PILOTES Se denomina pilote al elemento constructivo de cimentación profunda de tipo puntual utilizado en obras, que permite transmitir las cargas de la superestructura e infraestructura a través de estratos flojos e inconsistentes, hasta estratos más profundos con la capacidad de carga suficiente para soportarlas; o bien, para repartir estas en un suelo relativamente blando de tal manera que atraviesen lo suficiente para que permita soportar la estructura con seguridad.
Casos en los que se utilizan los pilotes:
Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del suelo. Puede darse que los estratos inmediatos a los cimientos produzcan asientos improvistos y que el suelo resiste este a cierta profundidad; en el caso de edificios que se apoyan en suelos de baja calidad. Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamiento o retracciones producidos con arcillas expansivas.
cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel del suelo.
cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción.
FUNCIÓN DE LOS PILOTES PILOTES
Cuando el suelo situado al nivel en que se desplantaría normalmente una zapata o una losa de cimentación, es demasiado débil o compresible para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten al material más adecuado a profundidad por medio de pilotes o pilas. La diferencia entre estos elementos es algo arbitraria. Evidentemente los pilotes se utilizan cuando las condiciones del suelo no son adecuadas para el empleo de zapatas o losas de cimentación o cuando la construcción de estas en los lugares dispuestos para su emplazamiento es inadecuada, antieconómica o bien no viable. Por consiguiente los pilotes van generalmente asociados con problemas difíciles de cimentación y con las condiciones peligrosas del suelo. Sin embargo, esto no significa que las cimentaciones sobre pilotes sean peligrosas, es una advertencia para los inexpertos e imprudentes, particularmente para los propietarios y constructores. El planteamiento de una cimentación con pilotes -y frecuentemente la realización de ésta- requiere obtener todos los datos que puedan conseguirse de un modo razonable sobre las características del suelo sobre el que se va a cimentar, Estudiar y comprobar las posibles soluciones para la cimentación, eliminar hasta donde sea posible, toda incertidumbre que pueda evitarse y respetar el sano criterio profesional de la ingeniería.
TIPOS DE CARGAS EN PILOTES La mayoría de las estructuras están sometidas a un conjunto de cargas Combinadas y no únicamente a cargas verticales o laterales, por esta razón las Cimentaciones deben ser capaces de soportar momentos. Debajo de estructuras Como muros de compuertas, muros de sostenimiento y edificios ordinarios se producen fuerzas verticales hacia abajo causadas por el peso de la estructura y Que suelen ser mucho mayores que las fuerzas hacia arriba producidas por los Momentos provocados por las cargas laterales. Por otro lado, los pilotes situados Del lado de sotavento de las torres altas de acero o depósitos para almacenar gas Del tipo de pistón, puede considerarse que producen una reacción que Contrarresta las fuerzas verticales hacia arriba. Cuando deben transmitirse al subsuelo fuerzas laterales por medio de un a Cimentación piloteada, es importante el decidir si se deben hincar algunos pilotes Inclinados. Esta decisión debe basarse en la capacidad de los pilotes para Soportar cargas laterales. Cuando las cargas laterales por pilote exceden a la Carga vertical que puede soportar un pilote vertical, es necesario utilizar pilotes Tanto verticales como inclinados. Los pilotes inclinados se usan comúnmente en Los estribos y pilas de puentes, en los muros de contención y para proporcionar Estabilidad a olas filas transversales de pilotes. Cuando se usan pilotes verticales e inclinados, y si están hincados a la misma Profundidad y trabajan por punta, se puede suponer que la capacidad de carga Axial de cada uno de ellos es la misma; cuando los pilotes son de fricción puede Hacerse la misma suposición bajo las mismas condiciones. En la cimentación los pilotes están sometidos predominantemente a cargas verticales, pero en algunos casos deben tenerse en cuenta otros tipos de solicitaciones como son:
Cargas horizontales debidas al viento, empujes de arcos o muros etc. Rozamiento negativo al producirse el asiento del terreno en torno a pilotes columna por haber extendido rellenos o sobrecargas, rebajar el nivel freático a través de suelos blandos aun en proceso de consolidación.
Flexiones por deformación lateral de capas blandas bajo cargas aplicadas en superficie.
Esfuerzos de corte, cuando los pilotes atraviesan superficies de deslizamiento de taludes.
TIPOS DE PILOTES
Los pilotes se construyen en una gran variedad de materiales, longitud y forma de su sección, y que se adaptan a diversas necesidades de carga, colocación y economía. Entre algunos de los más comunes tenemos:
Pilotes de madera: Son el tipo de pilote más antiguo, ya desde la época del Imperio Romano se utilizaban. Proporcionan una cimentación segura y económica con ciertas restricciones, su longitud está limitada por la altura de los árboles disponibles. No pueden resistir esfuerzos debidos a un fuerte hincado ya que pueden romperse fácilmente, sobre todo cuando se penetran estratos muy resistentes.
Pilotes de concreto: Son de los más usados en la actualidad, los hay de sección circular, cuadrada y octagonal y en tamaños de 8, 10 y 12 metros. Pueden dividirse en dos categorías: colados en el lugar -in situ- y pre colados. Los colados en el lugar pueden ser con o sin ademe. Los pres colados pueden ser también pre esforzados con el fin de reducir las grietas que se forman por el manejo e hincado además de que proporciona resistencia a los esfuerzos de flexión. Todos los pilotes de concreto son reforzados con acero apara evitar que sufran daños durante su transportación y colocación.
Pilotes de acero: Los tubos de acero se utilizan mucho como pilotes y usualmente se llena de concreto después de hincados, y si el hincado es violento es posible utilizar perfiles I o H de acero. Estos pilotes están sujetos a corrosión, aunque el deterioro no es significativo aunque si se hincan bajo el mar, la acción de las sales puede ser importante.
Pilotes compuestos: Ocasionalmente, los pilotes se fabrican uniendo secciones superiores e inferiores de materiales diferentes, como concreto arriba del nivel de las aguas freáticas y madera sin tratar debajo. se dispone de una gran variedad de pilotes que consiste de varias combinaciones
ELECCIÓN DEL TIPO DE PILOTE
La manera de elegir un determinado tipo de pilote se basa en las condiciones del Subsuelo, las características de hincado del pilote, el comportamiento esperado de La cimentación y la economía; éste último aspecto debe basarse en el costo total De la cimentación y no únicamente en el costo de los pilotes.
CONSIDERACIONES GENERALES Ventajas y desventajas Algunas de las desventajas que presentan los pilotes son:
La dificultad de aumentar o reducir su longitud en caso de que ésta no sea bien estimada. Es difícil saber a simple vista cuando un pilote ha fallado, ya que no es necesario que el pilote desaparezca en las profundidades subterráneas ni tampoco que se rompa o doble. Si un pilote es colocado en un lugar equivocado, ya no es posible su extracción para reutilizarlo.
Algunas de las ventajas en el uso de pilotes son:
Resultan convenientes cuando las condiciones del suelo no son favorables para la Utilización de otro tipo ce cimentaciones.
Proporcionan buenas soluciones para la distribución de cargas en el subsuelo ya que pueden trabajar individualmente o en grupos de pilotes. Ensayos de integridad de constituyen una fuente adicional de información sobre los pilotes construidos. Significan una potente herramienta de trabajo para poder determinar experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes con rapidez y economía, por lo que son utilizados básicamente como control de calidad generalizado de los pilotes.
ENSAYOS DE INTEGRIDAD La realización de cimentaciones profundas, nos presentan el inconveniente de no Poder saber con certeza lo que sucede durante la ejecución, ya que son elementos inaccesibles normalmente. En los últimos años se han desarrollado técnicas para detectar defectos en la construcción de pilotes y cimentaciones profundas en general, mediante ensayos de integridad estructural, que en España se utilizan desde hace pocas décadas, pero hace relativamente poco tiempo que se realizan por parte de empresas españolas. Estos ensayos de integridad nos suministran información sobre las dimensione s y el estado de elementos profundos en el terreno, una vez ejecutados, para asegurar su continuidad. Pretenden únicamente aportar información adicional sobre las Cimentaciones profundas, para comprobar que se han ejecutado según lo previsto, y Que no ha surgido ningún problema durante su construcción. No aportan información Directa sobre el comportamiento o resistencia de los mismos en condiciones de carga. Los dos métodos más extendidos por el territorio Español actualmente, son el método sónico y el método ultrasónico, una herramienta para poder determinar
Experimentalmente la existencia de defectos en los pilotes con rapidez y economía. En El caso de detectar anomalías, se pueden emplear otros métodos para investigar las Causas, y determinar si el pilote o elemento es apto para el uso destinado, como la excavación alrededor del elemento o sondeos con extracción de testigos. La Realización de sondeos solo permite conocer datos del testigo extraído. Si el defecto es Puntual, podría ser que no obtuviéramos información sobre dicho defecto, y también se Ha de tener en cuenta que la posición del sondeo respecto al eje del pilote, es difícil de conocer si la profundidad es grande. La interpretación de resultados debe realizarse por personal cualificado experimentado, ya que a pesar de que las herramientas informatizadas y electrónicas nos facilitan el registro de resultados, se requiere de una experiencia para poder determinar si las anomalías detectadas son importantes y afectan a la integridad estructural. En el caso de realizarse ensayos en la totalidad de los pilotes, o en un muestreo significativo, las cargas admisibles por razón estructural de los pilotes se podrán incrementar en un 20%, de acuerdo con la norma francesa de pilotes DTU 13.2, o en un 25% según el Código Técnico de la Edificación.
ENSAYO DE INTEGRIDAD POR EL MÉTODO SÓNICO EXPLICACIÓN DEL MÉTODO DE ENSAYO:
Es el método más usado internacionalmente y consiste en golpear la cabeza del pilote Con un martillo de mano y obtener mediante un acelerómetro el movimiento de la Cabeza del pilote como consecuencia de la onda de tensión generada. Este método se Denomina generalmente “método sónico”, aunque también puede llamarse “sísmico”, “ensayo de integridad de baja deformación” o “sonic echo” (eco sónico). Se aplica Generalmente a cualquier tipo de pilote y no requiere ninguna preparación para la Realización del ensayo. Para pantallas, a pilotes, o en general elementos que su Geometría no sea cilíndrica o prismática, no se asegura el correcto funcionamiento del Ensayo para su posterior interpretación, debido a que no sabemos ciertamente si la Honda de compresión que generamos, desciende verticalmente, o se producen rebotes De onda que nos darían interpretaciones equívocas de la realidad.
ENSAYO DE INTEGRIDAD POR EL MÉTODO ULTRASÓNICO Este método de ensayo consiste en hacer descender por dos tubos huecos Paralelos en el interior del fuste del pilote o pantalla, un emisor y un receptor que Envían y reciben señales, registrando el tiempo que tardan estas señales en Recorrer la distancia entre ellos. Es también un método dinámico que induce Una baja deformación en el pilote, denominándose generalmente “Cross-Hole ultrasónico”, aunque también se le Denomina “sondeo sónico”, “sondeo sísmico”, “ensayo sísmico paralelo”, “cross-hole Sonic logging” o “ensayo por transparencia sónica”. Este ensayo se debe prever con Anterioridad a la ejecución del elemento, ya que requiere que se dejen dos o más Tubos embebidos en el hormigón o de lo contrario no se puede ensayar por este Método.
LOS DEFECTOS SE PODRÍAN ENGLOBAR EN LOS SIGUIENTES GRUPOS: 1. Defectos relacionados con problemas constructivos 2. Defectos relacionados con la excavación 3. Defectos provocados por una inadecuada manipulación de la camisa 4. Defectos debidos a una mala utilización de lodos bentoníticos 5. Producidos en la fase de hormigonado
1. Defectos relacionados con problemas constructivos Dentro de este grupo de defectos los más comunes son los provocados por Manipulación del tubo de hormigonado. Se incluirán también las roturas en cabeza Producidas por maquinaria pesada o por el propio movimiento de la maquinaria de Pilotar. Los defectos anteriores pueden producirse en cualquier tipo de pilotes. En el caso de Los barrenados habría que eliminar los defectos de manipulación del tubo de Hormigonado, al hormigonarse con un tubo central continuo e incluso en muchos Casos realizar un registro de presiones de inyección, pero habría que considerar como Específicos los que pudieran deberse a su procedimiento concreto de hormigonado y a La hinca de la armadura. Dentro de los defectos provocados por problemas constructivos se incluirán otros que Ya no son tan comunes, o que las nuevas técnicas han provocado su desaparición, Como el hormigonado con caída libre, la excavación de un pilote próximo a otro recién Hormigonado, etc.
2. Defectos relacionados con la excavación Dentro de éstos se pueden considerar los relacionados con las condiciones del Terreno, por lo que en general son defecto que pueden subsanarse con el empleo del Método adecuado de excavación y sostenimiento y con el uso de una determinada Maquinaria. Un estudio geotécnico previo con suficiente detalle también permitirá Prevenir este tipo de defectos.
3. Defectos provocados por una inadecuada manipulación de la camisa En este apartado se incluirán solamente los defectos existentes en los pilotes de Extracción con entubación recuperable y que están provocados por la manipulación de La camisa, excluyendo los debidos al hormigonado, limpieza insuficiente del fondo, etc., que se producen al igual que en los otros tipos de pilotes. Al contrario de lo que Generalmente se piensa y aunque se realice la excavación y el hormigonado con Camisa, estos pilote son están exentos de defectos. Es importante prestar la mayor Atención en el control de los pilotes con camisa recuperable, ya que suelen realizarse Generalmente de gran diámetro y utilizarse como pila-pilote sin existir reparto de Cargas con otros pilotes del encepado. Defectos muy comunes en estos pilotes son los provocados por avanzar con la excavación por delante de la camisa. En la figura 3.2 se representa un posible proceso de formación de una pérdida de sección en un pilote ejecutado con camisa recuperable. En los pilotes con camisa recuperable, en ocasiones, no se requiere que se entube Hasta la punta, cuando se considera que el terreno en punta es estable. En el ensayo Por el método Cross-Hole se muestran ligeras diferencias en la velocidad de Propagación entre la altura del pilote que estaba entubada y la que no. Estas Ligerísimas diferencias son provocadas por los movimientos en las paredes del pilote Durante la extracción de la camisa en la zona superior y no deben interpretarse como Defectos.
4. Defectos resultado de una mala utilización de lodos bentoníticos Los defectos asociados a pilotes excavados utilizando lodos bentoníticos suelen estar Provocados e incluso los controles de integridad permiten confirmar su homogeneidad. La utilización inapropiada de los lodos puede producir importantes sedimentaciones en El fondo de excavación por decantación que no es posible extraer con el hormigonado, Defectos intermedios y caídas de las paredes, todos ellos defectos que aparecen en Otros tipos de pilotes. Además pueden producirse bolas de bentonita que Permanecerán flotando en el hormigón o exceso de apelotonamiento de bentonita en Estratos granulares que pueden producir importantes estricciones.
5. Relacionados con la fase de hormigonado Son causas comunes de defectos relacionados con la fase de hormigonado las Siguientes: - Suministro irregular de hormigón que puede incluso llegar a producir un Fraguado antes de lo previsto dentro el tubo de hormigonado o en el entorno de La armadura si existe entubación. - Puesta en obra de hormigón mal formulado, con baja trabajabilidad o Fácilmente segregable. En el caso, utilizar hormigones con baja trabajabilidad También se producen defectos en el recubrimiento de las armaduras. - Evolución de la consistencia del hormigón en el tiempo lo que conlleva una Inapropiada trabajabilidad del hormigón durante toda la fase del hormigonado, En ocasiones debido al empleo de aditivos destinados a mejorar la Trabajabilidad del hormigón a corto plazo. - Inapropiada la técnica de hormigonado con tubería tremie y hormigón Sumergido. - Excesiva separación entre tubos tremie en el hormigonado de pantallas Realmente es interesante conocer en qué condiciones se producen defectos (por una Estructura geotécnica compleja, por problemas constructivos, por el uso inapropiado De soluciones de cimentación, por cuestiones pos constructivas, etc. …) para decidir Cuántos pilotes se ensayan. Los daños provocados por un descabezado inadecuado o por el movimiento de Maquinaria alrededor de los pilotes, son poco frecuentes en España, y sólo se han Observado en obras en las que para el descabezado de pilotes con barrena continúa Se utilizó maquinaria muy potente y los pilotes no estaban armados en cabeza. Por Otro lado, los defectos relacionados con la contaminación en los 2 primeros metros se Eliminan generalmente con el descabezado hasta la cota de proyecto. Estos últimos se Identifican claramente con el método del Cross-Hole y no se suelen observar en los Pilotes ensayados por el método sónico, ya que este método requiere que los pilotes Se encuentren descabezados al realizar los ensayos. Hay que señalar que los defectos en el fuste por caída de material, coqueras o Contaminación, son más comunes a pesar de que la sección afectada en la mayoría de Los casos no alcanzan una cuarta parte de la sección del pilote. Los defectos más Abundantes en cualquier tipo de pilotes de extracción, son los defectos en punta.
Maquinaria para pilotaje barrena continua, pilote perforado, cabeza de rotación y herramientas de perforación: La cimentación por pilotes se ha convertido en la forma más común de cimentar cualquier tipo de estructura. La ejecución es rápida y está muy mecanizada. Existen muchas técnicas de ejecución de pilotes, y muchas soluciones constructivas para el uso de los mismos. Se instalan aislados, en grupos, en línea formando una pantalla discontinua, con el fondo ensanchado o telescópico, pilotes contiguos, pilotes secantes, etc.
Barrena continua: Tiene una elevada rapidez, esta hueca en su eje, de forma que a través del interior se bombea el hormigón, y su longitud es igual a la longitud total del pilote. La secuencia de ejecución es la siguiente: perforación por medio de la barrena continua, hormigonado por bombeo a través del núcleo hueco de la barrena, colocación de la armadura hincándola en la masa de hormigón por medio de su propio peso, por golpeo o por vibración
Pilote perforado: es la técnica con la que se ejecutan los pilotes más complicados en las cimentaciones profundas. Existen muchas variantes de pilotes que se pueden ejecutar con una máquina perforadora de Kelly telescópico. La herramienta de perforación se instala en el extremo del Kelly, La secuencia de ejecución es la siguiente: perforación y extracción de toda la tierra dejando una perforación circular abierta, colocación de la armadura, hormigonado por vertido directo a través de tubos tremie. En caso de terrenos inestables se pueden usar lodos bentoníticos, o bien entubaciones recuperables
Cabeza de rotación: Cabezas de rotación de usos múltiples que pueden acoplarse en cualquier maquina de pilotes, o mástiles clásicos instalados en grúas.
HERRAMIENTAS DE PERFORACIÓN: BARRENAS, CAZOS, CORONAS Y CUCHARAS REDONDAS: Pueden trabajar en terrenos blandos estables o sueltos, y terrenos rocosos de alta resistencia. Existe una gran variedad de diámetros, y tipos de elementos de desgaste. Se fabrican modelos especiales.
Barrenas.
Coronas
Cazos
Cucharas redondas
