Pilote (cimentación)
Hincado de pilotes en la modernización de vías férreas en Chojnów, Polonia Polonia.. Se denomina pilote a un elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, ue permite trasladar las car!as hasta un estrato resistente del suelo suelo,, cuando este se encuentra a una profundidad tal ue hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación m"s cimentación m"s convencional mediante zapatas o losas losas.. #iene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la ue se apo$a el elemento ue le trasmite las car!as % pilar pilar , encepado encepado,, losa...& $ ue trasmite la car!a al terreno por rozamiento por rozamiento del del fuste fuste con con el terreno, apo$ando la punta en capas m"s resistentes o por ambos métodos a la vez.
Tipos de pilotes Primeros Pilotes 's el tipo de pilote m"s anti!uo, normalmente de madera madera,, $ se inventó para hacer cimentaciones en zonas con suelo h(medo, con el nivel fre"tico alto o inundadas. 'ran de madera, troncos sencillamente descortezados $ su capacidad portante se destacaba bien lle!ando a un capa del terreno suficientemente resistente, o bien, por rozamiento del pilote con el terreno. Pilotes in situ
Proceso de ejecución de un pilote
in situ.
Hincado de pilotes para un puente en Estados Unidos. )a denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocar" un armado en su interior $ posteriormente se rellenar" con hormi!ón. 'n ocasiones, el material en el ue se est" cimentando, es un suelo friccionante %como son arenas, materiales !ruesos $ limos, los cuales pueden ser considerados como materiales friccionantes $a ue al poseer una estructura cohesiva tan fr"!il, cualuier movimiento como el ue produce la broca o (til al perforar o la simple presencia de a!ua en el suelo entre otros, hace ue se rompa dicha cohesión $ el material trabaje como un suelo friccionante&, es por ello ue se presentan desmoronamientos en el interior de las paredes de la perforación* a este fenómeno se le denomina +caídos+, es por ello ue se recurre a diversos métodos para evitar ue se presente. Por la forma de ejecución del vaciado, se distin!uen b"sicamente dos tipos de pilotes los de e-tracción $ los de desplazamiento. n pilote de e-tracción se realiza e-tra$endo el terreno, mientras ue el de desplazamiento se ejecuta compact"ndolo. 'n ambos casos se utilizan diferentes técnicas para mantener la estabilidad de las paredes de la e-cavación. )os tipos de pilotes in situ est" reco!idos en las /ormas #ecnoló!icas de la 'dificación.0
Pilote in situ de desplazamiento con azuche sualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apo$ado en roca o capas duras de terreno, después de atravesar capas blandas. #ambién como pilotaje trabajando por fuste $ punta en terrenos !ranulares medios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes $ !ranulares de al!una consistencia
Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas sualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos !ranulares de compacidad media o en terrenos con capas alternadas coherentes $ !ranulares de al!una consistencia. Pilote in situ de extracción con entubación recuperable 'ste tipo de pilote se ejecuta e-cavando el terreno $ utilizando una camisa %tubo met"lico a modo de encofrado&, ue evita ue se derrumbe la e-cavación. na vez completado el vaciado, $ se!(n se va hormi!onando el pilote, se va retirando !radualmente la camisa, ue puede ser reutilizada nuevamente. sualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apo$ado en roca. #ambién como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, pr"cticamente homo!éneo.
Pilote in situ de extracción con camisa perdida Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de e-tracción con entubación recuperable, con la diferencia de ue la camisa met"lica no se e-trae, sino ue ueda unida definitivamente al pilote. sualmente como pilotaje trabajando por punta apo$ado en roca o capas duras de terreno $ siempre ue se atraviesen capas de terreno incoherente fino en presencia de a!ua, o e-ista flujo de a!ua $ en al!unos casos con capas de terreno coherente blando* cuando e-istan capas a!resivas al hormi!ón fresco. )a camisa se utilizar" para prote!er un tramo de los pilotes e-puesto a la acción de un terreno a!resivo al hormi!ón fresco o a un flujo de a!ua. )a lon!itud del tubo ue constitu$e la camisa ser" tal ue, suspendida desde la boca de la perforación, profundice dos di"metros por debajo de la capa peli!rosa.
Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos 's un pilote de e-tracción, en el ue la estabilidad de la e-cavación se confía a la acción de lodos ti-otrópicos. sualmente como pilotaje trabajando por punta, apo$ado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen capas blandas ue se manten!an sin desprendimientos por efecto de los lodos. Pilote in situ barrenado sin entubación
Barrena para la ejecución de pilotes. sualmente como pilotaje trabajando por punta, apo$ado en capa de terreno coherente duro. #ambién como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme pr"cticamente homo!éneo o coherente de consistencia media en el ue no se produzcan desprendimientos de las paredes.
Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena sualmente como pilotaje trabajando por punta, apo$ado en roca o capas duras de terreno. #ambién como pilotaje trabajando por fuste $ punta en terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos de capas alternadas coherentes $ !ranulares de al!una consistencia Se trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta el hormi!onado por bombeo por el tubo central e-istente en el interior de la barrena. 'ste sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables $ con presencia de a!ua. )a armadura se introduce una vez perforado $ hormi!onado el pilote, por lo ue !enera el inconveniente de ue debido a la densidad del hormi!ón, la lon!itud de armado no supera los 1,2234,22 m.
Pilotes hincados
Hincado de pilotes para la construcción de un muelle en Tampa, Florida.
Muro de pilotes tangentes en Dresden, Alemania. Una técnica mu utili!ada es crear una "arrera de pilotes luego e#ca$ar para construir muros soterrados.
Consiste en introducir elementos prefabricados de hormi!ón similares a postes de luz o secciones met"licas por medio de piloteadoras en el suelo. 5ichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno $ posteriormente +hincados+ en el piso a base de !olpes de +martinete+, esto hace ue el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea ue se prolon!a hasta ue se alcanza la profundidad del estrato resistente $ se produzca el +rechazo+ del suelo en caso de ser un pilote ue trabaje por +punta+, o de lle!ar a la profundidad de dise6o, en caso de ser un pilote ue trabaje por +fuste+ %pilote flotante&.
Pilotes prefabricados )os pilotes prefabricados pertenecen a la cate!oría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el nombre de pilotes premoldeados* pueden estar construidos con hormi!ón armado ordinario o con hormi!ón pretensado. )os pilotes de hormi!ón armado convencional se utilizan para trabajar a compresión* los de hormi!ón pretensado funcionan bien a tracción, $ sirven para tablestacas $ cuando deben uedar sumer!idos bajo el a!ua. 'stos pilotes se clavan en el terreno por medio de !olpes ue efect(a un martinete o con una pala met"lica euipada para hincada del pilote. Su sección suele ser cuadrada $ sus dimensiones normalmente son de 72 cm - 72 cm o 89 cm - 89 cm #ambién se constru$en con secciones he-a!onales en casos especiales. 'st"n compuestos por dos armaduras una lon!itudinal con cuatro varillas de :9 mm de di"metro, $ otra transversal compuesta por estribos de varilla de ; mm de sección como mínimo. )a cabeza del pilote se refuerza mediante cercos con una separación de 9 cm en una lon!itud de un metro. )a punta va reforzada con una pieza met"lica especial para facilitar la hinca.
Pilotes excéntricos )os pilotes e-céntricos son los ue se ubican fuera de los ejes de las columnas $ de las contratables en edificios urbanos con estructura reticular, ofreciendo ventajas sustanciales respecto de los tradicionales instalados a cielo abierto antes del desplante de la edificación, colados en sitio o prefabricados hincados a !olpes de martillo $ coincidentes con los ejes, lo ue dicho en otras palabras si!nifica ue los pilotes e-céntricos pueden instalarse después de haberse iniciado la construcción del edificio. Cuando éste $a tiene al!(n peso se usa como lastre !ratuito para dar la reacción de hincado al euipo hidr"ulico ue es compacto, silencioso, sin vibraciones, limpio $ de ma$or capacidad ue la dada con !olpes de martillo. )as ventajas sustanciales de car"cter financiero a favor del propietario $ de tipo in!enieril a favor de los técnicos participantes, debidas al simple cambio de ubicación de los pilotes, son las si!uientes
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A%orro del tiempo total de construcción del edi&cio al eliminar del programa de o"ra el 'ue corresponder(a a la instalación tradicional de los pilotes %ec%a antes del inicio de la construcción. )e garanti!a la $erticalidad de los pilotes gracias al tipo de per*oración en el su"suelo, 'ue gu(a la punta del pilote seg+n la l(nea de la gra$edad %asta llegar a la capa de apoo. os pilotes pueden ser de cual'uier tipo de *uncionamiento, a sa"erapoados por punta, otantes, o de *ricción negati$a, seg+n se %aa decidido por el Estudio de Mec/nica de )uelos. a totalidad de los pilotes apoados en estrato duro se re"otan a la carga de prue"a cuando la punta llega al estrato la *ricción lateral es desprecia"le, garanti!ando la inmo$ilidad de los pilotes "ajo toda solicitación de carga sin costo adicional para el propietario. a inmo$ilidad se apro$ec%a en casos espec(&cos para controlar los es*uer!os las de*ormaciones del conjunto 0suelo1edi&cio1pilote2, instalando mecanismos modernos a prue"a de sismos mu enérgicos, tanto en o"ras nue$as donde %an originado el concepto 34onstrua Antes Hin'ue Después3, o en edi&cios 'ue a estando en *uncionamiento re'uieren ser recimentados sin dejar de *uncionar, para recuperar la $erticalidad perdida por'ue es riesgoso 'ue se %aan reducido los *actores de seguridad de la estructura consumidos por la inclinación, la 'ue pone en riesgo la seguridad de los usuarios, la del propio edi&cio la de las edi&caciones adacentes, as( como las instalaciones p+"licas "ajo las "an'uetas tam"ién para recuperar los ni$eles correctos cuando aparentemente los edi&cios %an 0emergido2 respecto del ni$el de las "an'uetas en la $(a p+"lica. 4uando en las edi&caciones se presentan pro"lemas generados por un comportamiento distinto del su"suelo al esperado por nosotros, como sucede en las !onas lacustres sujetas a proceso de consolidación por pérdida de %umedad, por so"recarga o por el e*ecto noci$o de sismos de alta energ(a, la e#centricidad de los pilotes permite en todo momento si *uere necesario o con$eniente, cam"iar su tipo de *uncionamiento dise5ado de origen.
Principio de *uncionamiento )os pilotes trasmiten al terreno las car!as ue reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste $ resistencia a la penetración o resistencia por punta.
5onde
, altura di/metro del pilote. , so"recarga 6789m :; so"re la "ase de cimentación del pilotaje. , peso espec(&co del terreno coe&ciente de ro!amiento terreno1 pilote. presión admisi"le so"re el estrato en 'ue se apoa la punta del pilote. Cabe se6alar ue, como en todo trabajo relacionado con la in!eniería !eotécnica, e-iste cierto !rado de incertidumbre en la capacidad final de un pilote. 's por esto ue buena parte de la investi!ación ue se viene desarrollando en este campo tiene ue ver con métodos ue permitan hacer un control de calidad a bajo costo del pilotaje antes de aplicar las car!as. 'l método m"s obvio aunue el m"s costoso es hacer una prueba de car!a. Como métodos alternativos podemos mencionar pruebas de resonancia, prensa hidr"ulica de =sterber!, pruebas de an"lisis de ondas, pruebas sísmicas. 'n muchos casos las teorías ue permiten estimar la resistencia de fuste $ la resistencia de punta son de tipo empírico. 's decir, son el resultado de un an"lisis estadístico del comportamiento de ciertos pilotes en determinadas condiciones de terreno. Por lo tanto, es sumamente importante conocer el ori!en $ las condiciones bajo las cuales determinadas fórmulas de c"lculo son v"lidas.
Precauciones constructi$as Colocación de hormigón in situ )a distancia mínima entre la piloteadora $ la colocación del hormi!ón debe ser especificada. Se han realizado pruebas ue muestran ue las vibraciones provenientes de la piloteadora no tienen efectos contrarios sobre el hormi!ón fresco, $ un criterio de un pilote abierto entre las operaciones de perforación $ las de vaciado es considerado como satisfactorio. )a camisa, cascarón, tubo o tubería, debe ser inspeccionado justo antes a rellenarlo con hormi!ón $ debe estar libre de material e-tra6o $ no contener m"s de diez centímetros de a!ua, a menos ue se utilice el método tremie para introducir hormi!ón. 'l hormi!ón debe ser vertido en cada perforación o camisa sin interrupción. Si es necesario interrumpir el proceso de vertido de hormi!ón por un intervalo de tiempo tal ue endurezca el hormi!ón, se deben colocar dovelas de acero en la zona superior hormi!onada del pilote. Cuando el vaciado se suspende, todas la rebabas debe ser retiradas $ la superficie del hormi!ón debe ser lavada con una lechada fluida.
Vaciado con el método tremie 'l método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa para verter hormi!ón a través de a!ua, cuando la perforación ueda inundada. 'l hormi!ón se car!a por tolva o es bombeado, en forma continua, dentro de una tubería llamada tremie, desliz"ndose hacia el fondo $ desplazando el a!ua e impurezas hacia la superficie. 'l fondo del tremie se
debe cerrar con una v"lvula para prevenir ue el hormi!ón entre en contacto con el a!ua. 'l tremie lle!a hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormi!ón.
Ensaos de integridad para pilotes euiere !olpear sobre hormi!ón sano. Ensayo de impedancia mecánica en cimentaciones profundas (martillo con sensor de fuerza). euiere !olpear sobre hormi!ón sano $ alisado.