UNIVERSIDAD AUTONOMA DE

QUERETARO

FACULTAD DE INGENIERIA

ARQUITECTURA

GEOTECNIA Y CIMENTACIONESMaestra: Rosario Vazquez Pascual

PILOTES DE CIMENTACION

POR +MARTHA LIZETH DEL OLMO MARTINEZ+ISAAC EDUARDO LOPEZ RUFINO

PILOTES

MARCO HISTÓRICO

El uso de pilotes es una de las técnicas más antiguas del hombre para superar lasdificultades de la cimentación de estructuras en suelos blandos. Antes del siglo XIX, eltipo de cimentación más común en los edificios eran zapatas continuas, y sólo si elterreno era incapaz de soportar las presiones que ejercían las zapatas, se usaban pilotes. Eldiseño de estas cimentaciones estaba basado en la experiencia o simplemente dejado a ladivina providencia.En sus inicios, los pilotes eran todos de madera por su abundancia y su fácilmaniobrabilidad, así que para dar seguridad a una estructura se hincaban pilotes enforma abundante, sin ninguna norma y a criterio del constructor. De esta manera, lacapacidad de carga del pilote estaba limitada por el grosor de la madera y su capacidadde soportar el peso del martillo sin astillarse. Es así que en un principio se crearon reglasprimitivas mediante las cuales la carga admisible de un pilote se basaba en la resistencia algolpe de un martillo de peso y altura de caída conocidos.Como el tipo de estructura de esa época no sufría grandes asentamientos, no surgió otromaterial que lo reemplace. A medida que el desarrollo industrial aumenta, se crea unademanda de estructuras pesadas en lugares de terreno blando; surge entonces el pilotede concreto como una solución que supera largamente al pilote de madera, debido a quepodía ser fabricado en unidades de las mismas dimensiones que el pilote hecho demadera, pero capaz de soportar compresiones y tensiones mucho mayores. Además quepuede moldearse en cualquier forma estructural de acuerdo a las solicitaciones de carga ydel tipo de suelo sobre el que se hinca. Con el desarrollo de las máquinas de graneficiencia de perforación a gran profundidad y diámetro, se reemplazó parcialmente lospilotes hincados por los pilotes moldeados in-situ.

Posteriormente el acero, por su fácil maniobrabilidad y gran resistencia de hincado a grandes profundidades,empezó a tener auge, siendo los problemas de corrosión solucionados con la introducción de capas de pinturasdurables y resistentes. Conforme el costo de las cimentaciones piloteadas toma importancia, surge la necesidad dedeterminar un número de pilotes que no fuese mayor que el necesario para proporcionar seguridad a la estructura;se llega entonces a especulaciones teóricas que dan por resultado fórmulas de hinca, aunque posteriormente sedetermina que éstas adolecían de grandes defectos, haciéndose usual determinar la carga admisible del piloteejecutando ensayos de carga sobre un pilote de prueba y determinando el número de pilotes mediante el cocientede la división de la carga total entre la carga admisible por pilote.Algunas estructuras resultaron satisfactorias, sin embargo, otras fallaron, de lo cual se deduce que el asentamientode una cimentación no está necesariamente relacionado con el asentamiento de un pilote de prueba, aún cuando lacarga por pilote fuese igual a la carga del pilote de prueba. De cualquier forma, es necesario conocer la capacidadde carga de un pilote porque forma parte de la información para desarrollar un proyecto de cimentacionespiloteadas.Para tener una cabal comprensión del comportamiento de pilotes, se debe conocer todos los tipos de pilotes y losmétodos de instalación existentes. El diseño y la construcción de cimentaciones piloteadas es un campo de lamecánica de suelos en la que se requiere el criterio de un ingeniero que no se confíe en el discutible valor de unafórmula y que sepa hacer uso de su experiencia, sentido común e intuición del comportamiento de los materiales.

3.5 Cimentaciones con pilotes de fricción

NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS

PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE

CIMENTACIONES

En suelos blandos, se usan comúnmente comocomplemento de un sistema de cimentaciónparcialmente compensada para reducirasentamientos, transfiriendo parte de la carga alos estratos más profundos El espacio dejadoentre la punta de los pilotes de fricción y todacapa dura subyacente deberá ser suficiente paraque en ninguna condición puedallegar a apoyarse en esta capa a consecuencia dela consolidación del estrato en el que secolocaron.

3.5.1 Estados límite de falla

De acuerdo con el tipo de diseño adoptado, la revisión de los estadoslímite de falla podrá consistir en verificar que resulta suficiente paraasegurar la estabilidad de la construcción alguna de las capacidades decarga siguientes:

b) Capacidad de carga del sistema suelo–pilotes de fricción

Despreciando la capacidad del sistema suelo–losa, se verificará entonces para cada pilote individual, para cada uno de los diversos subgrupos de pilotes y para la cimentación en su conjunto, el cumplimiento de la desigualdad siguiente para las distintas combinaciones de acciones verticales consideradas:

ΣQFC<R donde

ΣQFC es la suma de las acciones verticales a tomar en cuenta en la combinación considerada, afectada de su correspondiente factor de carga.

Las acciones incluirán el peso propio de la subestructura y de los pilotes o pilas y el efecto de la fricción negativa que pudiera desarrollarse sobre el fuste de los mismos o sobre su envolvente.

R es la capacidad de carga que se considerará

La capacidad de carga por adherencia lateral de unpilote de fricción individual bajo esfuerzos decompresión, Cf , se calculará como:Cf = AL f FR (3.12)dondeAL es el área lateral del pilote;f es la adherencia lateral media pilote–suelo; yFR se tomará igual a 0.7, salvo para piloteshincados en perforación previa

Los pilotes de punta son los que transmiten la mayor parte de la carga a un estrato resistente por medio de su punta. Generalmente, se llama pilas a los elementos de más de 60 cm de diámetro colados en perforación previa.Capacidad por punta

La capacidad de carga de un pilote de punta o pila, Cp , se calculará de preferencia a partir de los resultados de pruebas de campo calibradas mediante pruebas de carga realizadas sobre los propios pilotes. En las situaciones en las que secuente con suficientes resultados de pruebas de laboratorio realizadas sobre muestras de buena calidad y que exista evidencia de que la capa de apoyo sea homogénea, la capacidad de carga podrá estimarse como sigue:

a) Para suelos cohesivosCp = (cu Nc* FR + pv) Ap

3.6 Cimentaciones con pilotes de punta o pilas

b) Para suelos friccionantesCp = ( pv Nq* FR + pv) Ap (3.14)donde Ap es el área transversal de la base de la pila o del pilote; pv es la presión vertical total debida al peso del suelo a la profundidad de desplante de los pilotes;pv es la presión vertical efectiva debida al peso del suelo a la profundidad de desplante de los pilotes;cu es la cohesión aparente del suelo de apoyo determinada en ensaye triaxial no–consolidado no–drenado, (UU); yNc* es el coeficiente de capacidad de carga definidoen la tabla 3.2.Tabla 3.2 Coeficiente Nc*φu 0° 5° 10°Nc* 7 9 13φu es el ángulo de fricción aparente;

Nq* es el coeficiente de capacidad de cargadefinido por:

REGLAMENTO DE

CONSTRUCCION DEL ESTADO DE

QUERETARO

En caso, de que, habiéndose cumplidoestrictamente las especificaciones de hincado enel proyecto, la profundidadDe la punta discrepe mas de 50 cm. Respecto a laprevista, deberá investigarse la causa y tomarse lasmedidas correspondientes.En los pilotes de fricción, se admitirán lastolerancias de las normas técnicasComplementarias.

DEFINICIÓN

Se denomina pilote al elemento constructivo decimentación profunda de tipo puntual utilizado enobras, que permite transmitir las cargas de lasuperestructura e infraestructura a través deestratos flojos e inconsistentes, hasta estratos másprofundos con la capacidad de carga suficiente parasoportarlas; o bien, para repartir estas en un suelorelativamente blando de tal manera que atraviesenlo suficiente para que permita soportar la estructuracon seguridad.

PRINCIPIOS DE

FUNCIONAMIENTO

Los pilotes son columnas esbeltas con capacidad parasoportar y transmitir cargas a estratos, mas resistentes o deroca, o por rozamiento en el fuste. Por lo general, sudiámetro o lado no es mayor de 60 cm.

Los pilotes deben recibir fuerzas longitudinales decompresión, ya que las cargas por flexión producendeformaciones mayores con alto grado de peligrosidad.

La capacidad de los pilotes depende de la resistenciadesarrollada de éstos y el subsuelo

FORMAS DE LOS PILOTES

LOS PILOTES SON SEGÚN SU FUNCION DE

TRABAJO

PILOTES APOYADOS EN MANTO RESISTENTE.

PILOTES TRABAJANDO POR FRICCIÓN DEL FUSTE CON EL SUELO.

Se recomienda su uso cuando la capa resistente se encuentra a una gran profundidad, debido a que resulta económico.

UNA COMBINACIÓN

DE AMBOS: Es decir por

apoyo directo en la capa resistente

y rozamiento sobre una parte de su longitud empotrada.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA DE TRABAJO

PILOTES RÍGIDOS DE

PRIMER ORDEN

Funcionan principalmentecomo una columna que alsoportar una carga sobre suextremo superior, desarrollansu capacidad de carga conapoyo directo sobre unestrato resistente.

Los pilotes rígidos de primerorden son el mejor apoyo yel más seguro, porque seapoya en un terreno de granresistencia.

PILOTES RÍGIDOS DE SEGUNDO ORDEN.

Son aquellos que al estarsoportando una cargasobre su cabeza dentro deun estrato profundo desuelos menos firmes comoun estrato profundo desuelo granular o coherente.En este caso se debeutilizar un pilote rígido desegundo orden y éste sedebe profundizar hasta quela punta llegue a encontrarterreno firme de mayorespesor

Los pilotes están sumergidos en una capablanda y no apoyan en ningún estrato deterreno firme, por lo que la carga quetransmite al terreno lo hace únicamente porefecto de rozamiento del fuste del pilote, suvalor resistente es en función de laprofundidad, diámetro y naturaleza delterreno.

Se calcula la longitud del pilote en funciónde su resistencia. En forma empíricasabemos que los pilotes cuya longitud esmenor que la anchura de obra, no puedensoportar su carga.

PILOTES RIGIDOSDE

TERCER ORDEN

Pilotes prefabricados

También se los conoce por elnombre de pilotes premoldeados, estos pertenecen ala categoría de cimentacionesprofundas; pueden estarconstruidos con concretoarmado ordinario o conconcreto pretensados similaresa postes de luz o seccionesmetálicas

SEGÚN EL SISTEMA

CONSTRUCTIVO

Pilotes de Desplazamiento

Los pilotes de desplazamiento son lospilotes que se construyen sin extraer lastierras del terreno y tienen dos sistemasde ejecución diferentes.

Dos tipos

Pilotes de Desplazamiento conAzuche:

Se utilizan cuando los pilotesposeen diámetros pequeños (seconsidera entre 30 y 65 cm.aproximados) y el terreno esresistente pero poco estable.

Pilotes de Desplazamiento conTapón de Gravas

Este sistema se realiza por unahinca y entubación por golpesobre un tapón de gravas uconcreto, introducido antes en laentubación.

Pilotes con Extracción de

Tierra

Este sistema de Pilotaje por Extracciónde Tierras requiere que las tierras de laexcavación sean extraídas antes de laejecución del hormigonado de pilotes.

La excavación se puede realizar dediferentes modos, de acuerdo a lascaracterísticas del terreno. Para lo cual seutilizan maquinarias diferentes comocucharas, trépanos, barrenas y otros.

Pilotes vaciados in

situ

Los Pilotes vaciados in situ son un tipo de pilotes ejecutadosen obra, tal como su nombre lo indica, en el sitio, en ellugar.

La denominación se aplica cuando el método constructivoconsiste en realizar una perforación en el suelo a la cual se lecolocará un armado en su interior y posteriormente serellenará con concreto.

i. Pilotaje "in situ" en seco

Este tipo de pilotajecomprende diferentesfases como son laperforación del subsuelocon hélice o cazo,colocación de armadurade acero y vertido deconcreto mediante tubotremie que se realiza deabajo a arriba.

II. Pilotaje "in situ" con camisa

recuperable o perdida

En terrenos fangosos ocercanos al nivel delmar o cuencas de ríos.Este pilotaje comprendela introducción decamisas para sujeción delas paredes a perforar,perforación del terreno,colocación dearmaduras y vertido deconcreto.

III. Pilotaje "in situ" con ayuda de lodos bentoníticos

Esta perforación no se realiza en seco ya quehay que suministrar el lodo bentonítico a laperforación, el cual penetra en las fisuras delterreno para crear una pequeña "costra" queimpida la caída de las paredes perforadas. Asíestos lodos se recuperan en un tanque en elcual se filtra y se vuelve a reutilizar en lasiguiente perforación. Después de esteproceso se coloca la armadura y se vierte elconcreto.

iv. Pantalla de pilotes secantes "in situ"

Este es el método más utilizado ya que permite hacer unaexcavación del terreno a gran profundidad, sinpreocupación de que se puedan deteriora cimentacionesde viviendas contiguas como también del acerado de lacalle, así impide el paso del nivel freático a los sótanos.Con este método se pueden construir diferentes plantas deparking que, como anteriormente hemos indicado, essolución inminente por el gran problema de aparcamientoque existe en nuestras ciudades. Esta pantalla trabajatambién como cimentación de la estructura uobteniéndose así un doble aprovechamiento de este tipode cimentación especial.

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL

DIÁMETRO DEL PILOTE

a) Micro pilotes

Diámetro menor de 200 mm. Se emplean en obras de recalce.

b) Pilotes convencionales

De 300 a 600 mm.

c) Pilotes de gran diámetroDiámetro mayor de 800 mm

d) Pilotes pantalla

De sección pseudo rectangular.

e) Pilotes de sección en forma de cruz

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

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

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

ARMADURA DE PILOTES

Vaciado de Pilotes

El concreto utilizado deacuerdo a la resistencia esde 250 kg/cm2aproximadamente.

Descabezado y Encepado

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

Así quedan las armaduras al descubierto que se entrelazan alencepado

MATERIALES UTILIZADOS

Los rollizos de madera se conservan más tiempo si se los mantienepermanentemente mojados o secos, pero si se alternan estascondiciones de humedad, se destruyen rápidamente.

Antes de colocar los pilotes se aconseja impregnarlos a presión conuna sustancia protectora para evitar el ataque de hongos o insectosque 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 opor impactos, se debe recurrir a maderas más costosas pero de mayordureza, como por ejemplo la haya o la teca.

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

El hincado debe realizarse con golpeteo suave sobre la parte másgruesa 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 unmaterial habitual fácil de encontrar en ese lugar, o cuando se trata decimentaciones en zonas lacustres

MADERA

Se utilizan con secciones en H o en Cajón.

En tipo cajón pueden rellenarse de concretodespués de haberse colocado.

A veces se constituye el pilotaje con perfilesplanos empalmables, es el tablestacado, que seconsiguen con secciones de acero laminadoen caliente. Se los utiliza como contención detierras y como barrera del agua en caso deexcavaciones para cimentaciones, sótanos. Enmuelles y zonas ribereñas también sueleusarse.

Para evitar la corrosión, el acero puedecontener una cantidad importante de cobre ,se lo llama acero de oxidación controlada oestar impregnado con pintura bituminosa.

Los hincados en pilotes de acero son másfuertes y vigorosos.

Si es necesario, pueden recuperarse y se lespuede hacer variar su longitud por corte opor soldadura.

Acero

ConcretoLos pilotes fabricados de este material se dividen en:

Pilotes Prefabricados

Pilotes vaciados in Situ

CASOS EN QUE SE USAN 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 imprevistos y que el suelo resistente esté a cierta profundidad; es el caso de edificios que apoyan en terrenos de baja calidad.

Cuando el terreno está sometido a grandes variaciones de temperatura por hinchamientos y retracciones producidos con arcillas expansivas.

Cuando la edificación está situada sobre agua o con la capa freática muy cerca del nivel de suelo.

Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción.

EJEMPLOS:

En edificios de altura expuestos a fuertes vientos.

En construcciones que requieren de elementos que trabajen a la tracción, como estructuras de cables, o cualquier estructura anclada en el suelo.

Cuando se necesita resistir cargas inclinadas; como en los muros de contención de los muelles.

Cuando se deben recalzar cimientos existentes.

BIBLIOGRAFIA PEREZ ALDAMA, Mecanica de Suelos y cimentaciones

Blog de ingeniería Civil LINK:http://ingecivilcusco.blogspot.mx/2009/06/pilotes.html

Fecha de consulta 02/11/13