CIMENTACIONES PROFUNDAS.- Pilotes Hincados. Pilotes cuadrados de
hormign, pilotes circulares de hormign, pilotes metlicos.
Jenniffer Loayza.Topografa y Suelos.Paralelo B.
Contenido1.INTRODUCCIN21.1CIMENTACIONES
PROFUNDAS21.2Definicin21.3Usos de las cimentaciones
profundas2PILOTES7Definicin7Funcin de los pilotes7Utilizacin de los
pilotes8Cimentaciones con pilotes9Clasificacin de los
pilotes11a.PILOTES HINCADOS16b.PILOTES CUADRADOS DE
HORMIGN16c.PILOTES CIRCULARES DE HORMIGN16d.PILOTES
METLICOS18CONCLUSIN19Bibliografa20
1. INTRODUCCIN1.1 CIMENTACIONES PROFUNDAS1.2 DefinicinLas
cimentaciones profundas son un tipo de cimentaciones que solucionan
la transmisin de cargas a los sustratos aptos y resistentes del
suelo (Vargas, 2014). Estas cimentaciones se usarn cuando el
terreno firme no se encuentra en la superficie sino a mayor
profundidad. La cimentacin profunda ms usada es la cimentacin por
pilotes (Industriales, 2010).Podemos considerar tambin:a. Que una
cimentacin es profunda si su extremo inferior, en el terreno, est a
una profundidad superior a 8 veces su dimetro o ancho.b. Cuando la
ejecucin de una cimentacin superficial no sea tcnicamente viable,
se debe contemplar la posibilidad de realizar una cimentacin
profunda.Figura 1: Fotografa de una cimentacin profunda hecha con
pilotes. Fuente: El constructor civil.
1.3 Usos de las cimentaciones profundasCuando los esfuerzos
transmitidos por el edificio no pueden ser distribuidos
suficientemente a travs de una cimentacin superficial, y en la
solucin probable se sobrepasa la capacidad portante del suelo.
Figura 2: Esfuerzos sufridos por una edificacin debido a agentes
externos. Fuente: Cypecad.2. Cuando el terreno tiende a sufrir
grandes variaciones estacionales:-Por hinchamiento.-Por
retracciones.
Figura 3: Hinchamiento y retraccin de un terreno. Fuente: Pagan
Prosperity.3. Cuando los estratos prximos al cimiento pueden
prximos al cimiento pueden provocar asientos imprevisibles y a
cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o de
baja calidad.
Figura 4: Demostracin de los asentamientos que sufren los suelos
de un terreno. Fuente: Estructuras.4. En edificios sobre el
agua.
Figura 5: Pilotes utilizados en las ciudades de Rotterdam y
msterdam en Holanda para construcciones sobre el agua. Fuente: Home
Zonnet.5. Cuando los cimientos estn solicitados a traccin: esto
ocurre en edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos.
Figura 6: Ubicacin de pilotes en los cimientos para un edificio
alto. Fuente: El constructor civil.
6. En estructuras que necesitan elementos sometidos a traccin
para lograr estabilidad, como estructuras de cables o cualquier
estructura anclada al suelo.
Figura 7: Puente sobre el mar, hincado por medio del uso de
pilotes. Fuente: Estructuras.7. Para resistir cargas inclinadas,
como aquellos pilotes que se colocan en los muelles para resistir
el impacto de los cascos de barcos durante el atraque.
Figura 8: Pilotes verticales colocados en un muelle. Fuente:
Sirve.8. Para el recalce de cimientos existentes.
Figura 9: Demostracin del recalce de un cimiento ya existente.
Fuente: El constructor civil.PILOTESDefinicinUn pilote es un
elemento de cimentacin de gran longitud comparada con su seccin
transversal, que enterrado consigue una cierta capacidad de carga,
suma de su resistencia por rozamiento con el terreno y su apoyo en
punta (Industriales, 2010).Funcin de los pilotesCuando el suelo
situado al nivel en que se desplantara normalmente una zapata o una
losa de cimentacin, es demasiado dbil o compresible para
proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten al
material ms adecuado a mayor profundidad por medio de pilotes. Los
pilotes son elementos estructurales con un rea de seccin
transversal pequea, comparada con su longitud, y usualmente se
instalan usando una piloteadora que tiene un martinete o un
vibrador. A menudo se hincan en grupos o en filas, conteniendo cada
uno suficientes pilotes para soportar la carga de una sola columna
o muro.Las columnas con poca carga, pueden en algunos casos,
necesitar un solo pilote. Sin embargo, ya que en las condiciones
del trabajo de campo, la posicin real de un pilote puede quedar a
varios centmetros de la posicin proyectada, difcilmente pueden
evitarse las cargas excntricas. En consecuencia las cabezas de los
pilotes aislados usualmente se arriostran en dos direcciones por
medio de contratrabes. Si solo se necesitan dos pilotes las cabezas
se unen con un cabezal de hormign, siendo arriostradas solamente en
una direccin, perpendicular a la lnea que une los dos pilotes. Los
grupos que contienen tres o ms pilotes estn provistos de cabezales
de hormign reforzado y se consideran estables sin apoyarlos con
contratrabes.Tambin pueden usarse pilotes verticales para resistir
cargas laterales; por ejemplo, debajo de una chimenea alta sometida
al viento. Comparada con la capacidad axial, la capacidad lateral
es usualmente pequea. Cuando es necesario soportar grandes cargas
laterales, pueden usarse pilotes inclinados. Las inclinaciones de 1
horizontal por 3 vertical representan aproximadamente la mayor
inclinacin que puede obtenerse con el equipo ordinario para el
hincado. La economa favorece usualmente las menores inclinaciones,
aunque tenga que usarse un mayor nmero de pilotes (Industriales,
2010).Utilizacin de los pilotesSu utilizacin ser requerida
cuando:1. Las cargas no pueden transmitirse al terreno con una
cimentacin superficial.2. Asientos imprevisibles pero existiendo
terreno profundo resistente.3. Cuando el terreno de cimentacin
puede sufrir grandes variaciones (retraccin...).4. Estructuras
sobre agua.5. Cargas inclinadas.6. Recalce de cimentaciones
existentes.La ejecucin de los pilotes ser de dos maneras: por hinca
o por hormigonado in situ.Cimentaciones con pilotesLas
cimentaciones con pilotes se requieren en circunstancias
especiales. Las siguientes son algunas de stas.1. Cuando el estrato
superior del suelo es altamente compresible y demasiado dbil para
soportar la carga transmitida por la superestructura, se usan
pilotes para transmitir la carga al lecho de roca subyacente o a un
estrato de suelo ms fuerte, como muestra la (figura 1a). Cuando no
se encuentra un lecho de roca a una profundidad razonable debajo de
la superficie del terreno, se usan pilotes para transmitir
gradualmente la carga estructural al suelo. La resistencia a la
carga estructural aplicada se deriva principalmente de la
resistencia por friccin desarrollada en la interface suelo-pilote
(figura 1b).2. Cuando estn sometidas a fuerzas horizontales (figura
1c), las cimentaciones con pilotes resisten por flexin mientras
soportan an la carga vertical transmitida por la superestructura.
Esta situacin se encuentra generalmente en el diseo y construccin
de estructuras de retencin de tierra y en las cimentaciones de
estructuras altas que estn sometidas a fuerzas severas por viento
y/o sismo.3. En muchos casos, los suelos en el sitio de una
estructura propuesta pueden ser expansivos y colapsables. Esos
suelos se pueden extender hasta una gran profundidad debajo de la
superficie del terreno. Los suelos expansivos se expanden y
contraen conforme el contenido de agua aumenta y disminuye, y la
presin de expansin de tales suelos es considerable. Si se usan
cimentaciones superficiales, la estructura puede sufrir daos
considerables. Sin embargo, las cimentaciones con pilotes se
consideran como una alternativa cuando los pilotes se extienden ms
all de la zona activa, que se expande y contrae (figura 1d). Suelos
como el loes son colapsables. Cuando el contenido de agua de esos
suelos aumenta, sus estructuras se rompen. Un decremento repentino
en la relacin de vados del suelo induce grandes asentamientos de
estructuras soportadas por cimentaciones superficiales. En tales
casos, se usan las cimentaciones con pilotes en las que stos se
extienden hasta estratos de suelo estable, ms all de la zona de
cambios posibles de contenido de agua.4. Las cimentaciones de
algunas estructuras, como torres de transmisin, plataformas fuera
de la costa y losas de stanos debajo del nivel fretico, son
sometidas a fuerzas de levantamiento. Los pilotes se usan a veces
para esas cimentaciones y as resistir la fuerza de levantamiento
(figura 1e). 5. Los estribos y pilas de puentes son construidos
usualmente sobre cimentaciones con pilotes para evitar la posible
prdida de capacidad de carga que una cimentacin superficial podra
padecer debido a la erosin del suelo en la superficie del terreno
(figura 1f) (Engucm, 2009).
Figura: Circunstancias en que se utilizan pilotes en una
construccin. Fuente: Engucm.
Clasificacin de los pilotesLos pilotes pueden clasificarse como:
Segn el tipo de carga que acta sobre el pilote: a compresin, a
traccin, a flexin, a flexo-compresin. Segn el tipo de material del
pilote: de madera (Capacidad de carga hasta 60 t), de concreto
armado (entre 100 y 450 t) y de acero o metlicos (hasta 120 t). El
tipo de pilote a seleccionar depende del tipo de carga por tomarse,
de las condiciones del subsuelo y del nivel del agua fretica.
a) Pilotes de maderaProbablemente los pilotes de madera son los
ms utilizados en todo el mundo. Bajo muchas circunstancias
proporcionan cimentaciones seguras y econmicas. Los pilotes de
madera no pueden soportar los esfuerzos debidos a un fuerte
hincado, en ocasiones necesarias para penetrar mantos muy
resistentes. Pueden reducirse los daos a las puntas usando
regatones de acero, pero, para un tipo dado de martinete, el
peligro de romper los pilotes puede reducirse mucho nicamente
limitando el esfuerzo inducido en la cabeza del pilote y el nmero
de golpes del martillo.Aunque los pilotes de madera pueden durar
indefinidamente cuando estn rodeados permanentemente por un suelo
saturado, estn sujetos a pudrirse por encima de la zona de
saturacin. En algunas localidades pueden destruirse por insectos
como las termitas. La vida de los pilotes de madera, por encima del
nivel del agua puede aumentarse mucho tratndolos a presin con
creosota. La duracin efectiva con este tratamiento todava no se ha
determinado bien, pero se sabe que excede a los 40 aos.Los pilotes
de madera en aguas estancadas o saladas tambin estn sujetos al
ataque por varios organismos marinos como el teredo y la limnoria.
El deterioro puede ser completo en unos cuantos aos o, en
condiciones extremadamente desfavorables, en unos cuantos meses
(Industriales, 2010).b) Pilotes de hormignPoco despus de 1900 se
idearon varios tipos de pilotes de hormign. Desde entonces han
aparecido numerosas variantes, y en la actualidad se dispone de una
gran variedad de pilotes entre los cuales el ingeniero puede elegir
el que mejor se adapte a una obra determinada. Los pilotes de
hormign pueden dividirse en dos categoras principales, colados en
el lugar y precolados. Los colados en el lugar pueden subdividirse
en pilotes con y sin ademe.El hormign de un pilote con ademe se
cuela dentro de un molde, que usualmente consiste en un forro de
metal o tubo delgado que se deja en el terreno. El forro puede ser
tan delgado que su resistencia se desprecia al evaluar la capacidad
estructural del pilote, pero, sin embargo, debe tener la
resistencia suficiente para que no sufra colapso bajo la presin del
terreno que lo rodea antes de que se llene con hormign. Los forros
muy delgados y los tubos no pueden hincarse sin estar soportados en
el interior por un mandril, que en si es una fuente de gastos y a
veces origina dificultades de construccin.La supresin del ademe o
forro reduce el costo de los materiales que se utilizan en el
pilote; por lo tanto hay incentivos econmicos en el desarrollo de
pilotes sin ademe. Varios de los primeros tipos se formaron
hincando un tubo abierto en el terreno, limpindolo, y llenando la
perforacin de hormign al ir sacando el tubo. Por ejemplo, al formar
el pilote sin ademe tipo Franki, se deja caer directamente un
martinete de gravedad en una masa de concreto en la parte inferior
del tubo de hincado; el rozamiento entre el hormign y el tubo,
hinca el tubo en el terreno. Cuando se ha alcanzado la profundidad
necesaria, se levanta ligeramente el tubo de hincado y se sostiene
para que no penetre ms al seguir echando hormign, en tanto que el
martillo sigue golpeando para que el hormign penetre en el suelo y
forme un pedestal. Luego se retira el tubo progresivamente mientras
se inyectan cantidades adicionales de hormign, compactndolo para ir
formando el fuste del pilote, que presenta una superficie exterior
spera donde queda en contacto con el suelo. La variante con ademe
se forma de la misma manera hasta que se crea el pedestal, luego,
se inserta un forro de acero corrugado en el tubo para hincar, se
coloca un tapn de hormign en el fondo del forro, sobre el pedestal,
y se hinca para que arrastre al forro dentro de la parte superior
del pedestal aun sin fraguar. Se saca el tubo para hincar y el
resto se llena de hormign.Los pilotes precolados de hormign se
fabrican de muchas formas. Un tipo muy usado comnmente para los
caballetes de los puentes, y ocasionalmente en los edificios, es de
seccin cuadrada, armado en su interior y acabado en punta, para
facilitar as su hincado. Estos pilotes deben reforzarse para
soportar su manejo hasta que estn listos para hincarse, y los
esfuerzos de hincado. Si se ha subestimado la longitud necesaria,
resulta muy difcil prolongarlos, cortarlos es caro por lo que los
fabricantes los realizan de muchas medidas diferentes.Los pilotes
precolados pueden ser tambin preesforzados. Con el preesforzado se
trata de reducir las grietas por tensin durante su manejo e hincado
y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexin.Como la
mayor parte de los pilotes de hormign pueden hincarse hasta
alcanzar una alta resistencia sin dao, usualmente es posible
asignarles mayores cargas admisibles que a los pilotes de madera.
Bajo condiciones ordinarias no estn sujetos a deterioro y pueden
usarse arriba del nivel del agua fretica. Las sales del agua de mar
y la humedad marina, atacan el refuerzo en los pilotes a travs de
las grietas en el hormign; al formarse el xido el hormign se
desconcha. La mejor proteccin es usar un hormign denso y de alta
calidad. El deterioro de los pilotes preesforzados no es tan rpido
porque las grietas de tensin se reducen al mnimo.a) Pilotes de
aceroSe utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que
usualmente se llenan de hormign despus de hincados, y los perfiles
de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento,
longitudes desusadamente grandes o elevadas cargas de trabajo por
pilote.Los pilotes de perfiles de acero en H penetran en el terreno
ms fcilmente que otros tipos, en parte porque desalojan
relativamente poco material. En consecuencia se usan frecuentemente
para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran
profundidad. Si el hincado es difcil y especialmente si el material
superior obstrucciones o gravas gruesas, es posible que los patines
se daen y los pilotes se tuerzan o se doblen. Pueden producirse
pocos defectos serios y pueden notarse los sntomas durante el
hincado. Cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos
daos, las puntas de los pilotes deben reforzarse.Los pilotes de
acero estn sujetos a la corrosin. El deterioro es usualmente
insignificante, si todo el pilote est enterrado en una formacin
natural, pero puede ser intenso en algunos rellenos debido al
oxigeno atrapado. Si los pilotes se prolongan hasta el nivel del
terreno, o ms arriba del mismo, las zonas inmediatas arriba y abajo
del nivel del suelo, son especialmente vulnerables. Una buena
defensa para el acero es recubrir las zonas vulnerables con hormign
(Calavera, 1985).Figura: Modelado virtual de un pilote. Fuente:
Cimentaciones.
Segn su longitud y de los mecanismos de transferencia de carga
al suelo: pilotes resistentes en punta, pilotes resistentes en
fuste o a friccin, pilotes resistentes en punta y fuste. Por la
forma de la seccin transversal: cuadrados, circulares, doble T. Por
la forma en que se construyen los pilotes de hormign: pilotes
prefabricados hincados con ayuda de martillos, pilotes construidos
in situ de concreto armado.Los pilotes hincados desplazan el suelo
en el espacio que este va a ocupar, por accin de los esfuerzos de
penetracin, Puede generarse una densificacin, posiblemente benfica,
en los suelos granulares sueltos. En otros medios tiene lugar
levantamientos del terreno, empujes sobre elementos vecinos y otras
consecuencias casi siempre nocivas para estructuras y servicio
aledaos al sitio de instalacin.Con los pilotes preexcavados o
perforados se remueve el suelo del espacio que va a ocupar el
pilote al aplicar varias posibles tcnicas de excavacin o
perforacin, formando as una cavidad que en caso necesario se
protege del derrumbe de sus paredes, en cuyo interior se funde el
concreto integrante del cuerpo del pilote.a. PILOTES
HINCADOSDefinicin Los pilotes hincados se utilizan como apoyos
puntuales para cimentaciones de edificaciones sobre terreno sin
capacidad portante y se hincan en el terreno con maquinaria pesada
hasta alcanzar una capa con suficiente capacidad portante o un
estrato de rocas (Weckenmann, 2015).CaractersticasPoseen una
armadura interior y una armadura exterior en espiral para soportar
las tracciones transversales generadas por el proceso de hinca; los
pilotes tambin se fabrican pretensados. La cabeza del pilote es
plana, el pie en punta. Un ejemplo clsico de una cimentacin con
pilotes es la cuidad de Venecia, que a lo largo de los siglos fue
construida sobre innumerables pilotes.b. PILOTES CUADRADOS DE
HORMIGN
c. PILOTES CIRCULARES DE HORMIGNLa 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 y la 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 (ARPILE, 2015).
Figura: Pilotes perforados circulares de hormign. Fuente:
Arpile.
d. PILOTES METLICOSLos perfiles estructurales de acero, as como
las secciones tubulares, son comnmente usados como pilotes. Se
prefieren en general las secciones H reforzadas, por ser las que
soportan mejor las grandes presiones que le impone la
superestructura. 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
rbo1es enterrados.Los pilotes metlicos trabajan bien por punta,
como columnas, y se pueden cortar o empalmar fci1mente como muestra
la figura 12.28. 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 de su fuste, que incrementa la
capacidad portante del pilote.El esquema a) de la figura 12.28
corresponde al empalme soldado de dos perfiles 1 mediante dos
canales, y el esquema b) a una unin empernada, con plancha de base.
Estas uniones son similares a las usadas en columnas metlicas. Los
esquemas c) y d) muestran secciones tubulares, donde el empalme se
realiza mediante un anillo metlico que se suelda en ambos extremos
al tubo. Los pilotes metlicos tubulares se emplean generalmente en
obras martimas y se van soldando a tope o mediante anillos, a
medida que penetran en el suelo. Su dimetro vara entre 20 y 100 cm.
Pueden tener as mismo forma troncoc6nica, con su extremos inferior
cerrado, pero son ms comunes los cilndricos con el extremo
abierto.Cuando se desea incrementar su resistencia por punta, se
pueden usar los pilotes metlicos con disco inferior, como muestra
la figura 12.29 a) el cual est reforzado con nervios para aumentar
su rea de base. Estos pilotes de disco son indicados para suelos
granulares.Los pilotes metlicos se pueden colocar segn dos tcnicas
diferentes: Pilotes hincados Pilotes roscadosLa hinca de estos
pilotes es similar a la usada en los de concreto armado. Para
evitar el deterioro y cambio de forma de la cabeza del pilote, se
lo recubre con un cabezote o sombrerete adecuado, donde golpea la
maza del martinete, y amortigua el impacto por percusi6n. Los
pilotes roscados son los que se colocan precindolos con un
movimiento circular y penetran atornillndose en el suelo con su
punta provista de un tornillo de Arqumedes. Ver figura 12.29 b), el
cual a su vez incrementa el rea portante. En suelos blandos, se
utilizan roscas con cuerpo cilndrico y hlices muy salientes,
mientras que en suelos resistentes, como las arenas y gravas, es ms
usual el empleo de roscas con cuerpo cnico y hlices poco salientes.
(Ver Seccin 12.6 Mtodo Grimaud).
CONCLUSIN
BibliografaARPILE. (2015). Pilotes Perforados Circulares.
Obtenido de Pilotes Perforados Circulares:
http://arpilefundaciones.com.ar/archivos/03PilotesPerforadosCirculares.pdfCalavera,
J. (1985). Proyecto y Clculo de Estrcturas de Hormign Armado para
Edificios. INTEMAC.Documento Bsico SE-C. (Marzo de 2006). Seguridad
estructural. Cimentos. Obtenido de Seguridad estructural. Cimentos:
http://www.bizkaia.net/dokumentuak/07/suhiltzaileak/Documentacion/cimientos.pdf?idioma=EUEngucm.
(2009). Engucm Wordpress. Obtenido de Engucm Wordpress:
https://engucm.files.wordpress.com/2015/03/tema-8-ok-cimentaciones-profundas.docx.Industriales,
E. T. (2010). Cimentaciones. Madrid: Universidad Politcnica de
Madrid.Vargas, E. (22 de Agosto de 2014). Prezi. Obtenido de Prezi:
https://prezi.com/bsa9kmzck9rl/copy-of-cimentaciones-profundas/Weckenmann.
(2015). Weckenmann. Obtenido de Weckenmann:
http://www.weckenmann.com/es/temas-y-tecnolog%C3%ADa/productos-prefabricados-de-hormig%C3%B3n/pilote-hincado/
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