CIMENTACIONES POR PILOTES

INTRODUCCIÓNEn ocasiones, cuando comenzamos a realizar la excavación para la ejecución de una obra, podemos encontrar diversas dificultades para llegar al estrato resistente o firme donde queremos cimentar.En estos casos se recurre a la solución de cimentación profundaDicho tipo de cimentación debe considerar lo siguiente:

Facilidad en la ejecución. Garantía en el comportamiento resistente. Cuando la relación que existe entre la

profundidad y el ancho de la base de un cimiento es mayor que 5, calificamos a la cimentación como profunda.

OBJETIVOS

Objetivo general• Exponer los

fundamentos de una cimentación por pilotes

Objetivos Específicos• Teorizar los conceptos referidos

a la cimentación por pilotes.• Conocer la clasificación de los

pilotes.• Definir los factores para la

correcta utilización de los pilotes.

DEFINICIÓN DE PILOTE

Pilote

Es un elemento constructivo utilizados en cimentación

profunda

Permite trasladar las cargas hasta un estrato

resistente del suelo

Tiene forma de columna colocada en vertical en el

interior del terreno sobre la que se

apoya el elemento que le trasmite las

cargas

Alcanzan profundidades

superiores a los 40 mts con una sección

transversal de 2-4 mts, pudiendo

gravitar sobre ellos una carga de 2000 t.

Peck, Hasen y Thornburn (2003),expresa “Los pilotes son miembros estructurales con un área de sección transversal pequeña, comparada con su longitud, y usualmente se instalan utilizando una piloteadora que tiene un martinete o un vibrador. A menudo se hincan en grupos o en filas, conteniendo cadauno suficientes pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro.

DEFINICIÓN DE PILOTE

PARTES DE UNA CIMENTACIÓN POR PILOTAJE

• Elemento estructural vertical, que arranca del encepado.

Soporte o pilar

• Pieza prismática de hormigón armado similar a una zapata aislada, encargado de recibir las cargas del soporte y repartirlas a los pilotes.Encepado

• Elementos de atado entre encepados. Son obligatorias en las dos direcciones si el encepado es de un solo pilote. En encepados de dos pilotes es obligatorio el arriostramiento en al menos una dirección, la perpendicular a la dirección de su eje de menor inercia

Vigas riostras

• Cuerpo vertical longitudinal del pilote. Las cargas son transmitidas al terreno a través de las paredes del fuste por efecto de rozamiento con el terreno colindante.

Fuste del pilote

• Extremo inferior del pilote. Transmite las cargas por apoyo en el terreno o estrato resistente

Punta del pilote

Terreno circundante

PARTES DE UNA CIMENTACIÓN POR PILOTAJE

¿ POR QUÉ USAR

PILOTES ?

Por que los pilotes transmiten la carga de la estructura a través de estratos blandos a suelos más fuertes e incompresibles o a la roca que se encuentre debajo

(a)Estrato blando. (b) Estrato de gran espesor de arena poco densa.(c) Estrato blando donde el pilote debe resistir flexión. (d) Suelo expansivo. (e) Estructura sometida a fuerza de subpresión. (f) Pilotes soportando estribos ó torres.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

Estrato blandoCapa de arcilla altamente compresible. Aquí los pilotes transmiten la carga a la capa de roca subyacente al estrato de arcilla (ver fig. a).

Estrato de gran espesor de arena poca densa o suelta

La fig. b, muestra el pilote en un estrato de arena, y donde el pilote no alcanza un material de mayor resistencia o consistencia que la arena. Transmitir gradualmente la carga, la resistencia es por fricción.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

Estrato blando donde el pilote debe resistir flexión

La fig.c, muestra que el pilote está sometido a una fuerza horizontal (ejemplo: diseño y construcción de estructuras de retención de tierras y el caso de un grupo de pilotes para estructuras altas sometidos a vientos y/o sismos de magnitud considerable), además de la carga vertical.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

Suelo expansivoLa fig.d, muestra el caso en que el pilote a traviesa un suelo expansivo, y se apoya en suelo granular.Si el suelo expansivo está en contacto con el pilote, al momento que aumente de volumen tratará de ejercer una fuerza contraria a la carga que soporta los pilotes, lo cual se puede interpretar como favorable.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

Suelo estable

Estructura sometida a fuerza de subpresión

La fig.e, ilustra la acción del agua como fuerza de subpresión, lo cual actúa contraría a la acción de las fuerzas de carga que debe soportar el pilote. Ejemplo: plataformas y losas de sótanos debajo del nivel freático.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

Pilotes soportando estribosLa fig.f, los estribos son construidos usualmente sobre cimentaciones con pilotes para evitar la posible pérdida de capacidad de carga que una cimentación superficial podría padecer.

CASOS EN QUE SE USAN PILOTES

CLASIFICACION DE LOS PILOTES

Según la forma como trasmiten su carga

Según el material con que están

fabricados

Según su procedimiento constructivo

SEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU CARGA

Los pilotes de punta se diseñan y construyen para trasmitir cargas verticales a estratos resistentes profundos o por fricción para trasmitir su carga al suelo que los rodea.

ESTIMACIÓN DE LONGITUD DE UN PILOTE

Suelo débil

EstratoFuerte

Suelo débil

Roca

Pilotes de punta

L L

ESTIMACIÓN DE LONGITUD DE UN PILOTE

Pilotes de fricción

Suelo débil

L

SEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU CARGASEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU

CARGAPilotes de punta

Pilas y pilotes de punta con empotramiento

Pilotes de fricción

Pilotes de anclaje

Pilas y pilotes verticales con carga horizontal

Pilotes inclinados bajo carga horizontal

SEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU CARGA

Pilotes de punta•Se usa cuando el o los estratos de suelo superficiales son de espesor considerable, compresible y de baja resistencia al esfuerzo cortante

SEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU CARGA

Pilas y pilotes de punta con empotramiento. •Se realiza un empotramiento en la base de la pila o pilote para aumentar su capacidad de carga.

Pilotes de fricción •Trasmiten su carga al suelo que los rodea, se usa en suelos donde no se encuentra estrato resistente o cuando se encuentra en la zona asentamientos por consolidación regional.

Pilotes de anclaje.• Se utiliza en suelos arcillosos expansivos que por

su espesor no pueden removidos. Estos pilotes se hincan hasta alcanzar un suelo estable.

SEGÚN LA FORMA COMO TRASMITEN SU CARGA

Pilas y pilotes verticales con

carga horizontal.

•Las fuerzas horizontales (sismo) son recibidas en forma poco eficiente.

Pilotes inclinados bajo carga horizontal.

• Eficiente en el caso de sismos para soportar fuerzas horizontales.

SEGÚN MATERIAL COMO SE FABRICAN

Pilotes de madera

Pilotes de concreto

Pilotes de acero

Pilotes compuestos o

mixtos

PILOTES DE MADERA

DEFINICIÓN Los pilotes de madera son troncos de

árboles a los que se les han

quitado las ramas y la

corteza

La longitud máxima de la mayoría de

estos pilotes está entre 10 y

20 m

DEFINICIÓN

Pilotes de Madera

Son los mas utilizados en todo

el mundo

Proporcionan cimentaciones

seguras y económicas

EXPOSICION HISTORICA

PREHISTORIACimentación de

poblados lacustres

ROMANOSHincar pilotes era

un arte

EDAD MEDIAUrbe de Venecia,

ciudades de Holanda

ACTUALIDADConstrucciones provisionales.

CLASES DE MADERAS PARA PILOTES.

M. INDIGENASEncima Hoyo

Castañoolivino

M.IMPORTACIONE picea (países Escandinavos)

Jarrh (Australia)

M.AMERICANASPino de Oregón

Sprauce

M.AFRICANASAzobe

Tali

Longitud de pilote según la maderaAbeto

PinabetoPino

30 m

Roble

15 m

Pino del SurPalmito

25 m

PARTES DE UN PILOTE DE MADERA

PARTES DE UN PILOTE DE MADERA

MODELOS DE PUNTAS

a) Punta armada con un cono metálico; b)punta acerada provista de cuatro ramas piramidales; c)azuche en forma de cono; d) azuche de fundición.

MODELOS DE PUNTAS

e)Azuche de fundición terminado por una punta de acero cónica; f)Punta guarnecida por un enrollado en espiral.

CARACTERÍSTICAS Y DIMENSIONES DE LOS PILOTES DE MADERA

CARACTERÍSTICAS

El corte del pilote debe hacerse siguiendo

exactamente las fibras de la madera.

El pilote debe estar libre de nudos, rajas , grietas y

demás defectos que puedan alterar su

resistencia.

CARACTERÍSTICAS

Además

La línea, 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 diámetro de la sección mas delgada no

debe ser inferior a los 2/3 de la sección mas gruesa.

El diámetro en el centro del pilote, debe estar comprendido

entre 1/30 (terrenos resistentes) y 1/40 (terrenos

blandos) de la longitud.

DIMENSIONES(Según el Ministerio Francés de Construcción y Urbanismo)

1m de la cabezaLong. Min. 0.72m

En la puntaLong. Min. 0.35m

Suma min. 1.35m

Σ

LONGITUD DE CIRCUFERENCIAS

Formulas del diámetro del pilote en función de su longitud.

• Fórmula de Peyronet

D = 0.24 + (l – 4) . (0,015)

• Fórmula Moderna

D = 30 + 1.5 (l – 6), para l mayor a 6m

• Regla Empírica

D = 0.15 + 0.02l

D = diámetro en el centro del pilote en cm

l = longitud del pilote en m

LONGITUD DEL PILOTE (m)DIÁMETRO MEDIDO A UN

1m DE LA CABEZA(cm)

DIÁMETRO EN LA PUNTA(cm)

57.510

12.515

20 a 22 hasta 2522 a 24 hasta 2722 a 25 hasta 3025 a 26 hasta 3525 a 29 hasta 40

9 a 13 hasta 1510 a 16 10 a 19

12 a 18 hasta 3913 a 20

LONGITUD DEL PILOTE(m)

DIAMETRO MEDIDO EN LA SEMILONGITUD

(cm)

DIÁMETRO EN LA PUNTA(cm)

17.52022

25 a 31 hasta 3530 a 32 hasta 3630 a 32 hasta 38

15 a 2220 a 2320 a 23

CLASIFICACIÓN DE LOS PILOTES DE MADERA

• Soporta cargas pesadas.• Diámetro min. de la cabeza debe ser

356 mm.Pilotes tipo A´´

• Soporta cargas medias.• Diámetro mínimo de la cabeza debe

ser entre 305 y 330 mm.Pilotes tipo ´´B´´

• Se emplean permanentemente, cuando todo el pilotaje esta por debajo del nivel freático.

• Diámetro de cabeza debe ser de 305 mm.

Pilotes tipo ¨C¨

CLASIFICACIÓN DE LOS PILOTES DE MADERA

PATOLOGÍAS EN LOS PILOTES DE MADERA

Patología Mecánica o estructural

Se atraviesa estratos o rocas durante el proceso de Hincado

astillado de la cabezaRuptura de la punta

Reducción de resistencia por fuste

TRATAMIENTO DE LOS PILOTES DE MADERA

Químicos patentados

Cloruro de Zinc

Sulfato de Cobre

Organismos marinos

Combinación de arseniato de Cobre mas alquitrán de hulla y creosota.

Δ la durabilidad en 15 a 25 años

Impregnación de CREOSOTA

200 a 400 kg por metro cúbico de

madera

CONSIDERACIONES FINALES

• La patologías pueden causar grietas en las edificaciones, así como asentamientos diferenciales y distorsiones en el apoyo.

• Lo optimo es asegurar que los pilotes estén siempre por debajo del nivel freático.

VENTAJAS E INCONVENIENTES• La cimentación con pilotes de madera es un sistema

económico, apropiado en terrenos blandos con un estrato portante no demasiado profundo para apoyo del pilote.

• Intrínseca al propio material es la limitación por longitud y diámetro. Maderas que alcanzan hasta 30m de longitud como el abeto, el pinabeto, y el pino; o bien del roble y otras maderas se empleaban comúnmente para pilotes.

• El bajo costo del material y la hinca , hacen a menudo del pilote de madera la cimentación mas barata por toneladas de carga. Los pilotes de madera pueden soportar con seguridad de 15 a 30 toneladas por pilote. Aunque se han utilizado pilotes de madera para cargas de 45 tm o mas y los ensayos de carga han demostrado que pueden soportarlas por seguridad.

PREFABRICADOSCOLADOS IN SITU

Poco después de 1900 se idearon varios tipos de

pilotes de hormigón, 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.

• DEFINICION

La dosificación clásica para el Hormigón Armado, teniendo en cuenta la composición granulométrica corriente de los Áridos redondeados de río, es la siguiente: Grava: 800 a 900 litros Arena: 400 a 500 litros Cemento: 300 a 350 Kg. Agua: 200 litros

CLASIFICACION

COLADOS IN SITU

CON ADEME SIN ADEME

PREFABRICADOS

PRESFORZADO

PILOTES PREFABRICADOS

se preparan

usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octogonales

El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el

momento flexionante desarrollado durante su

levantamientoy transporte

Los Pilotes Prefabricados pertenecen a la categoría de Cimentaciones Profundas, también se los conoce por el

nombre de Pilotes Premoldeados; pueden estar construídos con hormigón armado ordinario o con

hormigón pretensado.

Hormigón armado Hormigón pretensado

Como se hincan en el suelo?

Estos se hincan en el terreno mediante maquinas del tipo martillo. Son relativamente caros ya que deben ir fuertemente armados para resistir los esfuerzos que se producen en su transporte, izado e hinca. Pueden originar perturbaciones en el terreno y en las estructuras próximas durante su hinca, tienen la ventaja de que la hinca constituye una buena prueba de carga.

Son presforzados usando torones de presfuerzo de acero de alta resistencia. La resistencia última de esos torones de acero es aproximadamente de 1800 MN/m2

.

Durante el colado de los pilotes, los torones son pretensados de 900 a 1300 MN/ m2

, y se vierte el concreto alrededor de ellos. Después del curado, los torones se cortan, produciendo así una fuerza de compresión sobre la sección del pilote.

Con el preesforzado se trata de reducir las grietas por tensión durante su manejo e hincado y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexión.

los pilotes de hormigón pueden hincarse hasta alcanzar una alta resistencia sin daño, usualmente es posible asignarles mayores cargas admisible que a los pilotes de madera.

La mejor protección es usar un hormigón denso y de alta calidad. El deterioro de los pilotes preesforzados no es tan rápido porque las grietas de tensión se reducen al

mínimo.

PILOTES COLADOS IN SITU

Se construyen haciendo un agujero en el terreno y llenándolo luego con

concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colados en el lugar se usan

actualmente en construcción, y la mayoría han sido patentados por sus fabricantes. Esos pìlotes se dividen en dos amplias categorías: con ademe y

sin ademe.

PERFORACION EN LODO

Los pilotes con ademe se hacen

hincando una funda de acero en el

terreno con ayuda de un mandril colocado dentro de la funda.

Cuando el pilote alcanza la

profundidad apropiada, el mandril se retira y la funda se llena con concreto.

La figura a, b, c y d muestran algunos

ejemplos de pilotes ademados sin

pedestal

y la figura e muestra un pilote ademado

con pedestal.

El pedestal es un bulbo de concreto expandido que se

forma dejando caer un martillo sobre el

concreto fresco.

PILOTES CON CAMISA NO RECUPERABLE (CON ADEME)

Pilotes escalona

dos

Se construyen

con sucesivas dovelas

cilíndricas de láminas

corrugadas de

acero.Cada tramo tiene una longitud de 1.5 a 2.4

m,

y diámetros variables en

1 con respecto al

tramo sucesivo,

disminuyendo de

dimensiones hacia abajo.

Los elementos se colocan roscados entre si,

obteniéndose un

conjunto de forma

telescópica de diámetro decreciente

con la profundidad.

Pilote raymond estándar

Es de fácil penetración por su forma

cónica, y tiene un

incremento de la

resistencia friccionante por la forma corrugada de

la camina.

El aislado del concreto con

relación al suelo de

fundación,

, evita la acción

desintegrante que puede

sufrir el concreto

PILOTES DE CAMISA DE

ACERO PERDIDAS ( SISTEMA FRANKI)

Son pilotes de camisa de

acero perdidas

hincados por medio del

sistema franki convencional. Al terminar la

hinca,

el tubo se rellena con

concreto ampliando la

base del mismo (según pilotes franki,

los pilotes hincados que

ellos construyen no

tienen base ensanchada

El bulbo de concreto

expandido se forma dejando caer un martillo sobre el concreto

fresco

PILOTES CON CAMISAS RECUPERABLES (SIN ADEME)

PILOTES CON CAMISAS RECUPERABLES (SIN ADEME)

Las figuras f y g son dos tipos de pilotes sin ademe, uno sin pedestal y el otro con pedestal. Los pilotes sin ademe se hacen hincando primero la funda a la profundidad deseada y luego llenándola con concreto fresco: entonces, la funda se retira gradualmente.

PILOTES DE ACERO

Estos pilotes son de sección estructurales, ligeros o pesados según carga que trasmitirán. Se pueden utilizar tubos huecos o relleno con hormigón, perfiles H, hélice soldada para introducir por rotación.

PILOTES DE ACERO

Como elementos de cimentaciones, los pilotes de acero tienen una importante aplicación en la construcción industrial, en edificios de múltiples pisos, puentes,

puertos y torres de transmisión. En las estructuras de contención tienen papel preponderante en función de la

facilidad de hincado, de su alta resistencia y de la versatilidad de integración con elementos constructivos

complementarios.

PILOTES DE ACERO

• Manejo más fácil, se pueden alargar o recortar, sirve para estratos duros (roca)

• Bajo nivel de vibración durante el hincado.• Posibilidad de tratamiento a base de pintura

especial, con el efecto de reducir el efecto de la fricción negativa.

Ventajas

•En estos pilotes se produce corrosión al ser usado en zonas marinas.

Desventaja

PILOTES DE ACERO

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H PILOTES DE TUBOS

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

Son usualmente preferidos debido a que el espesor del alma y el de las alas son relativamente pequeños, lo cual favorece la penetración en la masa de suelo, produciendo el mínimo desplazamiento, levantamiento y presión lateral.

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

LOS PILOTES DE SECCIÓN EN H

PILOTES DE TUBOSPueden ser hincados en el suelo con su extremo cerrado o abierto.En la mayoría de los casos, estos pilotes se hincan con el extremo inferior cerrado por una placa plana o una punta cónica. La placa plana es más económica y tiende a formar una punta cónica de suelo a medida que se hinca el pilote.También unas planchas formando una X, soldadas al extremo del tubo, ayudan al pilote a penetrar gravas, capas cementadas y capas de roca.

.(e) punta de hincado cónica.

(d) punta de hincado plancha

PILOTES DE TUBOS

PILOTES DE TUBOS

PILOTES COMPUESTOS O MIXTOS (HORMIGÓN Y ACERO)

Son Pilotes de hormigón con punta de acero para proteger hincado.Los pilotes compuestos son una alternativa para sustituir fundaciones profundas convencionales, en donde se combina un núcleo de hormigón con algún otro material, como polímeros reforzados con fibras, acero, o plásticos reciclados, para formar una camisa exterior. Algunas de las aplicaciones de los pilotes compuestos son para estructuras de defensa en ambientes marinos, estructuras de fundación para estructuras livianas o, en muchos casos, temas de investigación en laboratorios de instituciones universitarias.

Según su procedimiento constructivo:

Con desplazamiento

Con poco desplazamiento

Hincados a percusión depende de: Masa del piloteLargo del pilotePeso del martillo y energía aplicada Tipo de suelo

Estos pilotes son hincados a percusión con ayuda de un martillo de impacto, es el procedimiento mas usado.

Con desplazamiento

Pilotes hincados a presiónSe fabrican de hormigón en tramos de sección cilíndrica de 1,5 m de largo, punta cónica con cable de acero interior de refuerzo. Para la presión se usa sistema hidráulico.Al alcanzar la presión máxima se tensa el cable central de acero de refuerzo y se rellena el hueco con hormigón. La reacción se absorbe con un lastre en la plataforma, se usa en socalzados y recimentación.

Con desplazamiento

Pilotes hincados con vibración

Penetra por vibración y por el peso del conjunto pilote vibrador lastre, metálicos o tablestacas.Se usa para extraer pilotes desviados o cimentaciones antiguas.

Con desplazamiento

Pilotes hincados con una perforación previa Todos los anteriores se transforman en pilotes de poco desplazamiento si antes de hincados se realiza una perforación. Se puede estabilizar con lodo de perforación a base de bentonita y agua.

Con poco desplazamiento

Pilotes hincados con chiflónSe usa para disminuir el volumen de suelo desplazado durante el hincado de pilotes en arenas. Se utiliza un chiflón o agua a presión para sacar la arena a la superficie.

Con poco desplazamiento

COMPARACIÓN DE LOS TIPOS DE PILOTES

CONCLUSIONES

Los pilotes son una parte muy importante para la construcción de cualquier obra para cimentar en lugares poco accesibles, ya que se requiere buen soporte y mucha profundidad en estos.

La cimentación con pilotes debe hacerse teniendo en cuenta las condiciones hidráulicas existentes y las posibles futuras

Los pilotes que son huecos tienen, sobre los que no lo son, la ventaja de que pueden ser inspeccionados en toda su longitud después de hincados

El empalme de los pilotes de madera debe evitarse, particularmente cuando se espera que soporten cargas de tensión o lateral

El uso de pilotes mixtos debe ser restringido o escaso

RECOMENDACIONES

Poner en práctica los conocimientos adquiridos en el presente capítulo para el mejor entendimiento y apoyar a la entidades estatales y privadas

para el mejor desarrollo de las estructuras que necesiten el uso de pilotes.