SUBSECRETARA DE EDUCACIN SUPERIORDIRECCIN GENERAL DE EDUCACIN SUPERIOR TECNOLGICA

INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA

INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

INGENIERA CIVIL

Formato del protocolo:USO DE PILOTES EN CIMENTACIONES PROFUNDAS

PRESENTA:C. Jos Manuel Cruz Ramrez

OAXACA DE JUREZ, OAXACA JUNIO 2014

ndicePg.CAPTULO I INTRODUCCIN.21.1 Planteamiento del problema.21.2 Justificacin.31.3 Objetivo.4CAPTULO II MARCO REFERENCIAL.52.1 Cimentaciones.52.2 Cimentaciones superficiales.52.3 Cimentaciones profundas.72.3.1 Pilas.72.3.2 Pilotes.73.- ESTUDIO DE LA CIMENTACIN A BASE DE PILOTES.73.1 Clasificacin de los pilotes83.1.1 Pilotes de punta83.1.2 Pilotes de friccin93.1.3 Pilotes de madera.93.1.4 Pilotes de hormign.93.1.5 Pilotes metlicos.94.- PILOTES DE MADERA.104.1 Caractersticas de los pilotes de madera.104.1.1 Tamao segn el dimetro del pilote.114.2 Hincado de pilotes de madera.115.- PILOTES DE CONCRETO125.1 Pilotes fabricados in situ.135.2 pilotes Franki.135.3 Pilotes Raymond155.4 Pilotes perforados circulares.165.5 Pilotes prefabricados.176.- Pilotes metlicos187.- Colocado de pilotes197.1 Equipo para el hincado de pilotes197.2 Martillos de impacto.208.- Comportamiento de los pilotes con cargas verticales218.1 Pruebas de carga en pilotes.22BIBLIOGRAFA.26ANEXOS.28

USO DE PILOTES EN CIMENTACIONES PROFUNDAS.Cruz-Ramrez, J. M.Estudiante de la carrera de ingeniera civil, del instituto tecnolgico de Oaxaca. av. Vctor Bravo Ahuja #125, esq. Calz. Tecnolgico, Oaxaca, Oaxaca, Mxico.http://www.itoaxaca.edu.mx, e-mail: shura_mcr93@hotmail.com

RESUMEN

El objetivo principal de una cimentacin es proporcionar el medio para que las cargas de la estructura, concentradas en columnas o en muros, se transmitan al terreno produciendo en ste un sistema de esfuerzos que puedan ser resistidos con seguridad sin producir asentamientos, o con asentamientos tolerables, ya sean stos uniformes o diferenciales.Lascimentaciones superficialesreparten la fuerza que le transmite laestructuraa travs de sus elementos de apoyo sobre una superficie deterrenobastante grande que admite esascargas. Por lo que se refiere a las cimentaciones profundas, podemos decir que son capaces de transferir las cargas estructurales a travs de los suelos compresibles o roca, existen dos principales cimentaciones profundas, los pilotes y las pilas.Las pilas son elementos de cimentacin profunda con secciones mayores que la de los pilotes, las cuales tambin transmiten al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma cimentacin con el propsito de lograr la estabilidad del conjunto.Los pilotes son postes que se introducen profundamente en el terreno para transmitir las cargas de la cimentacin a los estratos ms resistentes. los pilotes se emplean cuando el terreno superficial tiene baja capacidad de carga, cuando se tienen requisitos muy estrictos de asentamientos admisibles y cuando se requieren evitar cimentaciones muy voluminosas apoyadas en estratos de suelo poco favorables para la construccin, como en obras martimas o en suelos saturados.

CAPTULO I INTRODUCCIN.1.1 Planteamiento del problema.En nuestro pas en los ltimos aos, se ha implementado el uso de cimentaciones profundas en construcciones de viviendas, puentes, edificios y muelles. Especialmente la cimentacin profunda ms utilizada son los pilotes de concreto, incluso se utiliza en pequeas unidades habitacionales donde los suelos son de baja capacidad de carga. A medida que transcurre el tiempo, se incrementa la necesidad de satisfacer la demanda de nuevas construcciones que cumplan con los requisitos de seguridad, economa y durabilidad.Un claro ejemplo es la Ciudad de Mxico, donde los espacios para construir nuevas edificaciones, se estn reduciendo, lo que obliga a construir en forma vertical sobre los suelos altamente comprensibles y demasiados dbiles para soportar la carga transmitida por la superestructura.Los pilotes de concreto colados en sitio y los pilotes prefabricados, son los ms utilizados, el primero resulta ms econmico. A pesar de su bajo costo, en ocasiones especiales es mejor utilizar pilotes prefabricados. La eleccin del mtodo constructivo resulta una problemtica debido a que los costos, tcnicas de construccin, calidad de materiales, mano de obra y equipos que se requieren, varan de acuerdo al lugar, magnitud del proyecto, caractersticas fsicas, granulomtricas, mecnicas, e hidrulicas del suelo. Antes de elegir el tipo de cimentacin, el ingeniero debe, cuando menos, tener conocimientos bsicos de la estratigrafa del suelo, la profundidad del nivel de aguas freticas, la ubicacin geogrfica del lugar en s, su accesibilidad para la transportacin de materiales, mano de obra y equipo necesarios para la construccin, la puesta en prctica de ciertos tipos de tcnicas constructivas as como los posibles efectos que dicha construccin puede acarrear sobre su entorno.Con la problemtica identificada anteriormente se puede deducir que el pas est experimentando mltiples desarrollos, y por ende no es la excepcin el aumento de obras civiles que se estn construyendo en donde los estratos de suelo superiores son de baja capacidad de carga, la zona ssmica en la que se encuentra nuestro pas es considerada de alto riesgo, adems, de que cada vez las estructuras son ms pesadas y rgidas, por lo que se hace necesario el uso de cimentaciones profundas con aplicacin de pilotes.

1.2 Justificacin.En nuestro pas en los ltimos aos, se ha implementado el uso de cimentaciones profundas en construcciones de viviendas, puentes, edificios y muelles. Especialmente la cimentacin profunda ms utilizada son los pilotes de concreto, incluso se utiliza en pequeas unidades habitacionales donde los suelos son de baja capacidad de carga. A medida que transcurre el tiempo, se incrementa la necesidad de satisfacer la demanda de nuevas construcciones que cumplan con los requisitos de seguridad, economa y durabilidad.Un claro ejemplo es la Ciudad de Mxico, donde los espacios para construir nuevas edificaciones, se estn reduciendo, lo que obliga a construir en forma vertical sobre los suelos altamente comprensibles y demasiados dbiles para soportar la carga transmitida por la superestructura.Antes de elegir el tipo de cimentacin, el ingeniero debe, cuando menos, tener conocimientos bsicos de la estratigrafa del suelo, la profundidad del nivel de aguas freticas, la ubicacin geogrfica del lugar en s, su accesibilidad para la transportacin de materiales, mano de obra y equipo necesarios para la construccin, la puesta en prctica de ciertos tipos de tcnicas constructivas as como los posibles efectos que dicha construccin puede acarrear sobre su entorno.Con la problemtica identificada anteriormente se puede deducir que el pas est experimentando mltiples desarrollos, y por ende no es la excepcin el aumento de obras civiles que se estn construyendo en donde los estratos de suelo superiores son de baja capacidad de carga, la zona ssmica en la que se encuentra nuestro pas es considerada de alto riesgo, adems, de que cada vez las estructuras son ms pesadas y rgidas, por lo que se hace necesario el uso de cimentaciones profundas con aplicacin de pilotes.La presente investigacin se considera importante porque permitir conocer, sobre los procesos constructivos que se utilizan en el medio, en todos los proyectos de cimentaciones es de vital importancia conocer las herramientas bsicas para el fabricado, transporte y colocacin en este caso de pilotes, saber las ventajas que cada tipo de pilote nos ofrece, cual es ms conveniente utilizar en funcin del tipo de terreno, el dinero y tiempo que se disponga para llevar a cabo dicha actividad.

1.3 Objetivo. Describir el fabricado e hincado de los principales tipos de pilotes, as como conocer las caractersticas de cada uno de ellos.

CAPTULO II MARCO REFERENCIAL.2.1 CIMENTACIONES.

El objetivo principal de una cimentacin es proporcionar el medio para que las cargas de la estructura, concentradas en columnas o en muros, se transmitan al terreno produciendo en ste un sistema de esfuerzos que puedan ser resistidos con seguridad sin producir asentamientos, o con asentamientos tolerables, ya sean stos uniformes o diferenciales. Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable, con respecto al volumen de las piezas de la estructura. Los cimientos se construyen casi invariablemente en hormign armado y, en general, se emplea en ellos hormign de calidad relativamente baja, ya que no resulta econmicamente interesante el empleo de hormigones de resistencias mayores.Para poder realizar una buena cimentacin es necesario un conocimiento previo del terreno en el que se va a construir la estructura.Adems, Se puede definir tambin a la cimentacincomo el conjunto deelementos estructuralescuya misin es transmitir las cargas de la edificacin o elementos apoyados a este alsuelodistribuyndolas de forma que no superen su presin admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de lospilareso muros que soportar, el rea de contacto entre el suelo y la cimentacin ser proporcionalmente ms grande que los elementos soportados.[footnoteRef:1], [footnoteRef:2] [1: Wikipedia, Cimentaciones, s/p. ] [2: Villalaz, Mecnica de suelos y cimentaciones, p. 259.]

2.2 Cimentaciones superficiales.LasCimentaciones Superficialesreparten la fuerza que le transmite laestructuraa travs de sus elementos de apoyo sobre una superficie deterrenobastante grande que admite esascargas. Adems se consideraque una cimentacin es superficialcuando tienen entre 0.50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocarasentamientos excesivos de la estructura que puedan afectar la funcionalidad de la estructura. Para comportarse satisfactoriamente, las cimentaciones superficiales deben tener dos caractersticas principales[footnoteRef:3]: [3: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 152.]

1. La cimentacin debe de ser segura contra una falla por corte general de suelo que soporta.2. La cimentacin no debe experimentar un desplazamiento excesivo, es decir, un asentamiento excesivo.Existen diferentes tipos de cimentaciones y cimientos, podemos clasificar aqu a los ms importantes y sobre todo, a los ms comunes; se describe a continuacin a la zapata aislada:Es aquella zapata en al que descansa o recae un solo pilar. Encargada de transmitir a travs de su superficie de cimentacin las cargas al terreno. La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios.[footnoteRef:4] [4: Peck, Ingeniera de cimentaciones, pp. 221-223.]

Ahora se describirn las caractersticas de las zapatas corridas.La zapata corrida es una zapata continua que servir como cimentacin generalmente a un muro de hormign armado. El elemento estructural que transmitir los esfuerzos a la cimentacin ser por tanto un muro. El muro transmitir una carga lineal a la zapata. Esta solucin es muy apta tanto para edificios residenciales como industriales con stanos que requieran de muros de contencin.[footnoteRef:5] [5: dem.]

Otro tipo de cimentacin superficial muy importante es la losa de cimentacin, es muy utilizada gracias a las ventajas que se obtiene con su uso, El diseo de la losa puede ser continua, con un mismo espesor, de seccin constante; o tambin, una losa ms delgada con refuerzos en los apoyos de los pilares mediantecapitelesen forma de setas invertidas; de all viene la denominacin defungiformes.Las losas de cimentacin constituyen un tipo de cimentacin somera que cubre toda el rea bajo la estructura: se emplean cuando la resistencia del suelo es baja o cuando es necesario limitar en forma muy estricta los asentamientos diferenciales en las construcciones particularmente sensibles a stos.Existen dos tipos principales de losas de cimentacin con diversas variantes[footnoteRef:6]: [6: Meli, Diseo estructural, p. 551.]

a) La losa plana, en que las columnas apoyan sobre la losa de cimentacin, directamente o por intermedio de capiteles, pero sin que existan vigas de unin en los ejes de la columna. La losa plana puede aligerarse con diversos procedimientos y tiene la ventaja de la sencillez constructiva, pero a cosa de mayores volmenes de concreto. b) La losa con contratrabes se emplea cuando los claros y las cargas son elevados y se convierte frecuentemente en una estructura en cajn de losa en la parte inferior y superior de la contratrabe. 2.3 Cimentaciones profundas.Por lo que se refiere a las cimentaciones profundas, podemos decir que son capaces de transferir las cargas estructurales a travs de los suelos compresibles o roca, existen dos principales cimentaciones profundas, los pilotes y las pilas.2.3.1 Pilas.Las pilas son elementos de cimentacin profunda con secciones mayores que la de los pilotes, las cuales tambin transmiten al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma cimentacin con el propsito de lograr la estabilidad del conjunto. Sus Caractersticas son[footnoteRef:7]: [7: Peck, Ingeniera de cimentaciones, p. 267.]

-Las pilas se fabrican directamente en el subsuelo por lo que se les conoce como elementos fabricados in situ.-Las pilas pueden fabricarse prcticamente de cualquier material, siendo los ms utilizados la grava, la cal, el mortero, y el concreto armado. Siendo las caractersticas de los estratos del subsuelo, as como las condiciones del agua subterrnea, definirn el material que deber emplearse para la fabricacin de pilas.2.3.2 Pilotes.Los pilotes son postes que se introducen profundamente en el terreno para transmitir las cargas de la cimentacin a los estratos ms resistentes. Cuando estos elementos tienen dimensiones grandes en su seccin transversal (mayores que 60 cm) se denominan pilas.Los pilotes se emplean cuando el terreno superficial tiene baja capacidad de carga, cuando se tienen requisitos muy estrictos de asentamientos admisibles y cuando se requieren evitar cimentaciones muy voluminosas apoyadas en estratos de suelo poco favorables para la construccin, como en obras martimas o en suelos saturados.[footnoteRef:8] [8: Meli, Diseo estructural, p. 564.]

3.- ESTUDIO DE LA CIMENTACIN A BASE DE PILOTES.

Cuando una cimentacin superficial no es suficiente requerimos ayuda de cimentaciones profundas, en este caso los pilotes, es de vital importancia conocer el comportamiento de estos, saber que cargas pueden soportar, su dimetro, como se fabrican, cual es ms conveniente, como trabajan los pilotes en grupo, y como es su funcionamiento dependiendo del tipo de pilote que utilicemos.Adems de comentar el comportamiento que tiene el suelo al soportar este tipo de cimentacin y conocer cmo trabaja el pilote dependiendo de las caractersticas del suelo en las que est apoyado.[footnoteRef:9] (fig. 2.0) [9: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 564.]

Fig. 2.0 Condiciones para el uso de cimentaciones con pilotes.Fuente: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 567.3.1 Clasificacin de los pilotesEs importante conocer el por qu del uso de pilotes en cimentaciones, que ventajas se obtienen al utilizarlos, se desarrollar en los siguientes prrafos la importancia de los pilotes, los materiales con los que se fabrican, as como las caractersticas de cada uno de ellos.3.1.1 Pilotes de puntaLos pilotes de punta tienen la capacidad de transmitir cargas a travs del agua o suelos blandos hasta estratos con suficiente capacidad de carga y ms estables, esto es posible gracias a la parte media del soporteque se encuentra en la punta del pilote,adems los pilotes de punta son los que transmiten la mayor parte de la carga a un estrato resistente por medio de su punta, ya que atraviesan el estrato compresible. Tambin podemos decir que los pilotes por punta son los que en aquellos terrenos en los que al existir, a cierta profundidad, un estrato claramente ms resistente, las cargas del pilotaje se transmitirn fundamentalmente por punta. Se suele denominar pilotes columna.[footnoteRef:10] [10: Estructuras de concreto, construccin y supervisin, Tipos de pilotes, s/p.]

3.1.2 Pilotes de friccinPilote de Friccin o flotante, es el tipo de pilote que transmite cargas a un cierto espesor de suelo relativamente blando mediante friccin desarrollada sobre la superficie lateral del pilote, a lo largo de la longitud del mismo. Es aplicable cuando, dentro de profundidades alcanzables, no se encuentran estratos que provean un soporte significativo en la punta en aquellos terrenos en los que al existir un nivel claramente ms resistente, al que trasmitir la carga del pilotaje, ste transmitir su carga al terreno fundamentalmente a travs del fuste.[footnoteRef:11] [11: dem.]

3.1.3 Pilotes de madera.Los pilotes de madera han sido utilizados por los hombres prehistricos para asentar las cimentaciones de sus pueblos lacustres.Cabe agregar, que entre los romanos, hincar pilotes era un arte bien establecido, en la Edad Media, Venecia y algunas ciudades de Holanda han empleado en gran manera los pilotes de madera. Actualmente, slo se utilizan en ciertas condiciones particulares.[footnoteRef:12] [12: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 3.]

3.1.4 Pilotes de hormign.Los pilotes de hormign garantizan un mejor desempeo en lo referente a durabilidad ante condiciones agresivas.Como puede observarse, los prefabricados en planta suelen ser presforzados, ya que requieren menor seccin y refuerzo para soportar las solicitaciones por manejo e hincado. Cuando se cuenta con suficiente espacio en la obra resulta generalmente ms econmico prefabricarlos en el sitio para eliminar costos de transporte.[footnoteRef:13] [13: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 23.]

3.1.5 Pilotes metlicos.Otro tipo de material muy importante con el que se fabrican pilotes, es el metal, los pilotes metlicos tienen seccin transversal reducida, por lo cual al penetrar en el terreno, desplazan slo limitados volmenes de suelo. Adems, son capaces de atravesar estratos duros con gran facilidad, as como romper las piedras de boleo que encuentran en su camino, o perforar troncos o races de rboles enterrados.Los pilotes metlicos trabajan bien por punta, como columnas y se pueden cortar o empalmar fcilmente. Cuando los pilotes son muy esbeltos y descansan en suelos rocosos, se suele reforzar su punta con planchas de acero, para evitar el pandeo local. Estos pilotes tambin son aptos para resistir solicitaciones en flexin compuesta y flexo torsin y por su gran rea de contacto con el suelo de fundacin, se produce una importante friccin a lo largo del fuste, que incrementa la capacidad portante del pilote.[footnoteRef:14] [14: Ibd, p. 90.]

4.- PILOTES DE MADERA.La madera ha sido desde hace muchos aos el material por excelencia de los pilotes, las antiguas civilizaciones comenzaron a hacer uso de los pilotes de este material para poder levantar sus casas en zonas lodosas o pantanosas, actualmente su uso prcticamente ha desaparecido.[footnoteRef:15] [15: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 570.]

4.1 Caractersticas de los pilotes de madera.El pilote debe cortarse siguiendo estrictamente las fibras de la madera; debe ser sano, sin podredumbre ni nudos viciosos, exento de rajas, grietas y cualquier otro defecto que pueda comprometer su resistencia y su durabilidad. Adems[footnoteRef:16]: [16: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, pp. 4-9.]

-La lnea, formada uniendo el centro de la cabeza con el centro de la punta, debe pasar por el interior del fuste.-El fuste debe ser muy regular, el dimetro de la seccin ms delgada no debe ser inferior a 2/3 del dimetro de la seccin ms gruesa.-La flecha no debe sobrepasar el 1/100 de la longitud.-El dimetro en el centro del pilote, debe estar comprendido entre 1/30 (terrenos resistentes) y 1/40 (terrenos blandos) de la longitud.Existen diferentes condiciones de hincado para los pilotes de madera, pero para realizar un hincado en las mejores condiciones es necesario tener en cuenta las siguientes observaciones:1) La cara superior del pilote debe ser bien plana y perpendicular a su eje.2) La cabeza debe estar bien protegida y su punta bien adaptada al terreno.3) La superficie de contacto de la maza debe ser plana y perpendicular a su eje.4) El pilote debe estar convenientemente guiado.5) Es conveniente emplear un mazo pesado cayendo de poca altura.6) Es necesario evitar el rebote que se produce en el caso de un mazo ligero y una gran altura de cada, la cabeza del pilote se deteriora y el mazo rebota, perdindose una parte importante de energa.La principal ventaja de los pilotes de madera es que, en general son relativamente menos caros que los pilotes de hormign; sin embargo, no constituyen necesariamente la cimentacin ms econmica.[footnoteRef:17] [17: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 566.]

4.1.1 Tamao segn el dimetro del pilote.Seleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas bastante difciles que requieren buen juicio. Los pilotes se dividen en tres categoras principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo (carga de punta, de friccin o de compactacin).[footnoteRef:18] [18: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 574.]

En un aspecto ms general podemos clasificar a los pilotes por su dimetro[footnoteRef:19]: [19: Meli, Diseo estructural, p. 567.]

-Micro pilotes: Dimetro menor de 200 mm. Se emplean en obras de recalce.-Pilotes convencionales: De 300 a 600 mm.-Pilotes de gran dimetro. Dimetro mayor a 800 mm.4.2 Hincado de pilotes de madera.Los pilotes de madera pueden hincarse por sistemas vibrticos, empujados hidrulicamente o por medio de aire comprimido o agua. Para ser puestos rpidamente en servicio. Porotro lado los pilotes tambin pueden introducirse manualmente; Los pilotes de madera pueden empalmarse longitudinalmente por medio de uniones, usando cortas secciones de tubo de acero, angulares o placas, hasta alcanzar el estrato de carga (o firme) o desarrollar el suficiente rozamiento.[footnoteRef:20] [20: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, pp. 17-22.]

Los pilotes de madera tambin pueden pararse mediante secciones de acero u hormign siempre por debajo del nivel fretico. Otra herramienta importante para el hincado de pilotes de madera es el martinete de Pestillo (Fig. 3.2) que consiste bsicamente en dejar caer una maza sobre el pilote apoyado de poleas.5.- PILOTES DE CONCRETOEn la actualidad son los pilotes de mayor difusin, ya que ofrecen una amplia gama de caractersticas esenciales que otros materiales carecen. Los pilotes de concreto se dividen en dos principales categoras:Pilotes prefabricadosColocados in situ.Con referencia a lo anterior, los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octogonales en su seccin transversal. El refuerzo ordinario se proporciona para que el pilote resista el movimiento flexionante desarrollado durante su manipulacin y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por carga lateral. Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de transportarlos a los sitios de trabajo. Los pilotes prefabricados tambin son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia.[footnoteRef:21] [21: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 567.]

Fig. 3.2 Martinete de Pestillo.Fuente: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 18.5.1 Pilotes fabricados in situ.Como explica Braja, los pilotes colocados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenndolo con concreto. Varios tipos de pilotes colocados in situ se usan actualmente en la construccin y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes. Estos pilotes se dividen en dos amplias categoras[footnoteRef:22]: [22: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 568.]

a) Ademados.b) No ademados.Ambos tienen un pedestal en el fondo, los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. En muchas ocasiones los pilotes fabricados in situ suelen ser ms ventajosos que los prefabricados.5.2 Pilotes Franki.El sistema de pilotes Franki es un mtodo utilizado para conducir la base de hormign colado. Fue desarrollado en el ao 1909 por el ingeniero belga Frankignoul Edgar y desde entonces ha logrado un xito considerable en todo el mundo. Este mtodo se puede aplicar en diferentes condiciones, y sigue siendo utilizado debido a su alta capacidad de carga y traccin, y los bajos niveles de ruido y vibraciones del suelo.Los pilotes Franki se pueden utilizar como elementos de alta capacidad de cimentacin sin necesidad de excavacin o desage. No se recomienda su uso en suelos cohesivos, donde la compactacin de la base no es posible.El sistema de pilotes Franki es el ms tranquilo de los sistemas basados en yeso, y se utiliza en condiciones donde los niveles elevados de ruido pueden causar problemas ambientales.[footnoteRef:23] [23: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, pp. 33-37. ]

El proceso Franki, tiene las siguientes ventajas.[footnoteRef:24] [24: ARPILE, Manual de pilotes Franki, pp. 3-4.]

Versatilidad:Este proceso permite distintas combinaciones en el tipo de fuste de los pilotes. Los mismos pueden ejecutarse an con inclinaciones hasta de 25. Facilidad y rapidez de ejecucin.Estos factores, que pueden ser decisivos en un emprendimiento constructivo, son posibles por la gran experiencia adquirida por los Tcnicos, as tambin por un gran nmero de equipos disponibles que permiten atender rpidamente las necesidades. Adems, los materiales usados son simples y universales como la piedra partida, canto rodado, arena, cemento y barras de acero que se hallan fcilmente en todo mercado de materiales de construccin. EconomaLos problemas del pilotaje se resuelven con opciones ms econmicas por ejemplo:Al usar diversos dimetros, se obtiene un coeficiente de uso (relacin entre la carga efectiva y la carga admisible) muy elevado.La accin del piln es ejecutada con la compresin 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 compresin menorLa armadura empleada es muy reducida y slo se usa la imprescindible para el trabajo estructural del pilote. SeguridadLos pilotes del sistema Franki ofrecen un elevado coeficiente de seguridad porque:Usan al mximo la capacidad mejorada del terreno por el proceso.La carga de trabajo del hormign es baja e inferior a la que permite su dosificacin y su ejecucin.En el hincado, el pilote no puede quebrarse como algunos pilotes pre moldeados, 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. (fig. 4.2)El ensanche de la base es la caracterstica principal del proceso Franki porque aumenta la capacidad de carga del pilote o permite una misma capacidad de carga con una profundidad menor, debido al aumento de la seccin del pilote, y una mejora de las caractersticas mecnicas del suelo fuertemente compactado en torno a la base.Adems, el hormign en el proceso Franki tiene caractersticas propias por la gran energa que se aplica durante el apilonado, las que llegan a tener una especificacin experimental.Y, segn las condiciones del terreno el hormign puede tener una relacin agua/cemento entre 0,20 a 0,28 como en la base ensanchada y llegar al 0,45 como en los casos de fustes apilonados.[footnoteRef:25] [25: dem.]

FRANKI

Fig. 4.2 Hincado por trepanacinFuente: Manual de pilotes Franki, Arpile Infraestructuras y fundaciones, p.5.

5.3 Pilotes RaymondEl pilote Raymond Standard est formado como se indica (fig. 4.3), de una chapa de acero, provista de una parte inferior resistente; se hunde en el suelo por hincado con la ayuda de un mandril[footnoteRef:26] apropiado.[footnoteRef:27] [26: Herramienta utilizada para agrandar agujeros en piezas de metal o agrandar el dimetro interno de los tubos de plomo.] [27: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 45.]

El pilote Raymond cuenta con las siguientes caractersticas[footnoteRef:28]: [28: dem.]

El pilote Raymond, est formado por elementos de 1.25 a 2.50 m. de longitud que se empalman unos con otros hasta obtener una longitud total de unos 25 m. En la parte inferior de cada elemento se suelda un anillo de acero que facilita su introduccin al terreno. El dimetro vara de 1 cm. por cada metro de altura. Este tipo de pilote tiene la ventaja de resistir grandes cargas. Se pueden igualmente unir chapas onduladas, de dimetros distintos los unos con los otros, para construir un pilote Raymond de gran longitud.

Fig. 4.3 Pilotes Raymond Standard.Fuente: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes p. 41.5.4 Pilotes perforados circulares.En el manual; Pilotes perforados de la empresa ARPILE, Nos describe con detalle que es y cul es el proceso de un pilote perforado circular. La carga admisible de estos pilotes perforados con la punta apoyada en el suelo, por friccin lateral del fuste no puede ser inferior al 80% de la carga de trabajo del mismo, y la resistencia total no puede ser inferior a dos veces dicha carga, si el pilote tiene su punta embutida en la roca y se puede garantizar el contacto entre el hormign yla roca, toda la carga puede ser absorbida por la resistencia de punta, teniendo en este caso un coeficiente de seguridad no inferior a tres; Para los pilotes sometidos a compresin, si la tensin media de compresin fuera 5 MPa el pilote solo precisa ser armado en el trecho superior con una armadura mnima de As = 0,5 % del rea de hormign. Las referencias sobre el uso del lodo bentontico, su fabricacin y propiedades, as como de la perforacin, armaduras (en ciertos casos) y hormigonado de estos pilotes circulares, son las mismas que para los muros colados. (Fig. 4.4)

Fig. 4.4 Secuencia de ejecucin, pilote perforado encamisado.Fuente: ARPILE, Pilotes perforados circulares, p. 5. 5.5 Pilotes prefabricados.En el presente prrafo, se presenta la tcnica de pilotes prefabricados como solucin a la ejecucin de cimentaciones profundas, desde su fabricacin hasta su puesta en obra, haciendo mencin a las particularidades de su diseo y calculo. Al tratarse de un producto prefabricado, permite un mayor control en la fabricacin del pilote que le da una clara ventaja competitiva frente a los pilotes realizados in situ. Basamos las siguientes lneas en el manual de pilotes de la empresa KRONSA. Tal como se observa, el pilote prefabricado de hormign es una estructura geotcnica principalmente diseada para la transmisin de cargas de cimentacin hacia estratos resistentes profundos. Su instalacin se hace por hinca en el terreno, mediante impactos de energa controlada. Es, por tanto, un pilote de desplazamiento, que aprovecha la compresin que su intrusin provoca en el terreno para ganar una adherencia adicional, as como una mayor garanta en la resistencia por punta. Su longitud no est limitada, gracias a la posibilidad de empalme mediante juntas metlicas.Cabe agregar, que este tipo de pilotaje se ha desarrollado en los ltimos tiempos con la aplicacin de la ecuacin de onda con software especfico para hinca de pilotes y la instrumentacin de los impactos mediante Analizador de Hinca, acelermetros y extensmetros, para el control de tensiones en el pilote y estimacin de la capacidad portante. Asimismo, los equiposde hinca han evolucionado (fig. 4.5): permiten el control automatizado, mayores energas y altas frecuencias de impacto; todo ello, gracias a la mejora de calidad estructural del propio pilote. El pilote prefabricado de hormign se emplea hoy en da en los cuatro continentes. En Europa es de uso muy extendido, sobre todo en Holanda, Reino Unido y los Pases Nrdicos.[footnoteRef:29] [29: KRONSA, Pilotes prefabricados, p. 7.]

6.- Pilotes metlicosComo elementos de cimentaciones, los pilotes metlicos tienen una importante aplicacin en la construccin industrial, en edificios de mltiples pisos, puentes y viaductos, puertos, torres de transmisin. En las estructuras de contencin tienen un papel preponderante en funcin de la facilidad de su hincado, su alta resistencia y de su versatilidad.Adems, los pilotes metlicos son generalmente a base de tubos o de perfiles H laminados. Los pilotes de tubo de hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados. Las vigas de acero de patn ancho y de seccin I tambin se usan. Sin embargo, se prefieren los perfiles H porque los espesores de sus almas y patines son iguales. En muchos casos los tubos se llenan con concreto despus de ser hincados.[footnoteRef:30] [30: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 566.]

Cuando es necesario los pilotes de acero se empalman por medio de soldadura, tornillos o remaches, se recomienda utilizarlos en suelos con un pH mayor a 7.En ese mismo sentido, los pilotes de acero en H penetran el terreno ms fcilmente que otros tipos en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia se usa frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difcil, y especialmente si el material superior contiene obstrucciones o grava gruesa, es probable que los patines se daen y los pilotes se tuerzan o doblen. Pueden producirse pocos defectos serios si se puede notar los sntomas durante el hincado cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos daos.[footnoteRef:31] [31: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 89.]

Fig. 4.5 Software para hinca de pilotes.Fuente: KRONSA, Pilotes prefabricados, p. 7.7.- Colocado de pilotesLa mayora de los pilotes son hincados en el terreno por medio de martillos o hincadores vibratorios. En circunstancias especiales, los pilotes tambin se insertan por chorro de agua a gran presin o barrenado parcial.[footnoteRef:32] [32: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 575.]

7.1 Equipo para el hincado de pilotesLa operacin de introducir el pilote en el terreno se llama hinca del pilote. Como muchas otras operaciones que se realizan en las construcciones, la hinca de pilotes es un arte, cuyo xito depende de la habilidad e ingeniosidad de los que la realizan; sin embargo, tambin como en muchos otros trabajos de construccin se depende cada vez ms de la ciencia de la ingeniera para hacerlos ms eficaces.An ms importante que el arte y la ingeniera mecnica envueltos en la construccin, resultan otros factores que aseguran el buen funcionamiento de la cimentacin de pilotaje una vez terminada. Por lo tanto, el ingeniero que proyecta la cimentacin debe finalmente intervenir en la construccin y el ingeniero constructor en el proyecto. El mtodo ms antiguo y uno de los ms ampliamente usados actualmente es por medio de una maza.[footnoteRef:33] [33: Peck, Ingeniera de cimentaciones. p. 253.]

Aunque la simple armadura en forma de A que empleaban los romanos para la hinca de pilotes todava se usa actualmente (con energa mecnica), la maquina ms comnmente usada es esencialmente, una gra montada sobre esteras. Unidas a la pluma de la gra estn las guas: dos canales de acero unidas entre s por medio de separadores en U y arriostradas por diagonales. Estas canales sirven de gua al martillo o maza que tienen unas aletas que le permiten resbalar entre las canales de la gua. Las guas estn aseguradas a la gra por un tirante que generalmente es ajustable, lo cual permite la inca de pilotes inclinados. Para los martillos de vapor se necesita una caldera de vapor o un compresor de aire.[footnoteRef:34] [34: Davidian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, p. 95. ]

El pilote se coloca entre las guas y debajo del martillo. A veces se coloca ente las guas, preferiblemente, piezas que pueden deslizarse y sirven para soportar lateralmente el pilote a la mitad o a las cuartas partes de su longitud.Adems, la caracterstica ms importante de un equipo para la hinca de pilotes, desde el punto de vista del ingeniero, es su capacidad para guiar el pilote exactamente. Debe ser lo suficientemente fuerte y rgido para mantener el pilote y el martillo en su posicin y con la inclinacin fijada, a pesar del viento, las obstrucciones bajo el terreno y el movimiento del martillo.[footnoteRef:35] [35: Braja, Principios de ingeniera de cimentaciones, p. 578.]

7.2 Martillos de impacto.Davidian nos explica que el martillo ms simple es la maza, que consiste en un bloque de acero fundido que pesa de 250 a 1,000 kilogramos. Se eleva por medio de un torno de 1.50 a 3.00 m sobre la cabeza del pilote y luego se deja caer. La hinca de pilotes con maza es simple, pero muy lenta y se usa solamente en pequeos trabajos en los que el constructor tiene que improvisar su equipo o cuando no est justificado el costo del traslado de equipos pesados.El martillo de vapor de simple efecto se compone de un pesado bloque de acero fundido, que es la maza, un pistn y un cilindro. Se introduce vapor o aire comprimido en el cilindro para levantar la maza 60 a 90 cm, y luego se le da salida al vapor para que la maza caiga sobre la cabeza del pilote. Estos martillos son simples y fuertes y golpean a baja velocidad, con energa relativamente constante a pesar del desgaste, los ajustes y las pequeas variaciones en la presin del vapor.Los martillos de vapor pueden operar con vapor o con aire comprimido; la operacin con vapor es ms eficiente, especialmente si se emplean generadores de vapor circulante. Si el martillo va a operar bajo el agua, lo cual se puede hacer con el de doble efecto de tipo cerrado, se necesita suministrar aire.Los martillos diesel para la hinca de pilotes se encuentran en el mercado en tamaos cada vez mayores. El martillo diesel se compone de un cilindro de fondo macizo y una maza-pistn encerrada en el mismo. Al comenzar la hinca la maza se levanta mecnicamente y luego se deja caer. El combustible se inyecta dentro del cilindro cuando cae la maza, producindose la ignicin por el calor del aire comprimido por la maza. El impacto y la explosin fuerzan al cilindro hacia abajo contra el pilote y a la maza hacia arriba, para repetir el ciclo automticamente. Las mayores ventajas del martillo diesel son: que lleva consigo la fuente de energa, es econmico y se opera fcilmente. La energa por golpe es alta en relacin con el peso del martillo, pero esta se desarrolla por la alta velocidad de los golpes de una maza de peso mediano. 8.- Comportamiento de los pilotes con cargas verticalesLos pilotes de punta obtienen casi toda su capacidad de carga de la roca o suelo que est cerca de la punta, y muy poca del suelo que rodea su fuste. Por otra parte, un pilote de friccin adquiere su capacidad de carga principalmente del suelo que lo rodea, por la resistencia al corte que se desarrolla entre el suelo y el pilote. el suelo que est cerca del extremo inferior del pilote soporta un porcentaje muy pequeo de la carga.en contraste con las condiciones relativamente sencillas de apoyo que implica la clasificacin de los pilotes en estas dos categoras, la manera en que realmente estn apoyados no es tan sencilla. Por ejemplo, en muchos casos que presenta la naturaleza, la rigidez o compacidad relativa del subsuelo, aumenta en general con la profundidad. Los pilotes pueden hincarse a travs de las capas blandas superiores y a travs de los mantos progresivamente ms duros hasta alcanzar la capacidad necesaria. Estos pilotes obtienen una parte apreciable de su apoyo del material que los rodea, especialmente en la porcin inferior de su longitud, pero tambin pueden obtener un apoyo considerable, de la capacidad de carga en su punta.[footnoteRef:36] [36: Peck, Ingeniera de cimentaciones, p. 249.]

8.1 Pruebas de carga en pilotes.En la mayora de los grandes proyectos, un nmero especfico de pruebas de carga debe llevarse a cabo sobre pilotes. La razn principal es la falta de confiabilidad en los mtodos de prediccin, la capacidad de carga vertical y lateral de un pilote deben probarse en el campo. Lafigura 7.1a muestra un diagrama esquemtico del arreglo de un ensaye de carga en pilotes para probar la compresin axial en el campo. La carga se aplica al pilote por medio de un gato hidrulico. Cargas por etapas se aplican al pilote y se permite que pase suficiente tiempo despus de cada aplicacin de manera que ocurra una pequea cantidad de asentamiento. El asentamiento de los pilotes se mide por medio de deformmetros. La cantidad de carga por aplicar en cada etapa variar, dependiendo de los reglamentos locales de construccin. La mayora de los reglamentos requieren que cada etapa de carga sea aproximadamente igual a un cuarto de la carga de trabajo propuesta. La prueba debe efectuarse por lo menos a una carga total de dos veces la carga de trabajo propuesta. Despus de alcanzarse la carga deseada en el pilote, ste es descargado gradualmente.[footnoteRef:37]Lafigura 7.1 bmuestra un diagrama carga-asentamiento obtenido de una carga y descarga de campo. Para cualquier carga, Q, el asentamiento neto del pilote se calcula como sigue: [37: Meli, Diseo estructural, pp. 573-577.]

Cuando Q = Q1

Esos valores de Q se indican en una grfica contra el asentamiento neto correspondiente, como muestra la figura 7.1c. La carga ltima del pilote se determina con esta grfica. El asentamiento del pilote crece con la carga hasta cierto punto, ms all del cual la curva carga-asentamiento se vuelve vertical. La carga correspondiente al punto en que la curva Q versus snetose vuelve vertical es la carga ltima, Q, del pilote; sta se muestra por la curva 1 en lafigura 7.1c. En muchos casos, la ltima etapa de la curva carga-asentamiento es casi lineal, mostrando un grado amplio de asentamiento para un pequeo incremento de carga; como se muestra por la curva 2 en lafigura 7.1c.El procedimiento de prueba de carga antes descrito requiere la aplicacin de cargas por etapas sobre los pilotes as como la medicin del asentamiento y se llama ensayo de carga controlada. Otra tcnica usada para una prueba de carga en pilotes es la de tasa de penetracin a velocidad constante. En sta, la carga sobre el pilote es continuamente incrementada para mantener una velocidad constante de penetracin, que vara de 0.01 a 0.1 puIg/mm (0.25 a 2.5 mm/mm). Esta prueba da una grfica carga-asentamiento similar a la obtenida con la de carga controlada, Adems contamos con que otro tipo de prueba es la carga cclica, en la que una carga incremental es repetidamente aplicada y retirada.Las pruebas de carga sobre pilotes empotrados en arena se conducen inmediatamente despus que se hincan los pilotes. Sin embargo, cuando estn empotrados en arcilla, debe tenerse cuidado al decidir el lapso de tiempo entre el hincado y el principio de la prueba de carga. Cuando los pilotes se hincan en arcilla blanda, una cierta zona alrededor de la arcilla se remoldea y/o se comprime, como muestra lafigura 7.2, lo que conduce a una reduccin de la resistencia cortante, c no drenada (fig. 7.3). Con el tiempo, la prdida de la resistencia cortante no drenada es parcial o totalmente recuperada. Este lapso vara de entre 30 a 60 das. Lafigura 7.4muestra la magnitud de la variacin de Qscon el tiempo para un pilote hincado en arcilla blanda basada en los resultados reportados por Terzaghi y Peck. Fig. 7.1 (a) Diagrama esquemtico del arreglo de una prueba de carga de un pilote; (b) grfica de carga contra asentamiento total; (c) grfica de carga contra asentamiento neto.[footnoteRef:38] [38: dem.]

Fig. 7.1 (a), (b), (c)Fuente: http://www.elconstructorcivil.com.

Fig. 7.2Zona remodelada y/o compactada alrededor de un pilote hincado en arcilla blanda.Fuente: http://www.elconstructorcivil.com.

Fig. 7.3Variacin de la resistencia cortante (cu) no drenada con el tiempo alrededor de un pilote hincado en arcilla blanda.Fuente: http://www.elconstructorcivil.com.

Fig. 7.4 Variacin de Qs con el tiempo para un pilote hincado en arcilla blanda.Fuente: http://www.elconstructorcivil.com.

BIBLIOGRAFA.

Braja, M. Das. 2001, Principios de ingeniera de cimentaciones, ed. International Thomson editores. 862 pp.Peck, Ralph y Walter Hanson. 1990, Ingeniera de cimentaciones, ed. Limusa: Mxico D.F. 557 pp.Meli, Roberto. 1985, Diseo estructural, ed. Limusa: Mxico D.F. 583 pp.Davidian, Zoven y Pierre Lassau. 1982, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, ed. Editores tcnicos asociados. Barcelona. 188 pp.Villalaz, Carlos. 2004, Mecnica de suelos y cimentaciones, ed. Limusa; Mxico D.F. 650 pp.

ANEXOS.A) PosterB) Presentacin en Power PointC) Informacin digitalD) Informacin impresa

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