sus funciones principales está la 
reducción de los asentamientos diferenciales, el mejoramiento del comportamiento sísmico de la 
estructura y la atención a momentos generados por excentricidades que no se consideraron en el 
diseño. (Garza Vásquez, 2010) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente http://notasconstructorcivil.blogspot.com/2011/05/normal-0-21-false-false-false.html 
 
 
 
Figura 4. 
Cabezal para sistema de fundación profunda. 
 
Figura 5. 
Viga de fundación. 
 
 15 
 
 
Metodología 
 
Con el fin de cumplir con los objetivos planteados para la realización de las actividades de 
asistencia técnica y obtener resultados óptimos en cada proyecto, se brindó asesoría a los clientes 
durante todo el semestre, consultando primero la idea del diseño y la viabilidad de éste, dando las 
recomendaciones e indicaciones necesarias para lograr un buen pre-diseño en términos de 
costo/calidad, tomando siempre como referencia la norma sismo resistente colombiana (NSR-10). 
Posteriormente se procedió a realizar el pre-diseño en el software Cype ingresando todas las 
condiciones del proyecto tales como la zona donde estará ubicado el proyecto y las cargas que 
estarán actuando en la estructura, continuando con la verificación de que todos los elementos 
cumplan con la resistencia, las deflexiones y las derivas, para luego realizar el despiece para 
conocer las cantidades y los elementos que necesita el cliente para llevar a cabo el proyecto. Así 
mismo, se realizaron cartillas de figurado en el software Lista de Hierros Gerdau según los pedidos 
realizados con las formas y longitudes establecidas por los clientes y luego con la aprobación del 
cliente se enviaron a producción en la planta de DIACO. 
 
Como actividad complementaria, se recopiló toda la información respecto a los aspectos básicos 
del diseño de pilotes de concreto y pilotes metálicos con base en el reglamento colombiano de 
construcción sismo resistente (NSR-10). Posteriormente se realizó un modelo en el software 
ETABS de una edificación aporticada de cuatro niveles para uso residencial, localizada en la ciudad 
de Bogotá, sobre un suelo arcilloso; con el fin de obtener de éste los valores de las reacciones en 
cada nodo de la estructura por el método de esfuerzos de trabajo y con esto poder dimensionar dos 
sistemas de cimentaciones profundas, uno constituido por pilotes de concreto y otro por pilotes 
metálicos. Con base en los resultados obtenidos se realizó una comparación para cada caso, 
logrando con esto conocer las ventajas y desventajas del uso de estos dos tipos de pilotes, en 
términos de resistencia, eficiencia y costos de construcción. 
 
 16 
 
 
Resultados 
Pre-diseños de estructuras metálicas. 
 
Para realizar los pre-diseños de estructuras metálicas en el software CYPE, se selecciona la 
norma bajo la cual se regirá el modelo y se selecciona la ubicación del proyecto, luego se introduce 
la geometría, las propiedades de los materiales y los tipos de carga que va a tener la estructura, es 
decir, carga muerta, carga viva, viento, sismo, nieve, empujes del terreno, etc. 
Uno de los pre-diseños realizados durante el semestre de industria consiste en una estructura 
de 5 niveles para uso de oficinas en la ciudad de Medellín, con un área de 197,4 m2 (Ver imagen 
1). Para este pre-diseño, según los requisitos estructurales y la disponibilidad del material en la 
bodega, se utilizaron para las columnas perfiles metálicos WF 12” x 65 lb/pie, para las vigas 
principales perfiles metálicos WF 16” x 36 lb/pie, para las viguetas WF 12” x 22 lb/pie y para las 
vigas de la cubierta WF 6” x 8.5 lb/pie. Para el sistema de entre piso se utiliza lámina colaborante 
metaldeck de 2” y calibre 22 (0,75 mm) con longitudes de 4,6 m y 5,6 m. Adicionalmente se 
especificó la cubierta en teja arquitectónica a dos aguas considerando para el diseño correas en 
perfil C con medida de 160mm x 60mm en 2mm de espesor. 
En la edificación se asignaron paños parala cubierta y cada losa, es decir, una subdivisión 
del área donde se aplicaron las cargas estructurales recomendadas por la NSR-10 según el uso de 
la estructura, teniendo presente que la dirección de reparto de las cargas para el metaldeck, es 
perpendicular a las viguetas y para las tejas la dirección de reparto es perpendicular a las correas. 
Para esta estructura se asignó para la losa una carga muerta de 4.6 kN/m2 y una carga viva de 5.0 
kN/m2, para la cubierta se tomó una carga muerta de 0.2 kN/m2, una carga viva de 0.5 kN/m2 y una 
carga de viento de +/- 0.4 kN/m2 (Presión y Succión). Para cumplir con los desplazamientos 
laterales requeridos en el diseño de la estructura se ubican pórticos arriostrados concéntricos y se 
hace uso de cartelas para aumentar el área de la sección transversal de las vigas en sus extremos, 
de forma que se pueda aumentar la resistencia a cortante. 
 
 
 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Luego de que todos los elementos cumplan con todas las verificaciones de resistencia y 
deflexión, se procede a realizar el despiece de la estructura para entregarle al cliente la cantidad, 
disponibilidad y el tipo de material que necesita para la ejecución del proyecto, posterior a esto, el 
asesor comercial se encarga de entregarle al cliente la factura formal con precios y tiempos de 
entrega. 
 
Tabla 1. 
Cantidad, disponibilidad y tipo de material necesario para la estructura. 
 
 
Figura 6. 
Modelo oficinas de comercio. 
 
 18 
 
 
 
Cartilla de acero figurado. 
 
Para realizar la cartilla de figurado, el cliente debe especificar el tipo de barra, el diámetro, 
la forma, las dimensiones de sus partes y la cantidad de los elementos que desea enviar a 
fabricación, posterior a esto se procede a realizar la cartilla de figurado con todas las 
especificaciones dadas por el cliente como se muestra en el Anexo 1, así mismo, se le informa al 
cliente en caso de que alguna figura no cumpla con el estándar de condiciones mínimas de la 
longitud de los ganchos o ángulos de doblado especificados en la NSR-10. Luego de que el cliente 
apruebe y firme la cartilla, se procede a solicitar la producción del acero figurado en la planta de 
DIACO que es la empresa encargada de prestar el servicio de figurado de acero. 
 
 
Análisis comparativo de sistemas de cimentación profunda usando pilotes de concreto y 
pilotes de acero 
 
Para el análisis comparativo de los sistemas de cimentación profunda se toma un modelo de una 
estructura en hormigón con un sistema estructural aporticado de cuatro niveles para uso residencial, 
con un área de 24,2 m2 y altura de entrepiso de 2,6 m, un municipio típico de Cundinamarca. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. 
Modelo estructural para el análisis comparativo de los sistemas de cimentación profunda. 
 
 19 
 
 
Parámetros de la zona del proyecto. 
 
Para realizar el análisis del uso de cada tipo de pilote se toma de referencia el estudio de 
suelos del humedal en un municipio de Cundinamarca (para el cual se tomó un valor de Ro=7), 
realizado por la empresa Caribic Ingeniería S.A.S, éste se realizó con el fin de determinar las 
propiedades y parámetros geomecánicos de los distintos estratos del suelo, realizar una descripción 
de la estratigrafía del suelo, establecer la profundidad del nivel freático que se encuentra entre 0.5 
a 5 metros de profundidad, determinar la zonificación sísmica, entre otros. (Caribic Ingeniería 
S.A.S, 2018) 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente Estudio de suelos – Elaboración y ajuste de los diseños detallados del corredor ambiental del humedal 
Córdoba, 2018. 
 
Con la ubicación del proyecto se define el coeficiente que representa la aceleración 
horizontal pico efectiva (Aa), el coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva 
(Av), el coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en la zona de periodos cortos (Fa), el 
coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en la zona de periodos intermedios (Fv), el 
coeficiente de importancia (I) y el periodo de vibración que corresponde a la zona de 
desplazamiento aproximadamente constante del espectro de diseño para periodos largos (TL), esto 
para determinar el espectro elástico de aceleraciones de diseño, tal como se muestra en la Gráfica 
1. 
 
 
Tabla 2. 
Profundidad y parámetros geomecánicos para cada estrado. 
 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se realiza la evaluación del coeficiente de capacidad de disipación de energía, 
multiplicando el coeficiente de disipación de energía básico (R0) por los coeficientes de reducción 
de capacidad de disipación de energía por irregularidades en planta, en altura y por ausencia de 
redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica, dando como resultado los valores de 
reducción expresados en la Tabla 3. 
 
Tabla 3. 
Coeficientes de reducción y coeficiente de capacidad de disipación de energía. 
Coeficiente Valor Referencia 
R0 7 NSR-10 Tabla A.3-3 
p 1 NSR-10 Figura A.3-1 
a 1 NSR-10 figura A.3-2 
r 1 NSR-10 A.3.3.8 
R 7 NSR-10 Ecuación A.3.3 -1 
 
 
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 1 2 3 4 5 6 7
A
c
e
le
ra
c
ió
n
 d
e
 l
a
 g
ra
v
e
d
a
d
 (
S
a
)
Periodo de vibración de la estructura (T)
Espectro elástico de aceleraciones de diseño.
Gráfica 1 
 Espectro elástico de aceleraciones de diseño. 
 21 
 
 
Cálculo de la capacidad de los pilotes metálicos y pilotes de concreto. 
 
El cálculo de la capacidad de los pilotes metálicos se realiza con base al documento Estudio 
de factibilidad de Pilotes de Acero de sección IR en México. Fernández, Perea & Francisco. 2015 
y para el cálculo de la capacidad de pilotes de concreto se sigue el documento de Cimentaciones 
Profundas, Jorge E. Alva Hurtado. Para obtener la capacidad de pilotes de concreto y pilotes 
metálicos en suelos cohesivos se hace uso del método α basado en un análisis de esfuerzos totales 
siendo este un análisis de falla a largo plazo, es decir, solo el suelo resiste las cargas porque el agua 
ya ha drenado en la condición de consolidación secundaria y no se considera la presión de poros 
como un efecto beneficio en la resistencia. 
 
Para el cálculo de la capacidad de pilotes metálicos en suelos cohesivos, primero se realiza 
el cálculo del perfil de esfuerzos efectivos con las propiedades del suelo para cada estrato, así: 
 
Estrato 1: 𝜎1′ = 𝛾1 ∗ 𝑍1 
Estrato 2: 𝜎2′ = 𝜎1 + 𝛾2 ∗ 𝑍2 
Estrato 3: 𝜎3′ = 𝜎2 + ( 𝛾3 − 9.81 𝑘𝑁/𝑚
2) ∗ 𝑍3 
 
Se procede a calcular la capacidad de carga por fricción por el método del coeficiente 
lambda (λ), para esto se obtiene el coeficiente λ con la Gráfica 2 dependiendo de la longitud de 
empotramiento del pilote. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente Das 2001. 
 
Luego, se halla la fricción a lo largo del fuste por el método λ, con el promedio del esfuerzo 
vertical efectivo y el promedio de la cohesión no drenada obtenido para cada estrato de suelo, así: 
 
𝑓𝑠 𝜆 = 𝜆(𝜎0 𝑝𝑟𝑜𝑚 + 2𝐶𝑢 𝑝𝑟𝑜𝑚) 
 
Se calcula el área perimetral y la capacidad última por fuste del pilote por el método λ con 
la siguiente ecuación: 
 
𝑄𝑓𝑢 𝜆 = ∑ 𝐴𝑓 ∗ 𝑓𝑠 𝜆
 
 
Luego, se procede a calcular la capacidad de carga por fricción por el método del coeficiente 
alfa (α), para esto se halla el coeficiente de adhesión α para cada estrato de suelo con la Gráfica 3. 
 
 
 
 
Gráfica 2 
Variación de lambda con la longitud de empotramiento del pilote. 
 
 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente Cimentaciones Profundas, Jorge E. Alva Hurtado. 
 
Luego, se calcula la fricción a lo largo del fuste por el método α para cada estrato de suelo. 
𝑓𝑠 𝛼 = 𝛼 ∗ 𝐶𝑢 
 
Se obtiene la capacidad última por fuste del pilote por el método α. 
 
𝑄𝑓𝑢 𝛼 =∑ 𝐴𝑓 ∗ 𝑓𝑠 𝛼 
Posterior a esto, se toma el promedio de la capacidad de carga por fricción obtenida por el 
método α y por el método λ para luego hallar la capacidad admisible por fuste, dividiendo la 
capacidad de carga total por fuste entre el factor de seguridad. 
Ahora, con el área del pilote y la cohesión no drenada, se procede a calcular la capacidad de carga 
por punta con la siguiente ecuación: 
 
𝑄𝑝𝑢 = 9 ∗ 𝐶𝑢 ∗ 𝐴𝑝 
 
Se divide la capacidad de carga por punta entre el factor de seguridad para obtener la 
capacidad admisible por punta. 
 
Gráfica 3 
Factores de adhesión para pilotes excavados. 
 24 
 
 
Por último, se obtiene la capacidad de carga total admisible del pilote metálico sumando la 
capacidad total admisible por fuste y la capacidad total admisible por punta. 
 
Para el cálculo de la capacidad de pilotes de concreto en suelos cohesivos, se realiza el 
cálculo del perfil de esfuerzos efectivos para cada estrato. Se calcula la capacidad de carga por 
fricción con el método alfa (α), hallando la fricción a lo largo del fuste con la siguiente ecuación: 
 
𝑓𝑠 = 𝛼 ∗ 𝐶𝑢 
 
Luego, se calcula el área perimetral para obtener la capacidad ultima por fuste que luego 
será dividida entre el factor de seguridad para obtener la capacidad admisible por fuste. 
 
𝑄𝑓𝑢 𝛼 = ∑ 𝐴𝑓 ∗ 𝑓𝑠 𝛼 
Por último, se calcula la capacidad de carga por punta multiplicando el área del pilote por 
la cohesión no drenada y posterior a esto se haya la capacidad admisible por punta del pilote. 
 
𝑄𝑝𝑢 = 9 ∗ 𝐶𝑢 ∗ 𝐴𝑝 
 
En el Anexo 2 y Anexo 3 se muestran los parámetros calculados y los resultados obtenidos 
para la capacidad de pilotes de concreto con diámetro de 70 y 90 cm y, para pilotes metálicos WF 
8x24 y HP 10x42, respectivamente. 
 
 
Modelo estructural. 
 
Con el fin de conocer las fuerzas de reacción que se producen en la base de la estructura, se 
realiza un modelo estructural en el software ETABS de la estructura previamente descrita. 
 
Para el modelo estructural se ingresan los tipos de carga viva como la carga de uso, 
escaleras, techo, y los tipos de carga muerta que van a estar actuando en la estructura, como la 
 25 
 
 
carga del cielo raso, acabados, peso propio, muros divisorios, escaleras, techo y ductos, 
adicionalmente se pre dimensionan las vigas y columnas. 
 
Para obtener las reacciones que se generan de la estructura y su cimentación sobre el suelo, 
se ingresan al modelo las combinaciones de carga para el método de esfuerzos de trabajo, 
empleando las cargas apropiadas y las fuerzas sísmicas reducidas de diseño para así poder realizar 
el diseño para la combinación que produzca el efecto más desfavorable en la cimentación y con 
esto poder dimensionarla, las combinaciones utilizadas se exponen en la Tabla 4. 
 
Tabla 4. 
Combinaciones de carga para ser utilizadas con el método de esfuerzos de trabajo o en las 
verificaciones del estado límite de servicios. 
Combinaciones de carga para ser utilizadas con el método de 
esfuerzos de trabajo o en las verificaciones del estado límite de 
servicios 
Combinación de carga Referencia 
D+F NSR-10 (B.2.3-1) 
D+H+F+L+T NSR-10 (B.2.3-2) 
D+H+F+0.75(L+T)+0.75(Lr ó G ó Le) NSR-10 (B.2.3-4) 
D+H+F+0.7E NSR-10 (B.2.3-6) 
D+H+F+0.75(0.7E)+0.75L+0.75(Lr ó G ó 
Le) 
NSR-10 (B.2.3-8) 
0.6D+0.7E+H NSR-10 (B.2.3-10) 
 
Posteriormente, del software ETABS se obtiene el periodo de vibración de la estructura (T) 
y del espectro elástico de aceleraciones se obtiene el valor de la aceleración horizontal de diseño, 
expresada como una fracción de la aceleración de la gravedad (Sa) correspondiente al periodo de 
la estructura, así mismo, se obtiene el valor del coeficiente k, relacionado con el periodo 
fundamental. De esto, se obtienen los resultados expresados en la Tabla 5. 
 
 
 
 26 
 
 
Tabla 5. 
Valores del periodo de vibración de la estructura (T), aceleración de la gravedad (Sa) y 
coeficiente k. 
Coeficiente Valor Referencia 
T 0.63 ETABS 
Sa 0.45 Espectro elástico de aceleraciones 
k 1.06 NSR-10 A.4.3.2 (b) 
 
Se procede a ingresar los valores de la aceleración de la gravedad (Sa) y el coeficiente k en 
el software ETABS y posterior a esto se realiza el ajuste del cortante sísmico de la base o cortante 
basal (Vs). 
Del software ETABS se obtiene la fuerza de reacción máxima (Fz) dada por las 
combinaciones de carga del método de esfuerzos de trabajo en cada uno de los nodos de la base de 
la estructura como se muestra en la Figura 8, con estas fuerzas y con la información del estudio de 
suelos se procede a determinar la dimensión y el número de pilotes necesarios para resistir las 
cargas que actúan en cada nodo. (Ver Anexo 5) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8. 
Fuerzas de reacción máxima (Fz) dadas por las combinaciones de carga del método de esfuerzos 
de trabajo en cada nodo de la base de la estructura. 
 
 27 
 
 
Dimensionamiento de cabezales. 
 
Para dimensionar los cabezales, primero se determina el número de pilotes que va a conectar 
cada cabezal con la siguiente formula: 
𝑛 =
1.05𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑃𝑝𝑖𝑙𝑜𝑡𝑒
 
Donde Ptotal es la carga axial transmitida por la columna, Ppilote es la capacidad de carga 
individual del pilote y el factor de 1.05 toma en cuenta el peso estimado del cabezal (Gutiérrez, 
2017). La forma geométrica y las dimensiones de los cabezales se toman con base en las tablas 
para cabezales del manual Mindur, se identifica en las tablas la cantidad de pilotes, la separación, 
el diámetro y la carga axial de la columna, con esta información se obtienen las dimensiones del 
cabezal, los resultados obtenidos se exponen en el Anexo 6. 
 
 
Dimensionamiento de las vigas de amarre. 
 
Para dimensionar las vigas de amarre se sigue el título C de la NSR-10 donde se establecen 
las dimensiones mínimas según la capacidad de disipación de energía, para el caso de estructuras 
con capacidad especial de disipación de energía la dimensión mínima es igual a la luz dividida 
entre 20 (C.15.13.3), es por esto que se selecciona una viga de amarre de 300mm x 300mm. Este 
dimensionamiento de las vigas de amarre asume que éstas trabajarán como puntales/tensores y no 
aportarán rigidez a flexión al sistema de cimentación. En el Anexo 7 se presenta la vista en planta 
de la ubicación y dimensión de los pilotes, cabezales y vigas de amarre. 
 
El acero de refuerzo longitudinal debe ser continuo, es decir, las varillas deben pasar de un 
cabezal a otro para lograr garantizar el trabajo a tensión, adicionalmente debe garantizarse que se 
desarrolle fz por medio de anclaje en la columna exterior del vano final. (Garza Vásquez, 2010) 
 
Para calcular la cantidad de acero de refuerzo longitudinal se siguen los capítulos C.10.9.1 
y C.10.9.2 del título C de la NSR-10 donde el área de refuerzo longitudinal no debe ser menor que 
0.01Ag ni mayor que 0.04Ag donde Ag es el área bruta de la sección, de esto se obtiene que el área 
 28 
 
 
de refuerzo longitudinal mínima es 400mm2 es por esto que se seleccionan 4 barras de acero con 
un diámetro de ½ pulgada. 
 
Para el acero de refuerzo transversal deben colocarse estribos cerrados en toda su longitud 
y para su separación se siguen los capítulos C.15.13.4 del título C de la NSR-10. 
 
 
Análisis de precios unitarios para pilotes de concreto y pilotes metálicos. 
 
Con el objetivo de comparar en términos de costos la viabilidad de ambos pilotes, se 
obtienen los precios unitarios para un metro lineal de pilote de concreto y pilote metálico. Los 
precios son tomados como referencia de cotizaciones realizadas por empresas de Medellín y 
Bogotá, por lo cual es necesario tener en cuenta que los precios presentados son solo de referencia 
dado que estos varían con la ubicación del proyecto. Los análisis de precios unitarios indicados y 
el estudio de suelos se presentan en el Anexo 8. 
 
En la Tabla6 se presenta la comparación de los costos de la ejecución de la cimentación 
con ambos tipos de pilotes. 
 
Tabla 6. 
Cantidad y precio total para pilotes de concreto y pilotes metálicos. 
 
 Diámetro (cm) $/m L (m) $ total Cantidad Total 
Pilotes de 
concreto 
70 $ 837,400 9 $ 7,536,596 18 
 $ 268,379,639 
90 $ 1,340,615 9 $ 12,065,537 11 
 
 
 
 
 
 
 29 
 
 
 
Perfil 
(Pulgadas x 
Lbs/Pie) 
$/m L (m) $ total Cantidad Total 
Pilotes 
metálicos 
WF 8x24 $ 341,778 9 $ 3,075,999 22 
 $ 124,347,778 
HP 10x42 $ 484,409 9 $ 4,359,677 13 
 
 
 
 30 
 
 
Conclusiones 
 
 El software Cype presenta una alta eficiencia para realizar pre-diseños de estructuras 
metálicas ya que puede verificar los perfiles metálicos necesarios para el buen 
funcionamiento estructural. Gracias a esto es posible elegir de forma rápida y confiable los 
elementos como perfiles metálicos, que presenten un buen desempeño en aspectos como 
calidad, seguridad y economía. 
 
 Los pilotes metálicos tienen una alta capacidad a las cargas laterales y axiales, es por esto 
que se pueden utilizar pilotes metálicos con un área de sección transversal más pequeña en 
comparación con pilotes de concreto, para los cuales el área requerida de la sección 
transversal tiende a ser mayor para las mismas solicitaciones de carga. 
 
 Se calculó que para un metro lineal de pilote de concreto de 70 cm de diámetro y uno de 90 
cm de diámetro, se requieren 0,39 m3 y 0,64 m3 de concreto de 28MPa, respectivamente, 
además de 115 Kg de acero para el pilote de concreto de 70 cm y 191 Kg de acero para el 
pilote de concreto de 90 cm, mientras que, en el caso de pilotes metálicos, el mismo metro 
lineal para un perfil metálico WF 8x24 solo requiere 35,9 Kg de acero y para un perfil HP 
10x42 requiere 62 Kg de acero. En términos de volúmenes y logística en el acopio de 
materiales se les otorga ventaja a los pilotes metálicos ya que no requieren tanto espacio y 
logística de almacenamiento. 
 
 En términos económicos, un sistema de cimentación con pilotes de concreto representa 
costos directos de construcción más elevados ya que para el pilote de 70 cm de diámetro en 
concreto el valor unitario por metro lineal es de $837.400 mientras que el valor unitario por 
metro lineal del pilote de acero WF 8x24 corresponde solo al 40% de este costo. En el caso 
del pilote de concreto de 90 cm de diámetro, el valor unitario por metro lineal es $1’340.615 
y el valor unitario del pilote metálico HP 10x42 equivale al 36% de este último. Esto se 
debe a que, para pilotes de concreto, se incrementa la cantidad de materiales, la maquinaria 
y la mano de obra requerida, mientras que los pilotes metálicos permiten disminuir estos 
costos para el sistema de cimentación. 
 31 
 
 
Referencias 
 
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (2010). Reglamento colombiano de la construcción 
sismo resistente. Bogotá. 
 
Das, Braja M. (1999). Principios de ingeniería de cimentaciones. International Thomson Editores. 
Canadá. 
 
Tamez Gonzáles, E. (2001). Ingeniería de cimentaciones: conceptos básicos de la práctica. TGC 
Geotecnia. México. 
 
Alva Hurtado, Jorge E. (2007). Cimentaciones profundas. Bogotá. 
 
Fernández, L., Perea, T. & Francisco J. (2015). Estudio de factibilidad de pilotes de acero de 
sección IR en México. México. 
 
Garza Vásquez, Luis. (2010). Diseño de estructuras de cimentación de acuerdo a la NSR-10. 
Medellín 
 
Gutiérrez, Arnaldo. (2017). N°36: Fundaciones II, consideraciones estructurales. Parte 4: 
Cabezales para pilotes. Obtenido de: https://www.construccionenacero.com/blog/ndeg-36-
fundaciones-ii-consideraciones-estructurales-parte-4-cabezales-para-pilotes 
 
Arnal, Henrique. & Epelboim, Salomón. (1984). Manual para el proyecto de estructuras de 
concreto armado para edificaciones. Caracas. 
 
Caribic Ingeniería S.A.S. (2018). Estudio de suelos - Elaboración y ajuste de los diseños detallados 
del corredor ambiental del humedal córdoba. Bogotá. 
 
Software para Arquitectura, Ingeniería y Construcción. (2020). Manuales y documentación de los 
programas. Obtenido de: https://www.cype.pe/manuales-documentacion-los-programas/ 
 32 
 
 
 
IngeCivil. (2018). Manual de ETABS Cálculo de Edificios de Hormigón Armado. Obtenido de: 
https://www.ingecivil.net/2018/02/02/manual-de-etabs-calculo-edificios/ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 33 
 
 
Anexos 
 
Anexo 1. Cartilla de acero figurado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: Fuente Software Lista de Hierros. 
 
 
Tabla 7. 
Listado de verificación de cartilla de acero figurado. 
 34 
 
 
Anexo 2. Capacidad de carga de pilotes de concreto de D:70cm y D:90cm. 
Tabla 8. 
Cálculo de la capacidad de carga de un pilote de concreto D: 70cm y L: 9m. 
INFORMACIÓN DEL PILOTE DE CONCRETO F.S. fuste 1.5 Valores de referencia 
Tipo de fundación - 
Método constructivo 
Pilote-pre excavado 
 F.S. punta 3 cu [kPa] Suelo 
 L/D 10 25 Arcilla rígida 
Material del pilote Hormigón rugoso (vaciado en sitio) 
 CASO 2 10 Arcilla semirígida 
 Área [m²] 0.38 1 Arcilla blanda 
Diámetro [m] 0.70 W [kN] 56.70 5 Arcilla arenosa 
Longitud [m] 9 Perímetro [m] 2.199 2 Limo rígido o duro 
γc [kN/m³] 24 Lb 10B 
γw [kN/m³] 9.81 Φ [°] Suelo 
Nivel freático [m] 2 0 a 15 Arcilla suave 
Lb [m] *Sólo si el suelo 
es cohesivo* 
6.8 
 15 a 30 Arcilla media 
 27 a 30 Limo seco y suelto 
 30 a 35 Limo denso 
INFORMACIÓN DEL SUELO 30 a 40 Arena suelta y grava 
Composición del suelo (Estrato superior 
/ Estrato inferior) *Sólo si el suelo es 
cohesivo* 
Arcilla blanda / Arcilla rígida 
 25 a 35 Arena densa y grava 
 33 a 35 Arena suelta, seca y bien gradada 
 42 a 46 Arena densa, seca y bien gradada 
 
Capa Material Espesor [m] 
Cohesión no 
drenada 
cu [kPa] 
Ángulo de 
fricción 
interna Φ 
[°] 
Peso 
específico 
del suelo γ 
[kN/m³] 
 
 
 
1 1.5 25 15 20 
2 0.5 25 20 20 
3 15 25 20 20 
 
ACERO DE REFUERZO 
Instalación del pilote Vaciado en sitio 
Capacidad de disipación 
de energía 
Moderada (DMO) 
 
 
 
SUELOS COHESIVOS: Las particulas tienden a juntarse (Interacción agua/partícula) [Limos - Arcillas] 
Qp (Suelos cohesivos) / Qf - Método α (Análisis a corto plazo). 
H [m] Prof [m] cu redond Código α fs [kPa] Af [m²] ΔQfy [kN] Qfu [kN] Qfa [kN] Qpu [kN] Qpa [kN] 
Q adm [kN] P [kN] 
 
1.50 0.75 25 210B25 0.5 12.50 3.30 41.23 41.23 27.49 - - 
0.50 1.75 25 210B25 0.5 12.50 1.10 13.74 54.98 36.65 - - 
15.00 9.50 25 210B25 1 12.50 32.99 412.33 467.31 311.54 - - 
- 17.00 - - - - - - - - 86.59 28.86 340.40 283.71 
 
 35 
 
 
Tabla 9. 
Cálculo de la capacidad de carga de un pilote de concreto D: 90cm y L: 9m. 
 
INFORMACIÓN DEL PILOTE DE CONCRETO F.S. fuste 1.5 Valores de referencia 
Tipo de fundación - 
Método constructivo 
Pilote-pre excavado 
 F.S. punta 3 cu [kPa] Suelo 
 L/D 10 25 Arcilla rígida 
Material del pilote Hormigón rugoso (vaciado en sitio) 
 CASO 2 10 Arcilla semirígida 
 Área [m²] 0.64 1 Arcilla blanda 
Diámetro [m] 0.90 W [kN] 93.73 5 Arcilla arenosa 
Longitud [m] 9 Perímetro [m] 2.827 2 Limo rígido o duro 
γc [kN/m³] 24 Lb 10B 
γw [kN/m³] 9.81 Φ [°] Suelo 
Nivel freático [m] 2 0 a 15 Arcilla suave 
Lb [m] *Sólo si el suelo 
es cohesivo* 
6.8 
 15 a 30 Arcilla media 
 27 a 30 Limo seco y suelto 
 30 a 35 Limo denso 
INFORMACIÓN DEL SUELO 30 a 40 Arena suelta y grava 
Composición del suelo (Estrato superior 
/ Estrato inferior) *Sólo si el suelo es 
cohesivo* 
Arcilla blanda / Arcilla rígida 
 25 a 35 Arenadensa y grava 
 33 a 35 Arena suelta, seca y bien gradada 
 42 a 46 Arena densa, seca y bien gradada 
 
Capa Material Espesor [m] 
Cohesión no 
drenada 
cu [kPa] 
Ángulo 
de 
fricción 
interna Φ 
[°] 
Peso 
específico 
del suelo γ 
[kN/m³] 
 
 
 
1 1.5 25 15 20 
2 0.5 25 20 20 
3 15 25 20 20 
 
ACERO DE REFUERZO 
Instalación del pilote Vaciado en sitio 
Capacidad de disipación 
de energía 
Moderada (DMO) 
 
 
 
SUELOS COHESIVOS: Las particulas tienden a juntarse (Interacción agua/partícula) [Limos - Arcillas] 
Qp (Suelos cohesivos) / Qf - Método α (Análisis a corto plazo). 
H [m] Prof [m] cu redond Código α fs [kPa] Af [m²] ΔQfy [kN] Qfu [kN] Qfa [kN] Qpu [kN] Qpa [kN] 
Q adm [kN] P [kN] 
 
1.50 0.75 25 210B25 0.5 12.50 4.24 53.01 53.01 35.34 - - 
0.50 1.75 25 210B25 0.5 12.50 1.41 17.67 70.69 47.12 - - 
15.00 9.50 25 210B25 1 12.50 42.41 530.14 600.83 400.55 - - 
- 17.00 - - - - - - - - 143.14 47.71 448.27 354.54 
 36 
 
 
Anexo 3. Capacidad de carga de pilotes metálicos WF 8x24 y HP 10x42. 
 
Tabla 10. 
Calculo de la capacidad de carga de un pilote metálico WF 8x24 y L: 9m. 
PERFIL 
METÁLICO 
 
 
WF 8x24 
 
INFORMACIÓN DEL PILOTE METÁLICO F.S. fuste 1.5 
Longitud [m] 9 F.S. punta 3 
γw [kN/m³] 9.81 h [m] 0.201 
Nivel freático 
[m] 2 
L/D 40 
 
Lb [m] *Sólo 
si el suelo es 
cohesivo* 
6.8 
 CASO 2 
 Área [m²] 0.005 
 W [kN] 3.17 
INFORMACIÓN DEL SUELO Perímetro [m] 1.050 
Composición del suelo 
(Estrato superior / 
Estrato inferior) *Sólo si 
el suelo es cohesivo* 
Arcilla blanda / Arcilla 
rígida 
 Lb > 40B 
 
 
 
Cap
a 
Materi
al 
Espesor 
[m] 
Cohesi
ón no 
drena
da 
cu 
[kPa] 
Ángul
o de 
fricci
ón 
inter
na Φ 
[°] 
Peso 
específic
o del 
suelo γ 
(kN/m³) 
OCR 
 
 
 
1 1.5 25 15 20 
1 
 
2 0.5 25 20 20 
3 15 25 20 20 
 
SUELOS COHESIVOS: Las particulas tienden a juntarse (Interacción agua/partícula) [Limos - Arcillas] 
Qp (Suelos cohesivos) / Qf - Método α (Análisis a corto plazo). 
H 
[m] 
Prof 
[m] σ [kPa] 
u 
[kPa] 
σ' 
[kPa] 
σ0 pr 
[kPa] 
σ0 
prom 
cu 
prom 
Af 
[m²] λ 
fs λ 
[kPa] 
ΔQfy λ 
[kN] 
Qfu λ 
[kN] 
Qfa λ 
[kN] 
cu 
redond Código α 
fs α 
[kPa] 
ΔQfy α 
[kN] 
Qfu α 
[kN] 
Qfa α 
[kN] 
Qfa 
[kN] 
Qpu 
[kN] 
Qpa 
[kN] 
Q adm 
[kN] 
P [kN] 
1.50 1.50 30.00 0.00 30.00 15.00 
149.64 25.00 
1.57 
0.
3 59.89 94.29 94.29 31.43 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 33.46 33.46 22.30 
304.5 
- - 
0.50 2.00 40.00 0.00 70.00 50.00 0.52 
0.
3 59.89 31.43 125.73 41.91 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 11.15 44.61 29.74 - - 
15.0
0 17.00 340.00 147.15 
262.8
5 166.43 
15.7
4 
0.
3 59.89 942.94 
1068.6
6 356.22 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 334.56 379.17 252.78 - - 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.03 0.34 304.84 301.67 
 
 37 
 
 
 
Tabla 11. 
Cálculo de la capacidad de carga de un pilote metálico HP 10x42 y L: 9m. 
PERFIL 
METÁLICO 
 
 
HP 10x42 
 
INFORMACIÓN DEL PILOTE METÁLICO F.S. fuste 1.5 
Longitud [m] 9 F.S. punta 3 
γw [kN/m³] 9.81 h [m] 0.246 
Nivel freático 
[m] 2 
L/D 40 
 
Lb [m] *Sólo 
si el suelo es 
cohesivo* 
6.8 
 CASO 2 
 Área [m²] 0.008 
 W [kN] 5.47 
INFORMACIÓN DEL SUELO Perímetro [m] 1.495 
Composición del suelo 
(Estrato superior / 
Estrato inferior) *Sólo si 
el suelo es cohesivo* 
Arcilla blanda / Arcilla 
rígida 
 Lb > 40B 
 
 
 
Cap
a 
Materi
al 
Espesor 
[m] 
Cohesi
ón no 
drena
da 
cu 
[kPa] 
Ángul
o de 
fricci
ón 
inter
na Φ 
[°] 
Peso 
específic
o del 
suelo γ 
(kN/m³) 
OCR 
 
 
 
1 1.5 25 15 20 
1 
 
2 0.5 25 20 20 
3 15 25 20 20 
 
SUELOS COHESIVOS: Las particulas tienden a juntarse (Interacción agua/partícula) [Limos - Arcillas] 
Qp (Suelos cohesivos) / Qf - Método α (Análisis a corto plazo). 
H 
[m] 
Prof 
[m] σ [kPa] 
u 
[kPa] 
σ' 
[kPa] 
σ0 pr 
[kPa] 
σ0 
prom 
cu 
prom 
Af 
[m²] λ 
fs λ 
[kPa] 
ΔQfy λ 
[kN] 
Qfu λ 
[kN] 
Qfa λ 
[kN] 
cu 
redond Código α 
fs α 
[kPa] 
ΔQfy α 
[kN] 
Qfu α 
[kN] 
Qfa α 
[kN] 
Qfa 
[kN] 
Qpu 
[kN] 
Qpa 
[kN] 
Q adm 
[kN] 
P 
[kN] 
1.50 1.50 30.00 0.00 30.00 15.00 
149.64 25.00 
2.24 
0.
3 59.89 134.31 134.31 44.77 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 47.65 47.65 31.77 
433.7 
- - 
0.50 2.00 40.00 0.00 70.00 50.00 0.75 
0.
3 59.89 44.77 179.08 59.69 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 15.88 63.54 42.36 - - 
15.0
0 17.00 340.00 147.15 
262.8
5 166.43 
22.4
3 
0.
3 59.89 1343.08 
1522.1
5 507.38 25 
2> 
40B25 
0.8
5 21.25 476.53 540.07 360.05 - - 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.79 0.60 434.31 
428.
84 
 
 38 
 
 
Anexo 4. Vista en planta de la estructura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. 
Vista en planta de la edificación. Fuente: Software ETABS. 
 
 39 
 
 
Anexo 5. Dimensión y cantidad de pilotes de concreto y pilotes metálicos. 
 
Tabla 12. 
Dimensión y cantidad de pilotes de concreto. 
 
 Pilotes de concreto 
Nodo Fz (kN) Cantidad Diámetro (m) Longitud (m) Capacidad total (kN) 
C1 514.93 2 0.7 15 750.68 
C2 939.13 2 0.9 15 944.70 
C3 807.4 2 0.9 15 944.70 
C4 555.37 2 0.7 15 750.68 
B1 766.15 2 0.9 15 944.70 
B2 1404.44 4 0.7 15 1501.36 
B3 1373.49 4 0.7 15 1501.36 
B4 1027.62 4 0.7 15 1501.36 
A1 413.41 1 0.9 15 472.35 
A2 904.82 2 0.9 15 944.70 
A3 841.25 2 0.9 15 944.70 
A4 582.36 2 0.7 15 650.24 
 
Tabla 13. 
Dimensión y cantidad de pilotes metálicos. 
 
 Pilotes metálicos 
Nodo Fz (kN) Cantidad Perfil Diámetro (m) Longitud (m) Capacidad (kN) 
C1 514.93 2 WF 8x24 0.152 9 603.34 
C2 939.13 4 WF 8x24 0.152 9 1206.68 
C3 807.4 4 WF 8x24 0.152 9 1206.68 
C4 555.37 2 WF 8x24 0.152 9 603.34 
B1 766.15 2 WF 10x42 0.205 9 857.68 
B2 1404.44 4 WF 10x42 0.205 9 1715.36 
B3 1373.49 4 WF 10x42 0.205 9 1715.36 
B4 1027.62 4 WF 8x24 0.152 9 1715.36 
A1 413.41 1 WF 10x42 0.205 9 428.84 
A2 904.82 4 WF 8x24 0.152 9 1206.68 
A3 841.25 2 WF 10x42 0.205 9 857.68 
A4 582.36 2 WF 8x24 0.152 9 603.34 
 
 40 
 
 
Anexo 6. Dimensión de los cabezales para pilotes de concreto y pilotes metálicos. 
 
Tabla 14. 
Dimensión de los cabezales para pilotes de concreto. 
 Cabezal para pilotes de concreto 
Nodo e (m) a (m) d (m) b (m) L1 (m) L2 (m) h (m) 
C1 1.75 0.50 1.05 0.50 2.75 1.0 1.2 
C2 2.25 0.70 1.35 0.60 3.45 1.2 1.5 
C3 2.25 0.70 1.35 0.60 3.45 1.2 1.5 
C4 1.75 0.50 1.05 0.50 2.75 1.0 1.2 
B1 2.25 0.50 1.35 0.60 3.45 1.2 1.5 
B2 1.75 0.70 1.50 0.50 2.75 2.75 1.65 
B3 1.75 0.70 1.50 0.50 2.75 2.75 1.65 
B4 1.75 0.50 1.50 0.50 2.75 2.75 1.65 
A1 - 0.50 - - - - - 
A2 2.25 0.70 1.35 0.60 3.45 1.2 1.5 
A3 2.25 0.70 1.35 0.60 3.45 1.2 1.5 
A4 1.75 0.90 1.05 0.50 2.75 1.0 1.2 
 
Tabla 15. 
Dimensión de los cabezales para pilotes metálicos. 
 Cabezal para pilotes metálicos 
Nodo e (m) a (m) d (m) b (m) L1 (m) L2 (m) h (m) 
C1 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 0.70 0.75 
C2 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 1.80 0.75 
C3 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 1.80 0.75 
C4 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 0.70 0.75 
B1 1.2 0.70 0.720.40 2.00 0.90 0.87 
B2 1.2 0.70 0.72 0.40 2.00 2.00 0.87 
B3 1.2 0.70 0.72 0.40 2.00 2.00 0.87 
B4 1.2 0.70 0.72 0.40 2.00 2.00 0.87 
A1 - 0.70 - - - - - 
A2 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 1.80 0.75 
A3 1.2 0.70 0.72 0.40 2.00 2.00 0.87 
A4 1.0 0.50 0.60 0.35 1.80 1.80 0.75 
 
 
 
 41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. 
Vista en planta de cabezal para 4 pilotes. 
 
Figura 11. 
Vista en planta de cabezal para 2 pilotes. 
 
 42 
 
 
Anexo 7. Vista en planta ubicación de pilotes de concreto y pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. 
Figura 12. 
Ubicación de pilotes de concreto, cabezales y vigas de amarre. 
 
 
 
 43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13. 
Ubicación de pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. 
 
 
Figura 14 
Ubicación de pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. 
 
 
Figura 15. 
Ubicación de pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. 
 
 
Figura 16 
Ubicación de pilotes metálicos, cabezales y vigas de amarre. 
 
 44 
 
 
Anexo 8. Análisis de precios unitarios para vigas de concreto y vigas metálicas. 
Tabla 16. 
Análisis de precios unitarios para un pilote de concreto D: 70cm. 
Pilote de cimentación de concreto armado. 
Unidad ml 
 
Diámetro del pilote [m] 0.70 
Longitud del pilote [m] 1 
Resistencia del concreto f'c [MPa] 28 
Resistencia del acero fy [MPa] 420 
Cuantía de acero [Kg/m] 115.454 
Cuantía de concreto [m3] 0.385 
 
Materiales 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Separador homologado para pilotes un 3 $ 194 $ 583 
Acero en barras corrugadas, grado 60 kg 115.454 $ 4,300 $ 496,452 
Alambre galvanizado para atar, de 1,30mm de diámetro kg 0.202 $ 3,942 $ 796 
Concreto f'c = 28MPa m3 0.385 $ 447,793 $ 172,400 
 Subtotal $ 670,231 
Equipos 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Equipo completo para perforación de pilote barrenado y 
fundido por tubo central de barrena 
ml 1 $ 65,000 $ 65,000 
Bomba estacionaria, para bombeo de concreto m3 0.385 $ 49,100 $ 18,904 
 Subtotal $ 83,904 
Herramientas y/o Equipo 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Herramienta menor %MdeO 0.05 $ 79,300 $ 3,965 
 Subtotal $ 3,965 
Mano de obra 
Cuadrillas Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Oficial 1a armador de concreto hr 0.914 $ 12,023 $ 10,994 
Ayudante armador de concreto hr 1.307 $ 8,538 $ 11,163 
Oficial 1a cementador de concreto armado hr 2.779 $ 12,023 $ 33,415 
Ayudante cementador de concreto armado hr 2.779 $ 8,538 $ 23,729 
 Subtotal $ 79,300 
 
 xTotal $ 837,400 
 
 45 
 
 
Tabla 17. 
Análisis de precios unitarios para un pilote de concreto D:90m. 
 
Pilote de cimentación de concreto armado. 
Unidad ml 
 
Diámetro del pilote [m] 0.90 
Longitud del pilote [m] 1 
Resistencia del concreto f'c [MPa] 28 
Resistencia del acero fy [MPa] 420 
Cuantía de acero [Kg/m] 190.852 
Cuantía de concreto [m3] 0.636 
 
Materiales 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Separador homologado para pilotes un 3 $ 194 $ 583 
Acero en barras corrugadas, grado 60 kg 190.9 $ 4,300 $ 820,664 
Alambre galvanizado para atar, de 1,30mm de diámetro kg 0.202 $ 3,942 $ 796 
Concreto f'c = 28MPa m3 0.636 $ 447,793 $ 284,796 
 Subtotal $ 1,106,839 
Equipos 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Equipo completo para perforación de pilote barrenado y 
fundido por tubo central de barrena 
ml 1 $ 65,000 $ 65,000 
Bomba estacionaria, para bombeo de concreto m3 0.636 $ 49,100 $ 31,228 
 Subtotal $ 96,228 
Herramientas y/o Equipo 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Herramienta menor %MdeO 0.05 $ 130,999 $ 6,550 
 Subtotal $ 6,550 
Mano de obra 
Cuadrillas Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Oficial 1a armador de concreto hr 1.511 $ 12,023 $ 18,161 
Ayudante armador de concreto hr 2.160 $ 8,538 $ 18,440 
Oficial 1a cementador de concreto armado hr 4.591 $ 12,023 $ 55,199 
Ayudante cementador de concreto armado hr 4.591 $ 8,538 $ 39,199 
 Subtotal $ 130,999 
 
 
 
 Total $ 1,340,615 
 46 
 
 
Tabla 18. 
Análisis de precios unitarios para un pilote metálico WF 8x24. 
 
Pilote prefabricado de acero. 
Unidad ml 
 
Perfil metálico WF 8x24 
Longitud del pilote [m] 1 
Peso del pilote [Kg/m] 35.9 
Precio del acero [$/kg] $ 5,117 
Precio del pilote [$/m] $ 183,700 
 
Materiales 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Pilote prefabricado de acero ml 1 $ 183,700 $ 183,700 
 Subtotal $ 183,700 
Equipos 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Martinete hidráulico, de 9 t, para la hinca 
de pilotes prefabricados 
ml 1 $ 145,592 $ 145,592 
 Subtotal $ 145,592 
Herramientas y/o Equipo 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Herramienta menor %MdeO 0.05 $ 11,891 $ 595 
 Subtotal $ 595 
Mano de obra 
Cuadrillas Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Oficial hr 0.306 $ 12,023 $ 3,683 
Ayudante hr 0.306 $ 8,538 $ 2,616 
Soldador hr 0.306 $ 18,254 $ 5,592 
 Subtotal $ 11,891 
 
 Total $ 341,778 
 
 
 
 
 
 47 
 
 
Tabla 19. 
Análisis de precios unitarios para un pilote metálico WF 8x24. 
 
Pilote prefabricado de acero. 
Unidad ml 
 
Perfil metálico HP 10x42 
Longitud del pilote [m] 1 
Peso del pilote [Kg/m] 62 
Precio del acero [$/kg] $ 5,117 
Precio del pilote [$/m] $ 317,254 
 
Materiales 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Pilote prefabricado de acero ml 1 $ 317,254 $ 317,254 
 Subtotal $ 317,254 
Equipos 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Martinete hidráulico, de 9 t, para la hinca 
de pilotes prefabricados 
ml 1 $ 145,592 $ 145,592 
 Subtotal $ 145,592 
Herramientas y/o Equipo 
Descripción Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Herramienta menor %MdeO 0.05 $ 20,536 $ 1,027 
 Subtotal $ 1,027 
Mano de obra 
Cuadrillas Unidad Cantidad Vlr. Unitario Vlr. Parcial 
Oficial hr 0.529 $ 12,023 $ 6,361 
Ayudante hr 0.529 $ 8,538 $ 4,517 
Soldador hr 0.529 $ 18,254 $ 9,658 
 Subtotal $ 20,536 
 
 Total $ 484,409