ANTINORI, CHÁVARRY,.
"AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN"
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
CIMENTACIONES
CON PILOTES ESTRUCTURAS Y CARGAS
CARRERA:INGENIERÍA CIVIL
CURSO:ESTRCUTRAS Y CARGAS
DOCENTEIng. Erlyn Giordany Salazar Huamán.
INTEGRANTESo ANTINORI ORTIZ, Luis Rafael.o CHÁVARRY GRADOS, Diana.o CHÁVEZ RUBIO, Alexander.o ZAMBRANO TELLO, Milagros.
CIMENTACIONES CON PILOTES
ÍNDIC
ERESUMEN ............................................................................................................................................
3
ABSTRACT OR SUMMARY................................................................................................................... 4
KEY WORDS......................................................................................................................................... 5
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 7
OBJETIVOS........................................................................................................................................... 8
OBJETIVO GENERAL: ....................................................................................................................... 8
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................................................................ 8
MARCO TÓRICO .................................................................................................................................. 9
CIMENTACION................................................................................................................................. 9
TIPOS DE CIMENTACIÓN............................................................................................................... 11
CLASIFICACION GENERAL DE LAS CIMENTACIONES: ................................................................... 12
I. CIMENTACIONES SUPERFICIALES .....................................................................................
12 a)
Zapatas:............................................................................................................................. 12 b)
Cimientos corridos:........................................................................................................... 14 c)
Losas de cimentación: ...................................................................................................... 14
II. CIMENTACIONES PROFUNDAS: ........................................................................................
15 a) Cimentación por pilares:
.................................................................................................. 16 b) Cajones de
cimentación: .................................................................................................. 17 c)
Cimentación por pilotes: .................................................................................................. 18
CIMENTACION CON PILOTES: ....................................................................................................... 20
I. HISTORIA ........................................................................................................................... 20
II. PILOTES ............................................................................................................................. 21
III. FUNCION DE LOS PILOTES ............................................................................................ 22
IV. CONDICIONES QUE REQUIEREN LA CIMENTACIÓN CON PILOTES .............................. 22
V. TIPOLOGIA: ....................................................................................................................... 23
VI. PILOTES MÁS USADOS .................................................................................................. 54
VII. ELECCIÓN DEL TIPO DE PILOTE ..................................................................................... 59
VIII. CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE UN PILOTE ................................................................ 60
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ......................................................................................... 61
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................................................... 62
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 63
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 2
CIMENTACIONES CON PILOTES
RE S U M E N
Al encontrarse en una zona donde se llevará a cabo la construcción de una
estructura se proseguirá a estudiar el suelo y el subsuelo y con ello poder
identificar el tipo de cimentación que se utilizará, seguidamente aplicaremos
conocimientos teóricos para la determinada cimentación la cual soportara y
transmitirá las cargas de dicha estructura de manera eficaz. Supongamos el caso
que se nos solicite seguridad estructural muy alta pues sin lugar a duda
optaremos por cimentación con pilotes aunque son económicamente muy
elevados esto se dará de acuerdo al tipo de fabricación pero son mucho más
resistentes a fuerzas sísmicas y a fuerzas del viento Es por ello importante el
conocimiento teórico: pilote, tipos de pilotes, resistencia de un pilote, etc. para ser
llevado a la práctica.
La poca aplicación de cimentaciones profundas ha llevado a que la mayoría de
ingenieros no estén familiarizados con el diseño de los mismos, mucho menos con
las consideraciones geotécnicas y estructurales que se deben tener en cuenta al
momento del diseño. Lo normal es encontrar diseños típicos que se repiten una y
otra vez, dejando de lado la ciencia que conlleva a una optimización y diseño
eficiente de los pilotes.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
A BST RA C T O R S UM M AR Y
Being in an area where they carry out the construction of a structure will continue
to study the soil and subsoil and thus able to identify the type of foundation that is
used, then apply theoretical knowledge to the specific foundation which would
support and transmit said structure loads effectively. Suppose the case that can
not ask for very high structural safety undoubtedly opt for Piling although
economically it will be very high depending on the type of production but are much
more resistant to seismic forces and wind forces it is why important theoretical
knowledge: a piling, pile types, resistance of a pile, etc. to be implemented.
The limited application of deep foundations has led to most engineers are not
familiar with the design of the same, much less with the geotechnical and
structural considerations that must be taken into account when designing. You will
usually find typical designs that are repeated again and again, leaving aside the
science that
leads to optimization and efficient design of the piles.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
K E Y W ORD S
Subsuelo: Capa o capas de terreno que están debajo de la superficie terrestre o la tierra cultivable.
Solado: Revestimiento de un piso con ladrillos, losas u otro material. Erosión: es el desgaste que se produce en la superficie de un cuerpo por la acción
de agentes externos (como el viento o el agua) o por la fricción continua de otros cuerpos.
Punzonamiento: Es un esfuerzo producido por tracciones en una pieza debidas a los esfuerzos tangenciales originados por una carga localizada en una superficie pequeña de un elemento bidireccional de hormigón, alrededor de su soporte.
Pilotaje: Sistema de cimentación profunda de tipo puntual que consiste en clavar pilotes en el terreno buscando siempre el estrato resistente, a fin de soportarlas cargas transmitidas por el edificio
Densificación: es el aumento o disminución de densidad (variación de densidad) Asentamientos: Acción y efecto de asentar o asentarse. Estrato:
Capa paralela y superpuesta a otras que forma los terrenos sedimentarios, y en do nde pueden encontrarse los yacimientos de fósiles.
Napa freática: es una acumulación de agua subterránea que se encuentra a una profundidad relativamente pequeña bajo el nivel del suelo.
Hincharse: Hacer que aumente de volumen algún objeto o cuerpo, llenándolo de aire u otra cosa
Recalce: Sistema de apoyos que permiten aumentar la resistencia de un cimiento existente o reconstruirlo.
Corrosión; se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.
Hincar: Clavar o meter una cosa con punta en otra ejerciendo una presión. Hormigón:
Mezcla de materiales inertes formados a base de piedras menudas con aglomeran tes y agua. Se emplea en la construcción.
Hormigón armado Estructura que se obtiene reforzando el hormigón con barras de acero.
Hormigón pretensado Hormigón armado que ha sido sometido previamente a tensi ones en la zona en que se prevén esfuerzos detracción considerable.
Presión admisible.- Máxima presión que la cimentación puede transmitir al terreno sin que ocurran asentamientos excesivos (mayores que el admisible) ni el factor de seguridad frente a una falla por corte sea menor que el valor indicado en el numeral3.5.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Suelo colapsable.- Suelos que al ser humedecidos sufren un asentamiento o colapso relativamente rápido, que pone en peligro a las estructuras cimentadas sobre ellos
Creosota.- es un compuesto químico derivado del fraccionamiento de alquitranes procedentes de la destilación de carbones grasos, preferentemente a temperaturas comprendidas entre 900 y 1200 °C
Martinete.- Máquina empleada para hincar pilotes en un terreno. Mandril.- Soporte interno temporal insertado en una funda de paredes delgadas y
que recibe el impacto durante la hinca, se retira posteriormente si se vierte el hormigón.
Azuche.- Puntera situada en el extremo inferior de un pilote para evitar que éste sea dañado al perforar el terreno.
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CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
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IN T R O D U CC I
Ó N
El diseño de las cimentaciones con pilotes es considerado un “arte” en vista de las
incertidumbres implícitas al trabajar con las condiciones del subsuelo
Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto y/o madera y
son usados para construir cimentaciones, cuando son profundas y cuestan más
que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el uso de pilotes es a
menudo necesario para garantizar la seguridad estructural.
Cuando el suelo situado al nivel en que desplantaría normalmente una zapata o
una losa de cimentación, es demasiado débil o comprensible para proporcionar un
soporte adecuado, las cargas se transmiten al material más adecuado a mayor
profundidad por medio de pilotes
Muchas veces ha surgido la incertidumbre de predecir el comportamiento y la
capacidad de carga de pilotes en suelos granulares y cohesivos los mecanismos
no han sido aun totalmente entendidos y tal vez nunca lo sean. A pesar de las
numerosas investigaciones, tanto teóricas como experimentales
Hoy en día las características de la edificación y la necesidad de estructuras con
mayores solicitaciones, llevan a que la utilización de sistemas de cimentación
profunda sea cada vez más usual, siendo en determinadas zonas de nuestro país
prácticamente la única solución debido a las limitaciones del terreno.
Dado que existe mucha incertidumbre aún sobre el comportamiento de los pilotes
y la bibliografía especializada es escasa, se ha visto necesario investigar, recoger
y ordenar la información dispersa en diferentes documentos es por esto que en el
presente trabajo se dará a conocer las principales características, conceptos
básicos, tipos y la clasificación de cimentación con pilotes.
CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
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OB J E T I VO S
O BJ E TI V O GE N ER A L :
Desarrollar una teoría entendible para obtener una conceptualización óptima
sobre una cimentación con pilotes, dando a conocer los tipos de y los
métodos de ejecución.
O BJ E TI V O S E S PE C Í F I CO S :
Tener conocimiento sobre el porqué y cuando utilizar cimentaciones con
pilotes.
Identificar las ventajas y las desventajas que contrae la cimentación con
pilotes.
Adquirir nuevos conocimientos acerca de cimentaciones profundas.
CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
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M AR C O T ÓR I C O
CI M E N T A CI O N
Se llama cimentación al elemento estructural que transmite las cargas de la columna y
muros al terreno. La resistencia del suelo es menor que la resistencia del concreto, por
ello, la cimentación tiene mayor área que su respectiva columna o muro para así reducir
los esfuerzos que se transmiten al terreno.
El terreno debe trabajar bajo una carga tal que no se altere su estado de equilibrio, o sea,
que no se produzcan deformaciones o asentamientos perceptibles que repercutan en los
diferentes elementos de la estructura, produciéndoles tensiones parásitas para las cuales
han sido diseñados. Si una columna se asienta más o menos que otra adyacente, la
diferencia genera esfuerzos que pueden ocasionar daños en los elementos estructurales y
no estructurales.
La carga de trabajo del terreno debe determinarse por medio de experiencias y sondajes a
cargo de un especialista en “Mecánica de Suelos”. En la siguiente tabla se presentan
algunos valores aproximados de la carga de trabajo para diferentes tipos de terreno. Estos
se utilizan solamente para diseños preliminares.
Tipo de Suelo qs (kg/cm2)1. Rocas macizas: granito, diorita, gneis. 1002. Rocas laminadas: esquistos, pizarra. 403. Rocas sedimentarias: caliza, arenisca. 154. Cascajo, gravas o gravas arenosas (GW ó GP)
CompactasMediamente compactas (Lima) Sueltas
543
5. Arenas o arenas con grava bien graduadas (SW)CompactasMediamente compactasSueltas
3.753
2.25
6. Arenas o arenas con grava mal graduada (SP) CompactasMediamente compactasSueltas
32.501.75
CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
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7. Gravas sienosas o grava- arena- sieno (GM)CompactasMediamente compactasSueltas
2.502
1.508. Arenas sienosas o arena- sieno (SM) 29. Gravas arcillosas o arenas arcillosas (GC – SC) 210. Suelos inorgánicos, sienos, arenas finas (ML-CL) 111. Arcillas inorgánicas plásticas, arenas diatomíceas, sienos
elásticos (CH-MH) 1
Tabla de Cargas de trabajo para diversos tipos de suelo. (Harmsen & Mayorca, 1995)
CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO.
TI P O S D E CI M E NT A C IÓ N
El tipo de cimentación apropiado para cada situación depende de varios factores entre los
cuales se tiene:
1. La resistencia y compresibilidad de los estratos del suelo.2. La magnitud de las cargas de las columnas.3. La ubicación de la napa freática.4. La profundidad de cimentación de las edificaciones vecinas.
En la siguiente figura se muestran los diferentes tipos de cimentación: zapata de muro o cimiento corrido, zapata aislada, zapata combinada, zapata conectada, zapata sobre pilotes y zapatas continuas, solados o plateas.
Figura 1: Diferentes tipos de cimentaciones.
(Harmsen & Mayorca, 1995)
CIMENTACIONES CON CIMENTACIONES CON
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO.
C L AS I F I C A CI O N GE N E R A L D E L A S CI M E N T A CI ON E S :
I. CI M E N T A CI ON E S S UPER F IC I A LE S
“Son aquellas en las cuales la relación Profundidad / ancho (Df / B) es menor o
igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o
diámetro de la misma. Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas,
conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las
plateas de cimentación”.
(RNE, 2012)
Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo,
por tener suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de
importancia secundaria y relativamente livianas. En estructuras importantes, tales
como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente
profundidad como para garantizar que no se produzcan deterioros. Las
cimentaciones superficiales se clasifican en:
a) Zapatas:Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro, que tiene por
objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades del
suelo. Las zapatas que soportan una sola columna se llaman individuales o
zapatas aisladas. La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata
conectada. Si una zapata soporta varias columnas se llama zapata combinada.
- Zapatas aisladas.
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 2: Zapata aislada.
- Zapatas conectada.
Figura 3: Zapata conectada.
- Zapatas combinadas.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 13
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 4: Zapata combinada.
b) Cimientos corridos:Elemento colocado en posición horizontal, el cual transmite parte del peso total de
toda la edificación al suelo.
Figura 5: Cimiento corrido.
c) Losas de cimentación:Una losa de cimentación es una zapata combinada que cubre toda el área que
queda debajo de una estructura y que soporta todos los muros o columnas. Cuando
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 14
CIMENTACIONES CON PILOTES
las cargas del edificio son tan pesadas o la presión admisible en el suelo es tan
pequeña que las zapatas individuales van a cubrir más de la mitad del área del
edificio, es probable que la losa corrida sea más económica que las zapatas.
Figura 6: Losa de cimentación.
II. CI M E N T A CI ON E S PR O F U N D A S :
“Son aquellas en las que la relación profundidad /ancho (Df / B) es mayor a cinco
(5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma.
Son cimentaciones profundas: los pilotes y micro pilotes, los pilotes para
densificación, los pilares y los cajones de cimentación.
La cimentación profunda será usada seguridad indicados en el numeral 3.4 o
cuando los asentamientos cuando las cimentaciones superficiales generen una
capacidad de carga que no permita obtener los factores de generen asentamientos
diferenciales mayores a los indicados en el numeral 3.2. Las cimentaciones
profundas se pueden usar también para anclar estructuras contra fuerzas de
levantamiento y para colaborar con la resistencia de fuerzas laterales y de volteo.
Las cimentaciones profundas pueden además ser requeridas para situaciones
especiales tales como suelos expansivos y colapsables o suelos sujetos a erosión.
Algunas de las condiciones que hacen que sea necesaria la utilización de
cimentaciones profundas, se indican a continuación:
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 15
CIMENTACIONES CON PILOTES
a) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente
compresibles y demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la
estructura. En estos casos se usan pilotes para transmitir la carga a la roca
o a un estrato más resistente.
b) Cuando están sometidas a fuerzas horizontales, ya que las cimentaciones
con pilotes tienen resistencia por flexión mientras soportan la carga vertical
transmitida por la estructura.
c) Cuando existen suelos expansivos, colapsables, licuables o suelos sujetos
a erosión que impiden cimentar las obras por medio de cimentaciones
superficiales.
d) Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión,
plataformas en el mar, y losas de sótanos debajo del nivel freático, están
sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para
resistir dichas fuerzas.”
(RNE, 2012)
Según el Reglamento Nacional de Edificaciones se clasifican en:
a) Cimentación por pilares:Los pilares son elementos estructurales de concreto vaciados “in situ” con diámetro
mayor a 1,00 metro, con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.
- Capacidad de carga:
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 16
CIMENTACIONES CON PILOTES
La capacidad de carga de un pilar deberá ser evaluada de acuerdo a los
mismos métodos estáticos utilizados en el cálculo de pilotes. Se tomará en
cuenta los efectos por punta y fricción.
Figura 7: Cimentación por pilares.
b) Cajones de cimentación:Los cajones de cimentación son elementos estructurales de concreto armado que
se construyen sobre el terreno y se introducen en el terreno por su propio peso al
ser excavado el suelo ubicado en su interior.
- Capacidad de carga
La capacidad de carga de un cajón de cimentación deberá ser evaluada de
acuerdo a los mismos métodos estáticos utilizados en el cálculo de zapatas
o pilares y dependerá de la relación profundidad /ancho (Df / B) si es menor
o igual a cinco (5) se diseñará como cimentación superficial, si es mayor a
cinco (5) se diseñará como un pilar.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 17
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 8: Cajones de cimentación.
c) Cimentación por pilotes:Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto, acero o madera y son
usados para construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la
cimentación en estratos ubicados a una mayor profundidad que el usual para
cimentaciones superficiales.
- Capacidad de carga del grupo de pilotesa) En el caso de un grupo de pilotes de fricción en arcilla, deberá
analizarse el efecto de grupo.
b) En el caso de pilotes de punta apoyados sobre un estrato resistente
de poco espesor, debajo del cual se tiene un suelo menos
resistente, debe analizarse la capacidad de carga por
punzonamiento de dicho
suelo.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 18
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 9: Cimentación con pilotes.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 19
CIMENTACIONES CON PILOTES
CI M E N T A CI O N C O N P I L O T E S :
I. H I S T O R I A
Los ejemplos más antiguos de pilotes están en Efeso, ahora Oeste de Turquía,
donde se construyó un gran templo entorno al año 600 a.c. que sigue conservando
su cimentación original de pilotes de madera. Cerca de Rochester, las
excavaciones de una vieja vía romana reveló la existencia de pilotes de madera de
1900 años de antigüedad en excelentes condiciones de mantenimiento (Haldeman,
1982).
Desde el imperio romano quedó bien establecido el uso de troncos de árboles
como pilotes; los detalles de las cimentaciones piloteadas fueron descritos por
Vitrubio en el año 58 D.C. Probablemente, los pilotes de madera son el tipo que
más se usa en todo el mundo.
Pero los ejemplos históricos son muchos. Veamos algunos:
El viejo puente de Londres se cimentó en 176 sobre tajamares de piedra apoyados
sobre pilotes de olmo que duraron 600 años (Nash, 1981). Se empezó a construir
sobre a partir del siglo IX. La capa superior del fondo de la laguna de Venecia está
constituida por arena y fango, lo que no ofrecía ningún apoyo a posibles
construcciones. Ante esa incapacidad de carga del terreno, se optó por clavar en el
fondo un conjunto de pali, o troncos de roble, aliso o alerce, hasta llegar a la capa
de arcilla más profunda. La longitud de estas estacas oscila entre 2 y 4 m, pero su
disposición es siempre la misma, en círculos concéntricos o en espiral. Sobre esta
base se coloca una plataforma de vigas entrecruzadas sobre la que se apoya la
construcción tradicional que utiliza materiales muy ligeros.
En Venecia puede haber muchísimos pilotes, como en el caso de la iglesia de la
Salute (más de I millón) o menos, como en el del puente del Rialto (1 0.000).
En 1902 se reconstruyó la torre del Campanile de Venecia sobre los mismo pilotes
de madera de 1000 años de antigüedad, todavía en excelente estado (Haldeman,
1982).
El casco antiguo de la ciudad de Ámsterdam se apoya sobre alrededor de once
millones de pilotes de madera, única manera de construir sobre el terreno de turba
que se extiende a ambos lados del río Amstel. Estos pilotes de madera, de encina
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 20
CIMENTACIONES CON PILOTES
traída de los Países Bálticos, descansan a su vez sobre una capa de arena situada
a unos 20 metros bajo a superficie.
En Ámsterdam destaca el enorme edificio del Palacio Real (1 648- 665) o el
Ayuntamiento con cimentación a base de 13.600 pilotes de madera
La catedral de San Isaac de San Petersburgo (1818- 1 868), el tercer edificio
cupular más grande del mundo por su altura (1015 m) está apoyada sobre 24.000
pilotes de pino. En esta catedral pueden entrar 14.000 personas.
El puente de Brooklyn ,en Nueva York , descansa sobre cajas neumáticas
formadas con pilotes
Cúpula de Lousiana de 2120 m de diámetro que soporta 130000 metros cúbicos de
hormigón y 18000 Tn de acero.
En el viadccto de Winnemuca (EEUU) de 300m de largo se usaron pilotes de
madera que soportan 70 Tn
Aeropuerto JF Kennedy
II. P I L O T E S
“Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto, acero o madera y son
usados para construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la
cimentación en estratos ubicados a una mayor profundidad que el usual para
cimentaciones superficiales”.
(RNE, 2012)
Los pilotes son elementos que se emplean en suelos blandos para transmitir las
cargas de las estructuras a una zona de capacidad portante más elevada. Pueden
ser de madera, concreto simple, concreto armado, concreto pretensado y acero.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 21
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 10: Pilotes.
III. F U N CI O N D E L O S P I L O T E S
Trasmitir las cargas a estratos más firmes.
Son utilizados en estructuras marítimas costa afuera y en muelles
Alcanzar con las cimentaciones, profundidades sin peligro de erosión y socavación
Para consolidar o compactar suelos granulares como estructuras de retención o
drenaje verticales
IV. C ON D I CI ON E S Q U E R E Q U I ERE N L A CI M E N T A CI Ó N C O N P I L O T E S
La siguiente lista identifica algunas de las condiciones que requieren cimentaciones de
pilotes.
a) El estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y
demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la
superestructura.
b) Se quieren reducir o limitar los asientos del edificio.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 22
CIMENTACIONES CON PILOTES
c) Existe peligro inminente de licuación de suelos, es decir, presencia de
arenas sueltas y nivel freático alto.
d) Presencia de suelos colapsables.
e) La permeabilidad u otras condiciones del terreno impiden la ejecución de
cimentaciones superficiales.
f) Las cargas son muy fuertes y concentradas.
g) Hay presencia de suelos expansivos, las cimentaciones con pilotes se
consideran como una alternativa cuando éstos se extienden más allá de la
zona activa de expansión y contracción.
h) Las cimentaciones de algunas estructuras están sometidas a fuerzas de
levantamiento.
i) Hay presencia de fuerzas horizontales, las cimentaciones con pilotes
resisten por Flexión mientras soportan aún la carga vertical transmitida por
la superestructura.
j) Se quiere evitar los daños que puede sufrir una futura excavación a la
cimentación de una edificación adyacente; en este caso el pilote lleva la
carga de la cimentación debajo del nivel de excavación esperado.
k) Se desea proteger estructuras marinas como muelles, atracaderos contra
impactos de barcos u objetos flotantes.
V. TI P O L O G I A :
a. Por su forma de trabajo:
De acuerdo al mecanismo de transmisión de la carga al suelo, los pilotes se
clasifican en:
1. R es i s t e n t es p o r e f e c t o d e punt a :
Se utilizan en aquellos terrenos en los que al existir, a cierta profundidad, un
estrato claramente más resistente, las cargas del pilotaje se transmitirán
fundamentalmente por punta. Se suelen denominar pilotes “columna”.
2. Resist ent es por ef ect o lat eral o fr icción (f ust e) :
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 23
CIMENTACIONES CON PILOTES
Son los pilotes que no alcanzan estratos resistentes y flotan en el estrato en
el que se encuentran. Al no existir un nivel claramente más resistente al que
transmitir la carga del pilotaje, éste transmitirá su carga al terreno
fundamentalmente a través del fuste. Se suele denominar pilotes “flotantes”
3. Resist ent es por ef ect o lat eral y por ef ect o de punta simult ánea.
Figura 11: Pilotes por fuste – Pilotes por punta.
b. Por el tipo de material:
Para la construcción de pilotes se podrán utilizar los siguientes materiales:
P I L OT E S D E M A D E R A :
Los pilotes de madera fueron los primeros en ser utilizados. Actualmente son
usados en zonas en las que constituyen una alternativa adecuada, por economía y
eficiencia frente al concreto y al acero. El pilote debe cortarse siguiendo
exactamente las fibras de la madera, dirección en la cual ésta tiene mayor
resistencia.
Este tipo de pilotes son piezas de madera redonda o cilindrada, sumamente rectos,
que normalmente, y principalmente en el caso de las cimentaciones, se mecanizan
en punta para facilitar su introducción y empotramiento en el suelo
Bajo muchas circunstancias, los pilotes de madera proporcionan cimentaciones
seguras y económicas. Su longitud está limitada por la altura de los árboles
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 24
CIMENTACIONES CON PILOTES
disponibles; son comunes los pilotes de longitudes de 10 a 20m, en tanto que
longitudes mayores no pueden obtenerse económicamente en todas las regiones.
Los pilotes de madera se usan raramente y quedan destinados prácticamente a la
compactación de arena. No resisten altos esfuerzos al hincarse, por lo tanto, su
capacidad es generalmente limitada.
Aunque los pilotes de madera pueden durar indefinidamente cuando están
rodeados permanentemente por un suelo saturado, están sujetos a pudrirse arriba
de la zona de saturación. En algunas localidades, pueden dañarse o destruirse por
insectos como las termitas. En un ambiente marino, son atacados por varios
organismos (insectos, larvas marinas, moluscos, etc.) y pueden ser dañados en
pocos meses; y la parte que se encuentra arriba del nivel freático, es atacada por
insectos. Para evitarlo la madera puede ser tratada con diversos químicos Para
ello, se utilizan, dos métodos: la protección mecánica mediante recubrimiento del
pilote y la protección química.
Figura 12: Pilotes de madera.
Protección de los pilotes de madera
Entre un gran número de sistemas para proteger los pilotes de madera de larvas
marinas, dos de ellos han demostrado ser realmente eficaces:- P r otecc i ón m ec á n i ca m e d i a n t e r ec u b r i m i e n t o d e l p il ote:
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 25
CIMENTACIONES CON PILOTES
La utilización de chapas de hierro, acero, zinc o cobre, cuidadosamente
fijadas al pilote mediante clavos de cobre, ha permitido protegerlos durante
un tiempo más o menos largo; sin embargo, estas chapas se corroen.
A veces se ha recubierto los pilotes con clavos de hierro de cabeza ancha,
preferentemente de forma cuadrada.
Figura 12: Protección mecánica mediante recubrimiento del pilote.
- Pr otección q uím ica m ediant e cr eosota:
Es el procedimiento más eficaz contra el Taret (Teredo Navails); sin embargo,
los crustáceos, por ejemplo la lomnoria (Limnoria Térébrans) atacan la
madera creosotada, pero los estragos no son importantes.
La aplicación de creosota prolonga la duración de los pilotes (de 15 a 30 años
y más).
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 26
CIMENTACIONES CON PILOTES
En ciertas aguas tropicales, extraordinariamente infectadas de gusanos
marinos, los pilotes tratados han sido destruidos; no se puede decir, por
tanto, que el tratamiento dedo a los pilotes de madera los inmunice
totalmente contra los gusanos marinos, sobre todo en las regiones donde
estos organismos son muy activos.
Los pilotes tratados quedan protegidos contra la putrefacción, incluso en
lugares sometidos a alternancias de sequía y de humedad.
Un pilote de madera, convenientemente tratado, dura más tiempo que un no
tratado sometido a las mismas condiciones.
Los pilotes no se conservan si no están constantemente sumergidos en los
mantos acuíferos y bien podados por encima.
Un ejemplo de la conservación de los pilotes de madera, digno de
consideración se ha obtenido cuando, en 1902, se hundió el Campanile de
San Marcos de Venecia; los pilotes de cimentación, que había estado en
servicio durante 1002 años, se encontraron en un estado de conservación tal
que los constructores decidieron reconstruir el Campanile sobre los mismos.
Ventajas.
Su utilización, presenta las siguientes ventajas:
- Son fáciles de manejar con respecto a cortes y extensiones a la longitud deseada.- Permanecen indefinidamente sin daño si están saturados con suelo saturado- Relativamente económicos dependiendo del tipo de madera
Desventajas:
Su utilización, presenta los siguientes inconvenientes:
- No resisten altos esfuerzos al hincharse(capacidad limitada)- Pueden tener daños en la parte superior e inferior de los pilotes- Son débiles cuando son elaboradas en un ambiente marino
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Soportan mal las variaciones de sequía y humedad, sin embargo trabajan bien
cuando están permanentemente bajo agua.- Sus dimensiones están limitadas.- La situación de pilotes carcomidos bajo una cimentación precisa de trabajos
subterráneos y de recalce de cimentaciones que son lentos y caros.
P I L OT E S D E AC E R O Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos. Los pilotes tubulares se
hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados, en muchos casos los
tubos se llenan con concreto.
La inserción de pilotes de tubo puede efectuarse forzando la parte superior del
tubo con un martillo diésel / hidráulico o bien mediante las vibraciones utilizando un
martinete vibratorio. Los tubos provistos de una placa situada en la parte inferior
pueden insertarse internamente mediante un martillo de caída
Resistentes a cargas de altas magnitudes y a esfuerzos cortantes y flexionantes
considerables; pueden alcanzarse grandes profundidades con unión de piezas por
roscado o soldadura. Su principal desventaja es que el área de la sección
disminuye por efectos de la corrosión.
Entre otras cosas, los pilotes de tubo de acero se utilizan para cimentar puentes,
muelles y edificios .Asimismo, el pilote de tubo de acero forma parte esencial de los
muros defensivos o de muros combinados y utilizados durante muchos años en
obra de reparación de cimentaciones y proyectos en los que la altura de trabajo
resultaba limitada.
Se podrá usar secciones tubulares perfiles en doble U o H. Los pilotes de hacer de
deben hincar con azuches (protecciones en la punta) adecuados.
Longitud usual entre 15 a 60 m.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 13: Pilotes de acero.
Figura 13: Pilotes de acero - secciones.
Ventajas:
Su utilización, presenta las siguientes ventajas:
- Son fáciles de manejar con respecto a cortes y extensiones a la longitud deseada.- Pueden resistir altos esfuerzos de hincado.- Pueden penetrar en estratos duros.- Alta capacidad de carga.- Resistencia elevada a la compresión.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Posibilidad de alcanzar grandes profundidades mediante soldadura de unos
elementos metálicos con otros.- Posibilidad de atravesar estratos resistentes.
Desventajas:
Su utilización, presenta los siguientes inconvenientes:
- Relativamente costosos.- Alto nivel de ruido en el hincado.- Sujetos a corrosión.- Presentan la desventaja de disminuir su sección transversal por efecto de la
corrosión. Por ello se recubren con películas plásticas especiales colocadas en
fábricas como medio de protección se los somete a una protección catódica por
medio de una corriente eléctrica permanente.
P I L OT E S D E C O N C R ET O :
Los pilotes de concreto son los más ampliamente utilizados; pueden ser de
concreto reforzado común o pre esforzado; aunque en su mayoría son de sección
llena también pueden ser de sección hueca de menor peso, también pueden ser de
sección circular, cuadrada, etc. Según el método de construcción y colocación que
se utilice los pilotes de concreto pueden ser prefabricados e hincados a golpes o a
presión o fundidos in situ en una excavación previamente realizada para la
construcción del mismo.
Las dos categorías básicas:- Pilotes de hormigón prefabricados: Podrá ser hormigón armado
(hormigones
de alta resistencia) u hormigón pretensado y postensado.- Pilotes de hormigón “in situ”: Se ejecutarán mediante excavación previa,
aunque
también podrá realizarse mediante desplazamiento del terreno o con técnicas
mixtas (excavación y desplazamiento facial).
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 14: Pilotes de concreto prefabricado.
Figura 15: Pilotes de concreto fabricado “in situ”.
P I L OT E S C O M P U E ST O S :
Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos están hechas de
diferentes materiales, por ejemplo, los pilotes compuestos se fabrican de acero y
concreto o de madera y concreto.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 31
CIMENTACIONES CON PILOTES
Pilotes de concreto y acero: consisten en una porción interior de acero y en una
porción superior de concreto colado en el lugar, este tipo de pilote es usado según
la capacidad de carga requerida.
Pilotes de concreto y madera: consiste en una porción inferior de pilote de madera
debajo del nivel freático permanente y en una porción superior de concreto en
cualquier la formación de juntas apropiadas entre dos materiales diferentes es
difícil y por esa razón, los pilotes compuestos no son muy usados.
Ventajas:
- Pueden ser terminados a cualquier
elevación.- Son fáciles de manejar con respecto a cortes y extensiones a la longitud
deseada.
Desventajas:
- El factor económico son generalmente
costosas- Se pueden crear vacíos si el concreto se coloca
rápidamente.
c. Por su modo de ejecución:
P I L OT E S P R E F A B R IC A D O S :
Estos pilotes se introducen en el terreno hinchándolos en él, pudiendo
realizarse con cualquiera de los materiales que aparecen en el esquema.
Los más utilizados son los pilotes de hormigón armado, que son los que
estudiaremos con mayor amplitud.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Las secciones de pilotes de hormigón armado son:
Figura 16: Secciones de los pilotes.
El hormigón ha de ser de alta calidad, puesto que se verá sometido a
elevadas tensiones durante el transporte del pilote y durante la hinca. Su
resistencia característica será superior a 350 kg/cm2
El pilote trabaja fundamentalmente a compresión y lleva armaduras
longitudinales dispuestas una en cada vértice si la sección es poligonal y si
la sección es circular. Asimismo se dispondrá de la armadura transversal
necesaria dispuesta helicoidal, sujetando en posición a la armadura
longitudinal.
Figura 17: Armadura del pilote.
En el extremo inferior que va a ser hinchado, el pilote llevará un azuche de
protección, que puede ser: un simple revestimiento de acero, plano, en
punta cónica o piramidal cuando se hincha en suelos, o bien llevar un tocho
cilíndrico de acero o elemento similar cuando debe atravesar terrenos con
pedruscos u obstáculos duros.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 18: Azuche de los pilotes.
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 más 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.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Pilotes prefabricados de hormigón armado e hincados:
Este tipo de pilotes presentan la ventaja de ser durables y además su forma
y dimensiones son controladas por el constructor. Tienen generalmente
forma cuadrada u ortogonal. Su longitud varía entre 10 y 20 m. alcanzando
en casos extremos los 30 m. su dimensión transversal varía de 25 a 60 cm.
y su peso es considerable.
La armadura longitudinal debe diseñarse de forma que el pilote resista los
esfuerzos propios de la construcción y los esfuerzos de acarreo, transporte
y puesta en obra. Estos últimos se disminuyen aumentando el número de
puntos de suspensión. La armadura transversal o puede estar constituida
por estribos espirales helicoidales. El sunchado debe recargarse en los dos
extremos del pilote para evita que falle por efecto de choques y por los
golpes del martillo.
Para la puesta en obra de los pilotes se usan dispositivos de enganche para
sostenerlos durante el acarreo. Entre ellos se tiene: eslingas, pasadores,
dientes de agarre, barras de elevación, etc. Durante el proceso de hincado
se cubre la cabeza de los pilotes con un casco de protección para evitar la
disgregación del concreto.
El hincado puede hacerse con martillos e percusión, neumáticos o diésel, o
con martillos vibratorios. Cada martillo tiene una fórmula para determinar la
resistencia de pilote a partir del hundimiento correspondiente los últimos
golpes.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 18: Pilotes prefabricados de hormigón armado e hincados.
- Pilotes prefabricados de hormigón armado y roscados:
La puesta en obra en este tipo de pilotes se efectúa por roscado mecánico.
El mecanismo de roscado coge una parte del fuste del pilote que arrastra
en rotación y desciende con el deslizándose entre dos guías verticales.
Cuando llega al nivel del suelo se eleva sobre el fuste y se reinicia el
roscado.
Estos pilotes presentan la ventaja de una rápida instalación y puesta en
obra lo que conlleva rendimientos elevados. Se hace uso de material
ligero y
pocos costos para la colocación, suprimiéndose los ruidos y vibraciones.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Este tipo de pilotes tienen un campo de ampliación casi universal. Entre los
principales se encuentran los pilotes roscados Grimaud.
Ventajas:
- Pueden ser sometidos a un hincado de alto impacto.- Son resistentes a la corrosión- Pueden combinarse fácilmente con una superestructura de concreto.
Desventajas:
- Difíciles de ser cortados a la medida precisa.- Difíciles de transportar.
P I L OT E S F A B R I C A D O S “ I N SIT U ”:
Aquellos que se ejecutan perforando previamente el terreno y rellenado la
excavación con hormigón fresco y las correspondientes armaduras.
Los pilotes de extracción, perforados y hormigonados «in situ», constituyen una
de las soluciones clásicas de cimentación a los problemas planteados bien por
baja capacidad portante del terreno o bien por la necesidad de soportar grandes
cargas transmitidas por la estructura a cimentar.
Este tipo de pilote es normalmente capacitado para absorber combinaciones de
esfuerzos verticales, horizontales y momentos flectores (por ejemplo, en
estructuras de puentes), pueden soportar esfuerzos de flexión, como es el caso
de contenciones de tierras mediante pilotes en línea (pantallas de pilotes).
Pueden emplearse prácticamente en todo tipo de terrenos, con los útiles de
perforación adecuados. Se sitúan aislados o en grupos, en diferentes
disposiciones.
Según Terrastest cimentaciones S.A Sus diámetros oscilan entre 450 y 2.200
mm, dependiendo del tipo de perforación, con profundidades máximas del orden
de los
60 m. Bajo pedido pueden estudiarse la disposición de maquinaria que permita
afrontar diámetros y profundidades mayores.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 19: Pilotes fabricados “in situ”.
Hincados de desplazamiento:
- Con Azuche
Se utilizan cuando los pilotes poseen diámetros pequeños (se considera
entre 40 y 70 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.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
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.
Figura 20: Pilotes hinchados de desplazamiento con azuche.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Con t apón de Gr avas ( apisonado)
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 de la entubación.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 21: Pilotes hinchados de desplazamiento con tapón de gravas.
La armadura, generalmente formada por barras longitudinales y u una
espiral, es izada por medio de un cabrestante auxiliar y colocada en el
interior de la tubería de revestimiento provisional, con holgura que permita
el paso del pisón o maza por su interior.
El hormigón se vierte, sin presencia de agua, en pequeñas cantidades y se
golpea enérgicamente con el pisón. La extracción del tubo de revestimiento
tiene lugar al mismo tiempo que el impacto del pisón sobre el hormigón,
mediante un sistema sincronizado que excluye la posibilidad de toda
discontinuidad en el hormigón del pilote.
Los diámetros normales de este tipo de pilotes oscilan entre 40 y 60 cm
siendo las longitudes más usuales hasta un máximo de unos 20 metros.
Este tipo de pilote tiene la ventaja de no necesitar la extracción de tierras
del
interior.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Tiene el inconveniente de los impactos en los edificios colindantes
producidos por los golpes del pisón, así como la necesidad de
revestimientos provisionales (lo que encasilla su dimensionamiento).
De extracción:
- Con ent ubación r ecuperable ( Perf orados con entubación) :
Las fases de ejecución de este tipo de pilotes son para ambos similares, si
bien, en el caso de que haya que dispones “camisa perdida” aparece una
operación más en la ejecución del pilotaje.
Esos pilotes se aplican en terrenos difíciles, con presencia de bolos y capas
de roca.
La entubación de introducirá en el terreno acompañando la excavación y
siempre por delante de la misma, salvo en el caso de que haya que
atravesar capas intermedias que obliguen al uso del trépano.
La extracción de tierras se realiza por el interior de la tubería con cucharas.
Figura 22: Proceso de ejecución – pilotes con entubación recuperable.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 23: Cucharas para la extracción de tierras.
Se tomarán las precauciones necesarias para evitar el desprendimiento de
las paredes y se cuidará, especialmente, la limpieza del fondo de la
excavación, antes del vertido del hormigón.
En terrenos muy blandos y susceptibles de sifonamiento, durante la
excavación se mantendrá el nivel de agua inferior de la entubación por
encima del nivel freático.
El hormigonado en presencia de agua se efectuara mediante un tubo
Tremie. Ejecutaremos el hormigonado continuo; la primera capa de
hormigón desplaza el agua hacia arriba y, a medida que vertemos más
hormigón, la primera capa de hormigón va subiendo, al mismo tiempo que
subimos el canal de hormigonado. Al finalizar el proceso de hormigonado,
esa primera, mezcla se impurezas, nos la encontramos en la parte alta, la
cual desmocharemos para ejecutar en encepado.
Entre estos se tiene: pilote Simplex, pilote Express, pilote Vibro y pilote
Franki.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 24: Llenado del pilote.
Los diámetros normales de estos pilotes pueden oscilar entre 40 y 125 cm.
Las ventajas de este tipo de pilotes son:
- Permitirnos trabajar en presencia de agua (debajo del nivel freático).- Conocemos qué tipo de terreno amos atravesando y sobre todo el terreno de
apoyo del pilote.
Tiene los siguientes inconvenientes:- Los golpes de trépano producen vibraciones en los edificios colindantes al solar.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Extracción de fango y evacuación de los mismos.- Necesidad de revestimientos auxiliares, tubos, etc.
Pilotes excavados con la ayuda de lodos tixotrópicos sin entubación:
Antes de hablar del sistema, definamos lo que es un lodo de perforación,
agua densa, lodo tixotrópico o bentonita.
Bajo esa denominación caben todos los líquidos y suspensiones que
permiten mantener las paredes de perforación, facilitar la evacuación de los
sedimentos y refrigerar los útiles de ataque del suelo o roca.
La más utilizada de estas suspensiones e la “bentonita”, que es una arcilla
con agua.
Se denomina “tixotropía” a la propiedad de ciertos geles en virtud de la cual
la agitación los convierte en líquidos. Son líquidos en movimiento y sólidos
en reposo.
Para la ejecución de este tipo de pilotes se sigue una técnica igual a la
empleada en muros pantalla. Pueden adoptarse formas circulares o
rectangulares o incluso en H o T.
Es de aplicación en todo tipo de suelos, tiene posibilidad de grandes
longitudes sin necesidad de un revestimiento provisional de paredes de la
perforación y los diámetros empleados son diversos, pudiendo oscilar entre
60 y 260 cm.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 25: Proceso.
La ejecución del pilote consta de las siguientes fases:
- Replanteo del pilote, según el radio.- Ejecución de un murete-guía (de radio 15cm más que el pilote) que
después
se derribará.
Figura 26: Sección.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
- Se llena de bentonita ese “pequeño pozo” y con máquinas telescópicas. La
bentonita impide el desmoronamiento de las paredes. Trabajan por rotación
y percusión. A medida que vamos profundizando vamos llenando el pozo
con bentonita.- Una vez conseguida la profundidad deseada se limpia el fondo de la
perforación. Entonces tenemos el pozo lleno de bentonita.- Se suspende la armadura apoyada sobre el murete guía para que no se
deslice.- Se hormigona con tubos Tremi, de abajo a arriba y como el hormigón es
más
denso que la bentonita, ésta sube y se recupera en la parte alta, para
decantarla, tamizarla y volverla a utilizar.
Barrenados:
- Sin ent ubación ( Pilote perf orado a r ot ación) .
La perforación se realiza mediante una barrena introducida en el terreno a
rotación, con extracción del mismo.
Durante la excavación de las tierras las paredes no cuentan con ninguna
entibación, por lo cual es esencial que la calidad del terreno garantice su
permanencia. Todo pilote deberá estar por encima del nivel freático.
Las fases de ejecución son:
o Perforación y extracción de las tierras mediante barrenado.
o Limpieza de fondo y de las paredes de la excavación antes de la
colocación de las armaduras y vertido del hormigón, al objeto de
garantizar que n se produzcan desprendimiento de las paredes
durante estos trabajos. El hormigonado se realizara n seco de forma
contínua.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 27: Proceso.
Los diámetros normales de estos pilotes son de 40 a 60 cm.
Las ventajas de este pilotes son: rapidez de ejecución economía y ausencia
de golpes.
Los inconvenientes que presenta son: limitación de uso a los suelos
coherentes perforarles en seco, dificultad de limpieza de las perforaciones,
riesgo de desprendimientos e imposibilidad de uso con nivel freático alto.
- C on h o rm i g o n a do con el t u b o ce nt r al de l a ba r r e n a ( Pil otes p e r f o r a d os con b a rr e n a co n t i n u a ).
En este tipo de pilote se utiliza una barrena de hélice continua que se
introduce en el terreno sin extracción notable del mismo. Una vez
alcanzada la profundidad requerida se procederá a la extracción de la
barrena con las tierras alojadas en ellas y el hormigonado por bombeo a
través del tubo central de la misma.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
El hormigonado se realizará en seco o bajo agua, de forma continuada, y
seguidamente se introducirá la armadura en el hormigón fresco.
El hormigonado a presión a través del cuerpo axial de la barrena permite,
de forma controlada, la extracción de la misma, así como la expulsión del
detrito de la perforación del pilote, asegurando la continuidad del fuste
hormigonada.
Figura 28: Proceso.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 29: Llenado.
Los diámetros normales de estos pilotes oscilan entre 40 y 60 cm. La
profundidad máxima sin empales de la barrena continua es de 18 m.
Empalmando barrena pueden conseguir 50-60 metros.
Por el proceso de ejecución de estos pilotes es difícil conseguir su armad,
aunque al menos llevarán armadura en su zona superior.
Este sistema tiene las siguientes ventajas:- Permite conocer en cada momento las características de las distintas capas del suelo, pudiendo extraer dichas capas para efectuar ensayos.- La maquinaria es poco voluminosa y no produce vibraciones en el suelo ni
en edificios colindantes.- Posibilidad de su construcción en presencia de agua, ya que el
hormigonado
a presión a través de la barrena (al mismo tiempo se efectúa la extracción de
tierras) garantiza la continuidad del fuste.- El hormigón se vibra al introducir la armadura recién vertido éste.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Presenta el inconveniente de que hay que separar la cara exterior del pilote
unos 10 cm de las medianerías (por imposibilidad de aproximación de la
maquinaria empleada).
Ventajas:
- Relativamente baratos- Posible inspección antes de verter el concreto- Fácil de extender
Desventajas:
- Difíciles de empalmar después del fraguado.- Los ademes delgados pueden dañarse durante el hincado.
d. Por su sección:
Según la sección transversal, los pilotes pueden ser:
Huecos o macizos:- Cuadrados- Circulares- Poligonales
En I o H
Algunas secciones típicas se muestran la siguiente figura.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 51
CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 29: Secciones.
e. Por su perfil longitudinal:
-De sección uniforme
-Troncos cónicos
-Escalonados
-De bulbo
Los de sección uniforme son los más comunes. Los troncocónicos permiten un fácil
hincado pero tienen la tendencia a hundirse con el paso del tiempo, debido a su
forma de cuña. Son pilotes que trabajan por fricción. Los pilotes escalonados,
llamados también telescópicos, pueden construirse por tramos, para una más fácil
ejecución. Por último, los pilotes de bulbo son los que presentan un
ensanchamiento en la base, que mejora notablemente su resistencia por punta.
Ver la figura siguiente.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 29: Por su perfil longitudinal.
Si bien los pilotes son piezas muy esbeltas, que alcanzan grandes alturas, en
general no pandean salvo en casos excepcionales, como cuando el suelo que los
circunda es excesivamente blando, por ejemplo las arcillas saturadas. En otros
tipos de suelos, la experiencia ha demostrado que el soporte lateral que brinda el
terreno es tan efectivo, que los pilotes en todo momento mantienen su
estabilidad y alineamiento del fuste bajo las cargas de servicio, por lo cual se
diseñan como columnas cortas, sin tomar en cuenta el efecto que la esbeltez
ejerce sobre su capacidad resistente.
f. Po el diámetro del pilote
M i c r o p il ote s :
Diámetro menor de 200 mm. Se emplean en obras de recalce.
Pil otes co n v e n c i o n a l es
De 300 a 600 mm.
Pil otes de g r an d i ám e tr o
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Diámetro mayor de 800 mm.
Pilotes pantalla
De sección pseudo rectangular.
Pilotes de sección en f orm a de cr uz.
VI. P I L O T E S M Á S U S A D O S
Pilotes Frankl
El PROCESO FRANKI
La ejecución de los pilotes Franki realizado con nuestros equipos adecuados es
muy versátil y permite una gran variedad de posibilidades que lo torna atractivo
para realizar pilotajes en todo tipo de obras. Las particularidades del proceso son:
Gran energía en el hincado
El proceso FRANKI se inicia con el hincado del tubo FRANKI, dentro del cual se
desliza un pesado pilón que permite el posterior hincado en los distintos tipos de
suelos. La elevada potencia de hincado es obtenida por la gran altura de caída del
pilón, la cual puede ser variable dependiendo de la resistencia de los suelos a
hincar. Suelos de piedra de gran dimensión y otros obstáculos difíciles que a
menudo se encuentran en el suelo pueden ser atravesados o apartados fácilmente
con este sistema.
La base ensanchada
Esta es la parte fundamental del sistema ya que al final del hincado se ensancha la
base creando un elemento que por su mayor dimensión aumenta
considerablemente la capacidad de carga del pilote obteniendo una misma
capacidad de carga con profundidades menores que en otros sistemas. Este
crecimiento de la capacidad de carga no resulta simplemente de un aumento de
sección de la base sino sobre todo, de una mejora de las propiedades mecánicas
del suelo que ha sido fuertemente
compactado en torno a la base ensanchada.
ANTINORI, CHÁVARRY, CHÁVEZ, ZAMBRANO. 54
CIMENTACIONES CON PILOTES
Hormigonado en seco
El hormigonado del fuste del pilote se ejecuta sin que el agua o el suelo puedan
mezclarse con el hormigón. Su dosificación varía de 300 kg. a 450 kg. de cemento
por metro cúbico, pero su compactación por un apilonamiento enérgico, da como
resultado un hormigón compacto y homogéneo de elevada resistencia a la
compresión. La resistencia del hormigón a 28 días está por encima de los 200
kg/cm2
Figura 30: Secuencia de la ejecución.
VENTAJAS DEL PROCESO FRANKI
Versatilidad
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Este proceso permite distintas combinaciones en el tipo de fuste de los pilotes. Los
mismos pueden ejecutarse aún con inclinaciones hasta 25º.
Facilidad y rapidez de ejecución
Estos factores, que pueden ser decisivos en un emprendimiento constructivo, son
posibles por la gran experiencia adquirida por los Técnicos de la empresa, así
también por un gran número de equipos disponibles que permiten atender
rápidamente las necesidades. Además, los materiales usados son simples y
universales: piedra partida, canto rodado, arena, cemento y barras de acero que se
hallan fácilmente en todo mercado de materiales de construcción.
Economía
Los problemas del pilotaje se resuelven con opciones más económicas. Por
ejemplo:
- Al usar diversos diámetros, se obtiene un coeficiente de uso (relación entre la
carga
efectiva y la carga admisible) muy elevado.- La acción del pilón es ejecutada con la compresión estrictamente necesaria.- El llenado del fuste se interrumpe solamente al alcanzar la cota superior, de modo
que no existan cortes o enmiendas dentro del fuste del pilote.- Por su base ensanchada el pilote requiere una compresión menor- La armadura empleada es muy reducida y sólo se usa la imprescindible para el
trabajo estructural del pilote.
Seguridad
Los pilotes del sistema FRANKI ofrecen un elevado coeficiente de seguridad porque:
Usan al máximo la capacidad mejorada del terreno por el proceso.
La carga de trabajo del hormigón es baja e inferior a la que permite su dosificación
y su ejecución.
En el hincado, el pilote no puede quebrarse como algunos pilotes premoldeados,
porque el esfuerzo lo resiste el tubo FRANKI.
La base ensanchada trabaja como una zapata que se asienta en la profundidad y
en un suelo fuertemente compactado.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
Figura 31: Armaduras de pilotes FRANKI.
Tipos de pilotes franki
En el siguiente gráfico se muestran algunos tipos más requeridos de pilotes que pueden realizarse con el proceso FRANKI, aunque es posible estudiar otros modelos.
Figura 32: Tipos de pilotes FRANKI.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
PILOTE VIBROFRANKI
El proceso FRANKI permite ejecutar distintos tipos de pilotes moldeados “in situ”,entre los cuales destacamos el pilote VibroFranki.
Es un pilote moldeado “in situ” donde para el hincado del tubo-molde se hinca la cabeza del mismo con un martillo diesel o de caída libre.
La extremidad inferior del tubo está cerrada por una chapa metálica especial (marmita) para impedir la entrada de suelo y agua en el interior del tubo. La chapa de cierre luego es perdida.
Al llegar a la cota prevista por previsión estática, se levanta el martillo, se introduce la armadura en el interior del tubo-molde y enseguida, se vierte el volumen de hormigón plástico necesario para todo el pilote.
Un collar extractor dotado de vibradores es fijado al tubo-molde. La extracción es hecha continuamente, con acción simultánea de los vibradores.
La característica principal es que este tipo de pilote no posee base ensanchada.
Figura 33: Pilote VibroFranki.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
VII. ELE C CI Ó N DE L TI P O D E P I L O T E La elección final del tipo de pilote para una obra la dictan
-Las condiciones del subsuelo.
-Las características de hincado de los pilotes.
-El probable comportamiento de la cimentación.
-Las características de los estratos del subsuelo.
-La longitud necesaria del pilote.
-La topografía del lugar de trabajo.
-La facilidad de instalación de la maquinaria.
-El daño que se puede ocasionar a las construcciones vecinas.
-La presencia del nivel freático.
-Las características de la superestructura.
-La experiencia en construcciones anteriores similares.
-La economía las comparaciones económicas deben basarse en el costo de toda la cimentación y no únicamente en el costo de los pilotes. Por ejemplo, el costo de doce pilotes de madera con 18 toneladas de capacidad cada uno, puede ser menorque el de cuatro pilotes de concreto de 54 toneladas.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
VIII. C A P A C I D A D D E RE S I S T E N CI A D E U N P I L O T E La capacidad resistente de un pilote, referida a las cargas que soporta como miembro estructural, depende de la calidad de los materiales usados, el tipo de solicitación Impuesta y las dimensiones de su sección transversal. Como criterio general, la siguiente tabla da los valores promedio de las cargas de servicio para algunos pilotes y su longitud usual.
Figura 34: Capacidad portante – Longitud usual.
En todos los casos, H corresponde a la altura enterrada del pilote, en contacto con el suelo. La figura siguiente da algunos valores promedio de la capacidad portante de los diferentes tipos de pilotes.
Figura 35: Longitud usual.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
ANÁL I S I S Y D I SC U S I Ó N D E RE S U L T AD O S
La cimentación con pilotes se debe utilizar en situaciones tales como:
Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir
adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad
portante del suelo (resistencia del suelo).
Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan
asentamientos imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta
profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de baja calidad.
Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por
hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.
Cuando la edificación está situada sobre agua o con la napa freática muy
cerca del nivel de suelo.
Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción.
Aquí tenemos varios casos:
En edificios de altura expuestos a fuertes vientos.
En construcciones que requieren de elementos que trabajen a la tracción,
como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.
Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de
contención de los muelles.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
C ON C L U S I O N E S Y R E C O M E N DA C I ON E S
Se logró explicar con palabras precisas la cimentación con pilotes e identificar que
pilote utilizar con que técnica de acuerdo al tipo de suelo que se nos presente
Se conoce desde ya que es un pilote tipos y funciones de estos.
Con la información brindada sabremos que cimentación utilizar.
Se recomienda que debemos de tener un estudio de suelos y la resistencia del mismo
para poder determinar si es o no necesario la utilización de una cimentación con pilotes.
Adicional a esto la cimentación es costosa pero es más segura que una cimentación
superficial debido a los esfuerzos, fuerzas del viento, fuerzas sísmicas y vibraciones que
es capaz de soportar.
Para hincar el pilote siempre se busca el apoyo sobre una capa resistente que soporte las
cargas transmitidas. Frecuentemente la capa firme está a mucha profundidad, entonces el
rozamiento lateral puede ser de importancia según el caso.
Con un terreno mediocre en superficie y fuertes cargas, el rozamiento lateral será menos
importante cuanto más débiles sean las capas del terreno atravesadas; por ello conviene
emplear este sistema.
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CIMENTACIONES CON PILOTES
BIBLIOGRAFÍ
A Bayas, K. (10 de Agosto de 2014). slideshare.com. Obtenido de Cntenido Materia
construcciones II: http://es.slideshare.net/karenbayas/contenido-materia-construcciones- ii
Calveras Marles, J. (1982). Pilotes y cimentaciones sobre pilotes. Barcelona: EDITORES TECNICOS ASOCIADOS.
civilgeeks.com. (4 de diciembre de 2011). Obtenido de http://civilgeeks.com/2011/12/03/clasificacion-de-pilotes/
Harmsen, T., & Mayorca, J. (1995). Diseño de Estructuras de Concreto Armado. Lima: Fondo Editorial de la Pontificia Universidad Católica del Perú.
Marulanda, J. (23 de Diciembre de 2008). Slideshare. Obtenido de Exposición pilotes:http://es.slideshare.net/jmarulanda/exposicion-pilotes-presentation?related=2
RNE, R. N. (2012). Lima.
Urbán Brotóns, P. (2009). Construcción de estructuras de hormigón armado adaptado a las instrucciones . San Vicente: Editorial Club Universitario.
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