• Author / Uploaded
• Fredy Mamani

• Categories
• Fundación (Ingeniería)
• Tubería (Transporte fluido)
• Fricción
• Excavación (Arqueología)
• Hormigón

Citation preview

INTRODUCCIÓN Los pilotes trabajan por resistencia por fuste y por resistencia por punta, para ello, necesitan estar cimentados en un terreno resistente. Un método clásico y sencillo para estimar las propiedades resistentes del terreno es el Standard Penetration Test. Por tanto, para proyectar una estructura cimentada en pilotes, previamente se realizan una serie de Standard Penetration Test para saber la profundidad del terreno resistente y poderla estimar en toda la zona de interés. Una vez realizado el proyecto se ejecuta la obra y, en la práctica, no se hace ninguna comprobación de que realmente los pilotes estén cimentados lo suficiente en terreno resistente. Se podría realizar un ensayo de resistencia del pilote, pero presenta dos desventajas importantes: es un ensayo destructivo, por lo que habría que ejecutar el pilote en un lugar que no interfiriese en la estructura; y es un ensayo caro. Por tanto, actualmente, se dispone de la tecnología suficiente para comprobar la resistencia de los pilotes pero por motivos económicos y de tiempo no se realiza. Sin embargo, el Control de Parámetros equipado en la pilotadoras modernas puede abrir una nueva forma de comprobación. El Control de Parámetros permite registrar en tiempo real y de forma continua, el valor de los parámetros requeridos para la perforación. Hasta la fecha, no se realiza ningún tratamiento de los datos obtenidos durante la perforación. Simplemente se utiliza la ficha de registro de cada pilote para realizar el parte de trabajo en el que se indican los pilotes realizados cada día. Es decir, se está renunciando a esta información adicional. Por tanto, si se pudiera establecer una relación entre los parámetros medidos durante la perforación por este nuevo sistema con el valor del Standard Penetrarion Test, que es el sistema utilizado para proyectar, se podría llegar a disponer de una información en tiempo real de cada pilote ejecutado en la obra, equivalente a haber realizado un Standard Penetration Test en cada pilote, con un costo adicional muy bajo. Con lo cual, se podría llegar a saber si cada pilote tiene la capacidad portante adecuada. En cimentaciones profundas se emplean cuando los estratos de suelo o de roca situados inmediatamente debajo de la estructura no son capaces de soportar la carga, con la adecuada seguridad o con un asentamiento tolerable. El hecho de llevar la cimentación hasta el primer estrato resistente que se encuentre no es suficiente, aunque esta sea la decisión que a menudo se

toma, pues la cimentación profunda debe analizarse de la misma manera que la que es poco profunda. Como la cimentación superficial, también la cimentación profunda, incluyendo los estratos de suelo o roca situados debajo, deben ofrecer seguridad y no asentarse excesivamente por efecto de las cargas de la estructura que soportan. Los pilotes son fustes relativamente largos y esbeltos que se introducen en el terreno. Aunque algunas veces se hinca en el terreno pilotes hasta de 1.50 m. de diámetro, por lo general sus diámetros son inferiores a 60 cm.

PILOTES: DEFINICIÓN: Se denomina pilote a un elemento de cimentación profunda que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando éste se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas. Éste puede ser de naturaleza y formas muy variadas. En general siempre será un elemento aproximadamente cilíndrico o prismático, cuya longitud es mucho mayor (al menos cinco veces) que la dimensión transversal media. Tiene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la que se apoya el elemento que le trasmite las cargas (pilar, encepado, losa, entre otros). Y que trasmite la carga al terreno por rozamiento del fuste con el terreno, apoyando la punta en capas más resistentes o por ambos métodos a la vez. Cuando comenzamos a realizar las excavaciones para la ejecución de una obra, podemos topar con diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar. En este proceso se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno no firme, o difícilmente accesible por métodos habituales. Para solucionar estos tipos de dificultades usamos los pilotes. Se denomina pilote al elemento constructivo de cimentación profunda de tipo puntual utilizado en obras, que permite transmitir las cargas de la superestructura e infraestructura a través de estratos flojos e inconsistentes, hasta estratos más profundos con la capacidad de carga suficiente para soportarlas; o bien, para repartir estas en un suelo relativamente blando de tal manera que atraviesen lo suficiente para que permita soportar la estructura con seguridad. En cuanto a su forma de trabajo, los pilotes o los pilotajes pueden clasificarse en (Véase Figura 1): a)

Pilotes por fuste: En aquellos terrenos en los que la capacidad portante crece de una manera paulatina con la profundidad, sin existir un nivel claramente más resistente, el

pilotaje transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. Se suelen denominar pilotes «flotantes». b) Pilotes por punta: En aquellos terrenos en los que aparezca, a cierta profundidad, un estrato

claramente

más

resistente,

las

cargas

del

pilotaje

se

transmitirán

fundamentalmente por punta. Se suelen denominar pilotes «columna».

Figura 1: Esquema de cimentaciones profundad (pilotajes)

Los tipos de cimentación profunda que pueden resultar en un determinado proyecto son muy variados, si bien, a efectos de ordenar las recomendaciones que siguen, pueden agruparse de la manera siguiente: a)

Pilotes aislados: También denominados pila-pilote. Suelen ser elementos de gran capacidad portante que prolongan la estructura de la pila de apoyo dentro del terreno, hasta la profundidad requerida. Es una solución bastante extendida para puentes de luces

b)

moderadas. Se ha aplicado en muchas ocasiones con pilotes hincados. Grupos de pilotes: Es la solución más usual. La carga de la pila se transmite a varios

c)

pilotes a través de un encepado relativamente rígido, que enlaza sus cabezas. Zonas pilotadas: Pilotes regularmente espaciados que en ocasiones se usan para reducir asientos o mejorar la seguridad frente al hundimiento de losas, terraplenes etc. Suelen ser pilotes de escasa capacidad de soporte individual.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Ambas dependen de las características del pilote y del terreno, y la combinación idónea es el objeto del proyecto. Cabe señalar que, como en todo trabajo relacionado con la ingeniería geotécnica, existe cierto grado de incertidumbre en la capacidad final de un pilote. Es por esto que buena parte de la investigación que se viene desarrollando en este campo tiene que ver con métodos que permitan hacer un control de calidad a bajo costo del pilotaje antes de aplicar las cargas. El método más obvio aunque el más costoso es hacer una prueba de carga. Como métodos alternativos podemos mencionar: pruebas de resonancia, prensa hidráulica de Osterberg, pruebas de análisis de ondas, pruebas sísmicas. En muchos casos las teorías que permiten estimar la resistencia de fuste y la resistencia de punta son de tipo empírico. Es decir, son el resultado de un análisis estadístico del comportamiento de ciertos pilotes en determinadas condiciones de terreno. Por lo tanto, es sumamente importante conocer el origen y las condiciones bajo las cuales determinadas fórmulas de cálculo son válidas.

TIPOS DE PILOTES:

1. Pilotes de Madera. Probablemente los pilotes de madera son los más utilizados en todo el mundo. Bajo muchas circunstancias proporcionan cimentaciones seguras y económicas. Los pilotes de madera no pueden soportar los esfuerzos debidos a un fuerte hincado, en ocasiones necesarios para penetrar mantos muy resistentes. Pueden reducirse los daños a las puntas usando regatones de acero, pero, para un tipo dado de martinete, el peligro de romper los pilotes puede reducirse mucho únicamente limitando el esfuerzo inducido en la cabeza del pilote y el número de golpes del martillo. Aunque los pilotes de madera pueden durar indefinidamente cuando están rodeados permanentemente por un suelo saturado, están sujetos a pudrirse por encima de la zona de saturación. En algunas localidades pueden destruirse por insectos como las termitas. La vida de los pilotes de madera, arriba del nivel del agua puede aumentarse mucho tratándolos a presión con creosota. La duración efectiva con este tratamiento todavía no se ha determinado bien, pero se sabe que excede a los 40 años. Los pilotes de madera en aguas estancadas o saladas también están sujetos al ataque por varios organismos marinos como el teredo y la limnoria. El deterioro puede ser completo en unos cuantos años o, en condiciones extremadamente desfavorables en unos cuantos meses.

2. Pilotes de Hormigón.

Poco después de 1900 se idearon varios tipos de pilotes de hormigón, desde entonces han aparecido numerosas variantes, y en la actualidad se dispone de una gran de pilotes entre los cuales, el ingeniero puede elegir el que mejor se adapte a una obra determinada. Los pilotes de hormigón pueden dividirse en dos categorías principales, coladas en el lugar y precolado. Los colados en el lugar pueden subdividirse en pilotes con y sin ademe. El hormigón de un pilote con ademe se cuela dentro de un molde, que usualmente consiste en un forro de metal o tubo delgado que se deja en el terreno. El forro puede ser tan delgado que su resistencia se desprecia al evaluar la capacidad estructural del pilote, pero, sin embargo, debe tener la resistencia suficiente para que no sufra colapso bajo la presión del terreno que lo rodea antes de que se llene con hormigón. Los forros muy delgados y los tubos no pueden hincarse sin estar soportados en el interior por un mandril, que en si es una fuente de gastos y, cuando menos a veces ocasiona dificultades de construcción. La supresión del ademe o forro reduce el costo de los materiales que se utilizan en el pilote; por lo tanto hay incentivos económicos en el desarrollo de pilotes sin ademe. Varios de los primeros tipos se formaron hincando un tubo abierto en el terreno, limpiándolo, y llenando la perforación de hormigón al ir sacando el tubo. Por ejemplo, al formar el pilote sin ademe tipo Franki, se deja caer directamente un martinete de gravedad en una masa de concreto en la parte inferior del tubo de hincado; el rozamiento entre el hormigón y el tubo, hinca el tubo en el terreno. Cuando se ha alcanzado la profundidad necesaria, se levanta ligeramente el tubo de hincado y se sostiene para que no penetre mas al seguir echando hormigón, en tanto que el martillo sigue golpeando para que el hormigón penetre en el suelo y forme un pedestal. Luego se retira el tubo progresivamente mientras se inyectan cantidades adicionales de hormigón, compactándolo para ir formando el fuste del pilote, que presenta una superficie exterior áspera donde queda en contacto con el suelo. La variante con ademe se forma de la misma manera hasta que se crea el pedestal, luego, se inserta un forro de acero corrugado en el tubo para hincar, se coloca un tapón de hormigón en el fondo del forro, sobre el pedestal, y se hinca para que arrastre al forro

dentro de la parte superior del pedestal aun sin fraguar. Se saca el tubo para hincar y el resto se llena de hormigón. Los pilotes precolados de hormigón se fabrican de muchas formas. Un tipo muy usado comúnmente para los caballetes de los puentes, y ocasionalmente en los edificios, es de sección cuadrada, armado en su interior y acabado en punta, para facilitar así su hincado. Estos pilotes deben reforzarse para soportar su manejo hasta que están listos para hincarse, y los esfuerzos de hincado. Si se ha subestimado la longitud necesaria, resulta muy difícil prolongarlos, cortarlos es caro por lo que los fabricantes los realizan de muchas medidas diferentes. Los pilotes precolados pueden ser también preesforzados. Con el preesforzado se trata de reducir las grietas por tensión durante su manejo e hincado y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexión. Como la mayor parte de los pilotes de hormigón pueden hincarse hasta alcanzar una alta resistencia sin daño, usualmente es posible asignarles mayores cargas admisible que a los pilotes de madera. Bajo condiciones ordinarias no están sujetos a deterioro y pueden usarse arriba del nivel del agua freática. Las sales del agua de mar y la humedad marina, atacan el refuerzo en los pilotes a través de las grietas en el hormigón; al formarse el óxido el hormigón se desconcha. La mejor protección es usar un hormigón denso y de alta calidad. El deterioro de los pilotes preesforzados no es tan rápido porque las grietas de tensión se reducen al mínimo.

3. Pilotes de acero. Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de hormigón después de hincados, y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes o elevadas cargas de trabajo por pilote. Los pilotes de perfiles de acero en H penetran en el terreno más fácilmente que otros tipos, en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia se usan frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil y especialmente si el material superior obstrucciones o gravas gruesas, es posible que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o se doblen. Pueden producirse pocos defectos serios y pueden notarse los síntomas durante el hincado. Cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos daños, las puntas de los pilotes deben reforzarse. Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. El deterioro es usualmente insignificante, si todo el pilote está enterrado en una formación natural, pero puede ser intenso en algunos rellenos debido al oxigeno atrapado. Si los pilotes se prolongan hasta el nivel del terreno, o más arriba del mismo, las zonas inmediatas arriba y abajo del nivel del suelo, son especialmente vulnerables. Una buena defensa para el acero es recubrir las zonas vulnerables con hormigón.

CLASIFICACIÓN: 1. Según su forma de trabajo: 1.1.

Pilotes rígidos de primer orden: Funcionan principalmente como una columna que al soportar una carga sobre su extremo superior, desarrollan su capacidad de carga con apoyo directo sobre un estrato resistente. El pilote trabaja por punta, clavado a gran profundidad. Las puntas de los pilotes se clavan en terreno firme; de manera que se confía en el apoyo en ese estrato, aún si hubiere una pequeña descarga por rozamiento del fuste al atravesar estratos menos resistentes. Lo cual denota que las fuerzas de sustentación actúan sobre la punta del pilote, y en menor medida mediante el rozamiento de la superficie lateral del pilote. Esta acción lateral del terreno elimina el riesgo de pandeo. Los pilotes rígidos de primer orden son el mejor apoyo y el más seguro, porque se apoya en un terreno de gran resistencia.

1.2.

Pilotes rígidos de Segundo Orden: Son aquellos que al estar soportando una carga sobre su cabeza dentro de un estrato profundo de suelos menos firmes como un estrato profundo de suelo granular o coherente. En este caso se debe utilizar un pilote rígido de segundo orden y éste se debe profundizar hasta que la punta llegue a encontrar terreno firme de mayor espesor. Este tipo de pilote transmite su carga al terreno por punta, pero también descarga gran parte de los esfuerzos de las capas de terreno que ha atravesado por rozamiento lateral. La punta al perforar la primera capa firme, puede sufrir asientos diferenciales considerables.

1.3.

Pilotes flotantes: Cuando el terreno donde se construye posee el estrato a gran profundidad; en este caso los pilotes están sumergidos en una capa blanda y no apoyan en ningún estrato de terreno firme, por lo que la carga que transmite al terreno lo hace únicamente por efecto de rozamiento del fuste del pilote, su valor resistente es en función de la profundidad, diámetro y naturaleza del terreno. Se calcula la longitud del pilote en función de su resistencia. En forma empírica sabemos que los pilotes cuya longitud es menor que la anchura de obra, no pueden soportar su carga.

2. Según el sistema constructivo: 2.1.

Pilotes prefabricados: Los pilotes prefabricados también se los conoce por el nombre de pilotes pre moldeados, estos pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas; pueden estar construidos con concreto armado ordinario o con concreto pretensados similares a postes de luz o secciones metálicas. Estos pilotes se hincan o clavan verticalmente sobre la superficie del terreno por medio de golpes, esto mediante un martinete, pala metálica equipada, maquinas a golpe de masas o con martillo neumático esto hace que el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hasta que se alcanza la profundidad del estrato resistente y se produzca el "rechazo" del suelo en caso de ser un pilote que trabaje por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabaje por "fricción". Una vez hincado o clavado en el terreno , este ejerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral, una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando mas pilotes en las proximidades, pudiendo conseguir mediante este procedimiento, una consolidación del terreno. Es importante indicar que la operación de hincado o clavado del pilote debe de realizarse siempre de dentro hacia fuera. Están constituidos en toda su longitud mediante tramos ensamblables. Son relativamente caros ya que están fuertemente armados para resistir los esfuerzos durante el transporte y el clavado en el terreno. La punta va reforzada con una pieza metálica especial para permitir la hinca o el clavado. La sección del pilote suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm. x 30 cm. ó 45 cm. x 45 cm. También se construyen con secciones hexagonales en casos especiales. Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal con 4 diámetros de 25 mm. y otra transversal compuesta por estribos de varilla de sección 8 mm. Como mínimo.

La cabeza del pilote se refuerza uniendo los cercos con una separación de 5 cm. en una longitud que oscila en 1 m.

2.2.

Pilotes de Desplazamiento: Los Pilotes de Desplazamiento son los Pilotes que se construyen sin extraer las tierras del terreno y tienen dos sistemas de ejecución diferentes.

2.2.1.

Pilotes de Desplazamiento con Azuche: Se utilizan cuando los pilotes poseen diámetros pequeños (se considera entre 30 y 65 cm. aproximados) y el terreno es resistente pero poco estable. Se ejecuta la hinca con una entubación que posee un azuche de punta cónica o plana en su extremo inferior, la entubación puede ser metálica o de concreto. El azuche posee un diámetro exterior mayor en aproximadamente 5 cm. que el pilote, con la parte superior cilíndrica ya preparada para introducir en el extremo inferior de la entubación. Con golpes de maza o martillo se hinca desde la parte superior de la entubación y se encaja hasta la profundidad que se requiere para el pilotaje. Luego se extrae la entubación con la precaución de que quede un mínimo de concreto igual a 2 veces el diámetro interior; de esta manera se impide la entrada de agua por la parte inferior. La forma de extraer la entubación es con un golpe en la cabeza, logrando el efecto de vibrado del concreto.

2.2.2.

Pilotes de Desplazamiento con Tapón de Gravas: Este sistema se realiza por una hinca y entubación por golpe sobre un tapón de gravas u concreto, introducido antes en la entubación. El concreto se coloca en pequeñas tongadas y se va compactando hasta obtener un tapón que debe tener como mínimo tres veces el diámetro del pilote. Con la presión ejercida por las paredes del tubo se va progresivamente efectuando un desplazamiento lateral del terreno, llegando con el tubo hasta la profundidad calculada para el pilotaje. El golpe de maza desaloja el tapón del tubo y queda ensanchada la punta de los pilotes. Luego se coloca la armadura, se quita la camisa y se realiza la hormigonada por tongadas. Finalmente se apisona o se vibra para garantizar la continuidad del cuerpo del pilote. Se procede a extraer el tubo cuidando que quede un mínimo de concreto que deberá ser el doble de su diámetro interno, para impedir el ingreso de agua por la parte inferior dela entubación.

2.3.

Pilotes con Extracción de Tierra: Este sistema de Pilotaje por Extracción de Tierras requiere que las tierras de la excavación sean extraídas antes de la ejecución del hormigonado de pilotes. La excavación se puede realizar de diferentes modos, de acuerdo a las características del terreno. Para lo cual se utilizan maquinarias diferentes como cucharas, trépanos, barrenas y otros. En terrenos poco cohesivos o cuando el terreno resistente queda debajo del nivel freático, se pueden producir desmoronamientos o filtraciones de la napa. Para evitar estos problemas se recurre a una camisa metálica, es un tubo que tiene la misma función de un encofrado; esta camisa se va clavando al tiempo que se efectúa la excavación. Estas camisas pueden ser recuperables o perdidas si se dejan en el terreno; en este caso, el tubo metálico ha sido tratado en su cara externa con pinturas adecuadas para evitar la corrosión. Existen otras soluciones que utilizan lodos tixotrópicos para garantizar la estabilidad de las paredes de la excavación; o por extracción de tierras con barrena helicoidal, en terrenos coherentes donde no ocurran desmoronamientos. Dentro de la clasificación de pilotes con extracción de tierras, podemos mencionar: Pilotes de Extracción con Entubación Recuperable: por lo general son pilotes de grandes dimensiones, con diámetros entre 45 y 125 cm.

2.4.

Pilotes vaciados in situ: Los Pilotes vaciados in situ son un tipo de pilotes ejecutados en obra, tal como su nombre lo indica, en el sitio, en el lugar. La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con concreto. En ocasiones, el material en el que se está cimentando, es un suelo friccionante (como son arenas, materiales gruesos y limos, los cuales pueden ser considerados como materiales friccionantes ya que al poseer una estructura cohesiva tan frágil, cualquier movimiento como el que produce la broca al perforar, hace que se rompa dicha cohesión y el material trabaje como un suelo friccionantes), es por ello que se presentan desmoronamientos en el interior de las paredes de la perforación; a este fenómeno se le denomina "caídos", es por ello que se recurre a diversos métodos para evitar que se presente. Uno de los principales métodos de evitar "caídos", consiste en vaciar "lodo bentonítico" en el interior de la perforación, y al vaciar posteriormente el concreto dentro, el lodo saldrá por diferencia de densidades. Otro método menos empleado, es el uso de "camisas" o "ademes" de acero recuperables, los cuales no son más que secciones metálicas que se introducen en la excavación y evitan que el material de las paredes caiga.

2.4.1.

Pilotaje "in situ" en Seco: Este tipo de pilotaje comprende diferentes fases como son la perforación del subsuelo con hélice o cazo, colocación de armadura de acero y vertido de concreto mediante tubo tremie que se realiza de abajo a arriba.

2.4.2.

Pilotaje "in situ" con Camisa Recuperable o Perdida: En terrenos fangosos o cercanos al nivel del mar o cuencas de ríos. Este pilotaje comprende la introducción de camisas para sujeción de las paredes a perforar, perforación del terreno, colocación de armaduras y vertido de concreto.

2.4.3.

Pilotaje "in situ" con Ayuda de Lodos Bentoníticos: Esta perforación no se realiza en seco ya que hay que suministrar el lodo bentonítico a la perforación, el cual penetra en las fisuras del terreno para crear una pequeña "costra" que impida la caída de las paredes perforadas. Así estos lodos se recuperan en un tanque en el cual se filtra y se vuelve a reutilizar en la siguiente perforación. Después de este proceso se coloca la armadura y se vierte el concreto.

2.4.4.

Pantalla de Pilotes Secantes "in situ": Este es el método más utilizado ya que permite hacer una excavación del terreno a gran profundidad, sin preocupación de que se puedan deteriora cimentaciones de viviendas contiguas como también del acerado de la calle, así impide el paso del nivel freático a los sótanos. Con este método se pueden construir diferentes plantas de parking que, como anteriormente hemos indicado, es solución inminente por el gran problema de aparcamiento que existe en nuestras ciudades. Esta pantalla trabaja también como cimentación de la estructura u obteniéndose así un doble aprovechamiento de este tipo de cimentación especial.

3. Según el diámetro del pilote: a)

Micropilotes: Diámetro menor de 200 mm. Se emplean en obras de recalce.

b) Pilotes convencionales: De 300 a 600 mm. c) Pilotes de gran diámetro: Diámetro mayor de 800 mm. d) Pilotes pantalla: De sección pseudo rectangular. e) Pilotes de sección en forma de cruz:

ARMADURAS DE PILOTES: Las armaduras se conforman como si fuesen jaulas; las armaduras longitudinales están constituidas por barras colocadas uniformemente en el perímetro de la sección, y el armado transversal lo constituyen un zuncho en espiral o cercos de redondos de 6 mm. De sección, con una separación de 20 cm. El diámetro exterior del zuncho será igual al diámetro de pilote, restándole 8 cm; así se obtiene un recubrimiento mínimo de 4 cm. La cantidad de barras y el diámetro de las mismas, se calcula en función de la carga que deba soportar el pilote.

1.

Vaciado de Pilotes: El concreto utilizado de acuerdo a la resistencia consultar con la norma respectiva de cada país. Con una consistencia medida en cono de Abrams de 10 a 15 cm.

2.

Descabezado y Encepado: Los pilotes se descabezan, por ello, siempre se elimina el concreto de baja calidad que queda en la parte superior. Así quedan las armaduras al descubierto que se entrelazan al encepado. La longitud de la armadura debe permitir que posterior al descabezado, queden sobresaliendo del pilote alrededor de 50 cm. Las armaduras longitudinales del pilote se empalman por un solape mínimo de 40 cm., van soldadas o atadas con alambre en toda su longitud. Si se utilizare cercos a modo de armadura transversal, los cierres se hacen por solape de 8 cm como mínimo, y van soldados o atados con alambre. El solapado se hace alternado para cercos sucesivos. Se atan firmemente las armaduras formando una jaula que soporte la hormigonada. Cada pilote se vacía de una vez sin interrumpir la operación, no se admiten juntas de hormigonado. Al finalizar el pilote, debe quedar hormigonado a una altura superior a la definitiva; lo que excede de concreto se demuele cuando ha fraguado.

No se debe efectuar la hincada con desplazamiento de pilotes o entibar en un área menor de 3 m. alrededor del pilote, hasta que el concreto tenga una resistencia mínima de 30 kg/cm2, de acuerdo a ensayos previos. Posterior al descabezado los pilotes deben sobresalir del terreno lo suficiente para permitir el empotramiento del concreto de 5 cm mínimo para el encepado.

PRECAUCIONES CONSTRUCTIVAS: 1. Colocación de Concreto in situ: La distancia mínima entre la piloteadora y la colocación del concreto debe ser especificada. Se han realizado pruebas que muestran que las vibraciones provenientes de la piloteadora no tienen efectos contrarios sobre el concreto fresco, y un criterio de un pilote abierto entre las operaciones de perforación y las de vaciado es considerado como satisfactorio. La camisa, cascarón, tubo o tubería, debe ser inspeccionado justo antes a rellenarlo con concreto y debe estar libre de material extraño y no contener más de diez centímetros de agua, a menos que se utilice el método tremie para introducir concreto. El concreto debe ser vertido en cada perforación o camisa sin interrupción. Si es necesario interrumpir el proceso de vertido de concreto por un intervalo de tiempo tal que endurezca el concreto, se deben colocar dovelas de acero en la zona superior hormigonada del pilote. Cuando el vaciado se suspende, todas la rebabas debe ser retiradas y la superficie del concreto debe ser lavada con una lechada fluida.

2.

Vaciado con el Método Tremie: El método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa para verter concreto a través de agua, cuando la perforación queda inundada. El concreto se carga por tolva o es bombeado, en forma continua, dentro de una tubería llamada tremie, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. El fondo del tremie se debe cerrar con una válvula para prevenir que el concreto entre en contacto con el agua. El tremie llega hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del concreto. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para iniciar el flujo del concreto y asegurar un buen contacto entre en concreto y el fondo de la perforación. Como el tremie es elevado durante el vaciado, se debe mantener dentro del volumen del concreto, evitando el contacto con el agua. Antes de retirar el tremie completamente, se debe verter suficiente concreto para desplazar toda el agua y el concreto diluido.

CAPACIDAD DE CARGA DE PILOTES Y GRUPO DE PILOTES: El primer paso en el diseño de pilotes es calcular la capacidad de carga última de pilotes individuales. Existen diversos procedimientos de diseño, los más sencillos serán presentados en este acápite. Después de calculada la capacidad de carga última, deberá determinarse la capacidad de carga admisible del pilote. Algunos comentarios sobre dicha determinación serán indicados. En ciertas condiciones del terreno, el suelo que rodea la parte superior del pilote se puede asentar con relación al pilote, cambiando la dirección de las fuerzas de fricción en el lado del pilote y tendiendo a jalarlo hacia abajo. Este fenómeno, conocido como fricción negativa, produce una carga adicional en el pilote, de modo que reduce su capacidad portante. Se presentarán los casos donde puede ocurrir fricción negativa y un método para estimar la máxima fuerza impuesta por la fricción negativa. La capacidad portante de un grupo de pilotes puede no ser igual a la suma de las capacidades portantes de todos los pilotes en el grupo, por lo que debe considerarse el comportamiento del grupo como un todo.

1. Capacidad de Carga Última de un Pilote en Suelo Cohesivo: La capacidad de carga última de un pilote está compuesta por la resistencia a la fricción y la resistencia en la punta. En arcillas la resistencia por fricción es mucho mayor que la resistencia por punta.

Dónde:

As = superficial lateral empotrada del pilote. c = resistencia cortante no-drenada promedio de la arcilla a lo largo de los lados del pilote. α= factor de adhesión.

FACTORES DE ADHESION PARA PILOTES EXCAVADOS (TOMLINSON). Se usa un factor de adhesión

α de 0.45 para pilotes excavados en muchas arcillas aunque para

pilotes cortos en arcilla muy fisurada, un valor de 0.3 es más usual. Se han reportado valores de 0.49 a 0.52 para arcillas de California. Para arcillas dura αpuede ser tan bajo como 0.1.Tomlinson recomienda utilizar un valor de 0.45 si no se tiene experiencia previa con la arcilla, hasta un valor máximo de 100 KN/m2. Esto puede ser conservador para arcillas blandas y optimista para arcillas muy rígidas y fisuradas.

2. Capacidad de Carga Ultima de un Pilote en Suelo Granular: La capacidad de carga última de un pilote está compuesta por la resistencia a la fricción y la resistencia por punta. En suelos granulares la resistencia por punta es generalmente mayor que la resistencia por fricción lateral.

Dónde: Ks= coeficiente lateral de tierra, la relación de la presión lateral a vertical en los lados del pilote.

pd= esfuerzo efectivo vertical a la profundidad z. δ= ángulo de fricción entre el pilote y el suelo.

Para un pilote rodeado por suelo granular entre las profundidades z1 y z2, la resistencia por fricción lateral es:

Donde As es el área empotrada de

z1

a

z2.

Si el pilote está parcialmente sumergido, las

contribuciones por encima y por debajo del nivel freático deben calcularse separadamente. Los valores de

Ks y δ presentados por Broms (1966) se presentan en la Tabla 2.1. Estos valores

son válidos hasta un valor de fricción lateral f de 110 KN/m2, que es el valor máximo que puede ser usado para pilotes de sección constante. En el cálculo de la resistencia por punta, el tercer término de la ecuación de Meyerhof (relacionado a la fricción en la base) es relativamente pequeño para pilotes largos y esbeltos, por lo que usualmente se ignora. Luego, la resistencia en la base es:

Dónde:

pb= esfuerzo efectivo de sobrecarga en la base del pilote. Ab= área de la base del pilote. Los valores de

Nq

de Meyerhof tienden a ser extremadamente altos para cimentaciones por

pilotes, cuando se comparan con fallas reales, por lo que los valores obtenidos por Berezantsev (1961) y presentados en la Figura 2.1, son más adecuados. El valor máximo de resistencia por punta a ser usado es de 1,100 KN/m².

Cuando se calcula la resistencia por fricción y por punta en pilotes excavados en suelo granular, deberá asumirse siempre una densidad relativa baja, independientemente del estado inicial del suelo.

3. Capacidad de Carga Admisible de un Pilote: La capacidad admisible se obtiene dividiendo la carga última por un factor de seguridad. Los factores de seguridad se pueden aplicar a la capacidad de carga última o a las capacidades de carga por fricción y por punta separadamente. La capacidad de carga admisible se toma como la menor de:

Donde Qs y Qb son las cargas últimas por fricción y por punta respectivamente. El valor de Qs en la primera ecuación se basa en factores que utilizan valores promedio de resistencia cortante, mientras que en la segunda ecuación se emplean valores en el rango bajo de la resistencia cortante.

Las fórmulas de capacidad de carga de pilotes solo presentan un rango aproximado de la capacidad de carga última. Excepto cuando se hincan pilotes hasta el rechazo, es usual realizar por lo menos un ensayo de carga en cada sitio. Se pueden hincar pilotes de prueba y ensayarlos hasta la falla. En base a los resultados alcanzados, el ingeniero puede decidir la modificación de las longitudes requeridas. Es preferible demorar el ensayo de los pilotes tanto cuanto sea posible después del hincado, para permitir el asentamiento del pilote. Esto no es importante en pilotes en suelo granular, donde no son significativos los efectos del tiempo, pero en limos y arenas limosas la capacidad de carga última de un pilote puede ser mucho más alta inmediatamente después del hincado, que una vez que ha transcurrido un período de tiempo. En arcillas lo contrario es usualmente (pero no siempre) cierto; la capacidad portante aumenta con el tiempo, particularmente en arcillas blandas o sensibles.

4. Fricción Negativa: La fricción negativa puede ocurrir en los siguientes casos: a) Un pilote hincado a través de una arcilla blanda sensible llega a un estrato relativamente incompresible. El remoldeo de la arcilla durante el hincado puede ser suficiente para causar asentamiento. Las arcillas blandas marinas o de estuario pueden ser particularmente susceptibles a desarrollar fricción negativa. b) Un pilote hincado a través de una arcilla blanda llega a un estrato relativamente incompresible con sobrecarga en la superficie. Normalmente una arcilla blanda que subrayase a una arcilla dura no tiene problemas. Sin embargo, la carga en la superficie producirá asentamiento que puede generar fricción negativa en el pilote. El drenaje de áreas pantanosas puede tener un efecto similar. c) Un pilote hincado a través de relleno recientemente colocado llega a un estrato compresible o relativamente incompresible. La fricción negativa resultará de la consolidación del relleno. En rellenos antiguos la fricción negativa disminuye o no existe.

Actualmente es imposible predecir con precisión la fricción negativa que se producirá en un pilote. Sin embargo, la máxima fuerza que se desarrollará por fricción negativa puede evaluarse si se asume la distribución de esfuerzos de fricción propuesta por Tomlinson (1987). Aunque dicho autor diferencia los casos entre estrato compresible e incompresible en la base, el mismo procedimiento puede emplearse en todos los casos con suficiente precisión. La máxima carga hacia abajo producida por fricción negativa que se permite para propósitos de diseño puede calcularse asumiendo la distribución de esfuerzos mostrada en la Figura 2.2. La fricción (o adhesión) en los puntos A y B, que corresponden a las resistencias cortantes pico y residual del suelo respectivamente, serán:

Donde

cp y cr

son las resistencias cortantes pico y residual y

α

es un factor de

adhesión, generalmente tomado como 1. Luego la fuerza hacia abajo en el pilote causado por fricción negativa será:

Donde

S es la circunferencia del pilote.

Cuando se calcula la longitud requerida del pilote, la fricción negativa debe añadirse a la carga permisible. Los efectos de la fricción negativa pueden reducirse o eliminarse si se protege la sección del pilote dentro del relleno o de la arcilla blanda. Como alternativa se puede cubrir el pilote con una membrana plástica de baja fricción o con una capa de bitúmen. Si se emplea

bitumen debe tenerse mucho cuidado en su aplicación para asegurar que éste se adhiere bien al pilote y tiene un espesor mínimo de 3 milímetros.

5. Capacidad de Carga de Grupos de Pilotes: 5.1. Eficiencia de Grupo: Este valor está definido por:

5.2.

Suelos Granulares: Los pilotes hincados compactan al suelo granular, aumentando su capacidad portante. Ensayos en modelos han demostrado que los factores de eficiencia de grupo de pilotes

hincados en arena pueden llegar hasta 2. En pilotes excavados, la acción de excavación más bien reduce que aumenta la compactación, por lo que el factor de eficiencia de grupo es difícil que sea mayor que 1. En diseño se usa un factor de eficiencia de grupo de 1 para todo tipo de pilotes en suelo granular. Esto significa que se ignoran los efectos de grupo al predecir la capacidad portante. Sin embargo, los pilotes excavados deben tener un espaciamiento mayor que 3 diámetros (centro a centro).

5.3.

Suelos Cohesivos:

En suelos cohesivos se considera al grupo (pilotes y suelo contenido) como una cimentación profunda; la carga última del grupo se puede evaluar con la ecuación de Meyerhof. Por ejemplo, para un ancho de grupo

B1, longitud B2, profundidad D, la

carga de falla es:

Dónde:

Nc= factor de capacidad de carga de Meyerhof. λ= factor de forma. c= cohesión promedio de la arcilla que rodea al grupo. Luego, el esfuerzo en la parte superior del estrato blando será:

ASENTAMIENTO DE PILOTES Y GRUPO DE PILOTES: El asentamiento de un pilote individual bajo carga de trabajo es usualmente tan pequeño que no presenta problemas. Sin embargo, el efecto combinado de un grupo de pilotes puede producir un asentamiento apreciable, debiendo ser considerado. El estado del conocimiento actual no permite una predicción precisa del asentamiento, sin embargo existen métodos que permiten realizar estimados razonables del asentamiento de pilotes y grupos de pilotes. Los procedimientos presentados a continuación permiten realizar una estimación aproximada del asentamiento de un grupo de pilotes o de un pilote individual dentro del grupo. La interacción entre los pilotes y el suelo circundante es compleja y no está apropiadamente entendida; en consecuencia, los valores obtenidos por los métodos simples presentados a continuación no producen valores exactos.

1. Asentamiento de un Pilote Individual en Arcilla:

El asentamiento de un pilote en una capa de espesor finito que subrayase a un material incompresible puede obtenerse de la expresión.

Dónde: Q = carga en el pilote. L = longitud del pilote. Es = módulo de Young del suelo para asentamiento a largo plazo.

Dónde: mv=es el valor promedio de la capa . ν=es la relación de Poisso. n: 0.4 arcilla SC, arcilla.

NC rígida y 0.2 arcilla NC blanda a firme. Iρ= factor de influencia, obtenido de las Figuras. 2. Asentamiento de Pilotes dentro de un Grupo en Arcilla: El asentamiento ρ1 del pilote i dentro de un grupo puede calcularse de la expresión:

ρi= asentamiento del pilote i bajo carga unitaria. Qi= carga del pilote i. Qj= carga en el pilote j, donde j es cada uno de los otros pilotes en el grupo, en turno. αij=

es el factor de interacción entre los pilotes i y j. El valor de αdepende del

espaciamiento de los pilotes.

Aunque el gráfico está dibujado para ν= 0.5, el valor de ν no es crítico, pudiendo ser utilizado para todos los valores de ν. Para un pilote individual dentro de un grupo, se encuentra usualmente que el asentamiento del pilote debido a la influencia de los pilotes vecinos excede al asentamiento producido por la carga en el pilote. De este modo, aunque el asentamiento de un pilote individual pueda parecer pequeño en un ensayo de carga, el asentamiento de una estructura apoyada en un grupo de pilotes similares puede ser bastante grande. El proceso de añadir las interacciones de cada pilote con los otros en un grupo grande de pilotes puede ser tedioso y tomar tiempo. Sin embargo, se encuentra que la mayor parte de pilotes en el grupo está tan lejos que su influencia pueda ignorarse, o quizás se puede asignar una participación para el efecto de todos los pilotes más allá de determinada distancia del pilote en estudio. Cuando los pilotes no son de la misma longitud, el efecto en la relación (H/L) es pequeño, por lo que el método todavía puede utilizarse. Cuando los pilotes tienen diferentes diámetros o anchos, la relación (S/B) del pilote j deberá usarse para obtener el valor de

αij.

3. Asentamiento de un Pilote Individual en Arena o Grava: El asentamiento de un pilote hincado en suelo granular denso es muy pequeño y debido a que el asentamiento en suelo granular es rápido, generalmente no hay problema. En pilotes excavados o pilotes hincados en suelo granular suelto, el asentamiento puede ser significativo, pero no existen métodos aceptados de predecir asentamientos con exactitud. Como una aproximación gruesa, el desplazamiento vertical de un pilote puede estimarse como una carga puntual en la base del pilote. Sin embargo, el único método confiable para obtener la deformación de un pilote en un suelo granular es ejecutar un ensayo de carga.

4. Asentamiento de un Grupo de Pilotes en Arena o Grava:

Una aproximación al asentamiento de un grupo de pilotes en suelo granular en base al asentamiento de un pilote individual puede obtenerse donde:

5. Un Método Simple para Estimar el Asentamiento de un Grupo de Pilotes: El asentamiento promedio de un grupo de pilotes puede estimarse tratando al grupo como una cimentación equivalente con un área en planta igual al área del grupo. Para pilotes que trabajan predominantemente por punta (arenas), se asume que la cimentación estará en la base de los pilotes. Para pilotes por fricción (arcillas), se asume los dos tercios de la longitud de empotramiento, y si existe una capa superior granular o arcilla blanda, los dos tercios de la profundidad de empotramiento en la arcilla portante.

6. Compresión del Pilote: La compresión del pilote puede ser una parte significativa del asentamiento total, pero, a diferencia del asentamiento por consolidación, ocurrirá instantáneamente cuando se aplica la carga al pilote. Se puede evaluar asumiendo que bajo la carga de trabajo ( o carga de ensayo), las proporciones de la carga por fricción y por punta son las mismas que en la falla. Por lo tanto, si la carga última es Qu, formada por la carga última en el fuste y en la punta, luego bajo la carga Q,

La carga por punta será transmitida en toda la longitud del pilote y la carga por fricción será reducida con la profundidad. En arcillas, donde la fricción (adhesión) permanece constante con la profundidad, el esfuerzo promedio será la mitad del de la superficie. En arenas, donde la fricción aumenta linealmente con la profundidad, el esfuerzo promedio equivalente será dos tercios del valor de superficie. Por lo tanto, para un pilote de longitud L y sección AP, el esfuerzo promedio equivalente será:

Y la compresión elástica del pilote será:

Dónde: Ep= es el módulo de Young para el material del pilote en la dirección longitudinal.

FORMULAS DE HINCA:

Las fórmulas de hinca de pilotes tratan de relacionar la capacidad portante de un pilote con su resistencia al hincado. Aunque desacreditadas por muchos ingenieros, las fórmulas de hinca todavía se utilizan en el sitio, como una verificación de las predicciones de diseño utilizando la mecánica de suelos. No se recomienda el empleo de las fórmulas de hinca en el diseño de pilotes; sin embargo, a pesar de sus limitaciones puede utilizarse para ayudar al ingeniero a evaluar las condiciones del terreno en un pilotaje, revelando probablemente variaciones que no fueron aparentes durante la investigación de campo. Las capacidades de carga de pilotes determinadas en base a las fórmulas de hincado no son siempre confiables. Deben estar apoyadas por experiencia local y ensayos; se recomienda precaución en su utilización. Existe un gran número de fórmulas de hincado, tal como la muy conocida fórmula del Engineering News Record. La Tabla 4.1 de US Navy (1982) recomienda el empleo de fórmulas de hinca según el martillo a ser utilizado. Estas fórmulas pueden utilizarse como una guía para estimar las capacidades admisibles de los pilotes y como control de construcción cuando están complementadas por ensayos de carga.

Dónde:

a

= usar cuando los pesos hincados son menores que los pesos del martillo.

b = usar cuando los pesos hincados son mayores que los pesos del martillo. c

= fórmula de hincado de pilotes basada en la fórmula de Engineering News.

(Qv)ad = carga admisible del pilote en libras.

W = peso del martillo en libras. H = altura efectiva de caída en pies. E = energía real liberada por el martillo por golpe en pie-libra. S

= promedio neto de penetración en pulgadas por golpe para las últimas 6 pulgadas del

hincado.

WD = pesos hincados incluyendo el pilote. Nota: la relación de pesos (WD / W) debe ser < 3. ENSAYO DE CARGA EN PILOTES: 1. Generalidades: La única manera segura de saber si un pilote es capaz de soportar la carga requerida, es ejecutar un ensayo de carga. Este ensayo también puede utilizarse para medir las características de carga-deformación del pilote. En un trabajo de pilotaje, uno o más pilotes se ensayan; los pilotes de ensayo se seleccionan de manera aleatoria entre los pilotes que se están instalando o pilotes especiales pueden hincarse con antelación para verificar el diseño. La prueba de carga se realiza generalmente por las siguientes razones, Vesic (1977): 1. Verificar experimentalmente que la actual respuesta del pilote a la carga (reflejada en la relación carga-asentamiento) corresponde a la respuesta asumida por el diseñador. 2. Que la carga última actual del pilote no es menor que la carga última calculada y que fue usada como base en el diseño de la cimentación. 3. Obtener datos del suelo deformado y facilitar el diseño de otro pilote.

4. Determinar el comportamiento carga-asentamiento de un pilote, especialmente en la región de carga de trabajo. 5. Para indicar la dureza estructural del pilote.

2. Formas y Tipos de Aplicación de Carga: Los equipos para aplicar la carga a compresión pueden ser los de la norma ASTM-D-114381. "Pilotes bajo Carga Axial Estática de Compresión", u otros, construidos de tal forma que la carga sea aplicada al eje central y longitudinal del pilote; el equipo del sistema de carga incluye una gata hidráulica, una bomba hidráulica y manómetros. La norma ASTM menciona los siguientes arreglos o dispositivos para aplicar la carga al pilote: 1) Carga aplicada al pilote o grupo de pilotes por gata hidráulica actuando frente a un marco de reacción anclado. Puede realizarse de dos formas, con pilotes de anclaje o con anclaje enterrado.

a) Pilotes de anclaje: Se instala un número suficiente de pilotes de anclaje a cada lado del pilote de prueba de tal forma que proporcionen adecuada capacidad de reacción. Dichos pilotes estarán ubicados a una distancia libre del pilote de prueba de al menos 5 veces el mayor diámetro del pilote de prueba, pero no menor que 2m. Sobre los pilotes de anclaje va una viga de prueba de medida y resistencia suficiente para impedir una deflexión excesiva, esta viga está sujeta por conexiones diseñadas para transferir la carga a los pilotes. Entre el fondo de la viga y la cabeza del pilote de prueba existe una luz suficiente para poder colocar la gata hidráulica y dos planchas de acero de espesor mínimo de 2"; el sistema trabaja al reaccionar la gata hidráulica al cargar el pilote, transmitiendo esta carga (mediante la viga de reacción) a un par de pilotes de anclaje. b) Anclaje enterrado: Usualmente transfieren la reacción a estratos más duros debajo del nivel de la punta del pilote, pudiendo ser puestos más cercanamente al pilote de prueba.

2) Carga aplicada al pilote o grupo de pilotes por gata hidráulica actuando frente a caja o plataforma cargada. La norma ASTM especifica que se debe centrar sobre el pilote o grupo de pilotes una viga de prueba de medidas y resistencia suficiente para impedir una deflexión excesiva bajo carga, permitiendo espacio suficiente entre el cabezal del pilote y el fondo de la viga para poder ubicar las planchas y la gata; los extremos de la viga se deben soportar sobre cajones temporales. Se centra una caja o plataforma sobre la viga de prueba, la cual estará soportada por durmientes ubicadas tan lejos como sea posible del pilote de prueba, pero en ningún caso la distancia será menor que 1.5 m. de luz entre caras. La carga de la caja o plataforma será de material apropiado tal como suelo, roca, concreto o acero. Con este dispositivo de carga la gata hidráulica reacciona frente a esta carga. 3) Carga aplicada directamente a un pilote o grupo de pilotes. La norma ASTM especifica que se debe centrar sobre la plancha de acero una viga de prueba de peso conocido y suficiente medida y resistencia, con los extremos soportados sobre durmientes temporales; centrar una plataforma de peso conocido sobre la viga, esta plataforma es soportada por durmientes ubicadas a una distancia libre no menor de 1.5 m. La carga de la plataforma puede ser con acero o concreto. En lo referente al asentamiento de la cabeza del pilote, éste se puede medir de tres formas: a. Nivelación directa con referencia a un dato fijado (BM). b. Por un alambre sostenido bajo tensión entre dos soportes y pasando a c.

través de una escala pegada al pilote de prueba. Por medio de vigas de referencia una a cada lado del pilote de prueba, las cuales tienen un mínimo de dos deformómetros, con las espigas paralelas al eje longitudinal del pilote y soportada por orejas firmemente pegadas sobre

los

lados

del

pilote

debajo

de

la

plancha

de

prueba;

alternativamente, los dos deformómetros podrían montarse en lados opuestos del pilote de prueba, pero encima de las vigas de referencia;

estos deformómetros deberían tener una precisión de al menos 0.01 pulgadas (0.25 mm).

3. Procedimiento de Carga: Existen diversos tipos de procedimientos de carga, la norma ASTM-D-1143-81 resume la mayoría de éstos, pero tan sólo se presentarán los más comunes, que son: a. Prueba de carga mantenida. LLamada también ML y es el denominado por el ASTM-D-1143-81 como el procedimiento estándar de carga; el procedimiento a seguir es el siguiente: Siempre y cuando no ocurra la falla primero, cargar el pilote hasta 200% de su carga de diseño, aplicando la carga en incrementos del 25% de la carga de diseño del pilote. Mantener cada incremento de carga hasta que la razón de asentamiento no sea más grande que 0.01 pulgadas (0.25 mm)/hora, pero no mayor que 2 horas. Si el pilote de prueba no ha fallado, remover la carga de prueba total en cualquier momento después de 12 horas si el asentamiento del tope sobre un período de 1 hora no es más grande que 0.01 pulgadas (0.25 mm); si ocurre lo contrario, permita que la carga total permanezca sobre el pilote por 24 horas. Después del tiempo requerido de espera, remover la carga de prueba en decrementos de 25% de la carga total con 1 hora entre decrementos. Si la falla del pilote ocurre, continúe aplicando carga con la gata al pilote hasta que el asentamiento sea igual al 15% del diámetro del pilote o dimensión diagonal.

b. Razón de penetración constante. Fue un método desarrollado por Whitaker en 1957 para modelos de pilotes (pilotes de prueba preliminares) y posteriormente usado para ensayos de pilotes de tamaño natural; este método también es llamado CRP y tiene la ventaja de ser rápido en su ejecución, no dando tiempo a la consolidación del terreno. El método consiste en hacer penetrar el pilote a una velocidad constante y medir

continuamente la fuerza aplicada en la cabeza del pilote para mantener la razón de aplicación. La norma ASTM-D-1143- 81 especifica que la razón de penetración del pilote debe ser de: 0.01 a 0.05 pulgadas (0.25 a 1.25 mm)/min. En suelo cohesivo y 0.03 a 0.10 pulgadas (0.75 a 2.5 mm)/min. En suelo granular.

4. Criterios de Carga de Falla El criterio más usado para definir la carga de rotura en un gráfico carga vs. asentamiento, es aquel que muestra un cambio brusco en la curva obtenida, pero en la mayoría de los casos, la pendiente de la curva varía gradualmente, no pudiendo establecerse en forma definida la carga de rotura. Otra observación hecha a este criterio, es que frecuentemente la escala adoptada para el trazado carga vs. asentamiento no es escogida con criterio bien definido. Para uniformizar los criterios de escala, se ha sugerido que la curva carga vs. Asentamiento sea escogida de tal forma que la recta que corresponde a la deformación elástica del pilote PL/AE forme un ángulo de 20° con la horizontal. Sin embargo éste no es criterio reglamentado, y en vista de que en mecánica de suelos no existe un criterio uniforme para establecer la carga de rotura se mencionarán algunos de estos criterios.

Los criterios recopilados por Vesic (1975) son: I.

Limitando el asentamiento total: a. absoluto: 1" (25.4 mm) (Holanda, Código de Nueva York). b. relativo: 10% del diámetro del pilote (Inglaterra)

II.

Limitando el asentamiento plástico: a. 0.25 pulgada (6.35 mm) (AASHTO). b. 0.33 pulgada (8.40 mm) (Magnel). c. 0.50 pulgada (12.7 mm) (Código de Boston).

III.

Limitando la relación asentamiento plástico/asentamiento elástico a 1.5 (Cristiani y Nielsen):

IV.

Relación máxima

Szechy (1961).

V.

Limitando la relación asentamiento/carga: a. Total 0.01 in/ton (California, Chicago). b. Incremental 0.03 in/ton (Ohio) 0.05 in/ton (Raymond Co).

VI.

Limitando la relación asentamiento plástico/carga: a. Total 0.01 in/ton (New York) b. Incremental 0.03 in/ton (Raymond Co).

VII.

Relación máxima

VIII.

Curvatura máxima de la curva log W/log Q (De Beer, 1967):

IX.

Vesic (1963).

Postulado de Van der Veen (1953)

Fellenius (1980) recopiló varios criterios de falla aplicables al gráfico carga vs. Asentamiento. a. Método de Davisson: La carga límite propuesta es definida como la carga que corresponde a un asentamiento que excede la compresión elástica del pilote por un valor X dado por:

Dónde: D = diámetro (mm) X = en (mm) El método de Davisson se aplica a ensayos de velocidad de penetración constante, si se aplica a ensayos con carga mantenida, resulta conservador. b. Método de Chin: Se admite que la curva carga-asentamiento cerca a la rotura es hiperbólica. En este método el asentamiento es dividido por su correspondiente

carga

y

el

gráfico

pasa

a

ser

una

curva

de

asentamiento/carga vs. asentamiento. Los puntos obtenidos tienden a formar una recta y la inversa de la pendiente es la carga de rotura. Este método se aplica a pruebas rápidas o lentas, ya que el tiempo de aplicación de los estados de carga es constante.

c. Método de De Beer: La curva carga vs. asentamiento es llevada a un gráfico log-log. Para los valores de carga mayores, los puntos tienden a caer en dos rectas y su intersección es la carga de rotura. d. Criterio de 90% de Brinch-Hansen: La carga de rotura será aquella cuyo asentamiento es el doble del asentamiento medido para una carga que corresponde al 90% de la carga de rotura. e. Método de Fuller y Hoy: De acuerdo a este criterio, la carga de rotura es aquella que corresponde al punto en la curva carga-asentamiento tangente f.

a una recta de inclinación 0.05 in/ton. Método de Butler y Hoy: La carga de rotura es definida como aquella correspondiente al punto de intersección de dos rectas tangentes, la primera corresponde a la tangente a la curva y que tenga una inclinación de 0.05 in/ton. y la segunda recta tangente es aquella paralela a la línea de compresión elástica del pilote y tangente a la curva.

DISEÑO DE PILOTES: CÁLCULOS: En esta página esta los cálculos manito empieza en la 43 y termina en la 75 hay varios ejemplos y hay que hacerlo a mano

http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/jspui/bitstream/123456789/1869/1/ CALCULODELAULTIMACAPACIDADVERTICALENPILOTESYUTILIZACIONDESOF.pdf

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO: 1. Proceso constructivo El proceso constructivo se lleva a cabo del siguiente modo:

1.1. Trabajos de Perforación: Después de haber replanteado el pilote, se realiza la perforación del terreno excavando un pozo de igual diámetro al del pilote, en él se coloca la tubería de entubación.

1.1.1.

Características de la Tubería: La entubación es recta, de acero y va hasta la parte más profunda donde llega el pilote. Este tubo de acero tiene las paredes interiores totalmente lisas. Dicha entubación es abierta en el fondo para entubaciones recuperables o puede ser cerrada con fondo, en este último caso se trata de una entubación perdida. Las juntas van roscadas o soldadas y deben ser impermeables para garantizar la estanqueidad del pilote. La entubación y las juntas deben tener la resistencia adecuada para no deformarse y soportar los esfuerzos producidos por el terreno al clavar el tubo.

1.1.2.

Introducción de la Tubería de Entubación:

Se procede situando la máquina sobre el centro del pilote aplomando el eje de la barrena y se introduce la tubería a percusión mediante collares hidráulicos amarrados firmemente a la base de la máquina. El vaciado se lleva a cabo con cucharas bivalbas o con máquinas rotativas con barra Kelly, provistas de hélices, tríconos o cazos con cuchillas cortantes. Se introduce la entubación en el terreno al tiempo de la excavación, siempre delante de la misma por lo menos 50 cm.

1.1.3.

Consistencia del Terreno: Si el terreno donde se trabaja es muy consistente, se utiliza un trépano en el interior de la tubería, luego con la cuchara bivalba o un cazo se procede a extraer los detritus. Si el terreno es muy blando o con posibilidad de sifonamiento, debe mantenerse el nivel del agua dentro de la excavación como mínimo un metro sobre el nivel de la capa freática.

1.1.4.

Limpieza del Fondo: Al llegar a la profundidad establecida para el fondo del pilote, se limpia el mismo después de decantar los sedimentos que pudieran haber quedado tras la perforación. Cuando la sedimentación del fondo supera los 5 cm. de espesor, se vierte el volumen equivalente a 15 cm. de gravilla libre de arena a fin de que el pilote logre un apoyo firme.

1.2. Colocación de las Armaduras: Se elabora la armadura del pilote fuera del sitio a pilotar, luego se empalma con solapes mínimos de 40 cm. Cuando

se

utilizan cercos como armadura transversal,

se

efectúan

los cierres

mediante solape de 8 cm., como mínimo; luego se atan o sueldan en toda su longitud. Las armaduras transversales y longitudinales deben atarse firmemente entre sí formando así una jaula con la resistencia suficiente para no deformarse durante su colocación y hormigonado.

Ya ferallada y comprobada la armadura, una grúa la levanta e introduce dentro de la excavación. Se colocan separadores y rigidizadores para asegurar la colocación y el recubrimiento mínimo requerido.

1.2.1.

Recubrimiento Mínimo: Mayor o igual 60 mm para pilotes con diámetro superior a 0,6 m ó 50 mm. El recubrimiento se incrementa a 75 mm cuando se hormigona sumergido. El recubrimiento puede reducirse a 40 mm cuando se emplea un encamisado o un tubo permanente.

1.2.2.

Situación de la Armadura: La armadura se suspende dentro de la entubación al comienzo del hormigonado, ya que no apoya sobre el fondo sino que queda embebida dentro del hormigón; se la deja a 20 cm del fondo de la perforación (distancia máxima) bien centrada y fijada. Dicha armadura es soportada por camillas auxiliares de madera, quedando fuera de la excavación la longitud necesaria. La longitud debe permitir que después del descabezado sobresalga la longitud de anclaje indicada en los planos; como mínimo debe ser de un diámetro de dicho pilote.

1.3. Hormigonado: Por lo general el hormigonado se realiza con tubería metálica uniendo sus elementos mediante rosca. La tubería se introduce en el interior de la armadura hasta el fondo de la excavación. El hormigonado debe realizarse de forma continua hasta superar la base de la entubación con una altura del espesor del hormigón de dos diámetros. A medida que sube el nivel del hormigón dentro, se van retirando hacia arriba los tramos del tubo de entubación, y se continúa hasta llegar a la superficie del terreno con el hormigón, quitando así completamente la entubación. Este procedimiento se realiza sin interrupción de manera que entre dos masas sucesivas no debe pasar tanto tiempo como para que empiece el fraguado de la primera.

El hormigón debe estar inmerso en 3 m. de hormigón fresco, como mínimo. Si se conociera exactamente el nivel de hormigón, la profundidad mínima puede ser de 2 m.

1.4. Descabezado: Terminado el pilote, debe quedar hormigonado hasta una altura superior a la final; el exceso

se

demuele

después

de

haber

endurecido,

este

trabajo

se

denomina descabezado del pilote. Ese exceso de hormigón a sanear se calcula como mínimo a la mitad del diámetro (1/2D) si la cabeza queda por encima del nivel freático, o si fuese el caso contrario, de 1,5 del diámetro del pilote. Si después de demolido se observa que el descabezado no ha eliminado todo el hormigón de mala calidad, se continúa demoliendo y luego se reemplaza el hormigón demolido por hormigón nuevo cuidando que logre una buena adherencia con el otro. Luego los pilotes sobresaldrán del terreno en una longitud tal para permitir un empotramiento de 5 cm., como mínimo, en el encepado. Las armaduras tendrán esperas de longitud mínima igual al diámetro del pilote.

1.5. Pruebas de carga: Se eligen pilotes de prueba sobre los que se realizan tests de carga y ensayos sónicos, u otras pruebas para comprobar su resistencia.

2. Aspectos a Tener en Cuenta: Es conveniente llevar un parte de obra efectuando el control de trabajos de cada pilote. En el mismo debe constar la fecha de ejecución, la longitud del pilote, el volumen del hormigón, el tipo de armadura empleada, cualquier dato relativo a la excavación y referente al terreno. No se aceptarán los pilotes que, durante el hormigonado sufran movimientos y desplazamientos de sus armaduras, tanto en el caso de que asciendan o que queden sumergidas dentro del hormigón.

No se aceptarán los pilotes que presenten diferencias apreciables, en más o en menos, entre el volumen teórico de hormigón y el realmente empleado.

3. Criterios de Medición: Se mide por ml de pilote realmente ejecutado.

4. Control de Calidad: Los controles durante el proceso de construcción de un pilote con entubación recuperable son los siguientes:  

Control de los Trabajos. Control de los Materiales.

Veamos a continuación el Control de los Trabajos:

4.1.

Replanteo: Deben comprobarse las coordenadas del eje de cada pilote, teniendo como tolerancia por desviación en planta:

  

±150 mm control reducido ±100 mm control normal ±50 mm control intenso

4.2. Perforación: Durante la perforación del terreno, debe comprobarse el aplomado y situación de la barrena; controlar a la longitud y diámetro del pilote. 4.2.1.

Tolerancias admitidas:

4.3. Comprobación de Armaduras:

Debe comprobarse el diámetro, cantidad de barras, disposición y espaciamiento entre las barras que integran la armadura a hormigonar, verificando que correspondan con lo indicado en los planos de Proyecto y planillas de despiece. Comprobar si los separadores colocados son los suficientes para garantizar los recubrimientos mínimos establecidos. Comprobar que las barras estén limpias, exentas de pintura, aceite, grasa, barro, desencofrante, etc., y que no presenten signos de fuerte oxidación. Comprobar que las barras se encuentren convenientemente sujetas para no sufrir movimientos o desplazamientos durante el hormigonado. Comprobar longitud de anclaje y solape conforme art. 66 de la EHE.

4.3.1.

Tolerancias admitidas:

4.4. Hormigonado: Durante el hormigonado debe comprobarse la altura y cuidar que no entre agua del terreno. Verificar que el hormigonado se realice sin interrupciones; si así fuera, que la interrupción no exceda el tiempo de comienzo del fraguado. Consistencia del hormigón, comprobar para cada pilote. Verificar que los consumos del hormigón sean los calculados en el proyecto.

4.5. Longitud y desviaciones Deberá realizarse una comprobación geométrica controlando el empotramiento del pilote en el encepado y verificando que no se haya producido una desviación del pilote luego del descabezado del mismo.

4.5.1.

Tolerancias admitidas:

4.6. Resistencia del Hormigón: Se verificarán las características del hormigón y su resistencia. A los 28 días, resistencia mínima a la compresión: N/mm2.

4.7. Controles Finales: 4.7.1.

Pruebas de Carga y Sondeos. Finalizada la construcción del pilote, se controla efectuando pruebas de carga y sondeos.

4.7.2.

Parte de Obra Para Pilotes.      

De cada pilote se llevará un control escrito donde figuren los siguientes puntos: Día y hora del inicio de los trabajos, introducción de la entubación. Profundidad a que ha llegado el taladro y la entubación. Longitud de la armadura; profundidad a la que se introduce. Profundidad del nivel freático antes del hormigonado. Consignar utilización de trépano, a la profundidad alcanzada, el peso y tiempo de

  

uso. Consignar relación entre el Volumen del hormigón y Altura alcanzada. Fechas y horas de comienzo y fin de hormigonado. Indicar tipos de estratos perforados por el pilote.

Expresamos a continuación el Control de los Materiales:

4.8. Materiales: Los controles se realizan sobre: a. Hormigón: b. Acero Corrugado: a. En la recepción de los materiales para la construcción del hormigón, debe comprobarse que lo solicitado coincida con lo recibido: tipo de hormigón, consistencia, tamaño de los áridos, trabajabilidad y bombeo de hormigón. Se controlará su resistencia mediante fabricación, curado y rotura de probetas de hormigón. (Series de Probetas). b. En la recepción del acero, debe comprobarse que lo recibido coincida con lo solicitado: acero, características, aspecto, verificar el lugar de destino para acopio. Se tomarán muestras del acero corrugado en forma periódica para ensayos de sus características técnicas. (Ver Art. 90 de EHE).

5. Medios necesarios: Los medios empleados son:

5.1. Materiales: 5.1.1.

Hormigón: Se exige una resistencia característica mínima a la compresión de 35 N/mm2 Tamaño de árido, grueso, no mayor a

32mm, o a 1/4 de la separación entre

redondos longitudinales. Dosificación del cemento mayor o igual a 350 Kg/m3.

5.1.2.

Acero: Acero Corrugado para armaduras.

5.2. Mano de Obra:

    

1 Maquinista para manejar equipo. 1 Encargado responsable 2 Peones para colocación de entubado y proceso de hormigonado. 2 Ferrallistas. 2 Peones.

5.3. Maquinaria:  

1 Máquina pilotadora completa. 1 Bomba de Hormigón

5.4. Otros medios:          

1 Grupo Electrógeno 1 Pala Cargadora 1 Camión 1 Cuba de Agua Hélices Trépanos Tuberías de Entubación Collares Hidráulicos Vibradores, con cantidad en reserva. Martillo Picador pequeño.

6. Normativa y Bibliografía: EHE.- Instrucción de Hormigón Estructural. C.C.E.- Control de Calidad en la Edificación NTE-CPI.- Norma Tecnológicas de la Edificación. Pilotes in Situ

ESTADO DE ARTE:

1. El estado del Arte Para el Análisis y Diseño de Pilotes: 

A pesar del gran número de investigaciones, tanto teóricas como experimentales, para predecir el comportamiento de cimentaciones profundas, los mecanismos no han sido totalmente dilucidados.



Por lo que el análisis y diseño de cimientos profundos, en la actualidad se considera como un “arte”, por las incertidumbres implícitas al trabajar con algunas condiciones del subsuelo.

2. Ejecución de Cimentaciones por Micropilotes: Este procedimiento es aplicable cuando las capas o estratos superficiales de terreno no poseen la capacidad portante suficiente para absorber las cargas trasmitidas por la estructura del edificio. La capacidad portante del micropilote es inferior a la de los pilotes. Se utilizan en terrenos donde no es posible la ejecución de pilotes convencionales, ya sea por dificultad en los accesos como otras causas que lo impidan.

2.1. Aplicaciones Usuales:

Los micropilotes pueden emplearse en los siguientes casos:   

Como refuerzo de cimentaciones para la ampliación de edificios. En recalce de edificios. Cimentaciones profundas en predios de dimensiones reducidas con difícil

 

acceso. Refuerzo y sostenimiento de cimientos existentes para excavación de sótanos. Cimentaciones profundas en predios con terreno no apto para pilotes convencionales.

2.2. Empleo en Cimentaciones Nuevas: a. Cuando se debe cimentar una estructura que tiene estructuras colindantes donde no se permite lo siguiente:  Golpeteo fuerte.  Vibraciones.  Excavaciones extensas sin entubar.  Acceso de máquinas clásicas de cimentación por pilotes normales. b. Pantalla de micropilotes:  Para recalzar estructuras colindantes  Posibilitar la excavación hasta determinada profundidad sin apeos. Deben emplearse también en los casos en que las pantallas tradicionales continuas o de pilotes de gran diámetro no pueden realizarse.

3. Fundaciones Accionadas: Pilotes prefabricados se maneja en el suelo con un martinete. Pilotes hincados son ya sea de madera, hormigón armado o acero. Pilotes de madera están hechos de los troncos de los arboles altos. Pilotes de hormigón están disponibles en las secciones transversales cuadradas, octogonales, y redondo. Están reforzadas con barras de refuerzo y con frecuencia es pretensado. Pilotes de acero son montones de tubería o tipo de sección de viga. Históricamente, las pilas de madera utilizan empalmes para unir múltiples segmentos finales para terminar cuando la profundidad impulsado necesario fue demasiado grande para una sola pila, hoy en día, el empalme es común con pilotes de acero, a pesar de pilotes de concreto pueden ser empalmados con medios mecánicos y otros. Pilas de conducción en oposición de los ejes de perforación, es ventajosa debido a que el suelo desplazado por la conducción de las pilas comprime el suelo circundante, causando una mayor fricción contra los lados de las pilas, lo que aumenta su capacidad de soporte de

carga. Se consideran pilotes hincados, también son “probados”, para la capacidad de soporte de peso debido a su método de instalación.

3.1. Sistema de Cimentación: Fundaciones que dependen de pilotes hincados a menudo tienen grupos de pilotes conectados por un encepado que distribuye las que son más grandes y que una pila puede soportar. Los encepados y pilotes aislados están conectados con vigas de grado para atar los elementos de cimentación juntos, los elementos más ligeros estructurales tienen sobre las vigas de grado, mientras que los elementos más pesados llevan directamente sobre la tapa de la pila.

3.2. Fundación Monopile: Una base a monopile se utiliza una única, generalmente es de gran diámetro, es un elemento de cimentación estructural para soportar todas las cargas de una estructura por encima de la superficie. En los últimos años se han utilizado un gran número de bases monopile para la construcción económicamente, de fondo fija, parques eólicos, en alta mar, en lugares submarinos, en aguas poco profundas. Por ejemplo, el parque eólico HORNS REV en el 2002 en el mar del norte, en el oeste de Dinamarca utiliza 80 grandes monopilotes de 4 metros de diámetro hundido a 25 metros de profundidad en el mar, mientasr que en Inner Dowsing

y Lynn parque eólico frente a las costas de Inglaterra se puso en

línea en el 2008 con más de 100 turbinas, cada uno montado sobre una base monopile de 4.7 metros de diámetro en las profundidades del océano.

4. Pilotes Pre Excavados Kelly: Contamos con equipos de torque variable para perforaciones de diámetros 0.40 a 1.20 m. y profundidad hasta 60 m. El mantenimiento preventivo y las actualizaciones técnicas nos permiten satisfacer las necesidades de la industria.

bibliografia http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo25_a.pdf http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/publicom/diseno_fundaciones/capitulo10.pdf http://www.buenastareas.com/materias/ejercicios-resueltos-dise%C3%B1o-de-pilotes/0 http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo08_a.pdf http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/jspui/bitstream/123456789/1869/1/CALCULODE LAULTIMACAPACIDADVERTICALENPILOTESYUTILIZACIONDESOF.pdf http://www.docentes.unal.edu.co/lgarza/docs/DYCC_6.pdf http://www.construmatica.com/construpedia/Encepados http://repositorioacademico.upc.edu.pe/upc/bitstream/10757/273552/2/GAliaga.pdf http://www.univo.edu.sv:8081/tesis/013369/013369_Cap3.pdf http://www.monografias.com/trabajos92/analisis-cimentaciones-balsas-combinadaspilotes/analisis-cimentaciones-balsas-combinadas-pilotes.shtml http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/8568/1/00.pdf http://es.slideshare.net/ingenierohumberto/cimentaciones-profundas-1 http://www.concretonline.com/pdf/01prefabricados/art_tec/pilotes.pdf file:///C:/Documents%20and%20Settings/Usuario/Mis %20documentos/Downloads/ARTICULO%20SISTEMA%20PLACA%20PILOTE.pdf http://es.scribd.com/doc/53033674/Diseno-de-Cimentaciones-Sobre-Pilotes#scribd http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/1960/2/129405.pdf http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S071850732013000300003&script=sci_arttet  http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/tag/pilotes/  http://www.terratest.com.pe/  http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/publicom/02-AASHTO_Cap_10.pdf