PILAS DE CIMENTACIÓN SU DEFINICIÓN TIENE DOS SIGNIFICADOS:
1.- Es un miembro estructural subterráneo que tiene la función que cumple una zapata, transmitir las cargas a un estrato capaz de soportarla, sin peligro de que falle ni que sufra un asentamiento excesivo.
2.- Es el apoyo, generalmente de concreto para para la superestructura de un puente.
MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN Se dividen en dos grupos principales.
1.- Se excava un agujero hasta el nivel de desplante de la cimentación y se construye la pila dentro del mismo. Los lados de la excavación deben ademarse y apuntalarse para evitar el derrumbamiento (forros metálicos, ataguías, lodos bentoniticos)
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83 2.- El otro método para construir pilas es utilizando cajones. Estos son cajas o cilindros que se
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84 MÉTODO CHICAGO
Se hace una perforación circular de cuando menos un metro de diámetro a mano, con una profundidad de 0.5 a 2 metros.
Después se ademan las paredes del agujero con tablas verticales, conocidas como forro. Este se mantiene en su sitio por medio de dos anillos circulares de acero.
Posteriormente se continúa con la excavación, hasta que se instalan otras tablas de forro y anillos. Cuando el agujero llega al estrato en el que se van a apoyar las cimentaciones, puede ampliarse el fondo o acampanarse para aumentar el área de apoyo.
Los anillos y las tablas del forro se dejan en su lugar cuando el agujero se llena de concreto.
En la actualidad la mayor parte de las pilas que pasan a través o penetran en suelos cohesivos, se excavan por medio de máquinas montadas en camiones o en orugas equipadas con barrenas rotatorias o cangilones provistos de cuchillas.
Con este procedimiento se han hecho agujeros de 0.30 a 3.5 metros, a profundidades que sobrepasan los 30 metros.
Si las condiciones del subsuelo son tan desfavorables que no permitan la instalación de cimientos por cualquiera de los métodos descritos en los párrafos anteriores, pueden instalarse tubos de acero de gran diámetro.
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85 Los tubos se hincan unos cuantos metros y se limpian por medio de chorros de aire ó de agua.
Por lo regular se continúan hasta la roca.
Este tipo de pilas son caras, pero pueden soportar cargas muy elevadas y ser instaladas en casi todas las condiciones del subsuelo.
ATAGUÍAS
Cuando se van a construir en aguas las pilas, y la profundidad es de 2 ó 3 metros, pueden construirse ataguías hechas de tablestacas de madera. Y pueden tener las formas siguientes:
Se hincan alrededor del área en que se va a extraer el agua y se apuntalan cerca del nivel del agua por medio de largueros y puntales. Las partes inferiores de las tablestacas se apoyan en el suelo en el que se hincan. Para mayores profundidades, las tablestacas resultan inadecuadas, y el recinto se forma usualmente con tablestacas de acero.
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86 PILAS COLADAS SIN MOLDE
La decisión de usar pilas coladas sin moldes, en mucho mayor medida que la de usar zapatas o losas, requiere un cuidadoso estudio de las condiciones para la construcción existentes en el lugar. El comportamiento de estas pilas está determinado, cuando menos, tanto por el éxito con que se efectúen las operaciones de construcción como por las características carga-asentamiento de los terrenos adyacentes y subyacentes.
Las filtraciones aún en pequeñas cantidades requieren: • Lodos de sostenimiento
• Ademes
• Estas pueden dificultar la preparación del fondo • Dificultades en el colado
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87 Los sondeos preliminares deben proporcionar suficiente información para poder decidir si resulta
adecuada la construcción de las pilas, y para determinar su profundidad y dimensiones probables. Las perforaciones de prueba facilitan la preparación de especificaciones realistas y el dar a los postores una idea clara del trabajo que se va a ejecutar.
Si los resultados demuestran que las condiciones son desfavorables, puede cambiarse el tipo de cimentación antes de hacer los documentos finales del contrato.
EXCAVACIÓN
Si los agujeros se mantienen abiertos y permanecen secos hasta que se ha terminado de colar el concreto, la cimentación puede construirse rápida y económicamente.
En la siguiente figura se ilustra condiciones que se encuentran frecuentemente y representa los pasos que se siguen en la perforación en un suelo cohesivo, adecuando para hacer perforaciones en seco, excepto en una zona de suelos sin cohesión sumergido, que se derrumbaría.
COLADO
Usualmente se coloca un tubo vertical corto como guía en el centro de la perforación donde se introduce el concreto.
Solo se requiere vibración en los 2 ó 3 metros superiores de la perforación, en los que el impacto del concreto al caer es inefectivo.
El refuerzo puede introducirse dándole la forma de una armadura cilíndrica por la cual puede caer el concreto libremente.
El revenimiento del concreto depende de las dimensiones de la pila, de que haya ademe, de que sea necesario o no extraerlo y del refuerzo.
Algunas veces se colocan sacos de cemento en el fondo para que absorba el exceso de agua antes de colar el concreto.
Es probable que ocurra una separación casi completa de cemento y los agregados, cuando la profundidad del agua sea de 15 cm o más.
El colado también puede realizarse con trompa de elefante (tubo Tremie) cuyo extremo debe quedarse inicialmente a una distancia no mayor de 30 cm.
Con este sistema, el concreto puede colarse también debajo del agua, en las pilas sin ademe llenas de lodo, pero en este caso deben emplearse técnicas refinadas y contratistas especialistas experimentados.
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88 PILOTES DE PUNTA
Características
• Elemento constructivo utilizado para cimentación de obras. • Permiten trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo.
• Cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas.
Los pilotes son miembros estructurales con un área de sección transversal pequeña, comparada con su longitud
Se instalan usando una piloteadora que tiene un martinete o un vibrador.
A menudo se hincan en grupos o en filas, conteniendo cada uno suficientes pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro.
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89 Poco de Historia…
El tipo de pilote más antiguo, normalmente de madera, se inventó para hacer cimentaciones en zonas con suelo húmedo o con el nivel freático alto.
Eran troncos sencillamente descortezados y su capacidad se basaba, bien llegando a un capa del terreno suficientemente resistente, o bien por rozamiento del pilote con el terreno.
Partes de un pilote de madera
En la cabeza o parte superior del pilote, se debe colocar un zuncho metálico que impide que los golpes sucesivos del mazo que hace penetrar el pilote por percusión, deterioren las fibras y astillen la madera.
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¿Cómo saber qué tipo de pilote escoger?
La elección final del tipo de pilote para un obra la dictan las condiciones del subsuelo, las características de hincado de los pilotes, el probable comportamiento de la cimentación, y la economía.
Las comparaciones económicas deben basarse en el costo de toda la cimentación y no únicamente en el costo de los pilotes.
Pilotes por punta
Estos pilotes tienen la punta resistente y rígida para poder penetrar en el suelo mantener la guía y el alineamiento
Se apoyan eficazmente en la capa subterránea resistente, sobre la que se descarga directamente el peso de la edificación completa, incluyendo el de los pilotes.
Su comportamiento estructural es similar al de una columna corta, debido al confinamiento y la presión lateral que proporciona el terreno.
Los pilotes de punta obtienen toda su capacidad de carga de la roca o suelo que esta cerca de la punta, y muy poca del suelo que rodea su fuste
En este tipo de pilotes, el efecto de la fricción se desperdicia, ya que el apoyo fundamental se realiza sobre la punta y no a lo largo de la superficie del pilote.
A los pilotes de punta rodeados de suelo, algunas veces se les considera erróneamente como columnas libremente apoyadas sin que el suelo que las rodea les de apoyo lateral.
Sin embargo, tanto la experiencia como la teoría han demostrado ampliamente que no existe peligro de flexión transversal en un pilote de punta.
Por lo tanto, los esfuerzos en estos pilotes, bajo las cargas de trabajo, pueden tomarse como la de los materiales que están hechos cuando se sujetan a compresión directa.
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91 Generalmente después de un sismo intenso como el del año 1985 se observó que en el suelo
localizado en la periferia de las construcciones se presentaba un asentamiento importante, pero sin consecuencias graves para la misma. Lo anterior puede atribuirse a cierta separación entre el grupo de pilotes y el suelo circundante y a la desaparición total o parcial de la fricción negativa con el consecuente asentamiento del suelo sometido básicamente a la totalidad de su propio peso. Sin embargo, existen evidencias de que cimentaciones sobre pilotes de punta apoyados en la primera o segunda capa resistente de este tipo presentaron problemas mucho más serios.
La vulnerabilidad estructural de los pilotes frente a las acciones sísmicas se ve además frecuentemente incrementada por la emersión que se presenta a consecuencia del hundimiento regional; este fenómeno deja la parte superior de los pilotes e inclusive a la zona de contratrabes sin confinamiento.
Sin embargo los pilotes de punta fueron los de mejor comportamiento sísmico-estructural. ESTADOS LIMITES DE FALLA
Se verificará el cumplimiento de la desigualdad:
∑Q Fc < R, siendo R la suma de las capacidades de carga individuales o de grupos o la global del conjunto de pilotes, cual sea menor.
∑Q Fc = Suma de los incrementos netos de carga debidos a las acciones verticales a tomar en cuenta en la combinación considerada, afectadas de sus correspondientes factores de carga. Las acciones incluirán le peso propio de los pilotes o pilas y el efecto de fricción negativa que pudiera desarrollarse sobre el fuste de los mismos o sobre su envolvente.
La capacidad de carga de pilotes de punta o pilas se calculará como sigue: Para suelo cohesivo:
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92 En la Ciudad de México únicamente además de la capacidad de carga vertical, se revisará la
capacidad del suelo para resistir los esfuerzos horizontales inducidos por los pilotes sometidos a fuerzas horizontales, así como la capacidad estructural de los pilotes para transmitir dichas solicitaciones horizontales.
NOTAS GENERALES PARA UN EDIFICIO A BASE DE PILOTES DE PUNTA
FABRICACIÓN:
El concreto será de f´c=250 kg/cm2, Clase, Revenimiento +-10 cm. El acero de refuerzo tendrá un fy=4200 kg/cm2 (alta resistencia).
Se utilizara cimbra de buena calidad que mantenga la forma propuesta y que no permita la pérdida de lechada.
Todos los tramos del mismo pilote deberán colocarse horizontalmente, y colocarlos monolíticamente en forma continua cada tramo, así como marcarlos progresivamente.
Se usará concreto con revenimiento máximo de 8 a 10 cm y agregado de 2.5 cm.
El concreto deberá vibrarse perfectamente durante su colado, no se usara el vibrador para transportar mezcla a lo largo de la cimbra.
Se tendrá especial cuidado de que el curado sea efectivo durante 7 días.
Tolerancias en la fabricación
Las dimensiones en la sección transversal, no diferirá más de 1.0 cm con respecto a la de diseño. La posición del refuerzo no diferirá de la del diseño en más de 1.0 cm.
En el eje del pilote en posición vertical, previo a su hincado no excederá de 1/500 de la longitud de cada tramo.
La posición de la cabeza del pilote no distará más de 5 cm con respecto a la del proyecto.
Hincado de Pilotes
Previamente al hincado se efectúa la perforación con extracción de material en toda la longitud, de diámetro igual a la diagonal de la sección transversal del pilote
No deberá transcurrir más de dos días entre la perforación y el hincado de pilotes.
Antes de colocar el pilote se deberá colocar hasta la mitad de la perforación, mortero o lodo bentonítico (para que el pilote quede confinado dentro de la perforación).
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93 El hincado de los pilotes se hacen con modernos equipos de caída libre, donde una masa de peso
variable entre 4 y 6 toneladas es elevada por un sistema simple de cable.
Manejo
Se tendrá cuidado de no maltratar con golpes o algún agente externo la periferia del pilote. Los tramos de pilote se podan transportar cuando tengan el 80% de la resistencia de proyecto en el concreto.
Todos los tramos de pilote que resulten con daños durante su manejo, serán reemplazados por otros en perfecto estado.
Unión de Pilotes
Las juntas es el elemento que permite la unión de diferentes tramos de pilotes para alcanzar la profundidad necesaria.
Las juntas con materiales de alta calidad. Están calculadas para resistir mayores esfuerzos incluso que la propia sección tipo del pilote.
Todos los elementos que la componen quedan totalmente recubiertos por hormigón.
Control en obra.
Medida de rechazo: es la penetración del pilote en una serie de 10 golpes dados con la masa del equipo de hinca. A través de la medida del mismo se controla que se ha alcanzado la capacidad de carga que debe soportar el pilote.
Pruebas estáticas de carga: En este tipo de ensayos y con la ayuda de otros pilotes o anclajes como reacción, se somete al pilote a cargas superiores a la máxima de servicio, observándose su comportamiento.
Analizador hinca de pilotes: Este ensayo permite de una forma rápida y no destructiva analizar tanto las condiciones del terreno como el desarrollo del hincado, controlando la integridad del pilote y su capacidad de carga. Se consigue en muchos casos mejorar el diseño de la cimentación. Analizador de integridad de pilotes: Se emplea para controlar específicamente la integridad de los pilotes. Está basado en la teoría de propagación de onda de choque a través de los mismos
Analizador hinca de pilotes: Este ensayo permite de una forma rápida y no destructiva analizar tanto las condiciones del terreno como el desarrollo del hincado, controlando la integridad del pilote y su capacidad de carga. Se consigue en muchos casos mejorar el diseño de la cimentación. Analizador de integridad de pilotes: Se emplea para controlar específicamente la integridad de los pilotes. Está basado en la teoría de propagación de onda de choque a través de los mismos
Criterios de aceptación en pilotes
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94 Longitud: +- 10 mm por cada 3 m de longitud
Sección transversal llena: 6 a 13 mm. Localización del acero de refuerzo:
Recubrimiento del armado principal: -3 a +6 mm Paso de la espiral +- 13 mm.
Es común especificar una tolerancia de 2 % de la longitud final, en lo referente a la verticalidad de los pilotes (4% en la realidad).
PILOTE DE HORMIGON
PILOTES DE HORMIGON ARMADO LOS CUALES TIENEN LA PUNTA PIRAMIDAL Y EN LA CABEZA UNA SUFRIDERA PARA LOS GOLPES DEL HINCADO
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TIPOS DE SECCIONES
MICROPILOTES
Los micro pilotes son elementos constructivos empleados para la cimentación. Son resistentes a la tracción y compresión.
Están compuestos por un tubo de acero que se coloca en el interior de un orificio perforado en el terreno y que recibe una lechada de cemento inyectado.
Tienen el mismo uso que los pilotes comunes, pero su función difiere de acuerdo a los materiales, la sección y los esfuerzos que puede soportar. Se emplean principalmente para recalzados.
1. Paraguas de micro pilotes
2. Refuerzo de zapatas para ampliación de edificio 3. Pantalla para excavación de sótanos
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Tipos y Dimensiones
Los micropilotes se pueden clasificar:
a) Por la forma de transmitir los esfuerzos: Como elemento puntual
En conjunto como mejora del terreno b) Por el tipo de solicitación dominante: c) Esfuerzos axiales: compresión o tracción d) Flexión
e) Por el sistema de inyección:
Tipo 1: Inyección Única Global (IU): una sola fase a baja presión
Tipo 2: Inyección Única Repetitiva (IR): en una o dos fases mediante latiguillos y presiones medias, no superiores a la mitad de la presión límite del terreno Tipo 3: Inyección Repetitiva y Selectiva (IRS): a través de tubos manguito, con reinyecciones superiores a dos y con altas presiones de hasta la presión límite del terreno
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97 Los micropilotes pueden considerarse en líneas generales como pilotes de pequeño diámetro,
generalmente de entre 114 y 220 mm de diámetro, dotados de una armadura tubular rodeada de lechada de cemento o de mortero.
Hoy en día se alcanzan diámetros superiores a 300 mm y también se emplean armaduras en forma de barra.
El proceso de ejecución de un micropilote se compone de dos fases: la perforación del terreno y la inyección de la lechada o el mortero.
La técnica empleada en la perforación de un micropilote depende básicamente del tipo de terreno en el que va a realizarse. Aunque existen varias maneras de perforar, las más empleadas son: -Rotación
- Rotopercusión con martillo en cabeza
En el caso de armadura tubular el bombeo se efectúa por dentro de la tubería hasta el fondo del taladro y asciende por el espacio anular formado entre ella y el terreno a la vez que desplaza en su camino al detritus de la perforación.
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