12. Pilotes Prefabricados

Escuela Politcnica de Cuenca Arquitectura Tcnica

Unidad Temtica 4 Leccin 12

BLOQUE TEMTICO 1 UNIDAD TEMTICA 4

LECCIN 12 PILOTES PREFABRICADOS.

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NDICE 1.- CIMENTACION SOBRE PILOTES 2.- ESFUERZOS DEL PILOTE 3.- TIPOS DE PILOTES 3.1- Clasificacin de los pilotes por su forma de trabajo 3.2- Clasificacin de los pilotes por su modo de ejecucin 4.- PILOTES DE HINCA O PREFABRICADOS 4.1- Pilotes de madera 4.2- Pilotes metlicos (tablestacas) 4.3- Pilotes de hormign 4.4- secciones, armado y juntas 5.- POSIBLES PATOLOGIAS DEL PILOTE 6.- PROCESO CONTRUCTIVO 7.- VENTAJAS E INCONVENIENTES

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1.- CIMENTACION SOBRE PILOTES La cimentacin sobre pilotes constituye hoy un sistema muy prodigado, porque los diversos mtodos empleados para su construccin brindan una basta posibilidad de opciones, para solucionar los problemas de cimientos en edificios, en los casos en los que concurra alguna de las siguientes circunstancias: 1. El terreno firme no existe o est excesivamente profundo, de suerte que no es econmicamente accesible con zapatas o pozos. 2. Se quiere reducir o limitar los asientos de lo edificios. 3. La permeabilidad u otras condiciones del terreno impiden la ejecucin de cimientos superficiales. 4. Las cargas son muy fuertes y concentradas (caso de torres sobre pocos pilares). 5. Se quiere evitar la incidencia sobre cimentaciones adyacentes. 6. Hay que bajar por debajo de la capa fretica, con los consiguientes problemas de achique de agua, etc. 2.- ESFUERZOS DEL PILOTE En resumen, los pilotes generalmente se disean para trabajar a esfuerzo axil (compresiones y menos frecuentemente tracciones), si bien se debe contar siempre con la eventualidad de solicitaciones especiales como: Rozamiento negativo: Para terrenos no consolidados es imposible contar con la resistencia del rozamiento lateral, porque da lugar a una accin negativa sobre la actuacin del pilote, porque tiende a arrastrarlo hacia los estratos ms profundos. El terreno se cuelga del pilote.

Cargas horizontales: Una cimentacin por pilotes puede estar sometida a fuerzas horizontales derivadas de los empujes del viento, efectos ssmicos, etc.

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Empujes laterales: Si en las proximidades de un pilote se aplica una sobrecarga (por ejemplo se construye un edificio con cimentacin superficial) y en el terreno existen capas blandas, estas pueden actuar como un fluido viscoso y transmitir empujes horizontales a los pilotes.

Esfuerzos de corte: Por ejemplo en un deslizamiento de ladera.

3.- TIPOS DE PILOTES Los pilotes son elementos de cimentacin de gran longitud, comparada con su seccin transversal, que se hinca o se construyen en una cavidad previamente abierta en el terreno y que son capaces de transmitir directamente al terreno de cimentacin los esfuerzos a que se encuentran sometidos. Existen grandes variedades de pilotes, segn sus formas de trabajo o sus procedimientos de ejecucin, por lo que podemos establecer una doble clasificacin de los mismos. 3.1- Clasificacin de los pilotes por su forma de trabajo 1. Pilotes rgidos o pilotes columna, son aquellos cuya punta llega hasta el terreno firme, transmitindole la carga que recibe la cabeza. La accin lateral del terreno elimina el riesgo de pandeo. En este tipo de pilotes es importante que la capa de apoyo tenga resistencia y espesor suficiente para que no se produzcan fenmenos de punzonamiento bajo las fuertes cargas que lleguen a la punta.

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2. Pilotes flotantes, son aquellos cuya punta no llega al terreno firme, quedando hincados en el terreno suelto y resistiendo por adherencia. Si el terreno aledao posee escasa consistencia, se desarrolla un fuerte rozamiento perifrico entre pilote y terreno, que contribuye mucho a sostener el pilote, de tal suerte que, si su longitud es proporcional al aguante, la carga puede ser absorbida totalmente por dicho rozamiento, sin necesidad que el pilote apoye sobre un terreno firme subyacente. Su valor resistente es funcin de la profundidad, dimetro del pilote y naturaleza del terreno. 3. Pilote semirrgidos, son los que su punta llega al firme pero ste est tan profundo o es tan poco firme, que el pilote resiste por carga en punta y por adherencia simultneamente.

Fig.2: clasificacin de los pilotes segn su forma de trabajo

3.2-Clasificacin De Los Pilotes Por Su Modo De Ejecucin 1. Pilote de hinca o prefabricados: son pilotes que llegan fabricados a obra, se fabrican en toda su longitud o en tramos ensamblables, segn sea la longitud necesaria. Se clavan a golpes de mazas o con martinete o martillo neumticos. Una vez clavado, el terreno ejerce sobre toda la superficie del pilote una fuerza de adherencia, Y el pilote puede soportar verticalmente una carga por valor inferior al necesario para clavarlo ms. Este efecto de adherencia se aumenta al calvar ms pilotes en las proximidades, pudindose conseguir por este procedimiento la consolacin del terreno. Estos pilotes a su vez se clasifican segn el material con el que estn realizados 2. Pilotes Hormigonados in situ: cuya tcnica consiste en realizar primero el sondeo o vaciado y posteriormente rellenar de hormign armado la perforacin efectuada.

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4.- PILOTES DE HINCA O PREFABRICADOS Son elementos de prefabricados, utilizados como fundacin en suelos sedimentarios. Una de las ventajas es que existe una mayor rapidez de ejecucin, es fcilmente verificable la longitud real de hinca de cada pilote, y se obtienen durante la hinca, mediante el rechazo, la capacidad portante real de sub-suelo. Normalmente los clasificamos por el material: -Pilotes de madera: de punta o de tornillo -Pilotes metlicos: de disco, de punta o de tornillo -Pilotes de hormign: en masa, armados, prefabricados en taller, prefabricados in situ, pretensados. 4.1-Pilote de madera Son rboles derechos, generalmente de encina, la que se escoge sin nudos, y con un dimetro de 20 a 30 centmetros. Para protegerlos de la humedad se les hace se les hace un revestimiento previo con hormign, hierro o sustancias alquitranadas, etc. Su parte inferior termina en punta, cuya longitud vara desde su propio dimetro al doble del mismo. La parte superior es protegida con una arandela de hierro con el fin de que cuando se procede a su hincado, el martinete no desgaje la madera. Los pilotes de madera provistos de tornillos se utilizan generalmente para el pilotaje en sentido oblicuo. Los posibles defectos del pilote de madera son: a) que en la ejecucin la punta se desgaje siendo una entrada fcil de humedad hacia la madera que puede llegar a corroerla b) al aplicar la carga para el hincado del pilote este se rompa c) en el hincado del pilote encuentre un estrato resistente inclinado lo que produce unos esfuerzos laterales que puede hacer que el pilote se desve o se rompa.

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4.2- Pilotes metlicos (Tablestacas) Las tablestacas son perfiles metlicos, que pueden ser utilizados para obras definitivas (muelles, defensas de cauces, etc.), como entibaciones provisionales (aperturas de zanjas para colectores, ejecucin de encepados bajo nivel fretico, etc.) o como pilotes metlicos En los primeros casos (tablestacas no recuperables) se realiza la hinca de los perfiles hasta las cotas proyectadas mediante vibrohincadores o bien mediante martillos de doble efecto. En ciertos terrenos con existencia de materiales de relleno de gran tamao, puede ser preciso proceder a un dragado previo de dichos terrenos. En el supuesto de entibaciones provisionales (tablestacas recuperables) se realiza tanto la hinca como la extraccin de las tablestacas, generalmente mediante vibrohincadores. En el caso de entibaciones para colectores, pueden ser empleados los equipos base para la realizacin de la excavacin de zanjas o como gras para la introduccin de tuberas, labores de Hormigonado. El proceso de ejecucin es el siguiente: Se dispondrn guas para las tablestacas, que pueden consistir en una doble fila de tablones, o piezas de madera de mayor seccin, colocados a poca altura del suelo, de forma que el eje de hueco intermedio coincida con el de la pantalla de tablestacas a construir. Las cabezas de las tablestacas hincadas por percusin debern estar protegidas por medio de sombreretes o sufrideras adecuados, para evitar su deformacin por los golpes. En su parte inferior, las ranuras de las pestaas de unin de unas tablestacas con otras se protegern, en lo posible, de la introduccin de terreno en la misma (lo que dificultara el enhebrado de las tablestacas que se hinquen a continuacin) La hinca de las tablestacas se continuar hasta alcanzar la penetracin mnima en terreno firme estipulada en Proyecto o, en su defecto, por el Director de las Obras. Terminada la hinca, se cortarn, si es preciso, las tablestacas, de manera que sus cabezas queden alineadas segn el perfil definido en Proyecto, y se construir, si procede, la viga de arriostramiento. Los empalmes de tablestacas se efectuarn con trozos de longitud apropiada, que se unirn por soldadura. Sus usos son: Construccin de tneles, Obras de contencin dentro y fuera del agua, Construccin de pasajes bajo y sobre nivel, Estacionamientos subterrneos, Subsuelos de edificios residenciales/ comerciales, Construccin y expansin de muelles, Aumento de calado de los puertos,

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Recuperacin de muelles con problemas de fuga de material de contencin. Long. Max. de la Denominacin H P S A Embarcacin Tipo L=m m. motor vela 1 0.60 0.25 0.25 1.35 5 - CANTILIV 3.50 0.15 2 0.75 0.50 0.25 1.75 7 - CANTILIV 4.50 0.15 3 0.75 0.75 0.25 2.00 11 5 CANTILIV 5.00 0.15 4 0.75 1.00 0.25 2.25 15 8 CANTILIV 5.50 0.15 5 0.75 1.50 0.25 2.75 21 10 CANTILIV 6.50 0.20 6 0.90 2.00 0.35 3.50 28 14 CANTILIV 8.00 0.20 7 0.90 2.50 0.35 4.00 36 18 ANCLADA 7.00 0.15 8 0.90 3.00 0.35 4.50 42 21 ANCLADA 8.00 0.15 Para longitudes mayores se utilizan tablestacas de 0.30 mts de espesor y ancho 0.50 mts

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4.3- Pilotes de hormign Pilotes de hormign pretensazo Es un pilote hueco, es una especie de tubo, aqu la armadura comprime al hormign. Este tipo de pilote esta hecho con hormign pretensazo. (Raymond)

Pilotes prefabricados de hormign armado Son los pilotes de hinca que se utilizan con mas frecuencia. 9



Estos pilotes se inventaron para reemplaza a los de madera, ofrecen notables ventajas respecto a los de madera como: mayor durabilidad, superior resistencia, longitud ms elevada, mayor dimetro, y su costo es relativamente inferior. Frente a estas ventajas tienen el inconveniente de ser ms pesados, menos manejables, y necesitan un periodo de curado antes de ser puestos en obra. La seccin de los pilotes puede ser cuadrada, poligonal, circular. Longitudinalmente puede tener un ligero releje, para aumentar su resistencia al hundimiento y facilitar la difusin de la carga del terreno, por rozamiento perifrico, asegurando un perfecto comportamiento esttico. Los pilotes prefabricados de hormign armado sirven incluso, cuando las cargas se transmiten slo en punta.

Tipos de pilotes prefabricados: roscados e hincados Los pilotes prefabricados de hormign roscado Funcionan transmitiendo las cargas tanto por punta como por fuste, siendo su empleo recomendable en terrenos fangosos, y comportndose peor en terrenos disgregados en los que se puede desprender el terreno, aprisionando el pilote e inmovilizndolo antes de llegar a la profundidad requerida. Su aplicacin sera recomendable en el caso de tener que pilotar a gran profundidad en un terreno homogneo, y por algn motivo esta desaconsejado el uso de un pilote hincado. Pero este sistema de pilotaje no es usual en los sistemas utilizados en edificacin.

Los pilotes prefabricados hincados Funcionan muy bien en terrenos homogneos sueltos de naturaleza granular, como pueden ser las arenas de playa, o incluso las arcillas limosas de baja resistencia, pero siempre con un firme en el que apoyarse, pues su resistencia por fuste es escasa, al tratarse de caras lisas. La hincadura de estos pilotes se efecta, casi exclusivamente, con martinete de piln de acero, dotado de jimelgas para guiar el pilote durante su hincadura. Es preciso proteger las cabezas de los pilotes con capacetes especiales, que llevan dentro, como amortiguador, arena hmeda, madera tierna, corcho, etc., para evitar que se agrieten en el hincado. La armadura de los pilotes es tambin necesaria para impedir su rotura durante el transporte y las maniobras de izado, al paso que los cercos son eficaces contra las acciones dinmicas de la hincadura y las estticas producidas por la transmisin de la carga. Los cercos se disponen mas tupidos hacia la cabeza y hacia la punta, donde son mayores las tensiones.

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La junta metlica debe ser rgida e impermeable, tan resistente o ms que el pilote mismo, a flexin, esfuerzo cortante, tensin y percusin. La junta consiste esencialmente en dos casquillos metlicos, que se colocan durante el hormigonado en los extremos de los tramos del pilote por unir, fijos al hormign mediante anclas metlicas interiores soldadas al casquillo y embebidas en el hormign.

4.4- Secciones, armado y juntas del pilote Las secciones de los pilotes sern circulares o poligonal regular llevando armaduras longitudinales dispuestas una en cada vrtice si la seccin es poligonal y 6 barras de 12 Mm Mnimo si es circular, dispondrn la armadura necesaria transversal dispuesta de forma helicoidal sujetando la armadura longitudinal. El recubrimiento de las armaduras ser no menor de 2.5 cm. La armadura longitudinal tendr una cuanta respecto del rea de la seccin transversal del pilote no menor del 1.25 % y del dimetro de las barras no ser menor de 12 Mm

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Tabla de pilotes prefabricados de seccin troncopiramidal. Prefabricados marcotulli S.A Dimetro Longitud Armadura Peso Punta Base (mts.) (mnima) Kgs/pil. (cm) (cm) 20 20 20 20 20 20 20 22 22 22 22 22 24 24 24 24 24 24 24 24 24 26 26 26 26 26 26 26 32,0 33,5 35,0 36,5 38,0 39,5 41,0 34,0 35,5 37,0 38,5 40,0 36,0 37,5 39,0 40,5 42,0 43,5 45,0 46,5 48,0 38,0 39,5 41,0 42,5 44,0 45,5 47,0 8 9 10 11 12 13 14 8 9 10 11 12 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8 9 10 11 12 13 14 6 3/8" 6 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 5 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 6 3/8" 6 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 6 1/2" 6 3/8" 6 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 5 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 6 5/8" 7 5/8" 7 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 5 1/2" 6 1/2" 7 1/2" 8 1/2" 1.142 1.364 1.608 1.873 2.161 2.472 2.808 1.361 1.572 1.844 2.140 2.460 1.514 1.794 2.097 2.425 2.778 3.157 3.564 3.998 4.461 1.719 2.031 2.367 2.729 3.117 3.532 3.976 Carga Adm. ltima (ton.) 152 162 174 188 200 214 226 172 183 196 211 223 195 206 220 236 249 265 278 303 322 220 233 249 262 278 295 312 Carga rea Mom. Adm. Punta Est. Trabajo (mts.) (mts.3) (ton.) 76 0,033 25 81 0,033 33 87 0,033 42 94 0,033 51 100 0,033 62 107 0,033 74 113 0,033 88 86 92 98 106 112 97 103 110 118 124 132 139 151 161 110 116 124 131 139 148 156 0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,056 0,056 0,056 0,056 0,056 0,056 0,056 28 36 45 55 67 30 38 48 59 72 86 101 118 136 32 41 51 63 76 91 107

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Tabla de pilotes prefabricados de seccin constante prefabricados marcotulli S.A. Carga Admisible Dimetro Longitud Armadura Peso (cm) mts. (mnima) Kgr/Pil ltima Trabajo (ton.) (ton.) 25 6 5 3/8" 780 120 60 25 7 5 3/8" 910 120 60 25 8 5 3/8" 1.040 120 60 25 9 5 3/8" 1.170 120 60 25 10 5 3/8" 1.300 120 60 25 11 6 3/8" 1.430 120 60 25 12 7 3/8" 1.560 120 60 25 13 6 1/2" 1.690 120 60 30 30 30 30 30 30 30 35 35 35 35 35 35 35 35 35 40 40 40 40 40 40 40 8 9 10 11 12 13 14 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8 9 10 11 12 13 14 5 3/8" 5 3/8" 6 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 5 1/2" 6 1/2" 7 3/8" 7 3/8" 7 3/8" 5 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 7 1/2" 8 1/2" 9 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 6 1/2" 7 1/2" 8 1/2" 1.500 1.688 1.875 2.063 2.250 2.438 2.625 2.000 2.250 2.500 2.750 3.000 3.250 3.500 3.750 4.000 2.660 2.993 3.325 3.658 3.990 4.323 4.655 170 170 170 170 170 170 170 230 230 230 230 230 230 230 230 230 300 300 300 300 300 300 300 85 85 85 85 85 85 85 115 115 115 115 115 115 115 115 115 150 150 150 150 150 150 150 rea Punta mts2. 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,133 0,133 0,133 0,133 0,133 0,133 0,133 Mom. Est. mts3. 15 20 27 34 42 50 60 70 32 40 50 60 72 84 98 37 47 58 70 84 98 114 131 149 42 54 66 80 96 112 130

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40 40 45 45 45 45 45 45 45 45 45

15 16 8 9 10 11 12 13 14 15 16

6 5/8" 7 5/8" 7 1/2" 7 1/2" 7 1/2" 7 1/2" 7 1/2" 8 1/2" 6 5/8" 7 5/8" 8 5/8"

4.988 5.320 3.360 3.780 4.200 4.620 5.040 5.460 5.880 6.300 6.720

300 300 380 380 380 380 380 380 380 380 380

150 150 190 190 190 190 190 190 190 190 190

0,133 0,133 0,168 0,168 0,168 0,168 0,168 0,168 0,168 0,168 0,168

149 170 48 61 75 90 108 126 146 168 191

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La armadura del pitote consiste en una serie de barras longitudinales, como mnimo 6 del 12 Mm de dimetro y de un cerco continuo en espiral cuyo paso ser menor en la zona inferior, superior y en las juntas

En el extremo inferior que va ha ser hincado, el pilote llevara un azuche de proteccin, que puede ser: un simple revestimiento de acero, plano, en punta cnica o piramidal cuando debe atravesar terrenos con pedruscos u obstculos duros

Cuando la longitud del terreno firme es demasiado grande como para que el pilote sea de una nica pieza se hace el pilote en tramos que luego sern empalmados a tope mediante una junta

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5.- POSIBLES PATOLOGAS DEL PILOTE Que el pilote encuentre en su camino, antes de llegar al firme, un estrato resistente o un bolo en medio de una capa blanda, con lo que podra ocurrir: Que se produzca un falso rechazo que nos haga creer que se ha alcanzado el firme, dejando el pilote apoyado en una capa intermedia o en una roca, que al estar inmerso en un estrato de resistencia inferior produzca asientos del pilote al entrar en carga. Que sabiendo que el pilote no ha alcanzado el firme, y por tanto se podran producir asientos, la maquinaria de hinca del pilote no tenga potencia suficiente para atravesar el estrato, o para romper la roca que hayamos encontrado en el camino. Que el pilote encuentre en su camino un bolo o roca, desviado respecto del eje del pilote. En este caso puede ocurrir que el bolo se desve lateralmente en el proceso de hinca, generando un empuje lateral sobre el pilote, -Si el bolo se encuentra en un estrato elevado, el empuje lateral sobre el pilote ocasionar una inclinacin del mismo, que en la mayora de los casos ser apreciable y por lo tanto detectable en el control de la ejecucin del pilote. -Si el bolo se encuentra en un estrato profundo, es posible que el empuje lateral sobre el pilote se vea contrarrestado con la resistencia del terreno, generndose un esfuerzo de flexin que dae el pilote, y que incluso podra llegar a partirlo Que el pilote atraviese un estrato con aguas agresivas con alto contenido en cloro o en Ion sulfato, que puedan atacar a las armaduras del pilote o al hormign. Este problema es fcilmente previsible si se ha detectado con anterioridad en un estudio geotcnico la agresividad de esas aguas, utilizando en la confeccin de los pilotes prefabricados cementos adecuados.

6- PROCESO CONSTRUCTIVO El sistema ms habitual de hinca es mediante percusin. En la superestructura de la mquina de hinca se colocan martinetes.Esta mquina iza el pilote y lo coloca en disposicin de hinca, en el cual se emplean martillos de cada libre, aire comprimido, diesel. Entre el pilote y el martillo se intercalar una sufridera para evitar el choque directo de la maza o martillo con la cabeza del pilote y as no degradarlo ni deformarlo. Una vez hincados todos los pilotes, las cabezas de los mismos no quedaran, en general, al mismo nivel, por lo que es necesario descabezar los que superen la cota prevista. Una vez hecho, habr que descubrir la armadura de todos los pilotes en una longitud superior a 50 cm o a 40 veces el dimetro de sus barras principales.

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Colocacin del pilote en la maquina de hincado

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Colocacin del martillete

Hincado

Colocacin del segundo tramo

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Descabezado

Hincado mediante martillete 7.- VENTAJAS E INCONVENIENTES Las principales ventajas de los pilotes prefabricados son los siguientes: Menor plazo de ejecucin, gracias al elevado ritmo de colocacin que permiten. Conocimiento de la historia de la puesta en obra del pilote con la condicin de rechazo a lo largo de toda la hinca, lo que nos permitir detectar anomalas y as posteriormente subsanarlas. No existe la posibilidad de lavados, segregacin y cortes en el hormign como en los pilotes fabricados in situ. El hormign utilizado en prefabricacin es un hormign de alta calidad, perfectamente vibrado, con un recubrimiento de armaduras ptimo, por ello la resistencia a medios agresivos es superior frente a los in situ. Facilidad para colocarlos inclinados, hasta normalmente. Tienen mayor capacidad para absorber esfuerzos horizontales ya que estn sobrearmados y adems son de hormign pretensado. Se consigue mantener limpia y despejada la obra al no haber tierras extradas como en los in situ. Si apareciera rozamiento negativo el pilote prefabricado presenta la ventaja que en vez de tener que contar con l, reduciendo la carga til del pilote puede revestirse de betn o hincarlo con azuche ensanchado de modo que se minimizan los efectos desfavorables.

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Los esfuerzos de compresin a que se ve sometido el pilote prefabricado durante la hinca son superiores a los que tendr en servicio por lo que la hinca ya es una gran prueba de carga.

Las desventajas que presentan los pilotes prefabricados generalmente respecto a los in situ son los siguientes: Dificultad de atravesar terrenos con bolos, piedra o capas duras llegando incluso a la fractura del pilote y rechazo Se desaprovecha material a causa de sobresalir generalmente de la cota deseada llegando a cortarlos o descabezarlos. La maquinaria utilizada es compleja y su transporte mas complicado que in situ. La hinca de pilotes prefabricados es bastante molesta y ruidosa. Se sobrearman, teniendo as un gasto innecesario de armadura a causa de los procesos de manipulacin que crean una serie de esfuerzos que el pilote debe resistir. Los pilotes in situ mejoran su capacidad portante ya que se consigue un buen rozamiento entre el terreno y pilote y adems un ensanche en punta de este, al contrario que los prefabricados. El dimetro y capacidad est limitada. Posibles daos durante el proceso de hinca.

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12. Pilotes Prefabricados

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