TEMA3: PILOTES

El Pilote o sistema por pilotaje, es un tipo de cimentación profunda de tipo puntual, que se hinca en el terreno buscando siempre el estrato resistente capaz de soportar las cargas transmitidas.

Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Ambas dependen de las características del pilote y del terreno, y la combinación idónea es el objeto del proyecto.

3.1 PILOTES DE MADERA

Los pilotes de madera se obtienen de los rollizos, troncos cortados y desbrozados, recubiertos de corteza, la cual luego debe desvastarse, pues no ofrece resistencia.

La madera se emplea desde la prehistoria; en ese entonces los habitantes lacustres construían sus chozas apoyándolas sobre troncos hincados en el lecho del lago. Estos troncos lograron conservarse mientras las aguas que los rodeaban eran ácidas, es decir de pantanos turbosos.

Los rollizos de madera se conservan más tiempo si se los mantiene permanentemente mojados o secos, pero si se alternan estas condiciones de humedad, se destruyen rápidamente.

Antes de colocar los pilotes se aconseja impregnarlos a presión con una sustancia protectora para evitar el ataque de hongos o insectos que destruyen sus fibras.

Las maderas más usadas, por ser más económicas, son pino y abeto. Si se requiere de mayor resistencia por el ataque de aguas de mar o por impactos, se debe recurrir a maderas más costosas pero de mayor dureza, como por ejemplo la haya o la teca.

Los rollizos naturales son más económicos, pero si poseen sección cuadrada, son mejores para sus posibles empalmes.

El hincado debe realizarse con golpeteo suave sobre la parte más gruesa del tronco.

En pilotes más grandes la carga de trabajo no ha de superar las 25 T. Esta clase de pilotaje se emplea donde el tronco de árbol es un material habitual fácil de encontrar en ese lugar, o cuando se trata de cimentaciones en zonas lacustres.

Categorías

Los pilotes de madera se clasifican en tres categorías:

CATEGORIA A: Pilotes de madera tratada, de gran longitud y diámetro D: 40 a 55 cm Se usan en cimentaciones importantes.

CATEGORIA B: Pilotes de madera tratada, de longitud intermedia y diámetro D: 30 a 35 cm, para obras usuales.

CATEGORIA C: Pilotes de madera sin tratar, de limitada longitud y diámetro D: 20 a 25 cm, para obras de poca envergadura y provisorias.

3.2 PILOTES DE HORMIGON PREFABRICADO

Los pilotes prefabricado son fabricados fuera de la obra y luego transportados al sitio y colocados en el lugar, son los de uso más difundido. Entre las ventajas que poseen están:

a) Su duración es prácticamente ilimitada y no les afecta la presencia del nivel freático.

b) Pueden construirse de las dimensiones deseadas y adaptar la armadura resistente para soportar la flexión y el corte, mientras son manipulados y transportados hasta el lugar de la obra

c) Pueden trabajar por punta o por fricción, y también se utilizan como anclajes de obras terrestres o marítimas, con la requerida inclinación.

d) Pueden hincarse en suelos firmes y compactos sin peligro de rotura

Los pilotes prefabricados de concreto presentan por lo general una sección transversal cuadrada o poligonal, si bien en ciertas ocasiones pueden ser circulares o en forma de anillo. Estos últimos se construyen con la técnica del centrifugado y presentan la ventaja de una fci1 inspección y menor peso propio, con gran momento de inercia. Su diámetro puede alcanzar a 1,5 m y soportan hasta 300 t. con una longitud de 60 m. Algunas de estas secciones se muestran en la figura 12.4.

Los pilotes de concreto se arman en forma similar a las columnas. Estos pilotes se fabrican vaciando el concreto en moldes individuales colocados horizontalmente, donde previamente se coloca la armadura de acero. Se les debe aplicar un esmerado curado, y cuando el concreto ha fraguado y endurecido convenientemente se los acopla hasta el momento que son llevados en monorrieles a los camiones y transportados al pie de obra. En ningún caso es conveniente hincar los pilotes antes de los 20 días luego de vaciados.

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.

Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan para trabajar a la compresión; los de hormigón pretensado funcionan bien a la tracción, y sirven para tablestacas y cuando deben quedar sumergidos bajo agua.

Estos pilotes se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica equipada para hincada del pilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm. x 30 cm. ó 45 cm. x 45 cm.

También se construyen con secciones hexagonales en casos especiales.

Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal con 4 diámetros de 25 mm. y otra transversal compuesta por estribos de varilla de sección 8 mm. como mínimo.

La cabeza del pilote se refuerza uniendo los cercos con una separación de 5 cm. en una longitud que oscila en 1 m.

La punta va reforzada con una pieza metálica especial para permitir la hinca.

3.3 PILOTES DE HORMIGON CONSTRUIDO EN SITIO

Los Pilotes Hormigonados In Situ son un tipo de Pilotes ejecutados en obra, tal como su nombre lo indica, en el sitio, en el lugar.

Armaduras de Pilotes

Las armaduras se conforman como si fuesen jaulas; las armaduras longitudinales están constituidas por barras colocadas uniformemente en el perímetro de la sección, y el armado transversal lo constituyen un zuncho en espiral o cercos de redondos de 6 mm. de sección, con una separación de 20 cm.

El diámetro exterior del zuncho será igual al diámetro de pilote, restándole 8 cm; así se obtiene un recubrimiento mínimo de 4 cm.

La cantidad de barras y el diámetro de las mismas, se calcula en función de la carga que deba soportar el pilote.

Hormigonado de Pilotes

En referencia al hormigón utilizado, con posterioridad al año 1999, la EHE obliga a utilizar hormigones superiores a 250 N/mm2 y con una consistencia medida en cono de Abrams de 10 a 15 cm.

Descabezado y Encepado

Los pilotes se descabezan, por ello, siempre se elimina el hormigón de baja calidad que queda en la parte superior.

Así quedan las armaduras al descubierto que se entrelazan al encepado.

La longitud de la armadura debe permitir que posterior al descabezado, queden sobresaliendo del pilote alrededor de 50 cm.

Las armaduras longitudinales del pilote se empalman por un solape mínimo de 40 cm., van soldadas o atadas con alambre en toda su longitud.

Si se utilizare cercos a modo de armadura transversal, los cierres se hacen por solape de 8 cm como mínimo, y van soldados o atados con alambre.

El solapado se hace alternado para cercos sucesivos. Se atan firmemente las armaduras formando una jaula que soporte la hormigonada.

Cada pilote se hormigona de una vez sin interrumpir la operación, no se admiten juntas de hormigonado.

Al finalizar el pilote, debe quedar hormigonado a una altura superior a la definitiva; lo que excede de hormigón se demuele cuando ha fraguado.

No se debe efectuar la hincada con desplazamiento de pilotes o entibar en un área menor de 3 m. alrededor del pilote, hasta que el hormigón tenga una resistencia mínima de 30 kg/cm2, de acuerdo a ensayos previos.

Posterior al descabezado los pilotes deben sobresalir del terreno lo suficiente para permitir el empotramiento del hormigón de 5 cm mínimo para el encepado.

3.4 PILOTES DE ACERO

Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de concreto después de hincados, y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes, o elevadas cargas de trabajo por pilote.

Se utilizan con secciones en H o en Cajón.

En tipo cajón pueden rellenarse de hormigón después de haberse colocado.

A veces se constituye el pilotaje con perfiles planos empalmables, es el tablestacado, que se consiguen con secciones de acero laminado en caliente. Se los utiliza como contención de tierras y como barrera del agua en caso de excavaciones para cimentaciones, sótanos. En muelles y zonas ribereñas también suele usarse.

Para evitar la corrosión, el acero puede contener una cantidad importante de cobre , se lo llama acero de oxidación controlada o estar impregnado con pintura bituminosa.

Los hincados en pilotes de acero son más fuertes y vigorosos.

Si es necesario, pueden recuperarse y se les puede hacer variar su longitud por corte o por soldadura.

3.5 CARGA ADMISIBLE DE LOS PILOTES

Es la carga máxima de fatiga admisible de un pilote que proporciona seguridad ante un posible movimiento de tal magnitud que podría poner en peligro la estructura soportada.

La capacidad admisible de los pilotes se calcula de acuerdo a su resistencia por punta mas la del fuste pero los piloteros calculan la capacidad por lo que soporta el concreto. Se estima aproximadamente un 20 % de la tension cedente del concreto f'c, que seria para 210 kg/cm2, entre 45 kg/cm2 o 50 kg/cm2; la capacidad entonces seria igual a esta tension multiplicada por el area del pilote.

En las cimentaciones profundas existen también los criterios de capacidad de carga última y capacidad de carga admisible, en el caso de la capacidad de carga última existe una mayor incertidumbre en los modelos para su determinación, por lo que es importante realizar de ser posible pruebas de carga sobre prototipos en sitio y los factores de seguridad deben fluctuar entre 4 y 5.Determinar la capacidad de carga última de un pilote, Qu es complejo, sin embargo, se puede representar en forma práctica como la suma de la capacidad de carga tomada por la punta del pilote Qp, más la capacidad de carga tomada por la resistencia al esfuerzo cortante (suelo –pilote) por la superficie del fuste del pilote Qs.Qu= Qp+ QsCapacidad de carga de un pilote de punta Qp La capacidad de carga de un pilote de punta, tiene una forma semejante a la fórmula de cimentaciones poco profundas, expresada como esfuerzo se puede representar: Considerando que el diámetro del pilote D, es relativamente pequeño, el primer término de la ecuación se puede eliminar sin una afectación considerable de la determinación de la capacidad de carga, quedando la ecuación: Dónde: c= cohesión del suelo que soporta la punta del pilote

q´=esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote=factores de capacidad de carga para cimentaciones profundas. La capacidad de carga de un pilote de punta, expresada como fuerza, se determina multiplicando el esfuerzo por el área transversal del pilote Ap, y se puede representar como:

3.6 FUNDACIONES SUJETAS A CARGAS VERTICAL DEL MOMENTO

Si las zapatas en a y b tienen las mismas dimensiones en planta, las reacciones del suelo son idénticas, siempre que M = P X e. Se dice entonces, que la zapata b es equivalente a la a. La sustitución de una carga excéntrica por el momento real y la carga de la columna algunas veces, simplifica los cálculos.

Otras cimentaciones comunes que deben resistir momento son las de los muros de contención, los estribos y las pilas de los puentes. El momento en un muro de contención se debe principalmente a la presión activa de la tierra, mientras que los momentos de las cimentaciones para las pilas de los puentes, son producidos principalmente por el viento y la tracción de los vehículos en la superestructura.

En el estudio de las zapatas con carga concéntrica, se dio especial atención a la elección de las secciones críticas para investigar los momentos y las fuerzas cortantes; el cálculo de los momentos y de las fuerzas cortantes en sí, no presentó dificultad, porque se consideraron uniformes la reacción del suelo o la carga por pilote. En contraste, el problema principal en el proyecto de zapatas con carga excéntrica, es la determinación de la presión en el suelo o la carga por pilote, ya que estas cantidades ya no son uniformes.

Una vez que se han determinado, la selección de las secciones criticas y los cálculos de los esfuerzos debidos al momento y a la fuerza cortante, se hacen en la misma forma que para las zapatas con carga concéntrica.

En todos los cálculos de este son fundamentales las leyes de la estática. Cualquiera que sea el método de análisis, la distribución de la presión vertical del suelo en la base de una zapata, debe satisfacer los requerimientos de la estática, según los que: (1) la reacción total del suelo debe ser igual a la suma de las cargas que actúan en la base, y (2) el momento de la carga vertical resultante con relación a cualquier punto, debe ser igual al momento de la reacción total del suelo con relación al mismo punto. Además, una reacción horizontal adecuada, usualmente proporcionada por la fuerza de corte a lo largo de la base, debe estar disponible para oponerse a la carga horizontal resultante.

Ordinariamente, se supone que las zapatas funcionan como estructuras rígidas. Esta premisa lleva a la conclusión de que el asentamiento vertical del suelo que está debajo de la base, debe tener una distribución uniforme en un plano, porque una cimentación rígida

permanece plana cuando sufre un asentamiento. La distribución uniforme de la presión del suelo en un plano, se deduce de una segunda suposición, según la que la relación de la presión al asentamiento es constante. Ninguna de estas suposiciones es estrictamente válida, pero cada una de ellas se considera generalmente suficientemente precisa para los problemas de proyecto ordinarios.

3.7 FUNDACIONES COMBINADAS

Son aquellas fundaciones que soportan más de una columna. Se opta por esta solución cuando se tienen dos columnas muy juntas y al calcular el área necesaria de zapata para suplir los esfuerzos admisibles sobre el suelo nos da que sus áreas se montan.

Las Zapatas Combinadas son un tipo de Cimentaciones por Zapatas.

Puede que al pre dimensionar los cimientos, la distancia entre zapatas resulte pequeña, o en algunos casos, hasta pueden llegar a superponerse.

Esto plantea dos problemas:

-Es el caso posible de desmoronamiento de tierras; ello requeriría la utilización de encofrados al abrir los pozos.

-Otro inconveniente a subsanar es la influencia de cada zapata sobre el suelo activo de la zapata próxima, lo que se llama superposición de bulbos. Este es el caso en que se opta por una zapata combinada.

Con mucha frecuencia hay que diseñar fundaciones aisladas en los límites de linderos, en los bordes de fosos de ascensores, estanques subterráneos, etc., resultando fundaciones excéntricas con una distribución muy desigual de presiones bajo la zapata. La desigualdad de presiones tiene efectos muy desfavorables en los suelos y provoca inclinaciones en las columnas dañando los elementos estructurales y no estructurales. Por tal motivo no es deseable, salvo en columnas muy secundarias con cargas bastante pequeñas, diseñar estas fundaciones aisladas excéntricas.

En el caso particular de fundaciones excéntricas, una mejor alternativa al uso de fundaciones combinadas consiste en mantener la idea original de fundaciones aisladas, pero restringiendo la posibilidad de girar que se presenta en la fundación excéntrica. La restricción se logra mediante una viga de conexión muy rígida uniendo a las fundaciones. Esta viga es similar a las vigas de riostra pero con una altura mucho mayor para obtener la rigidez deseada

También se puede construir una fundación combinada en el caso de que una de las columnas sea medianera y se quiera amarrar con una de las fundaciones interiores, note que aquí la misma zapata cumpliría la función de viga de fundación.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.construmatica.com/construpedia/Pilotes

http://ingecivilcusco.blogspot.com/2009/06/pilotes.html

http://www.ingenierocivilinfo.com/2012/10/pilotes-de-acero.html

http://www.academia.edu/4734550/Cimentaciones_profundas

http://www.parro.com.ar/definicion-de-carga+admisible+de+un+pilote

http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo25_p.pdf

http://www.construmatica.com/construpedia/Carga_Admisible_de_un_Pilote

http://www.ingenierocivilinfo.com/2013/04/zapatas-sujetas-momento.html