Pilas y Pilotes de Cimentacion

5/9/2018 Pilas y Pilotes de Cimentacion

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PILOTES Y PILASLos elementos de cimentaci6n profunda mas utilizados son los pilotes y laspilas, cuyas caracterfsticas mas importantes se describen a continuaci6n:PilotesLos pilotes son elementos esbeltos de cimentaci6n profunda que transmitenal suelo las cargas provenientes de una estructura y de la mismacimentaci6n, con el prop6sito de lograr la estabilidad del conjunto.

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Los pilotes pueden ser de madera, 0 bien de acero y/ o concreto. EI uspilotes de madera ha dejado de ser frecuente, y solamente se aplican .obras provisionales donde no se requieres su preservacion a largo plazo: esconveniente aciarar que los pilotes de madera no sufren deterioro cuandoestan sumergidos permanentemente en agua que no contengan materialescorrosivos 0 contaminantes, los pilotes de acero por 10 general son tubularesode seccion "H". Su utilizacion depende del tipo de subsuelo donde seraninstal ados, as! como el procedimiento constructivo elegido. Debido a que laseccion "H". No desplaza un volumen importante de suelo durante suinstalacion, su hincado en suelos blandos se facili ta; se sugiere su utilizacioncuando deban apoyarse en roca. En ocasiones los pilotes tubulares puedentaparse en la punta para posteriormente ser Ilenados de concreto; ladificultad de su hincado es practicarnente igual cuando estan del subsueloque penetra en la punta Ilega a formar un tapon resistente. Los pilotes deacero deben ser sometidos a tratamientos especiales cuando se detecta quedurante su vida util pueden ser afectados por la oxidacion 0 corrosion.

Los pilotes mas utilizados son los precolados de concreto reforzado convarilla corrugada de acero; su seccion puede ser cuadrada u octagonal,

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recornendandose que su area no exceda de 2500 cm2 (2.7 ft2) Y 3000cm2(3.2ft2) respectivamente. La longitud de los tramos de pilotes precoladosdebe ser definida considerando el esfuerzo resistente de los mismos y lasmaniobras de levante e izaje a las que estaran sometidos, a fin de preservarla integridad del pilote.

En caso de ser requerida que los pilotes transmitan la carga al subsuelo porfricci6n, es cornun elegir secciones menores, por consiguiente mas ligeras, ycon desarrollo de las caras del fuste de mayor area como es la secci6ntriangular y la secci6n "H". Es importante aclarar que se ha comprobado quelos pilotes con secci6n triangular pierden facilrnente el confinamiento delsuelo bajo el efecto de desplazamientos horizontales, debido a la geometrfade su secci6n, disminuyendo su capacidad de carga. Con relaci6n a lasecci6n "H" es cornun usar el perfil de acero, 0 bien el pilote prefabricado conconcreto t cables de 5mm (0.2in) de espesor pretensazo longitudinal mente,cuyo acero transversal es del mismo calibre. Se ha comprobado tarnbienrespecto a este tipo de pilotes que la fricci6n se desarrolla en una superficiecorrespondiente a la envolvente de la secci6n "H", por 1 0 que la ventaja querepresenta su mayor perfmetro es relativa.



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En la mayorfa e los cas os, el diserio estructural de un pi lote es determinadopor los esfuerzos a los estara sometido durante las maniobras de estiba,izado e hincado, ya que por 10general estos son mayores a los esfuerzosque se desarrollan en la transrnision de cargas al subsuelo, cuando lacapacidad estructural de un pilote es superior a la capacidad de carga delestrato resistente, puede transmitirse mayor carga a traves del piloteincrementando la seccion de su punta con respecto a la del fuste medianteun bulbo.

Para evitar el desplazamiento horizontal de algunas estructuras, enocasiones se especifican pilotes en posicion inclinada; el anqulo que seforma entre el eje del pilote con la vertical en estos casos por 10general seespecifican de 15, pudiendo lograrse una inclinacion hasta de 45,dependiendo del martinete y dispositivos empleados.PILASLas pilas son elementos de cirnentacion profunda con secciones mayoresque la del los pilotes, las cuales tam bien transmites al subsuelo las cargasprovenientes de una estructura y de la misma cirnentacion con el propositode lograr la estabilidad del conjunto.



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Las pilas se fabrican directamente en el subsuelo por los que se les conocecomo elementos fabricados in situ- cuando los esfuerzos que se transrnitiranal subsuelo son exclusivamente de compresi6n, las pilas pueden fabricarsepracticarnente de cualquier material que tenga la resistencia requerida loscuales deben de ser estables durante la vida util de la estructura quesoportaran, siendo los mas utilizados la grava, la cal , el mortero, y el concretopremezclado. Las caracterfsticas de los estratos del subsuelo, asl como lascondiciones del agua subterranea, definiran el material que deberaemplearse para la fabricaci6n de las pilas.



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Cuando los esfuerzos que se transrnitiran al subsuelo son de cornpresion yde tension, las pilas por 1 0 general se fabrican utilizando concretopremezclado reforzado con varilla de acero corrugadas, tubo rnetalico 0perfiles estructurales, siendo el perfil "H", es las cornun. EI acero de refuerzopuede ser especificado tarnbien como una cornbinacion de los mencionadosanteriormente , y no necesariamente debe ser de la longitud de la pilacuando el acero exclusivamente absorbera los esfuerzos de tension; en lascondiciones anteriores, el anclaje del acero de refuerzo en el concreto seespecifica generalmente en el tercio superior de la longitud total de la pila, yaque no se lograra mayor capacidad de tension al rebasar la longitud deadherencia del acero con el concreto.

La seccion utilizada con mayor frecuencia es la circular, cuyo diarnetro nodebe de ser menor a 60cm (2ft), con el proposito de garantizar la calidad dela pila, pudiendo Ilegarse a especificar un diarnetro hasta de 300cm (10ft), sies que el comportamiento del subsuelo durante la fabricacion de la pila 1 0permite. Cuando se requiere que el area de contacto con el estrato resistentesea mayor a la del fuste de la pila, se utilizaran ampliaciones en la base cuyodiarnetro no sera mayor de tres veces al del fuste; asimismo el Angulo que seforma con respecto a la horizontal en la transrnision de cambio de area nodebera ser menor a 60. Tarnbien se pueden recurri r a las pilas construidaspor el rnetodo Franki. La arnpliacion de la base de las pilas no deberapermitirse bajo el nivel de agua freatica, ya que no es posible detectar si sugeometrfa real esta dentro de las especificaciones requeridas.



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Existen pilas que se diserian con secciones rectangulares u oblongas deO.6m x 2.5m (2ft x 8.2ft), 0 bien de O.8m x 2.0m (2.6ft x 6.6 ft); uniendo estassecciones se pueden obtener pilas con secci6n "T" y "H", que ofrece mayorcapacidad de carga y momenta de inercia que las descriptas anteriormente.

VENT AJAS Y DESVENT AJASLas ventajas y desventajas mas importantes que se tienen al resolver unacimentaci6n profunda a base de pilas, con respecto a una soluci6n a base depilotes son las siguientes:Ventajas- considerando que las pi las son elementos fabricados in situ, no requierende area adicional para una planta de fabricaci6n y para su almacenamiento



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como elementos terminados.- Las pilas no estan expuestas a sufrir dartos estructurales ya que no serequiere de que sean maniobradas y golpeadas para su instalacion comosucede con los pilotes.-los decibeles generados durante la instalacion de una pila son muyinferiores, a los que se generan al instalar un pilote prefabricado.

- la longitud de las pilas puede ser variable dependiendo de la profundidad delos estratos resistentes, pudiendo hacerse los ajustes correspondientespracticarnente en forma inmediata, 1 0 cual no estan versatil en el caso de lospilotes ya que estos son prefabricados.- la fabricacion de las pilas siempre es monolftica y no requiere de juntasespeciales, como sucede en algunos pilotes que son instalados en tramos.- las pilas pueden ser instaladas en subsuelos con presencia de gravas yboletos, aplicando el procedimiento adecuado que permita la estabilizacionde la pared de las perforaciones, 1 0 cual no es posible Ilevar a cabo paracimentaciones a base de pilotes, ya que el diarnetro de las perforaci ones esinferior a 1.20m (4ft), dimension que permite la extraccion de los obstaculos.- la capacidad de carga de las pilas es mayor que la de los pilotes,debiendose sin embargo considerar el efecto de escala.

Oesventajas- las pilas requieren siempre de perforaciones previa, mientras que los pilotesen ocasiones pueden ser instalados desplazando el subsuelo.- cuando existen estratos de subsuelo sin consistencia, no es posible realizarla construccion de pilas con calidad, ya que su seccion puede Ilegar adeformarse, 1 0 cual no sucede con un elemento prefabricado; se puederesolver este problema con tuberfa rnetalica perdida, 1 0 cual origina unincremento en el costo.- en la fabricacion de pilas es necesario siempre garantizar que en eldesplante de las excavaciones no existan material suelto.Los cam bios de presion del agua subterranea pueden cercenar el fuste delas pilas durante su fabricacion, cuando se utilizan adernas rnetalicosrecuperables y no son retirados adecuadamente.- el procedimiento constructivo de las pilas sobre agua se com plica, al tenerque evitar el vaiven de la plataforma flotante donde se apoya el equipo deconstruccion, asl como tener que aislar el cuerpo de la pila en la zona dondeno existen suelo que 1 0 confine.- el sistema de adem ado de las perforaciones requiere mayor control que enel caso de los pilotes, ya que de este depende en forma importante la cali dadde las pilas.

ALGUNAS APLICACIONESADICIONALES PILOTES Y PILASLa utilizacion de los pilotes y las pilas puede tener propositos adicionales alos descritos anteriormente, en casos como los que se mencionan acontinuacion:



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TensionAlgunas estructuras deben ser ancladas en el subsuelo, ya que los esfuerzospredominantes a los que estaran sometidos seran de tension, por 10que lospilotes y/ o las pilas en este caso transmiten esfuerzos de friccion negativa alsubsuelo.Suelos expansivos.Cuando las caracterfsticas de algunos estratos del subsuelo en donde seinstalara una estructura indican un comportamiento expansivo, es necesarioreducir esta deforrnacion 0 evitar que la estructura sea afectada por ella,solucion que se logra con pilotes empotrados parcialmente en un estratoresistente, en donde la friccion generada en el fuste del pilote cambian desentido en la frontera de los estratos de suelo resistente y expansivo.ErosionAlgunas estructuras no requieren cimentaciones profundas si se consideranlas cargas que seran transmitidas al subsuelo, sin embargo, en los casosdonde se preve la posibilidad de que el suelo de apoyo pueda experimentarerosion por la presencia del flujo de agua, es necesario apoyar a la estructuraen pilotes 0 pilas cuyo desplante debe rebasar el nivel maximo esperado dedicha erosion.

Estructuras vecinasEI conocer el entorno de un proyecto permite tomar decisiones adecuadas,siendo recomendable verificar si las construcciones vecinas, existentes 0futuras, modificaran el comportamiento de la estructura en estudio; en el casode la presencia de excavaciones adyacentes a elementos que pueden sersoportados por los estratos superficiales, es necesario que estas estructurasse apoyen en cimentaciones profundas, con el proposito de que las cargasse transmitan a estratos localizados por debajo del fonda de la excavacionvecina, para evitar que los esfuerzos de la sobrecarga superficial provoquencondiciones de inestabilidad.Pilas cortasCon cierta frecuencia una solucion a base de pilas cortas puede ser maseconornica y rapida que una solucion a base de zapatas debiendo a que seahorra el costa y tiempo de la excavacion y del cimbrado de las mismas.Seguramente la utilizacion de los pilotes y de las pilas resolvera tarnbiencasos diferentes a los indicados, aplicaciones que tendra exito si seconsidera en el anal isis las circunstancias reales de comportamiento tantodel subsuelo, como de la estructura por construir, determinado la magnitud ysentido de las cargas producidas relacionadas con las deformaciones queestas originan.

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