geotecnia aplicada a la construcción

TAREA 6: A) Resumen subincisos 12.1 a 12.3 del cap. 12 del P. H. Y T: Cimentaciones piloteadas.

B) Resumen del cap. 13 de P. H. Y T: Cimentaciones sobre pilas

12.1 FUNCIÓN DE LOS PILOTES

Cuando el suelo situado al nivel en que se desplantaría normalmente una zapata o una losa de cimentación, es demasiado débil o compresible para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten a material más adecuado a mayor profundidad por medio de pilotes o pilas.

Pilotes

3 DE SEPTIEMBRE DE 2015

Su sección transversal es pequeña, comparada con su longitud y usualmente se instalan utilizando o un piloteadora que tiene martinete o un vibrador. A menudo se hincan en grupos o e filas, conteniendo cada uno suficientes pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro.

Pilas

Su sección transversal es mayor, siendo cada una de ellas capaz de transmitir toda la carga de una sola columna al estrato de apoyo.

12.2.- TIPOS DE PILOTES

Su clasificación: los pilotes se construyen en una gran variedad de tamaños, formas y materiales para adaptarse a muchos requisitos especiales, incluyendo la competencia económica. Los principales materiales con los que están hechos son la madera, el concreto y el acero.

Pilotes de madera

Desde el imperio romano quedo establecido el uso de troncos de árboles como pilotes; los detalles de las cimentaciones piloteadas fueron descritos por Vitruvio en el 58 D.C. estos pilotes son los más usados en el mundo antiguo. Desde cierto punto proporcionan cimentaciones seguras y económicas. Su longitud está limitada por la altura de los arboles disponibles; son comunes pilotes de 12 a 18 m.

Estos pilotes no pueden soportar los esfuerzos debidos a un fuerte hincado. Estos pilotes no pueden hincarse en suelos de elevada resistencia sin sufrir daño; por lo tanto no pueden soportar cargas mayores de 30 toneladas.

Los pilotes de madera pueden durar indefinidamente cuando están rodeados permanentemente por un suelo saturado. Sin embargo los pilotes de madera no deben usarse donde quedan expuestos a aguas saladas abiertas, a menos que se comprueban que no existen organismos destructivos.

Pilotes de concreto

Después de 1900 se dieron muchos tipos de pilotes de concreto. Estos pilotes pueden dividirse en 2 categorías principales, colados en el lugar y precolados. Los colados en el lugar pueden subdividirse en pilotes con y sin ademe.

El concreto 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 valuar 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 concreto.

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 gasto.

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.

La instalación de pilotes colándolos en perforaciones previas en vez de hincarlos, es semejante a la de pilas. Existen varios tipos de híbridos, tales como los que se forman bombeando concreto a presión a través del vástago hueco de una barrena, con el cual se ha perforado, en tanto que la barrena se va extrayendo del suelo.

Los pilotes precolados de concreto se fabrican de muchas formas. Un tipo usado comúnmente para los caballetes de los puentes, y ocasionalmente en los edificios. Estos pilotes deben reforzarse para soportar el manejo hasta que están listos para hincarse, y deben estar reforzados para resistir los esfuerzos causados por el hincado.

Los pilotes precolados pueden ser también preesfrozados. Con el preesforzado se trata de reducir las grietas producidas por tensión durante su manejo e hincado, y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexión. Estos pilotes tienen la mismas desventajas que los pilotes ordinarios, su sus longitudes se estiman mal.

Las sales en el agua de más y la humedad marina, atacan el refuerzo en los pilotes a través de las grietas en el concreto; al formarse el óxido, el concreto se desconcha. La mejor protección contra ello usar un concreto que sea denso y de alta calidad. El deterioro de los pilotes de concreto preesforzado no es tan rápido, porque las grietas de tensión se reducen al mínimo.

Pilotes de acero

Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de concreto 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.

El diámetro de los pilotes de tubo varía usualmente de 25 a 75 cm. El espesor de las paredes rara vez es inferior a 2.5 mm, y usualmente, se hincan tubos con espesores hasta de 4.5 mm con mandril. Si el espesor de las paredes excede de 2.5 a 3.2 mm, puede considerarse que el acero participa con el concreto en el soporte de las cargas estructurales.

Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. El deterioro es usualmente insignificante; Los recubrimientos epóxicos son efectivos y no se dañan con facilidad con e hincado.

Pilotes compuestos

Estos pilotes se fabrican uniendo secciones superiores e inferiores de materiales diferentes, como concreto arriba del nivel de las aguas freáticas y madera sin tratar debajo.

El costo y la dificultad para obtener una junta aceptable ha sido la causa del abandono casi total de este tipo de construcción en los E.U y Canadá. Por otra parte, se dispone de una gran variedad de pilotes que consisten de varias combinaciones de forros, tubos y otros componentes.

12.3.- INSTALACIÓN DE PILOTES

Los pilotes se hincan comúnmente por medo de un martinete, mediante un generador de fuerzas vibratorias.

El martinete funciona en medio de un par de guiar paralelas o correderas suspendidas de una grúa elevadora estándar. En la parte inferior, las guías se conectan a la base de la grúa por medio de un miembro horizontal, conocido como marcador.

Martillos de impacto, en la actualidad se usan todavía aparatos de martillos de gravedad o de caída libre, pero la mayor parte de los martillos de impacto son del tipo de vapor o de diesel. En la construcción de pilotes Franki, se usan martillos de gravedad que caen sobre el concreto fresco.

Los martinetes de vapor tienen un martillo que es levantado por la presión de este y se deja caer por gravedad, con o sin la ayuda de la presión del vapor.

Si la caída se debe solamente a la gravedad, el martinete se llama de acción sencilla.

Si la presión del vapor o del aire se suma a la energía hacia abajo, el martinete, dependiendo de los detalles de su construcción, se llama de doble acción o diferencial. También se usan martinetes hidráulicos de acción diferencial.

El martillo del martinete del tipo vulcan, como el martinete de acción sencilla, golpea un amortiguador colocado en la base del martinete.

La cabeza del mismo pilote esta protegida por un cabezote para hincar, suspendido de la base del martinete y sus dimensiones están de acuerdo con las del pilote. Entre el cabezote y el pilote puede colocarse también un amortiguador.

La clasificación de un martinete se basa en la energía total por golpe; en un martillo de gravedad, la energía es el producto del peso WH del martillo por la altura de caída H.

La eficiencia del martinete se define como la energía producida en el impacto, dividido entre la energía total.

Los martinetes diésel son de dos tipos de extremo abierto y de extremo cerrado. En la base de la cubierta de ambos tipos, entre el extremo inferior del martillo y el bloque del yunque esta una cámara, dentro de la cual se produce la explosión del combustible y la compresión de los gases que levantan el martillo.

En los martinetes de extremo abierto, el martillo cae por gravedad y aplica energía al yunque por impacto directo. Sin embargo, al descender, se inyecta combustible en el espacio conocido como cámara de combustión, entre el martillo y el yunque.

En los martinetes de extremo cerrado, la cubierta se extiende sobre el cilindro para formar una cámara de rebote, en la que se comprime el aire al subir el martillo. El aire comprimido funciona como un muelle que limita la subida del martillo, acortando por lo tanto su carrera hacia abajo. Debido a que la carrera es más corta, aumenta el número de golpes por minuto con respecto a los martinetes de extremo abierto.

Piloteadoras Vibratorias

Los pilotes también se hincan valiéndose de generadores de fuerza que consisten en un peso estático y en un par de pesos excéntricos que giran en sentido contrario, dispuestos de manera que las componentes horizontales de la fuerza centrífuga se anulen entre sí, mientras que las componentes verticales son aditivas.

La parte vibratoria de la maquina se une positivamente a la cabeza del pilote que se va a hincar, pero el resto de la maquina se aísla del vibrador por medio de muelles, de manera que no participe en los movimientos vibratorios.

Las piloteadoras vibratorias difieren entre sí en el tipo de fuerza motriz y en la frecuencia de la fuerza pulsante. Las de baja frecuencia funcionan en un intervalo de 10 a 30 HZ.

Si la frecuencia puede hacerse igual a la frecuencia natural del sistema formado por el pilote, la piloteadora se llama piloteadora resonante.

La frecuencia resonante queda a menudo dentro del intervalo de 50 a 150 HZ.

Cuando el sistema está en resonancia el pilote sufre desalojamientos energéticos hacia arriba y hacia abajo, limitados solamente por el amortiguamiento que proporciona el suelo vecino.

Resistencia al hincado

Los pilotes que se hincan por medio de martinetes de impacto, ordinariamente se clavan hasta obtener una resistencia que se mide por el número de golpes necesarios para a penetraciones en los últimos dos o tres centímetros. Para los pilotes de madera hincados con martinetes de vapor que aplican una energía del orden del 200 kg-m, este número final de golpes, no debe ser mayor de 3 o 4, para reducir el peligro de romper o de astillar los pilotes.

Chiflones, barrenas y pulsetas.

Si los pilotes deben de atravesar estratos compactos de arena o grava, con objeto de pasar a depósitos inferiores suaves, puede aflojarse la arena o la grava con chiflones.

En este procedimiento, se descarga un chorro de agua cerca de la punta o a los costados del pilote con un tubo de 5 a 7.5 cm de diámetro. La bomba para los chiflones debe ser capaz de descargar 1890 lt/ min, a una presión de 10 a 15 kg/cm2. El agua afloja la arena y la hace movediza, de manera que el pilote pueda fácilmente atravesarla.

El uso de barrenas rotatorias con quipo especialmente adaptado, es útil para penetrar en semejantes depósitos así como en suelos firmes o duras cohesivos a profundidad considerable.

Los estratos relativamente delgados de arcillas firmes o de roca blanda a poca profundidad, pueden atravesarse algunas veces con pulsetas, es decir, puntas duras de metal que se clavan en el terreno y se secan antes de introducir los pilotes.

El uso de chiflones y barrenas son técnicas relativamente comunes mientras que el de la pulseta es más raro.

Perforación previa al hincado

Cuando hay la posibilidad de que los desalojamientos sean perjudiciales, estos pueden reducirse bastante quitando parte del suelo en el espacio que va a ocupar cada pilote. Esto se hace perforando previamente con una herramienta cortadora o con una maquina rotatoria combinada con chiflones de agua que transforman la arcilla en la que va a hincarse el pilote, en un lodo espeso. A estos procedimientos se les llama de perforación previa.

13.1.- DEFINICIONES

La pila es un miembro estructural subterráneo que tiene la función que cumple una zapata, es decir, transmitir la carga a un estrado capaz de soportarla, sin peligro de que falle ni de que sufra un asentamiento excesivo.

13.2.- MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN

Los métodos para construir pilas se dividen en dos grupos principales. En uno, se excava un agujero hasta el nivel de desplante de la cimentación y se construye la pila dentro del mismo. Usualmente, los lados de la excavación deben ademarse y apuntalarse para evitar el derrumbamiento.

Si la superficie del terreno está debajo del agua, la estructura que encierra el terreno que va a ocupar la pila se llama ataguía.

El otro método para construir pilas es utilizando cajones. Los cajones son cajas o cilindros que se hincan hasta su posición y constituyen la parte exterior de la pila de cimentación terminada.

Cuando las perforaciones se llenan directamente de concreto, se llaman pilas coladas en el lugar sin moldes.

Ataguías

Cuando se va a construir en agua las pilas y la profundidad de esta no excede de 2 o 3 m, se pueden construir ataguías hechas de tablestacas de madera, se hincan alrededor del área en que se va a extraer el agua y se apuntalan cerca del nivel del agua por medio de largueros y un conjunto de puntales, precisamente arriba del nivel del agua. Luego se hace descender dicho nivel hasta que llegue al correspondiente a otro conjunto de puntales. Se continúa los descensos sucesivos del nivel del agua y la instalación de apuntalamientos hasta que se agote el agua, después, el resto de la excavación se hace completamiento en seco.

La ataguía de doble pared de tablestacas resulta adecuada para tirantes de agua mayores. Consiste en dos hileras de tablestacas conectadas por tirantes. El espacio entre tablestacas se llena con roca o suelo.

Cajones

Si la superficie del terreno queda arriba del agua, la construcción de un cajón puede empezarse directamente arriba del área donde va a quedar situada su base. Si el nivel del terreno queda debajo del agua la parte inferior del cajón puede construirse en cualquier otra parte, llevarse flotando a su lugar y hundirse.

Los cajones abiertos, usualmente se hincan por dragado. Por lo tanto, debe de estar provistos de varios pozos que se prologuen de extremo a extremo, por los cuales pueden hacerse el dragado.

Los cajones neumáticos se usan para profundidades entre 12 y 34 m. el uso de estos cajones permiten quitar los troncos enterrados, boleo grande, etc., que pueda encontrar la cuchilla del cajón. El concreto puede colarse en seco. El costo de construcción es relativamente grande, en comparación con el dragado.

13.3.- PILAS COLADAS SIN MOLDE

La decisión de usar pilas coladas sin moldes, en mucho mayor medida que la de usar zapatas o losas, requiere un cuidadoso estudio de las condiciones para la construcción existentes en el lugar. El comportamiento de estas pilas está determinado, cuando menos, tanto por el éxito con que se efectúen las operaciones de construcción, como por las características carga-asentamiento de los terrenos adyacentes y subyacentes.

El agua freática influye muy especialmente en la determinación de la dificultad y en el costo de construcción de la pila.

Las perforaciones de prueba facilitan la preparación de especificaciones realistas y el dar a los postores una idea clara del trabajo que se va a ejecutar.

Excavaciones

Si los agujeros se mantienen abiertos y permanecen seco hasta que se ha terminado de colar el concreto, la cimentación puede construirse rápida y económicamente.

Según las circunstancias el lodo puede usarse solo o en combinación con ademe. El lodo estabiliza las paredes del agujero, impidiendo la entrada de agua

subterránea, e imparte suficiente cohesión al suelo que se perfora para permitir extraerlo con la barrena.

Formación de las campanas

No debe intentarse formar bocina o campanas para la ampliación de la base de las pilas, a menos que el suelo sea lo suficientemente cohesivo para permitir que el techo no se desplome durante el tiempo entre la excavación, la limpieza del fondo y el colado del concreto dentro de la propia campana.

Las campanas pueden excavarse a mano, pero generalmente se forman conectando un cucharon especial a la cabeza giratoria, en el lugar de la barrena helicoidal.

Si la campana se derrumba, la perforación deberá profundizarse a un nivel en el que se pueda formar otra, o a otra profundidad mayor, suficiente para que puedan soportarse las cargas sin ampliación.

Colado

En seco, normalmente se deja caer libremente el concreto desde la superficie del terreno. Puede ocurrir una segregación del cemente y el agregado, si el concreto cae contra los lados de la excavación; por lo tanto, si el diámetro es pequeño, se coloca un tubo vertical corto como guía en el centro de la perforación.

Usualmente solo se requiere vibración en los 2 o 3 m superiores de la perforación.

El refuerzo puede introducirse dándole la forma de una armadura cilíndrica por la cual puede caer el concreto libremente.

El revenimiento depende de las dimensiones de la pila, de que haya ademe, de que sea necesario o no extraerlo y del refuerzo.

La presencia de unos centímetros de agua en el fondo de la perforación de la campana, puede reducir apreciablemente la resistencia del concreto. Más de 5 cm de agua pueden causar la segregación del concreto.

Si las filtraciones son demasiado grandes para que se pueda colar en seco, puede permitirse que el nivel del agua suba libremente hasta que el agua llegue al equilibrio, cuidando que esta no trasporte muchos materiales sueltos en la perforación.

Extracción del ademe.

El ademe generalmente se va sacando a conforme se va colando el concreto. Este procedimiento conduce a serios defectos en las pilas coladas.

No debe intentarse si el concreto se coló con trompa de elefante.

La operación se efectúa sacando el ademe lentamente al irse colando el concreto, debiéndose mantener todo el tiempo el extremo inferior del ademe cuando menos a 1.50 m debajo de la superficie del concreto de la pila.

El ademe se tiene que mantenerse vertical durante la extracción, para evitar que se mueva el esfuerzo y que se mezcle el suelo con el concreto en los lados de la pila.

Después de comenzar el colado, la extracción deberá hacerse dentro de una hora, antes de que el concreto adquiera su fraguado inicial. Si ocurre un retraso y pasa la hora entonces ya no deberá extraerse el ademe y la porción que no se ha extraído todavía deberá cortarse.

Inspección

Durante la excavación, el inspector debe asegurarse

Que los cuerpos de las pilas estén dentro de las tolerancias de verticalidad y de dimensiones

que las paredes de la perforación no se hayan derrumbado, que el fondo no se haya limpiado adecuadamente, que la campana este correctamente formada e intacta que la naturaleza de los materiales de la base de la pila corresponda con la

que se consideró en el proyecto que el agua subterránea este correctamente controlada.

Si se usa lodo al hacer la perforación, el inspector debe:

Debe comprobar que el equipo de bombeo es adecuado. Que se han instalado las coladeras adecuadas para quitar el material

grueso del líquido circulante Y que la consistencia inicial del lodo es la adecuada.

Durante la perforación, debe comprobare continuamente la consistencia y observar la naturaleza de los materiales que lleva el líquido.

Para inspeccionar los materiales de la campana y el fondo, es necesario que el inspector baje a la perforación. Aun en un agujero seco, esto debe hacerse con las medidas de seguridad adecuados ya que las consecuencias pueden ser severas para el inspector y el constructor.

Perdida de terreno

La pérdida del terreno se produce con las excavaciones. En la construcción de pilas, no es probable que la perdida de terreno no se a una cuestión seria, a menos que los suelos circunvecinos sean arcillas plásticas relativamente blanda o limos que pueden fluir hacia adentro de la perforación o arenas y limos con cohesión que puedan ser arrastrados por el flujo de agua.

Frecuentemente se coloca el ademe en la perforación para poder extraer los lodos y colar en seco. Si se deja el ademe en su lugar, el suelo que lo rodea puede invadir gradualmente el anillo de lodo que se forma alrededor del ademe y el asentamiento producido por la construcción de un gran número de pilas puede ser excesivo.