Actualización de procesos constructivos en pilotes de concreto

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

TEMA:

“ACTUALIZACION DE PROCESOS CONSTRUCTIVOS EN PILOTES DE CONCRETO EN LAS ZONAS: AREA

METROPOLITANA DE SAN SALVADOR, SAN MIGUEL Y LA UNION EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCION”

PARA OPTAR AL TITULO DE:

INGENIERO CIVIL

PRESENTADO POR:

JOSE LUIS BARRERA

PASTOR ENRIQUE DINARTE FUENTES

WILFREDO ERNESTO SORTO

SAN MIGUEL, ENERO 2008

AGRADECIMIENTO

A DIOS TODO PODEROSO, por haberme guiado durante el proceso de formación con la luz del entendimiento y la razón, ya que sin ti no hubiese logrado este triunfo, y gracias a ti virgencita por habernos dado tu hijo tan maravilloso que nunca se olvida de nosotros.

A MIS PADRES: ANA GLADIS BARRERA SARAVIA Y SANTANA DE JESUS MEJIA BERMUDEZ, por haberme apoyado y animado en los momentos más difíciles durante mis estudios y no solamente económicos, sino moral y espiritualmente, ya que nunca se han apartado de mi lado.

A MI HERMANO, por haberme brindado todo su apoyo condicional y estar siempre pendiente de mí durante mi vida.

A MIS ABUELOS, por haberme aconsejado y brindarme todo su amor mientras estuvieron al lado nuestro.

A MIS TIOS, quienes estuvieron pendiente de mi desde el comienzo hasta el final de mis estudios, gracias de corazón para todos ellos.

AL PADRE ELISEO RAMIREZ, quién estuvo muy pendiente para que pudiera lograr mi meta y por sus consejos tan valiosos los cuales los tengo en mí corazón gracias infinitas por haberse preocupado mucho por mí.

A MIS AMIGOS, por haberme apoyado siempre que necesite de su ayuda moral para poder lograr este triunfo tan maravilloso en mí vida.

JOSÉ LUIS BARRERA.

AGRADECIMIENTO

A DIOS TODO PODEROSO: Por darme la vida, por permitirme culminar una etapa importante en mi vida, en los momentos difíciles de la carrera tú me diste apoyo, ánimo y perseverancia para superar todos los obstáculos que se presentaron.

A MI ESPOSA: Marina Esther Gómez de Dinarte, por apoyarme en todo momento, también le agradezco la confianza y paciencia que tuvo para apoyarme y hacerme ver que hay que luchar para alcanzar las metas que nos tracemos en nuestra vida.

A MIS HIJOS: Enrique Samuel Dinarte Gómez, Fernando Ariel Dinarte Gómez, Andrea Lucia Dinarte Gómez. Por su apoyo y comprensión.

A MIS PADRES: Pastor Dinarte y Maria Ester Fuentes de Dinarte, por darme todo su apoyo, amor, entrega, sacrificio y haberme inculcado buenos principios y el deseo de superación para ser un hombre de bien los cuales han sido fundamentales para este triunfo.

A MI HERMANO Y HERMANAS: Alexander Dinarte Fuentes, Isaura Dinarte Fuentes, Sonia Lorena Dinarte Fuentes, Anabel Dinarte Fuentes, Helen Esther Dinarte Fuentes, por su apoyo y comprensión.

A MI FAMILIA: Gracias por todas sus muestras de afecto, apoyo y haber contribuido de una u otra manera durante el desarrollo de mi carrera.

A MIS AMIGOS: por el apoyo desinteresado y solidaridad que me mostraron en los momentos en que lo necesite.

Al JURADO EVALUADOR: Ing. Federico Lowy, Ing. Gladis Patricia Batres de Rivera, Ing. David Flores Garay. Gracias por compartir sus conocimientos y experiencias, los cuales han sido fundamentales para culminar con éxito nuestro trabajo de graduación.

PASTOR ENRIQUE DINARTE FUENTES.

AGRADECIMIENTO

A DIOS TODOPODEROSO: Por darnos la sabiduría y la paciencia para realizar nuestro trabajo de graduación, sin la ayuda del Él, no hubiésemos llegado a cumplir nuestro objetivo.

A MI MADRE: Ana Miriam Sorto, por su ayuda y apoyo que me ha brindado, por inculcarme buenos valores y motivarme a estudiar y saber que puedo lograr todo lo que me proponga en la vida.

A MI TÍA: Olga Marina Sorto, por su apoyo incondicional tanto emocionalmente como económicamente, sin su ayuda hubiese resultado difícil finalizar mi carrera profesional.

A MI ABUELA: Clara Sorto, por sus consejos sabios que han sido muy útiles en mi vida, por su ayuda económica y por todo el amor que me ha demostrado. Es una de las personas que más admiro y que ha sido fuente de inspiración y motivación en mi vida para seguir adelante.

A MIS FAMILIARES: Mis tíos/as, primos/as y mis hermanos Ader Josué, Grecia Iveth, Liliam Guadalupe, a todos ellos por su ayuda y contribución a lograr mis metas.

A MIS COMPAÑEROS DE TESIS: José Luis Barrera y Pastor Enrique Dinarte por su voluntad, sacrificio, dedicación y responsabilidad en nuestro trabajo de graduación.

A MIS COMPAÑEROS DE ESTUDIO Y AMIGOS: Por sus aportes y la amistad brindada durante la carrera universitaria.

AL JURADO EVALUADOR: Ing. Federico Lowy, Ing. Patricia de Rivera, David Flores, por sus valiosos aportes, sus conocimientos brindados, además agradecer la entereza que demostraron cada uno ellos por el tema de investigación, especialmente al Ing. Federico Lowy por el sacrificio y el tiempo que nos brindó.

Al ing. Guillermo Moya, asesor de tesis; ing. Humberto Barrera, ing. de campo de Rodio Swissboring; ing. Melado, Residente del proyecto de pilotes metálicos en Puerto Cutuco; Ing. Julio, Geotecnista de la Universidad Gerardo Barrios; Ing. Arístides Perla; Arq. Milton Andrade; Arq. Felipe Ramos Ramírez, Residente del proyecto Construcción del Hotel Trópico Inn; a todos ellos gracias por su valiosa colaboración a nuestro tema de investigación.

WILFREDO ERNESTO SORTO.

INDICE GENERAL

Pág.

CAPITULO I: INTRODUCCION

1.1 Planteamiento del problema ..…………………………………………. 1

1.1.1 Situación problemática…..……………………………………….. 1

1.1.2 Enunciado del problema.……………………………………….… 2

1.2 Justificación..……………………………………..…………………………….. 3

1.3 Objetivos.………………………………………….………..……………………. 4

1.4 Alcances y limitaciones…………………………………………………….. 5

CAPITULO II: CIMENTACIONES PROFUNDAS

2.1 Marco Normativo

2.1.1 Antecedentes…….…………………………………….………………….. 7

2.1.2 Manuales y Reglamentos Internacionales, utilizados

en El Salvador para el desarrollo de cimentaciones

profundas……………………………………………………………… 8

2.2 Marco Histórico

2.2.1 Antecedentes…………………….….………………………………….. 9

2.2.2 Investigaciones descriptivas sobre pilotes en el país….. 10

2.2.3 Uso de pilotes …………………………………………................... 11

2.3 Marco Teórico

2.3.1 Generalidades…………………………………….……….……....... 14

2.3.2 Factores que intervienen en las cimentaciones………... 14

2.3.3 Cimentaciones Profundas…………………….…………………... 15

2.3.4 Tipos de cimentaciones profundas…………………………….. 16

2.3.5 Clasificación de cimentaciones profundas……… …………. 17

2.3.5.1 Clasificación según las dimensiones de la

cimentación profunda………………………….................... 17

2.3.5.2 Clasificación según el material de construcción……… 19

2.3.5.3 Clasificación según el procedimiento constructivo 20

2.3.5.4 Clasificación según la transmisión de carga al

subsuelo…………………………………………………………….……… 22

2.3.6 Función de los pilotes……………………………………………………... 25

2.3.7 Etapas de la selección y elección del tipo de

cimentación…………………………………………………………………..… 27

2.3.8 Pruebas preliminares en cimentaciones profundas…………… 30

2.3.9 Desventajas que presentan los pilotes de concreto…………… 31

2.3.10 Ventajas en el uso de pilotes de concreto……………………….. 31

CAPITULO III: DISEÑO DE PILOTES DE CONCRETO APLICADOS EN

EL AMSS, SAN MIGUEL Y LA UNION

3.1 Introducción……………………………………………………………………………….. 32

3.2 Estudios Geotécnicos…………………………………………………..………….…. 32

3.2.1 Objetivos y etapas de la exploración geotécnica………………… 32

3.2.1.1Objetivos……………………………..…………………………………….… 32

3.2.1.2 Etapas de la exploración geotécnica……………………………. 34

3.2.2 Investigación Preliminar………………….………..…... ………………… 34

3.2.2.1 Objetivos………………….……………………………………………..…… 36

3.2.2.2 Recopilación de la información disponible…………………… 36

3.2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas……………………………. 37

3.2.2.4 Recorrido de campo……………………………………………………. 37

3.2.3 Investigación Geotécnica de Detalle…………………………………… 38

3.2.3.1 Programa…………………………………..……………………………….. 38

3.2.3.2 Levantamiento geológico…………………………………………….. 38

3.2.3.3 Exploración geofísica…………………………………………………… 39

3.2.3.4 Exploración, muestreo y pruebas de campo……………….. 42

3.2.3.5 Exploración Geotécnica In Situ…………………………………….. 54

3.2.4 Ensayes de Laboratorio………………………………………………………. 60

3.2.4.1 Introducción………………………………………………………………. 60

3.3 Diseño geotécnico de pilotes…………………………………………………. 62

3.3.1 Introducción………………………………………………………………………. 62

3.3.2 Estimación de la longitud del pilote………………… ………………… 62

3.3.2.1 Pilotes de punta………………………………………………………….. 63

3.3.2.2 Pilotes de fricción………………………………………………………… 65

3.3.2.3 Pilotes de compactación……………………………………………… 66

3.3.3 Mecanismo de transferencia de carga……………………………….. 66

3.3.4 Ecuaciones para estimar la capacidad de un pilote…………….. 69

3.3.4.1 Capacidad de carga por punta, Qp….…………………………. 69

3.3.4.2 Resistencia por fricción, Qs………………………………………… 70

3.3.5 Métodos para estimar la carga por punta (Qp)…………………… 71

3.3.6 Correlaciones para calcular Qp con resultados SPT y CPT…….. 75

3.3.7 Resistencia por fricción Qs en arena…………………………………….. 78

3.3.8 Capacidad de carga por punta de pilotes sobre roca…………….. 78

3.3.9 Pruebas de carga en pilotes…………………..……………………………… 79

3.3.10 Asentamiento De Un Solo Pilote…………………….…………………… 81

3.3.11 Pilotes cargados lateralmente………………………………………….. 82

3.3.12 Fórmulas para el hincado de pilotes………………. …………………. 83

3.3.13 Grupos de pilotes……………………………………………………………… 85

3.3.13.1 Capacidad De Carga Del Grupo De Pilotes………………… 85

3.3.13.2 Eficiencia del grupo de pilotes………………………………..… 85

3.3.14 Fricción negativa…………………………………………………………... 86

3.4 Diseño estructural en pilotes de concreto……………………………. 88

3.4.1 Introducción…………………………………………………………………..… 88

3.4.2 Diseño estructural…………………………………………………………... 90

3.4.2.1 Solicitaciones……………………………………………………………. 90

3.4.2.2 Diseño por flexión…………………………………………………….. 91

3.4.2.3 Selección del diagrama a utilizar………………………………… 91

3.4.2.4 Resistencia estructural del pilote como columna………. 92

3.4.2.5 Secuela del proyecto………………………………………………….. 95

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE

CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS IN SITU.

4 .1 Introducción……………………………………………….…………………………… 117

4.2 Equipo utilizado en los procesos constructivos

aplicados a las cimentaciones profundas……………………………. 117

4.2.1 Equipos…………………………………………………………………………..… 118

4.3 Proceso constructivo de pilotes colados in situ……………………….. 127

4.3.1 Introducción……………………………………………………………………… 127

4.3.2 Metodología……………………………………………………………….……… 127

4.3.2.1 Tareas Previas………………………………………........................ 127

4.3.2.2 Trazo………………………………………….……………………………… 128

4.3.2.3 Perforación……………………………………………………………... 129

4.3.2.4 Moldes para pilotes colados in situ……………………………. 137

4.3.2.5 Pilotes sin molde (perforados)…………………………………… 138

4.3.2.6 Armaduría………………………………………………………………… 139

4.3.2.7 Concreto……………………………………………………………………. 142

4.4 Proceso constructivo de pilotes prefabricados………………………. 149

4.4.1 Preparación de camas de colado……………………………………..… 150

4.4.2 Moldes……………………………………………………………………….…..….. 150

4.4.3 Acero de refuerzo………………………………………………………….…… 151

4.4.4 Cemento…………………………………………………………………………..….. 151

4.4.5 Colocación del Concreto …………….………………………………….…… 153

4.4.6 Juntas…………………………………………….………………………….………… 153

4.4.7 Manejo y Almacenamiento Temporal……………………………..…… 153

4.4.8 Tolerancias …………………………………………………………………..……… 156

4.4.9 Puntas para pilotes …………………………………………………………..…. 156

4.4.10 Proceso para hincado de pilotes ……………………………..…….…… 157

4.4.10.1 Guías………………………………………………………………………... 158

4.4.10.2 Ayudas para el hincado ………………………………….……..… 161

4.4.10.3 Selección del martillo ………………….………………………….. 164

4.4.10.4 Secuencia de hincado………………………………..…..………… 165

4.4.10. Instalación del Pilote ……………………….……………………………….. 165

4.4.11 Comportamiento del pilote durante la hinca……………….….…. 168

4.5 Otros sistemas de hincado de pilotes………………………………………… 169

4.5.1 Pilotes Inclinados.…………………………………….………………………….. 169

4.5.2 Hincado en Agua …………………………………………………………..…….. 169

4.5.3 Hincado de pilotes metálicos …………………………………………..….. 170

CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD

PARA PILOTES DE CONCRETO

5.1 Control de calidad………………………………………………………….….……… 181

5.1.1 Acero de refuerzo…………………………..………………………………….. 182

5.1.2 Soldadura……………………………..…………………………………..……….. 185

5.1.3 Aguas………………………..……………............................………………. 186

5.1.4 Agregado fino……………………………………….........................….... 188

5.1.5 Agregado grueso………………………………………………………………… 190

5.1.6 Cemento…………………….………………………………………….…………… 193

5.1.7 Aditivo…………………………………………………………………..…………… 195

5.1.8 Concreto……………………………….………………………………….………… 199

5.1.9 Lodos de perforación………………………………………………….………. 202

5.1.10 Verificación del producto terminado………………………………... 207

5.2 Prueba de verificación de carga de los pilotes…………………….…….. 208

5.3 Pruebas del concreto de los pilotes terminados……………….……… 210

5.3.1 Métodos directos…………………...…………………………………….…… 210

5.3.2 Métodos indirecto………………………………………………………….….. 212

5.4 Supervisión durante la construcción de pilas o pilotes………………. 220

5.4.1 Guías de supervisión durante la construcción de pilotes

colados en situ…………………………………………………………….……… 221

5.4.2 Guía de supervisión de pilotes hincados…………………………….. 231

5.4.2.1 Supervisión del hincado de pilotes……………………..……… 231

5.5 Medidas de seguridad……………………………………………………….……… 232

5.5.1 Introducción………………………………….…………………………………… 232

5.5.2 Medidas de seguridad de equipo………………………………..……… 232

5.5.3 Colocación del material a utilizar en la obra……………………..… 235

5.5.4 Perforación………………………………………………………………………… 236

5.5.5 Medidas de seguridad para el hincado del pilote……………….. 238

5.6 Medio ambiente……………………………………………………………………..… 240

5.6.1 Contaminación……………..…………………………………………………..… 241

5.6.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones

profundas……………………………………………………………………..…… 242

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Descripción de técnicas para estabilización de paredes de

perforación………………………………………………………………………….…… 243

6.2 Descripción de tipos de pilotes en el AMSS, San Miguel y

La Unión…………………………………………………………………………….……… 244

6.3 Conclusiones……………………………………………………………………….……. 246

6.4 Recomendaciones………………………………………………………………..…… 248

ANEXOS

Anexo A……………………………………................................………..……….…….. 251

Anexo B………………………………………………………………................................ 252

Anexo C………………………………………………………………................................ 253

Anexo D…………………………………………….……………...............................…… 254

Bibliografía…………………………………………………..............................………… 255

Planos.

INDICE DE FOTOGRAFIAS


Fotografía. 2.1 Hincado de pilotes en Ámsterdam ……………………….…… 10

Fotografía. 2.2 Hotel Gran San Salvador dañado por el terremoto

de 1986 San Salvador ………………………………………..…..….. 12

Fotografía. 2.3 Almacenes Molina Civalleros dañado por el

terremoto de 1986 en San Salvador…………………….…… 12

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE

CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO

Fotografía. 4.1 Grúas sobre orugas………………………………………..………… 118

Fotografía. 4.2 Perforaciones………………………………………..………………… 120

Fotografía. 4.3 Oscilador de ademes con almeja……………………………... 123

Fotografía. 4.4 Almeja de gajo………………………………………….……………… 124

Fotografía. 4.5 Planta de lodos …………………………………………………..…… 125

Fotografía. 4.6 Martillo diesel………………………………………………….……… 126

Fotografía. 4.7 Nivelación……………………………………………………………….. 128

Fotografía. 4.8 Perforadora de hélice continúa……………………………….. 130

Fotografía. 4.9 Tipos de broca…………………………………….…………………… 131

Fotografía. 4.10 Trepano manual………………………………………………..….. 132

Fotografía. 4.11 Planta de lodo ………………………………………………..…….. 134

Fotografía. 4.12 Tubo metálico…………………………………………..…………… 135

Fotografía. 4.13 Oscilador de ademe ……………………………….…………….. 136

Fotografía. 4.14 Ademado metálico ………………………………………………… 137

Fotografía. 4.15 Almacenamiento de armaduría……………………….…….. 139

Fotografía. 4.16 Colocación de armaduría mediante grúa……………..… 141

Fotografía. 4.17 Transportación y colocación de armaduría en

Forma manual…………..…………………………..……………. 141

Fotografía. 4.18 Armaduría colocada ……………………………………………… 142

Fotografía. 4.19 Colado de concreto mediante tubo tremie……………… 145

Fotografía. 4.20 Procedimiento para pilotes con el sistema de

hélice continúa………….…………………………….………… 146

Fotografía. 4.21 Equipo necesarios para la construcción de pilotes

Por el sistema Hélice continúa………………………….….… 149

Fotografía. 4.22 Transportación de pilote mediante izaje………………… 154

Fotografía 4.23 Muestra de los diferentes equipos para la hinca………. 158

Fotografía 4.24 Perforación previa al hincado………………………………….. 162

Fotografía 4.25 Actividades para la realización del hincado………………. 167

Fotografía 4.26 Secuencia de perforación y extracción de

suelos………………………………………………………………..………. 173

Fotografía 4.27 Pilote metálico colocado con guía………………….………… 174

Fotografía 4.28 Secuencia de colocación de pilotes metálicos………….. 174

Fotografía 4.29 Colocación, remoción de ademe………………………….…… 175


PARA PILOTES

Fotografía 5.1 Prueba de carga aplicada a un pilote colado

en sitio…………………………………………………………..…….….. 209

Fotografía 5.2 Prueba de integridad de pilotes.………………….…………..… 212

Fotografía 5.3 Obtención de datos mediante un procesador en la

prueba de integridad de pilotes.………………………….……. 213

Fotografía 5.4 Instalación de sensores a lo largo del fuste………………. 218

Fotografía 5.5 Prueba de revenimiento………………………………….……..…. 228

INDICE DE ESQUEMAS


Esquema. 2.1 Clasificación de las cimentaciones Profundas……………….. 17

Esquema. 2.2 Clasificación de los pilotes de acuerdo al

Material…………………………………………………………….…. 19

Esquema. 2.3 Clasificación de cimentaciones según el proceso

constructivo……………………………….………………………………. 21

Esquema. 2.4 Transmisión de cargas al subsuelo……………………..………… 23

CAPITULO III: ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE

CONCRETO

Esquema. 3.1 Objetivos de la exploración…………………………..…………… 33

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES CONCRETO,

PREFABRICADOS Y COLADOS EN EL SITIO

Esquema. 4.1 Diagrama de actividades del proyecto…………………….…… 171

INDICE DE TABLAS


Tabla 2.1 Clasificación según las dimensiones de las

cimentaciones profundas………………………………….……………… 18


CONCRETO

Tabla 3.1 Métodos de exploración geofísica…………………………..………… 40

Tabla. 3.2 Valores representativos de la resistividad………………….……… 42

Tabla. 3.3 Espaciamiento de los sondeos……………………………………..…… 43

Tabla. 3.4 Profundidad de los sondeos……………………………………………… 43

Tabla. 3.5 Correlación numero de golpes vrs capacidad

relativa………………………………………………………….…………………. 48

Tabla. 3.6 Recuperación de muestras ………………………………….…………… 60

Tabla. 3.7 Estudios de laboratorio……………………………………………………… 61

Tabla. 3.8 Factores de capacidad de carga de Janbu……………………….… 73

Tabla. 3.9 Correlaciones con la resistencia a la penetración

estándar………………………………………………………………..…………. 75

Tabla. 3.10 Técnica usada para una prueba de carga en

Pilotes………………………………………………………….……………… 81



Tabla 4.1 a y b listado de grúas móviles…..……………………………………….. 119

Tabla 4.2 Perforadora de barretón………………………………………..………….. 121

Tabla 4.3 Perforadora de hélice continúa……………………………..…………… 122

Tabla 4.4 Tipos y características de perforadores de fondo………………. 122

Tabla 4.5 Osciladores de ademe ……………………………………………….……… 123

Tabla 4.6 Tipos martillo para el hincado…………………………..………………. 126

Tabla 4.7 Tipos de mezcla para el colado del concreto…………………….. 143

Tabla 4.8 Tolerancias en dimensiones de pilotes en concreto

precolados............................................................................... 156

Tabla 4.9 Comparaciones de las guías…………………………….………………… 161

Tabla 4.10 Cantidad de agua necesaria para chiflones…………………..…… 163

Tabla 4.11 Métodos para determinar la capacidad de carga del

martillo................................................................................ 164

Tabla 4.12 Listado de equipos……………………………………….………………… 177


PARA PILOTES

Tabla 5.1 Plastificación del acero…………………………………..………………….. 182

Tabla 5.2 Número de asignación para barras corrugadas………………..… 183

Tabla 5.3 Requisitos de tensión fluencia elongación de las

Barras…………………………………………………………………..…………… 184

Tabla 5.4 Especificación del diámetro del pin para el ensayo de

doblado…………………………………………………………..………………… 184

Tabla 5.5 Límites máximos tolerables de sales……………………..…………… 187

Tabla 5.6 Granulometría de los agregados ……………………………..………… 188

Tabla 5.7 Sustancias nocivas en los agregados……………………….………… 190

Tabla 5.8 Granulometría de agregado grueso…………………………………… 191

Tabla 5.9 Limite de contaminación de los agregados gruesos……………. 192

Tabla 5.10 Tipos de cementos…………………………………………………………… 194

Tabla 5.11 Características especiales del cemento Pórtland……………… 194

Tabla 5.12 Tipos de aditivos……………………………………………….……………… 198

Tabla 5.13 Control del concreto………………………………………………………… 199

Tabla 5.14 Propiedades de los lodos de perforación…………………..…….. 204

Tabla 5.15 Tipo de suelo y tendencia al colapsó…………………….………….. 205

Tabla 5.16 Viscosidad de algunos suelos……………………………………..……. 205

Tabla 5.17 Control de las propiedades del suelo……………………….……… 206

Tabla 5.18 Métodos directos………………………………………………..…………… 211

Tabla 5.19 Tolerancia en la fabricación del pilote……………………………… 227

INDICE DE FIGURAS


Figura 2.1 Tipos de cimentaciones profundas …………………………………… 18

Figura 2.2 Pilote trabajando por punta ……………….…………………………… 23

Figura 2.3 Pilote trabajando por fricción …………………………….…………… 24

Figura 2.4 Pilote sometido a carga vertical y horizontal………………..…. 25


CONCRETO

Figura. 3.1a Medidas de las resistividades del suelo……………………..…. 41

Figura. 3.1b Velocidades de las propagaciones de ondas en un

ensayo de Cross Hole…………………………………………………… 41

Figura. 3.1c Método del sondeo sísmico Cross Hole…………………..……. 41

Figura. 3.2a Equipo de penetración estándar ……………………………..…… 45

Figura. 3.2b Registro de sondeos de suelo …………………………….……….. 47

Figura. 3.2c Correlación de números de golpe vrs esfuerzo

vertical efectivo………………..…….…………………………….…….. 49

Figura. 3.2d Correlación de número de golpe vrs ángulo de

fricción interna………………………………………………..………….. 49

Figura. 3.3a Corte transversal del penetrómetro eléctrico………………. 50

Figura. 3.3b Gráfica de penetración estática……………………………….…… 51

Figura. 3.3c Clasificación de los suelos con penetrometro

estático………………………………………………………………………… 52

Figura. 3.3d Clasificación estimativa de los suelos con

penetrómetro…….……………………………………………………… 52

Figura. 3.3e Parámetros de resistencia al corte ………………………………. 54

Figura. 3.4a Pilote de punta………………….……………………………..………….. 63

Figura. 3.4b Pilote de punta prolongado en estrato

Resistente……………………………..………………………………….. 64

Figura. 3.4c Pilote de fricción …………………………………………..……………… 65

Figura. 3.5 a y b Transferencia de carga en pilotes …………………………… 67

Figura. 3.5c Variación de la fz con la profundidad…………………………… 68

Figura. 3.5d Resistencia del pilote ……………………………………..…………… 68

Figura. 3.5e Mecanismo de transferencia de cargas en

pilotes…………………………………………………………..…………… 69

Figura. 3.6 Variación de los valores máximos de N q* con el

ángulo Ф′ de fricción del suelo ……………………………..…….. 72

Figura. 3.7 Superficie de falla en la punta del pilote …………………..…… 73

Figura. 3.8 Variación de Nq* con L/D………………………………………………... 74

Figura. 3.9 Método LCPC…………………………………………………………….…… 76

Figura. 3.10 Método Holandés…………………………………………….…………… 77

Figura. 3.11a Diagrama esquemático del arreglo de una prueba

de carga de un Pilote……………………………………………..…… 79

Figura. 3.11b Carga vrs asentamiento total ……………………………………… 80

Figura. 3.11c Carga vrs asentamiento neto……………………………..………… 80

Figura. 3.12a Naturaleza de la variación de la flexión, momento

y fuerza cortante en pilotes rígidos ……………………………… 82

Figura. 3.12b Naturaleza de la variación de la deflexión,

momento y fuerza cortante en pilotes

elásticos…………………………………………………………………….. 83

Figura. 3.13 Para sección circular y cuadrada ………………………………… 92

Figura. 3.14 Edificio de cuatro niveles ..……………………………..…………… 94

Figura. 3.15 Muestra de los diferentes N de un estudio de

SPT…………………………………………………………….……………… 103

Figura. 3.16 Análisis de la condición más desfavorable del

edificio………………………………………………………….…………….. 106

Figura. 3.17 Muestra el análisis de la zapata del eje A‐3…………………. 106

Figura. 3.18 Punzonamiento de columna………………………………………… 110

Figura. 3.19 Punzonamiento del pilote ……………………………….………… 111

Figura. 3.20 Cortante en zapata…………………………………………….…….. 112

Figura. 3.21 Diseño de zapata por flexión …………………………..…………. 113

Figura. 3.22 Detalle estructural del pilote ……………………………..……… 114

Figura. 3.23 Detalle estructural de columna, zapata y pilotes…………. 115



Figura 4.1 Proceso de ejecución de barrena continua…………………….… 151

Figura 4.2a Puntos de izaje con un cable………………………………………….. 161

Figura 4.2b Punto de izaje con dos cables……………………………………….… 162

Figura 4.3 Puntos de izaje con pilotes con balancines……………………..… 162

Figura 4.4 Tipos de puntas ……………….……………………………………...……… 164

Figura 4.5a Punta para el hincado a través de suelos blandos………….. 165

Figura 4.5b Punta para penetración profunda en arenas

medias……………………………………………………………….……….. 165

Figura 4.6 Tipos de guías para el hincado de pilotes……………………..…… 167

Figura 4.7 Guías suspendidas, fijas y móviles………………………………..…… 168

Figura 4.8 Funcionamiento de perforación por chiflones…………………… 172

CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES

Figura 5.1 Datos obtenidos mediante una prueba de

integridad……………………………………………………………………. 225

INTRODUCCION CAPITULO I

1

CAPITULO I: INTRODUCCION

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.1 Situación problemática

En nuestro país en los últimos años, se ha implementado el uso de cimentaciones profundas en construcciones de: viviendas, puentes, edificios y muelles. Especialmente la cimentación profunda más utilizada son los pilotes de concreto, incluso se utiliza en pequeñas unidades habitacionales donde los suelos son de baja capacidad de carga. A medida que transcurre el tiempo, se incrementa la necesidad de satisfacer la demanda de nuevas construcciones que cumplan con los requisitos de seguridad, economía, y durabilidad.

Los espacios para construir nuevas edificaciones, se están reduciendo, lo que obliga a construir en forma vertical sobre suelos altamente compresibles y demasiados débiles para soportar la carga transmitida por la superestructura.

Las estructuras de gran altura que existen en nuestro territorio están sometidas a fuerzas horizontales; viento y sismos, sin embargo este último, resultan en general más críticos. La recurrencia sísmica es muy conocida en el país. Se producen cinco eventos destructivos en la capital cada cien años y unos siete a nivel nacional en el mismo período.

Los pilotes de concreto colados en sitio y los pilotes prefabricados, son los más utilizados, el primero resulta más económico. A pesar de su bajo costo, en ocasiones especiales es mejor utilizar pilotes prefabricados. La elección del método constructivo resulta una problemática debido a que los costos, técnicas de construcción, calidad de materiales, mano de obra y equipos que se requieren, varían de acuerdo al lugar, magnitud del proyecto y características físicas, granulométricas, mecánicas, hidráulicas del suelo.


2

1.1.2 Enunciado del problema

Con la problemática identificada anteriormente se puede deducir que el país está experimentando múltiples desarrollos, y no es la excepción el aumento de obras civiles que se están construyendo en donde los estratos de suelo superiores son de baja capacidad de carga, cada vez las estructuras son más pesadas y rígidas, por lo que se hace necesario realizar cimentaciones profundas aplicando pilotes.

Sin embargo el país no cuenta con un reglamento interno definido que pueda regir los procesos constructivos en pilotes, por lo tanto muchos constructores se aventuran a diseñar y a ejecutar cimentaciones profundas basadas en sus criterios y experiencia.

Antes de elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe, cuando menos, tener conocimientos básicos de la estratigrafía del suelo, la profundidad del nivel de aguas freáticas, la ubicación geográfica del lugar en sí, su accesibilidad para la transportación de materiales, mano de obra y equipo necesarios para la construcción, la puesta en práctica de ciertos tipos de técnicas constructivas así como los posibles efectos que dicha construcción puede acarrear sobre su entorno (efectos sociales, económicos, ecológicos, etc.).


3

1.2 JUSTIFICACIÓN

La presente investigación se considerará importante porque permitiría conocer, sobre los procesos constructivos que se utilizan en nuestro medio. En todos los proyectos de cimentaciones, es fundamental disponer de un buen reconocimiento geotécnico. Los ahorros que en estos casos genera el disponer de un buen estudio geotécnico suelen ser importantes, ya que se puede afinar mucho más en el cálculo y diseño del pilote.

Las causas de las posibles fallas en las cimentaciones profundas pueden tener su origen en los procesos constructivos. Por lo tanto sería recomendable usar los métodos constructivos adecuados para evitar fallas posteriores en las edificaciones, que pongan en peligro la vida de seres humanos.

Nuestra investigación comprenderá elaborar un documento que presente las nuevas teorías y la renovación de los procedimientos constructivos en el cálculo y diseño de pilotes en el Área Metropolitana de San Salvador (AMSS), San Miguel y La Unión, los cuales con el transcurso del tiempo han ido evolucionando siendo unas más complejas que otras, así como también se pretende crear una base de datos de las características, métodos, técnicas, mano de obra calificada que más se emplean en nuestro país. Logrando que estudiantes de ingeniería, profesionales, docentes y proyectistas en la rama, obtengan una guía de procesos constructivos aplicados en pilotes de concreto.

Al conocer los nuevos procedimientos constructivos en las cimentaciones profundas se obtienen beneficios de índole social, y económico, (se logran reducir los costos al conocer detalladamente los factores que influyen en el diseño y el tipo de pilote)


4

1.3 OBJETIVOS

Objetivo general:

Elaborar un documento que proporcione la información reciente en pilotes de concreto colados in situ, prefabricados, y los procesos constructivos en edificaciones aplicados en Área Metropolitana de San Salvador, San Miguel, y La Unión.

Objetivos específicos:

Realizar una zonificación en las ciudades: San Miguel y La Unión en aquellas áreas donde existen edificaciones con pilotes colados in situ y prefabricados.

Comparación y análisis de los pilotes usados en las distintas zonas de estudio, con los datos obtenidos en las visitas de campo.

Elaborar una guía práctica que describan los métodos, técnicas, maquinaria, equipo y mano de obra calificada empleadas en cimentaciones profundas.


5

1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES

Alcances:

Con el desarrollo de la investigación se pretende cubrir los siguientes aspectos

Actualización de las técnicas constructivas de pilotes de concreto en el país, utilizadas desde 1990 a 2006.

Descripción y análisis de los criterios y normativas de diseño más utilizados en nuestro medio.

Recopilación de información de campo que describan los procesos constructivos en AMSS, San Miguel y La Unión.

Descripción de las características y uso de los pilotes de concreto colados en el sitio y los pilotes prefabricados.

Realizar una lista de las empresas constructoras en pilotes de concreto, como también enlistar los laboratorios de suelos ubicados en las zonas de estudio.


6

Limitaciones:

Nuestra área de estudio se limitara en las zonas de: Área Metropolitana de San Salvador, San Miguel y La Unión.

La investigación se fundamenta en pilotes de concreto, colados en el sitio y prefabricados.

La recopilación de información sobre cimentaciones profundas aplicadas en las zonas de estudio estará limitada a los datos obtenidos por: libros, manuales, reglamentos, normas, visitas de campo, empresas privadas y entidades gubernamentales.

Las investigaciones geotécnicas realizadas por el grupo se harán a nivel preliminar, sin embargo la información específica se obtendrán por medio de laboratorios de suelos.

CIMENTACIONES PROFUNDAS CAPITULO II

7


2.1 MARCO NORMATIVO

En El Salvador, aun no existe un reglamento propio definido que pueda regir los procesos constructivos y la aplicación de cimentaciones profundas, solo se cuenta con el Reglamento para la Seguridad Estructural de Construcción de la República de El Salvador1, del cual se desglosa la Norma Técnica para Diseño y Estabilidad de Taludes, en dicha norma, se establecen los requerimientos mínimos sobre las cargas aplicadas y las características físicas básicas de los pilotes prefabricados o colados in situ.

2.1.1 Antecedentes

El primer antecedente creado con el propósito de guiar el futuro desarrollo de las poblaciones de un modo coordinado y armónico, a fin de mejorar el diseño de las edificaciones se remonta al 9 de Agosto de 1955 en donde se establece el Decreto Legislativo Nº 1904, publicado en el Diario Oficial Nº 151, Tomo Nº 168, del 18 del mismo mes y año.

A consecuencia del terremoto del 10 de octubre de 1986 en el que se sufrió la pérdida de gran cantidad de vidas humanas, así como también, el país sufrió grandes daños en la infraestructura, se hizo necesario, crear el Reglamento de Emergencia de Diseño Sísmico para la República de El Salvador, este fue de carácter transitorio, mientras el Ministerio de Obras Públicas en colaboración con las entidades gremiales de la ingeniería y la Arquitectura elabora el

1 TITULO II CAPITULO VI del Reglamento para la seguridad estructural para las construcciones en El Salvador, 1996.


8

Reglamento de Diseño Sísmico definitivo. Fue hasta el año de 1989 que se hizo necesario, de conformidad a la información sismológica registrada y procesada, corregir las deficiencias más notorias del Reglamento de Diseño Sísmico vigente en esa época.

En la actualidad se cuenta con una mayor información sobre la incidencia sísmica en el país y con los conocimientos técnicos suficientes para establecer requisitos mínimos de seguridad estructural de las construcciones.

El 23 de Octubre de 1996 bajo Decreto Ejecutivo Nº 105, se publicó en el Diario Oficial Nº 204, Tomo 333, del 30 de octubre de 1996, el Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones actualmente vigente.

2.1.2 Manuales y Reglamentos Internacionales, utilizados en El Salvador para el desarrollo de cimentaciones profundas.

Los criterios que se utilizan para la calidad y especificaciones de los materiales y el diseño de cimentaciones profundas de concreto, son tomados del ACI (Manual of Concrete Practice). El uso de normas y manuales mexicanos es también muy aceptable en nuestro país; así como también normas de Perú y Japón son adaptadas al Reglamento elaborado por el Ministerio de Obras Públicas.


9

2.2 MARCO HISTÓRICO

2.2.1 Antecedentes

La cimentación por pilotaje es la más antigua de las cimentaciones profundas. Los pilotes se hincan o se construyen en una perforación realizada en el terreno.

Los pilotes pueden ser fabricados de materiales como: madera, concreto, acero, o mixtos. Cada opción tendrá sus ventajas y limitaciones, de acuerdo con el problema específicos a resolver.

“El primer tratado sobre pilotes se debe a Parronet (1708‐1794), y la primera fórmula de hinca aparece en 1851. Después de las estacas de madera aparecen los pilotes de fundación (1818) y en 1900 los perfiles laminados.

Los pilotes de hormigón aparecen en Suecia en 1939. Los holandeses fueron los primeros en reconocer entre 1913 y 1936 que los penetrómetros y los pilotes, elementos largos y delgados se comportan en forma semejante. Antiguamente la mayor parte de los edificios se construían sobre zapatas corridas o aisladas. Si el terreno en su superficie era blando y compresible, se hincaban en el terreno pilotes de madera y se ejecutaban la obra sobre ellos.

Los asientos diferenciales no tenían importancia porque las construcciones presentaban gran facilidad de adaptación. A partir del siglo XVIII los edificios se van haciendo cada vez más pesados y rígidos. Por otra parte las cuestiones económicas juegan un papel más decisivo”2.

2 Fuente: Cimentaciones (preliminar), Alberto Prado Fernández, 1990.


10

2.2.2 Investigaciones descriptivas sobre pilotes en el país.

El primer trabajo que se realizó en el país sobre pilotes y que recopiló la información existente en un solo documento denominado Piloteado, fue desarrollado por Arístides Chávez Valle el cual se publicó en 1959 por la Universidad de El Salvador. En él se presento una gran cantidad de información sobre diseño y construcción de pilotes de madera, concreto y acero.

En 1963 nuevamente La Universidad de El Salvador, investigó sobre los procesos constructivos con pilotes, específicamente en puentes y edificios.

La Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas” en 1985, lleva a cabo una nueva investigación bibliográfica sobre pilotes, aplicando la teoría para el diseño y procesos constructivos de los pilotes para cimentar edificios. En el mismo año se inicia una investigación sobre los métodos de análisis dinámico de cimentaciones superficiales y profundas. En 1995 se realiza en la Universidad

Fotografía 2.1 Jan Luikjen. 1709. Hincado pilotes en Ámsterdam.


11

de El Salvador el trabajo de graduación denominado Estudio sobre el efecto de la fricción en pilotes colados en el sitio. Para el año de 1996 La UCA realiza una investigación sobre cimientos profundos colados en el sitio.

En el año 2000, en la UCA se realiza la tesis sobre el Estudio de la norma técnica de diseño de cimentaciones y estabilidad de taludes. Recientemente en la Universidad de El Salvador, se realizó el trabajo denominado Procesos constructivos aplicados a cimentaciones profundas en El Salvador.

2.2.3 Uso de pilotes

“En El Salvador a partir del terremoto de 1965, surgió la necesidad de conocer las características de los suelos, sin embargo es hasta 1970 cuando nacen los primeros laboratorios de suelos.

Fue hasta el año 1986, cuando tomo auge el uso de pilotes, debido al terremoto que sucedió en ese mismo año y que destruyó gran parte de las infraestructuras de la capital salvadoreña, generando de esta manera nuevas edificaciones con cimentaciones más adecuadas”3.

3 Fuente: Entrevista personal.


12

Fotografía 2.2 Fotografía 2.3

En nuestro país, los pilotes de concreto más profundos que se han utilizado, son de 25 metros de longitud (en el proyecto denominado: Reconstrucción de obras de transporte terrestre, se utilizaron en un puente en Apopa, San Salvador en el año 2003). Los pilotes de acero más profundos, se encuentran ubicados en el Puerto Cutuco, La Unión con una longitud de 29 metros (colocados en el 2007).

Entre las estructuras cimentadas con pilotes en el AMMS tenemos: Torre Cuscatlán construido en 1989, Hogar del Niño construido en 1992, La Prensa Gráfica en 1993, Plaza Merliot construida en 1993, Plaza San Benito construida en 1994.

Los pilotes son utilizados en algunas residenciales, cuyos suelos presentan problemas para soportar las cargas de la estructura; de las cuales podemos mencionar: “Residencial Las Magnolias, Residencial Decápolis, Colonia Escalón, Cumbres de Cuscatlán, Cumbres de la Esmeralda, Santa Elena entre otras. Existen algunos puentes en los que se han utilizado pilotes además, se utilizan

Fotografías 2.2 y 2.3 del Hotel Gran San Salvador y Almacenes Molina Civalleros

respectivamente, dañados por el terremoto de 1986 en San Salvador.


13

en estructuras de telecomunicación, como ejemplos tenemos: Torre ATT El Ángel y Torre ATT Zacamil, ambas construidas en el año de 1995”4.

“En San Miguel el uso de cimentaciones profundas es a menor escala; algunas de las estructuras piloteadas son: Puente Gavidia en el año 1996, Texaco Saquiro en 1998, Plaza Chaparrastique construida en 1996, Edificio Súper repuestos en el 2003, Muelle de La Laguna de Olomega construido en el 2003, costado oriente del Teatro Nacional Francisco Gavidia en el 2003, Centro Judicial Isidro Menéndez construido en el 2004, Penal de Ciudad Barrios en el 2005, Pollo Campestre Avenida Roosevelt en el 2005, Pollo Campestre Mercado en el 2006, Freund Centro San Miguel en el 2007, y el Hotel Trópico Inn en el 2007. En La Unión existen gasolineras como la Texaco La Unión y Esso desvió al Amatillo, ambas piloteadas en 1999 y el 2000 respectivamente. Para el caso especial de la ciudad de La Unión, se han utilizado pilotes metálicos en el Puerto de La Unión”5.

En resumen, la mayoría de pilotes existentes en nuestro país tienen menos de 25 años.

4 Fuente: Herrera, Willy Bendix y otros: Cimientos Profundos coladas en el sitio. Tesis. Universidad José Simeón Cañas, 1996.

5 Fuente: Entrevistas personales.


14

2.3 MARCO TEÓRICO

2.3.1 Generalidades

Es evidente, para que una estructura ofrezca una seguridad y comportamiento razonable ha de contar con una cimentación adecuada. Aunque la cimentación es algo que no llama la atención y pasa inadvertida por los usuarios de la estructura, la organización de sus elementos básicos y el estudio de cada una de sus partes suele a veces exigir del ingeniero o proyectista la mayor destreza y el mejor criterio del que normalmente necesita para redactar el proyecto. La construcción de una cimentación es, a veces, el trabajo más difícil de todos los que se presentan al realizar una obra.

La responsabilidad del buen funcionamiento de una cimentación recae sobre el que la estudia y proyecta. El constructor podrá tener problemas para realizar lo que figura en los planos y especificaciones pero no es responsable del mal criterio que se haya seguido para concebir y diseñar el proyecto.

2.3.2 Factores que intervienen en las cimentaciones

Existen varios tipos de cimentaciones, los cuales dependen entre otras cosas de su forma de interactuar con el suelo, esto es, la manera en que transmiten al suelo las cargas que soportan, también dependen de su técnica de construcción y del material con que son fabricadas así como: mano de obra y equipo que se requiere para construirlas, que puede ser sencillo en algunos casos o muy especializado en otros, lo que se refleja directamente en la dificultad para llevarlas a cabo y en su costo.

También puede influir la situación económica del lugar de construcción o bien podría darse el caso extremo de que la obra sea tan compleja y el terreno tan malo para construirla que sea necesario desarrollar un tipo de cimentación muy


15

especial. Aunque cada país ha generado ciertas técnicas constructivas y de diseño muy particulares, basándose principalmente en sus necesidades y experiencias propias.

El conocimiento del terreno y de sus propiedades geomecánicas es esencial para conocer la viabilidad económica de algunas tipologías de edificios y en todos los casos una parte sustancial del presupuesto de estructuras.

Los nuevos terrenos urbanizables tienen estratos de peor capacidad portante que exigen en muchos casos soluciones especiales de cimentación. Además es un hecho que las reclamaciones de mayor importancia y coste son motivadas en problemas derivados del suelo y sus cimentaciones.

Una correcta evaluación de la capacidad portante del terreno y del efecto de empujes en muros de contención, redunda ya no sólo en la seguridad si no en la economía de las soluciones técnicas adoptadas.

Por todo ello la calidad técnica y la visión ingenieril de los redactores de los informes geotécnicos es fundamental para la correcta selección y evaluación de las pruebas mínimas necesarias. De hecho es idónea la aportación de todo un equipo multidisciplinar.

2.3.3 Cimentaciones Profundas

Si el nivel apto para cimentar está muy por debajo de la zona inferior de la estructura, la excavación necesaria para proceder a una cimentación directa sería muy costosa y se recurre a una cimentación profunda.

El término profunda puede producir confusiones, por ejemplo, un edificio con varios sótanos cimentados con zapatas o losas de cimentación.


16

A las cimentaciones profundas se les suele llamar también indirecta. Si a 5 o 6 metros, no se alcanza suelo firme, la cimentación directa resulta excesivamente cara y es preferible estudiar un sistema de cimentación profunda.

En general se recomienda el uso de una cimentación profunda para apoyar una estructura cuando los esfuerzos inducidos en el suelo por las cargas o acciones a que está sometida exceden la resistencia o capacidad de soporte de los estratos más superficiales, o cuando las restricciones de funcionamiento u operación obliguen a dicha solución.

2.3.4 Tipos de cimentaciones profundas

Pilotes

Son elementos esbeltos que se emplean para transmitir las cargas de la superestructura y peso propio a través de estratos de suelo de baja capacidad de carga hasta suelos más profundos o estratos de rocas que posean la resistencia requerida.

Pilas

Son elementos de cimentación profunda con secciones mayores que la de los pilotes, las cuales también transmiten al subsuelo las cargas provenientes de una estructura y de la misma cimentación con el propósito de lograr la estabilidad del conjunto.

Micropilotes

Son elementos estructurales cuyos diámetros están comprendidos entre 0.15 y menores de 0.30 m. Los de más frecuente aplicación en el recalce de estructuras son los de diámetro 0.22 m. Se define como un pilote de pequeño diámetro, que transmite la carga de una estructura a estratos de suelos más


17

profundos, principalmente por fricción de su fuste con el suelo y en menor medida por su punta, con asentamientos prácticamente nulos.

2.3.5 Clasificación de cimentaciones profundas

Para clasificar las cimentaciones profundas, es necesario mencionar la intervención de algunos factores que se muestran en el siguiente esquema 2.1.

2.3.5.1 Clasificación según las dimensiones de la cimentación profunda

La clasificación de las cimentaciones profundas se basa en los anchos de sus secciones transversales, tal como se muestra en la tabla 2.1:

Esquema 2.1: Clasificación de las cimentaciones profundas


18

Tabla 2.1: Clasificación de cimentaciones profundas según sus dimensiones

Cimentación profunda Dimensiones (Diámetro)

Micropilotes 15 a 30 cm

Pilotes 30 a 60 cm

Pilas 60 a 300 cm

a) Micropilotes b) Pilotes c) Pilas


19

2.3.5.2 Clasificación según el material de construcción

En el esquema 2.2 se muestran los materiales más utilizados para la fabricación de pilotes.

Pilotes de concreto.

a) Elementos prefabricados: son elementos estructurales de cimentación profunda que son fabricados en moldes, de acuerdo con las especificaciones, antes de ser instalados en el subsuelo.

b) Elementos colados en lugar: el concreto es depositado directamente en perforaciones realizadas en el subsuelo, por lo que la cimentación es fabricada en el lugar donde quedara ubicada.


20

Pilotes de acero.

Resistentes a cargas de altas magnitudes y a esfuerzos cortantes y flexionantes considerables; pueden alcanzarse grandes profundidades con unión de piezas por roscado o soldadura. Su principal desventaja es que el área de la sección disminuye por efectos de la corrosión.

Pilotes mixtos.

Constituidos por piezas de distintos materiales. Los más comunes son los formados por piezas metálicas y de concreto. El propósito principal es aprovechar las ventajas de cada material según las condiciones del terreno.

Pilotes de madera.

Es el pilote más antiguo que se conoce. Generalmente posee sección circular no uniforme y su longitud rara vez alcanza los 20 metros. Es necesario proporcionarles un tratamiento adecuado con la finalidad de prolongarles su vida útil.

2.3.5.3 Clasificación según el procedimiento constructivo

El procedimiento constructivo depende de las condiciones del subsuelo, de las especificaciones estructurales, así como de los recursos disponibles, pudiéndose clasificar considerando el desplazamiento del subsuelo generado durante la instalación de los elementos (ver esquema 2.3).


21

Con desplazamiento:

• Hincados a percusión, presión y vibración. Los elementos prefabricados, así como los perfiles y tubería metálica, son instalados en el subsuelo sin realizar previamente una perforación, aplicándoles energía dinámica y presión en suelos blandos, y vibración en suelos predominantemente friccionante.


22

Con poco desplazamiento:

• Hincado en una perforación previa En el caso de que las características del subsuelo por su resistencia no permitan la instalación de los elementos de cimentación, se especifica una perforación previa a su hincado.

• Hincado con chiflón El chiflón de agua es utilizado para hincar elementos precolados o de acero en suelos compuestos por arena suelta, la cual es transportada por el flujo al exterior.

• Sección transversal pequeña Se instalan tubos y perfiles metálicos sin perforación previa, debido a su reducida área trasversal, provoca un desplazamiento del subsuelo en ocasiones imperceptible.

Pilotes sin desplazamiento

Son aquellos pilotes que en su proceso constructivo, el terreno es removido para posteriormente construir o colocar el pilote dentro de la perforación.

2.3.5.4 Clasificación según la transmisión de carga al subsuelo.

La forma en que las pilas y los pilotes transfieren las cargas al subsuelo define el tipo de cimentación clasificándose de la siguiente manera (ver esquema 2.4).


23

Carga vertical:

• Punta La carga vertical es transmitida al estrato localizado en la punta de los elementos de cimentación profunda. Ver fig. 2.2

Fig. 2.2: Pilote trabajando por punta


24

• Fricción

La transmisión de las cargas al subsuelo se desarrolla a través del contacto de los diferentes estratos con el fuste de los pilotes o las pilas dependiendo del sentido de los esfuerzos, la cimentación puede ser de apoyo o de anclaje. Ver fig. 2.3

• Mixta Se considera mixta la transmisión de la carga vertical descendente al subsuelo, cuando en el diseño de los elementos los esfuerzos son distribuidos en la punta y en el fuste; en la realidad esta condición es la que prevalece, la cual depende de la compatibilidad de los desplazamientos, sin embargo cuando los esfuerzos en la punta o en el fuste son reducidos en el cálculo se desprecia

Carga horizontal y vertical

En estructuras que generan cargas horizontales hacia la cimentación, además de las verticales, puede ser recomendable el uso de pilotes inclinados, con el propósito de que la fuerza resultante sea transmitida adecuadamente al

Figura 2.3: Pilote trabajando por fricción.


25

subsuelo por la cimentación profunda elegida. En el caso de la ocurrencia de acciones sísmicas, los pilotes inclinados provocan concentraciones de esfuerzos considerables en la losa que se apoya en ellos, lo cual debe ser analizado en su diseño. Si la carga horizontal es moderada, es preferible usar pilotes instalados verticalmente y aprovechar la reacción pasiva del suelo superficial. Ver figura 2.4.

2.3.6 Función de los pilotes

Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto o madera y se usan para construir cimentaciones que son profundas y cuestan más que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural. La siguiente lista identifica algunas de las condiciones que requieren cimentaciones de pilotes.

♦ Cuando las cargas transmitidas por el edificio no se pueden distribuir adecuadamente en una cimentación superficial excediendo la capacidad portante del suelo.

Figura 2.4: Pilotes sometidos a carga vertical y horizontal.


26

♦ 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 sobre agua.

♦ Cuando los cimientos están sometidos a esfuerzos de tracción. Aquí tenemos varios casos:

♦ 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.

♦ Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión, plataformas fuera de la costa y losas de sótanos debajo del nivel freático están sometidas a fuerzas de levantamientos. Algunas veces se usan pilotes para estas cimentaciones y así resistir la fuerza de levantamiento.

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

♦ Cuando se deben recalzar cimientos existentes.

♦ Los estribos y pilas de puentes generalmente se construyen sobre cimentaciones de pilotes para evitar la posible pérdida de capacidad de carga que una cimentación superficial sufrirá por erosión del suelo en la superficie del terreno.


27

2.3.7 Etapas de la selección y elección del tipo de cimentación

El tipo de cimentación más adecuado para una estructura dada depende de varios factores, como su función, las cargas que deben soportar, las condiciones del subsuelo y el costo de la cimentación comparado con el costo de la superestructura. Puede ser que sea necesario hacer otras consideraciones, pero las anteriores son las principales.

Debido a las relaciones existentes entre estos varios factores, usualmente pueden obtenerse varias soluciones aceptables para cada problema de cimentación. Cuando diferentes ingenieros con su gran experiencia se ven ante una situación dada, puede llegar a conclusiones algo diferentes. Por lo tanto el criterio juega un papel muy importante en la ingeniería de cimentaciones.

Es de dudar que alguna vez pueda elaborarse un procedimiento estrictamente científico para el proyecto de cimentaciones, aunque los progresos científicos hayan contribuido mucho al perfeccionamiento de la técnica.

Cuando un ingeniero experimentado comienza a estudiar una obra nueva, casi instintivamente desecha los tipos más inadecuados de cimentación y se concentra en los más prometedores; cuando su elección se ha reducido a unas cuantas alternativas que se adaptan bien a las condiciones del subsuelo y a la función de la estructura estudia la economía relativa de estas selecciones, antes de tomar la decisión final.

Los ingenieros con menos experiencias pueden seguir un procedimiento semejante, sin peligro de cometer errores serios si aprovechan los resultados de los estudios científicos y el trabajo experimental de otros. Sin embargo para que sea útil esta información debe estar organizada lógicamente.


28

“Al elegir el tipo de cimentación, el ingeniero debe dar los siguientes 5 pasos sucesivos:

1. Obtener cuando menos, información aproximada con respecto a la naturaleza de la superestructura y de las cargas que se van a transmitir a las cimentaciones.

2. Determinar las condiciones del subsuelo en forma general.

3. Considerar brevemente cada uno de los tipos acostumbrados de cimentación, para juzgar si pueden construirse en las condiciones prevalecientes; si serian capaces de soportar las cargas necesarias, y si pudieran experimentar asentamientos perjudiciales. En esta etapa preliminar se eliminan los tipos evidentemente inadecuados.

4. Hacer estudios más detallados y aun anteproyectos de las alternativas más prometedoras. Para hacer estos estudios pueden ser necesarios tener información adicional con respecto a las cargas y condiciones del subsuelo, y generalmente, deberán extenderse lo suficiente para determinar el tamaño aproximado de las zapatas o pilas, o la longitud aproximada y numero de pilotes necesarios. También puede ser necesario hacer estimaciones más refinadas de los asentamientos, para predecir el comportamiento de la estructura.

5. Preparar una estimación del costo de cada alternativa viable de cimentación, y elegir el tipo que represente la transacción más aceptable entre el funcionamiento y el costo”6.

6 Fuente: Peck, Ralph. B. Ingeniería de Cimentaciones, 2006.


29

“Conviene tener presente que durante el diseño de una cimentación se pueden cometer diversos errores, entre otros, los siguientes:

1. Suposición errónea de las cargas.

2. Condiciones del suelo diferentes de las previstas en el diseño.

3. Teoría calculada en los cálculos imprecisa o inadecuada.

4. Susceptibilidad de la estructura a movimientos diferenciales definida incorrectamente y.

5. Defectos en la construcción de la cimentación que pueden invalidar el diseño, aun cuando el conocimiento de cargas, condiciones del suelo y de las teorías sea virtualmente perfecto.

Toda cimentación debe diseñarse para satisfacer dos requisitos esenciales: seguridad adecuada contra falla y funcionalidad de la estructura. Para un caso especifico, uno de estos requisitos condicionara las dimensiones de las cimentación; por tanto, es necesario calcular la capacidad de carga y las deformaciones probables de la cimentación”7.

La capacidad de carga de una cimentación profunda depende fundamentalmente de la resistencia al corte del suelo en el cual se apoya y del mecanismo de transferencia de carga al suelo.

Por otra parte la sensibilidad de la estructura a los asentamientos debe considerarse sabiendo que, tanto las muy flexibles como las muy rígidas pueden juzgarse como insensibles, ya que las primeras se acomodan a los asentamientos irregulares sin daño estructural, y las segundas se asientan monolíticamente

7 Fuente: Peck, Ralph. B. Ingenieria de Cimentaciones, 1967.


30

En conclusión, la selección del tipo de cimentación profunda se efectúa con base en el estudio de las condiciones de apoyo, en los principios de la mecánica de suelos y en la experiencia local de este tipo de cimentaciones; en cada caso se considera, además, el equipo de construcción disponible y las restricciones por la localización de la obra como colindancias y accesos. A partir de esta información, puede definirse uno o varios procedimientos constructivos factibles económicamente que deben estudiarse en detalle para seleccionar el más adecuado.

También la elección inicial de las características de los elementos de cimentación, pueden hacerse estudiando la historia de las estructuras existentes cimentadas con pilotes o pilas vecinas a la estructura por construir. En tal caso se deben comparar las similitudes de esas estructuras con la propuesta, en lo referente al tamaño y geometría, condiciones de carga y tipos de suelos; en las zonas donde prevalezcan condiciones de cimentación similares, siempre debe tomarse en cuenta la practica empleada a través de los años.

2.3.8 Pruebas preliminares en cimentaciones profundas

En todos los proyectos importantes es común que se justifique económicamente efectuar pruebas de carga preliminares en pilotes o pilas como una guía para seleccionar el tipo, longitud y capacidad permisible de los cimientos antes de llegar al diseño final; esta prueba debe realizarse durante la construcción cuando el objetivo sea verificar las hipótesis de diseño. En obras pequeñas en las que se tiene un número reducido de pilotes o pilas, generalmente es más económico diseñar conservadoramente la cimentación que efectuar pruebas de carga, de la cual estaremos mencionando más adelante.


31

2.3.9 Desventajas que presentan los pilotes de concreto.

Un pequeño corrimiento de tierra alrededor del pilote sin reforzar puede quebrarlo.

Un empuje hacia arriba, actuando sobre el fuste de un pilote sin camisa permanente, ni el refuerzo puede destruirlo al hacerlo trabajar a tensión.

Es difícil efectuar un buen colado si el tubo del pilote se llena de agua, a no ser que se emplee aire comprimido.

La dificultad de aumentar o reducir su longitud en caso de que ésta no sea bien estimada.

Es difícil saber a simple vista cuando un pilote ha fallado, ya que no es necesario que el pilote desaparezca en las profundidades subterráneas ni tampoco que se rompa o doble.

Si un pilote es colocado en un lugar equivocado, ya no es posible su extracción para reutilizarlo.

2.3.10 Ventajas en el uso de pilotes de concreto

Resultan convenientes cuando las condiciones del suelo no son favorables para la utilización de otro tipo de cimentaciones.

Proporcionan buenas soluciones para la distribución de cargas en el subsuelo ya que pueden trabajar individualmente o en grupos de pilotes.

Presentan resistencia a los ataques químicos y biológicos

Los pilotes hincados, en un estrato de suelo friccionante pueden llegar a alcanzar elevadas resistencias por fricción.

ESTUDIO GEOTECNICO Y DISEÑO DE PILOTES DE CONCRET0 CAPITULO III

32

CAPITULO III: DISEÑO DE PILOTES DE CONCRETO APLICADOS EN EL AMSS, SAN MIGUEL Y LA UNION.

3.1 INTRODUCCIÓN

La secuencia lógica que permite obtener la calidad requerida en forma eficiente para construir pilotes de concreto, tanto en tiempo como en economía, es aquella que se lleva a cabo ordenada y oportunamente sin eliminar ninguna de las siguientes actividades:

3.2 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

La exploración del subsuelo en el que se pretende construir una estructura debe realizarse antes de continuar con el desarrollo del proyecto, ya que de los resultados obtenidos y la interpretación de las características y comportamiento del suelo, dependerán las decisiones que se tomen para la realización del diseño geotécnico y estructural, así como para la determinación del procedimiento constructivo. Un estudio geotécnico deficiente provocará que las actividades siguientes no se desarrollen adecuadamente, generando modificaciones durante la construcción, las cuales estarán en función de la inexactitud de la información obtenida.

3.2.1Objetivos y etapas de la exploración geotécnica

3.2.1.1Objetivos

El programa de exploración geotécnica deberá proporcionar información sobre las condiciones estratigráficas del sitio en estudio, las condiciones de presión del agua del subsuelo y las propiedades mecánicas de los suelos (resistencia,


33

compresibilidad y permeabilidad), a fin de facilitar el diseño racional de la cimentación de estructuras y la selección del método constructivo adecuado para su ejecución (Ver esquema 3.1).

Para asegurar que se alcanzarán los objetivos de la exploración geotécnica, los trabajos de campo los supervisará un ingeniero especialista en suelos y su realización estará a cargo de una brigada de trabajadores entrenados en los trabajos de perforación, muestreo y ejecución de pruebas de campo.


34

3.2.1.2 Etapas de la exploración geotécnica

El programa de exploración geotécnica del sitio donde se construirá una estructura consta de tres etapas:

• Investigación preliminar

• Recopilación de la información disponible

• Investigación de detalle

3.2.2 Investigación Preliminar

3.2.2.1 Objetivos

El objetivo de esta etapa de exploración es el recopilar la información geotécnica que exista de un sitio, para realizar una interpretación preliminar de los problemas que podrían presentarse en la cimentación de una estructura de características y requerimientos conocidos.

Tipos de suelos y sus características en el Área Metropolitana de San Salvador (AMSS), San Miguel y La Unión.

El Área Metropolitana de San Salvador, está ubicada dentro del graben que atraviesa la República en dirección O – NO y en las faldas orientales del volcán de San Salvador.

Extendiéndose sobre una superficie relativamente plana, erosionada entre 650 y 850 msnm. La parte Este presenta una superficie plana, cortada por muchos surcos erosivos y ríos, que originan fuertes y profundos taludes en los cauces.

En el Sur esta bordeada por la montaña costera (Altura hasta de 1100 msnm) y el Cerro de San Jacinto (1154 msnm) hacia el Oeste el Volcán de San Salvador


35

(1967 msnm), en el Este por el Lago de Ilopango (450 msnm), y al Norte por el Cerro de Mariona (798 msnm)

Las diferencias de altura son relativamente altas, entre 1,967 msnm para el Picacho y el lecho de valle del Río Acelhuate, cerca de 400 msnm. Estos son los extremos, pero la mayoría del área poblada está ubicada 500 y 800 msnm que es un nivel común de la depresión salvadoreña y sus planicies.

El Área Metropolitana de San Salvador está constituida básicamente de cenizas volcánicas, productos piroplásticos depositados de erupciones sucesivas violentas de los volcanes de Ilopango y Boquerón. En estos depósitos predominan la pómez, que es un silicato de aluminio y hierro generalmente acido, de reducida densidad como espuma solidificada cuyos huecos y tubos intercomunicados de variedad fibrosa se originaron debido al gran desprendimiento de gases en su formación. La forma de los granos de suelo predominante, es equidimensional y su textura es rugosa, la distribución granulométrica varia, pero básicamente se puede clasificar como un limo arenoso (ML) o una arena limosa (SM); y se encuentran mayormente en la zona central de San Salvador. Dentro de las características de estos suelos tenemos las siguientes: resistencia en estado seco desde muy pequeña hasta regular, bajo el limite liquido y alto índice de plasticidad, entre regular y pobre para fundaciones, malo para el desgaste aun con tratamiento bituminoso, casi nada de encogimiento (elasticidad), bastante fácil de compactar con equipo; tiene un peso volumétrico aproximado a 100 y la relación de vacios es más o menos 0.70 y el California Bearing Rattio (C.B.R) oscila entre 6 a 25.

“Para San Salvador corresponden en su mayoría los siguientes tipos de suelos: arena limosa, limos arenosos, limos arcillosos y suelos altamente contaminados de materia orgánica.


36

No obstante, los suelos de características friccionantes predominantes en el área son desde el punto de vista petrológicos, cenizas volcánicas de edad reciente producto del marcado volcanismo explosivo del área.

En cuanto a los suelos arcillosos se han formado como consecuencias del arrastre de las zonas altas del volcán de San Salvador donde la meteorización es mayor como producto de la condición climática”8.

“Los departamentos de San Miguel y La Unión, están ubicados en el oriente del país. Según los mapas geológicos de El Salvador, al Oeste de la ciudad de San Miguel, esta conformada por rocas del tipo volcánico, piroclásticas, tobas fundidas y no fundidas, en la zona Este de la ciudad se encuentra conformada por sedimentos recientes, como aluviales, pie de monte y fluviales. En el Área Metropolitana de San Miguel, predomina el material arcilloso combinado con limos, pómez y arenas a profundidades variables”9.

3.2.2.2 Recopilación de la información disponible

En El Salvador existen las siguientes instituciones donde puede encontrarse información sobre las condiciones geotécnicas del suelo: Servicio Nacional de Estudios Territoriales (SNET), Centro Nacional de Registros (CNR), Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG). Y para el AMSS La Oficina de Planificación para el Área Metropolitana de San Salvador (OPAMSS)

8 Fuente: Campos Mauricio Arturo”Estudio de Clasificación Preliminar del suelo de la republica de El Salvador. Tesis. Universidad de El Salvador, 1959.

9 Fuente: Mapa Geológico de El Salvador.


37

3.2.2.3 Interpretación de fotografías aéreas

La interpretación geológica de las fotografías aéreas de un sitio, realizada por un ingeniero geólogo capacitado para ello, permite identificar de manera preliminar las características geológicas del sitio, tales como fallas, fracturas y los fenómenos geodinámicos relacionados con zonas de taludes inestables y zonas erosionables. Con respecto a los suelos, se pueden identificar las características probables de los suelos superficiales e inferir en las del subsuelo así como definir posibles bancos de préstamo.

3.2.2.4 Recorrido de campo

El recorrido de campo lo debe realizar un ingeniero especialista en geotecnia, acompañado de un ingeniero geólogo; los objetivos serán:

♦ Comprobar la interpretación foto geológica antes descrita, además de identificar y clasificar los suelos superficiales.

♦ Visitar las estructuras construidas en la zona e indagar sobre su comportamiento.

♦ Obtener información adicional que permita programar la investigación de detalle.

♦ Topografía general del sitio. ♦ Estratificación del suelo, observada en los cortes profundos: carreteras, vías

férreas, etc.

♦ Tipo de vegetación del sitio, indica la naturaleza del suelo. ♦ Altura de las aguas máximas, especialmente en el caso de puentes y

bóvedas.

♦ Nivel de agua subterránea (observación en pozos próximos al lugar).

♦ Tipo de construcción en la vecindad (agrietamientos en paredes, tipo de cimentación, etc.)


38

3.2.3 Investigación Geotécnica de Detalle

3.2.3.1 Programa

El ingeniero especialista en geotecnia deberá formular el programa de la investigación de detalle, para lo cual deberá considerar la aplicación de las técnicas que se mencionan más adelante y fundamentar su propuesta en la información de la investigación preliminar. Debe además tomar muy en cuenta que tratándose de cimentaciones con pilotes, las propiedades de los suelos se modifican en la vecindad del elemento, aunque se trate de un procedimiento constructivo de no‐desplazamiento, como el de colado en el lugar, y que en el caso de pilotes que desplazan el volumen de suelo que ocupan, se induce mayor alteración y cambios estructurales al suelo vecino aún a varios diámetros de distancia.

3.2.3.2 Levantamiento geológico

Excepcionalmente se realiza este tipo de levantamiento, ya que usualmente la geología de la región donde se construirá la estructura ha sido estudiada anteriormente o se considera que el recorrido de campo en la etapa de investigación preliminar proporciona la información geológica necesaria y suficiente para el diseño de la cimentación (profunda) de una estructura.

En caso de que se trate de la cimentación de estructuras muy importantes o de desarrollos industriales localizados en áreas poco estudiadas, se justifica realizar el levantamiento geológico de la zona.


39

3.2.3.3 Exploración geofísica

Los métodos de exploración geofísica aplicables en geotecnia se basan en la medición de la variación de la velocidad de propagación de ondas sísmicas o de la resistividad eléctrica (poco confiable) de los suelos, y mediante su interpretación y correlaciones se deducen las características estratigráficas, posición del nivel freático, posibles tipos y propiedades de suelos y rocas. Estos métodos se utilizan para obtener información preliminar del subsuelo, para complementar la información geológica y reducir el número de sondeos.

En nuestro país, el uso más generalizado en la exploración geotécnica es el método de resistividad eléctrica y el arreglo más común es el de Wenner el cual consiste en utilizar cuatro electrodos hincados en el suelo y espaciados uniformemente a lo largo de una línea recta. Los dos electrodos exteriores se usan para enviar una corriente eléctrica I (generalmente una corriente directa con electrodos de potencial no polarizantes) al terreno. La corriente eléctrica varía entre 50 y 100 miliamperios. La caída de voltaje, V, se mide entre los dos electrodos interiores.

Método de cross‐hole

El principio de este procedimiento se ilustra en la figura 3.1c10 que muestra dos agujeros perforados en el terreno a una distancia L entre sí. Se genera un impulso vertical en el fondo de un barreno por medio de una barra de impulso. Las ondas cortantes así generadas se registran por medio de transductor verticalmente sensible.

La tabla 3.1 muestra los diferentes métodos que conforman la exploración geofísica.

10 Fuente: Gonzáles de Vallejo, Luís I. Ingeniería Geológica, 2002.


40

Tabla 3.1 Métodos de exploración geofísica11

Método Descripción Resultados Esperados

Refracción sísmica total

Consiste en determinar el tiempo de arribo de las ondas longitudinales sísmicas, generadas por una pequeña explosión o impacto, a geófonos captadores que envían su señal a un sismógrafo receptor; con esta información se calcula la velocidad de propagación de las ondas.

‐Interpretar la estratigrafía del sitio‐Clasificar los suelos y rocas ‐Estimar el módulo elástico dinámico del medio Nota: La interpretación de esta prueba siempre debe correlacionarse con la información de sondeos convencionales con extracción de muestras, porque tiene la limitante de no detectar la presencia de estratos blandos que subyacen a otros duros, debido a las condiciones de refracción que se desarrollan.

Resistividad eléctrica

Consiste en determinar la variación con la profundidad de las resistividades aparentes de un medio en que se ha inducido un campo eléctrico. El equipo consiste en una fuente de poder, voltímetro, amperímetro y cuatro electrodos. Ver figura 3.1a

‐Definir la estratigrafía. ‐Por correlación, clasificar los suelos y rocas del sitio. ‐Definir la posición del nivel freático. Nota: La precisión de este método para predecir la estratigrafía de un sitio es generalmente menor que la de refracción sísmica y por ello se utiliza menos, sin embargo es más confiable para determinar la posición del nivel freático.

Radar

Este método esta basado en la propagación de impulsos de ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (100 a 1000MHZ) hacia el interior del suelo: estas hondas son reflejadas por anomalías del subsuelo (irregularidades, interfaces o discontinuidades) a diferentes profundidades que después se captan por medio de una antena en la superficie del suelo.

El sistema de monitoreo permite conocer la profundidad de la anomalía. La profundidad máxima de exploración no sobrepasa los 30 mt (98ft).

Cross Hole

Consiste en determinar la velocidad de las ondas de cortante creadas como resultado de un impacto a un estrato del suelo dado. Ver figura 3.1b

Obtener los valores del modulo de cortante para el diseño de cimentaciones que soportan maquinaria vibratoria y aspectos similares.

11 Fuente: Manual de Cimentaciones Profundas, 2001.


41

La tabla 3.2 muestra las diferentes resistividades de acuerdo al material con que está compuesto el suelo.

Figura3.1a: Medidas de las resistividades del suelo.

Figura 3.1b: Velocidades de propagación de ondas P y S en un ensayo de cross‐hole

Figura 3.1c: Método de sondeo sísmico cross‐hole


42

Tabla 3.2: Valores representativos de la resistividad12

Material Resistividad (ohm‐m) Arenas 500‐1500 Arcillas, limo saturado 0‐100 Arena arcillosa 200‐500 Grava 1500‐4000 Roca intemperizada 1500‐2500 Roca sana >5000

3.2.3.4 Exploración, muestreo y pruebas de campo

El planeamiento del trabajo de exploración tiene como objetivo determinar las condiciones del suelo o roca en la cual se va a cimentar una estructura; entre ellas tenemos: profundidad, espesor, extensión de cada uno de los estratos; profundidad de la roca y del agua subterránea así como la resistencia y compresibilidad.

Un programa cuidadosamente planeado y llevado a cabo, así como la correcta interpretación de los resultados, será un factor determinante para el éxito de una obra de ingeniería.

Entre los aspectos a considerar dentro del trabajo de exploración es el determinar el espaciamiento entre los sondeos, de tal manera que se pueda obtener la información anteriormente descrita. Al iniciar la investigación exploratoria, es imposible determinar el espaciamiento y profundidades de los estratos no varían entre los sondeos, ya que éste no depende sólo del tipo de estructura, sino también de la uniformidad y regularidad del depósito del suelo, por ello se deberá comenzar con un espaciamiento estimado, el cual aumentará si se necesita datos adicionales o disminuirá si los espesores son demasiado en todos los sondeos. El espaciamiento debe ser menor en áreas que serán

12 Fuente: Braja Das, Principios de Ingeniería de cimentaciones, 1942


43

sometidas a cargas pesadas y mayor en las áreas menos críticas. A continuación se detalla en la tabla 3.3 los espaciamientos entre sondeos que se utilizan a menudo en el planeamiento de trabajos de sondeos.

Tabla 3.3 Espaciamiento de los sondeos13

Estructura u obra Espaciamiento (mt)

Carretera (investigación de la sub rasante) 300 – 600

Excavación para préstamo 30 – 120

Edificio industrial de un piso 30 – 90

Edificio industrial de dos pisos 30 – 60

Edificio de varios pisos 15 – 30

Otro aspecto importante a considerar es la profundidad de los sondeos. El objetivo principal es determinar un estrato suficientemente resistente que no permita que la estructura experimente asentamientos diferenciales excesivos que puedan dañarla ni a la cimentación misma. Para determinar dicha profundidad, se cuenta con una relación hecha por el Instituto Geotécnico de Bélgica, que indica la profundidad del sondeo de acuerdo al tipo de estructura. Estos se describen en la tabla 3.4.Teniendo claro los criterios a tomar para los sondeos en campo, es necesario determinar qué método utilizar para lograr obtener la información requerida.

Tabla 3.4: Profundidades de los sondeos14

Ancho del edificio (mt)

Número de pisos / profundidades de los sondeos (mt)

1 2 4 8 16 30 3.5 6.0 10.0 16.0 24.0

60 4.0 6.5 12.5 21.0 33.0

120 4.0 7.0 13.5 26.0 44.0

13 Fuente: Sowers , Georje B Y Sowers Georje F, Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones,1972

14 Fuente: Braja Das, Principios de Ingeniería de Cimentaciones, 1990.


44

Para realizar estos sondeos, se cuenta con los siguientes mecanismos de exploración:

Penetrómetros.

Son conos o tubos de acero que se hincan a presión (estáticos) o con el impacto de una masa (dinámicos) y permiten definir indirectamente la estratigrafía del sitio, la variación de la compacidad relativa y la resistencia al corte (drenada) de las arenas con la profundidad, así como la resistencia al corte no drenada de las arcillas. Con el Penetrómetro estándar se recuperan, además, muestras alteradas que permiten definir confiablemente la estratigrafía. Cabe aclarar que la resistencia al corte drenado de las arenas depende de la permeabilidad de éstas, así como de sus condiciones de frontera para el flujo de agua; aunque esto ciertamente es cuestionable cuando las arenas están contaminadas con limos y se trata de ensayos de penetración dinámica.

En la exploración de un sitio los Penetrómetros se emplean de acuerdo con tres criterios de aplicación:

• Como instrumento de exploración para definir la estratigrafía y facilitar con ello la selección de los muestreadores de suelo que deberán emplearse.

• Para disminuir el costo de realización de sondeos complementarios para cubrir un área grande.

• Como técnica única de exploración, en proyectos de bajo costo que no puedan justificar sondeos de muestreo.

A continuación se detallan los ensayos de penetración de mayor utilidad en el campo de la geotecnia.


45

Penetrómetro Estándar (SPT).

El Penetrómetro Estándar es un tubo de dimensiones normalizadas que se hinca a percusión. Consiste en un tubo de pared gruesa partido longitudinalmente, con una zapata de acero endurecido y una cabeza que lo une al extremo inferior de la columna de barras de perforación con que se hinca; la cabeza tiene un conducto para la salida de azolves a través de una válvula esférica o una válvula de varilla. Opcionalmente se utiliza una trampa de paso para retener las muestras (ASTM D‐1586).

El equipo auxiliar para el hincado consiste en una masa golpeadora de acero de 64kg con una guía de caída libre de 75cm y barras de perforación AW ó BW (4.44 y 5.40cm de diámetro; 6.53 y 6.23 Kg/m de peso, respectivamente) con un yunque de golpeo incorporado a la columna de barras. La masa golpeadora se levanta con un malacate de fricción (cabeza de gato). Ver figura 3.2a.

Figura 3.2a: Equipo de penetración estándar (SPT)


46

Este penetrómetro se hinca 45cm en el fondo de una perforación de 7.5cm de diámetro mínimo, con los impactos de la masa de 64Kg se cuenta el número de golpes para hincar cada tramo de 15cm. Se define como resistencia a la penetración estándar, al número N de golpes necesarios para introducir el penetrómetro los dos últimos tramos de 15cm.; cuando la dureza del suelo no permite introducir más el tubo partido o cuchara partida, N se define por extrapolación.

Cabe mencionar, que las presiones generadas por el suelo a una profundidad determinada, influyen en el número de golpes obtenidos a dicha altura. Por lo tanto, es necesario realizar la corrección respectiva de N. Entre las ecuaciones de corrección tenemos las siguientes:

(1) NSPT corregido = NSPT de campo x C n

Donde:

C n = 0.77 log10 (20/p);

p= γsuelo x profundidad de sondeo

(2) NSSPPTT corregido = 4NSSPPTT de campo / (3.25+ 0.5P);

Resultados Esperados.

• Definir la estratigrafía del sitio. • Determinar por correlación la compacidad relativa de suelos granulares y la consistencia de suelos cohesivos.

• Obtener muestras alteradas para determinar en el laboratorio sus propiedades índices.

A través del número de golpes NSPT para cada tramo de 30cm y basándose en la clasificación de campo de suelos, con base en el Sistema Unificado de Clasificación SUCS, se define la estratigrafía del sitio explorado. Ver figura 3.2b


47

EMPRESA:

Figura 3.2 b: Registro de sondeo en suelos

PROYECTO:

Sondeo Nº

SITUACION:

COORDENADAS: X: Y: Z:

FECHA: PROFUNDIDAD: HOJA:

PROFU

NDIDAD.

(m.)

LONGITUD.

TRAMO (m

.)

NIVEL FRIATICO

COLU

MNA

MUESTR

A

Nº DE GOLPES

S.P.T/M.I

LIMITE DE

ATTERBERRG

HUMED

AD %

CLASIFIC. U.S.C.S

LL (%)

IP (%)

0.25

Suelo vegetal.

0.90

0.65

Grava arenosa, bien graduada, de cantos angulares de color negruzco.

1.80

0.90

Grava arenosa similar a la anterior con pasadas limo arenosas, más abundantes según se produzca.

2.00

0.20

Limo con algo de arena, contiene cantos dispersos, de color blanquecino. Medianamente denso y duro en cuanto a resistencia.

ML 5‐7‐8‐9 33.0 15.9 16.8 CL

2.60 0.60

SPT 5‐8‐9‐12

3.20 0.60

6.45

3.25

Limo arcillo‐arenoso, con cantos de 2 a 3cm de tamaño, angulosos, color marrón oscuro. El material se encuentra suelto y con módulos de material cohesivo.

Limo arenoso con cantos dispersos, subred ondeados, pueden alcanzar tamaño máximo de 5 cm. El material se encuentra suelto y presenta un color marrón blanquecino.

7.0

7.60

1.15

Limo arcilloso marrón oscuro, con gran contenido en materia orgánica. Presenta cantos de grava de 0.5 a 1 cm. De tamaño.

MI 3‐4‐5‐8 24.8 8.5 16.2 ML

7.30

SPT

11.0

3.40

Limo arenoso, suelto, de color marrón claro.

Limo con algo de arena, más cohesivo de color marrón claro. Firme (qu=>2‐2.5Kg/cm

2).

11.5

0.50

Margas arcillosas con algún canto dispenso, de color azulado. Duras (qu=4.5Kg/cm

2).

MI 15‐20‐30‐40

30 20 8.5 CL

12.0 SPT 25‐50‐R

OBSERVACIONES:

MI: muestra inalterada MNC: muestra no conseguida MA: muestra alterada TP: testigo parafina SPT: ensayo de penetración estándar N.F: nivel freático.


48

Basado en el número de golpes necesarios para penetrar el suelo en un tramo de 15cm, puede correlacionarse a través de la tabla (3.5) la compacidad, considerando su validez sólo para arenas localizadas arriba del nivel freático. Para considerar la profundidad a la que se realiza la prueba y el nivel freático, se utiliza la correlación de la figura 3.2c.

Tabla 3.5 Correlación numero de golpes vrs Compacidad relativa (Terzaghi and Peck)

Numero golpes Capacidad

0‐4 Muy suelta

4‐10 Suelta

10‐30 Media

30‐50 Compacta

>50 Muy compacta


49

Así mismo puede correlacionarse N con el ángulo de fricción interna por medio del nomograma mostrado en la figura 3.2d.

1. Relación para arenas medianas a gruesas de grano anguloso ha redondeado. 2. Relación para arenas finas y arenas limosas.

Figura 3.2 c: Correlación de número de golpes vrs. Esfuerzo vertical efectivo

Figura 3.2.d: Correlación de número de golpes vrs. Angulo de fricción interna ф. Terzaghi and Peck


50

Cono Holandés tipo Eléctrico (CPT)

Para hincarse a presión (estático) tiene incorporadas celdas instrumentadas con deformímetros eléctricos que permiten la medición simultánea de las fuerzas necesarias para el hincado de la punta cónica de 60º, ángulo de ataque y 3.6cm de diámetro y de funda cilíndrica de fricción también de 3.6cm de diámetro y 13.25cm de longitud. Ver figura 3.3.a.

Figura 3.3 a: Corte transversal del penetrometro eléctrico.


51

Para hincarse de forma dinámica se utiliza un mecanismo hidráulico que aplica 2.5, 10 ó 20T de fuerza axial. La velocidad de hincado es de 2cm/s. La interpretación de este método se realiza a través de la gráfica de la resistencia de punta y fricción de este elemento, que actualmente se procesa por medio de computadoras.

En la figura 3.3.b puede observarse cómo se registran los datos del sondeo, a través del registro de la profundidad con sus respectivas resistencias a la fricción (fs) y de punta (qc).

Resultados esperados.

♦ Clasificar los suelos a través de la correlación empírica, sólo si se cuenta con la medición de la resistencia de punta y fricción fs y qc.

♦ Los parámetros de resistencia al corte.

Figura 3.3 b: Gráfica de penetración estática


52

Esta clasificación puede realizarse a través de correlaciones basadas en las gráficas que se muestran en la figura 3.3.c y 3.3.d.

Figura 3.3 c: Clasificación de los suelos con penetrometro estático

Figura 3.3.d: Clasificación estimativa de los suelos con penetrómetro.


53

Los parámetros de resistencia al corte.

Estos parámetros pueden encontrarse por medio de nomogramas y ecuaciones iterativas que se muestran en la figura 3.3.e.


54

3.2.3.5 Exploración Geotécnica In Situ

Piezometría: (Método Piezocono):

Es un dispositivo que permite medir la presión de poro del agua intersticial del suelo a diferentes profundidades en un sitio determinado.

Con él se conoce la distribución de presiones en el sitio explorado.

Equipo:

• Transductor electrónico calibrado, colocado en el interior de una camisa metálica Ø2” con punta cónica.

• Dos piedras porosas diametralmente opuestas.

• Cámara con glicerina desairada.

Figura 3.3 e: Parámetros de resistencias al corte.


55

Procedimiento de Ejecución

1. Hincado a velocidad constante de 2.5 m/s hasta una profundidad determinada.

2. Se detiene el hincado y se lee presión de poro, midiendo el tiempo transcurrido después de detener el hincado.

3. Repetir este paso hasta alcanzar presión de equilibrio del suelo, es decir hasta que las lecturas de presión se mantengan constantes.

4. En cada medición se grafica curva de disipación de presión de poro vrs. tiempo transcurrido de lectura.

5. Se gráfica los resultados del sondeo relacionando presión de poro con la profundidad.

Cono Sísmico

Es un dispositivo mediante el cual pueden medirse en campo las velocidades de las ondas de corte y de compresión en el suelo a diferentes profundidades. Es muy útil para determinar las propiedades dinámicas de suelos blandos y arenas sueltas.

Equipos

• Péndulos unidireccionales

• Camisa metálica con punta cónica de Ø5cm

• Sistema de amplificación

• Tarjeta de adquisición de datos conectada a computadora.


56

Procedimiento de Ejecución.

Consiste en generar ondas de cortante en la superficie golpeando los extremos de un tablón de madera tal que se le coloca un geófono testigo que permite determinar el instante en que se provocan los impactos. Considerando las trayectorias de propagación que siguen las ondas de corte, debe cuidarse que el sondeo de cono se ubique perpendicularmente a la dirección del impacto a una distancia entre 1 y 3m. Las ondas de cortante así generadas viajan a través de la masa hasta ser detectadas por el cono sísmico a una cierta profundidad. El sistema de adquisición de datos permite monitorear simultáneamente al geófono testigo y a los péndulos unidireccionales del cono: consecuentemente, es posible determinar el tiempo que las ondas de corte tardan en viajar desde la superficie hasta el cono. Para maximizar la señal que recibe el cono, éste debe orientarse de manera que el plano de oscilación de uno de los péndulos sea paralelo a la dirección del impacto. Con los datos del sondeo se construye el perfil de la curva dromocrónica, que es una gráfica de tiempos de arribo de la onda de corte para cada profundidad de prueba, haciendo una corrección del tiempo para tomar en cuenta la trayectoria inclinada respecto del punto de impacto; la pendiente entre dos puntos de medición consecutivos es la velocidad de la onda de corte. A partir de la densidad del suelo se obtiene el módulo de rigidez al corte máximo Gmáx con la siguiente ecuación:

Donde: ρ: densidad del suelo Vs: velocidad de onda de corte m/s2). Así mismo se calcula la velocidad de onda a través de la siguiente ecuación:

Donde: To: período natural del sitio (seg.) H: profundidad total de exploración (m)

To = 4h/Vs

G=ρVs2


57

Procedimiento de Muestreo

i) Muestreo Alterado

Consiste en la recuperación de muestras en las que el acomodo estructural de sus partículas se ha modificada en forma significativa debido al proceso de extracción. Estas muestras se utilizan en el laboratorio para identificar el suelo, conocer algunas propiedades índices, definir la estratigrafía y preparar especímenes compactados o reconstituidos.

• Técnicas ‐ Manuales, excavación de pozos a cielo abierto, pozos someros, cortes y zanjas.

‐ Con el penetrómetro estándar y equipo de perforación, sobre todo cuando se requieren a mayor profundidad.


El Método manual consiste en recuperar a mano muestras alteradas que se conservan en un recipiente hermético que puede ser una bolsa de polietileno o un frasco hermético de vidrio convenientemente identificado. Las muestras pueden ser de 0.5 a 20Kg, dependiendo de si se emplearán sólo para identificación y determinación de propiedades índice, o si se usarán también para realizar pruebas de compactación. Las muestras se obtienen realizando una perforación con herramientas manuales como pala posteadora y barrenas helicoidales, y con pozos a cielo abierto, zanjas y cortes excavados con picos y palas o maquinaria de excavación y haciendo un muestreo con espátulas y cinceles. Las muestras pueden ser representativas de una sola profundidad o integrales, mezclándolas de todo el pozo.


58

ii) Muestreo Inalterado

Consiste en obtener especímenes de suelo que conservan el acomodo estructural de sus partículas sólidas; sin embargo, es posible evitar la relajación de esfuerzos y sus consecuencias en el comportamiento mecánico, que pueden ser ligeras o importante dependiendo del cuidado y la técnica con que se obtengan.

• Técnica

‐Pozo a Cielo Abierto (PCA)


Esta técnica puede ejecutarse mediante excavación manual o excavación con maquina.

Permite observar las características estratigráficas del suelo y rescatar muestras inalteradas de los estratos principales. Este procedimiento es recomendable para suelos secos y duros. Pueden excavarse de dos formas: sección cuadrada o circular.

La primera se extrae de pozos a cielo abierto, zanjas y cortes. Consiste en labrar in situ cubos de suelo de 20 a 30cm de lado que se protegen con manta de cielo impermeabilizada. Para obtenerlas se empieza por eliminar el suelo alterado y después con espátula se labran las paredes, que se cubren con polietileno delgado conforme se termina cada una; una vez terminados los lados se cubren con tela de manta de cielo que se impregna con una mezcla líquida de parafina, a continuación se coloca la caja de protección y se corta la base del cubo, que después se cubre con manta.


59

La segunda, es conveniente cuando se estabilizan las paredes de la excavación con lámina corrugada o ferrocemento. Consiste en colocar anillos de malla electrosoldada separados por lo menos 2cm de la pared de excavación. La malla se fija con anclas cortas de varilla corrugada hincadas a percusión y posteriormente se aplica manualmente el mortero con un espesor mínimo de 4cm. Los anillos generalmente empleados son de 1m de altura; si el terreno es estable, esta altura puede incrementarse.

• Técnica

‐Tubo de Pared Delgada


Es utilizado para el muestreo inalterado de suelos blandos a semiduros localizados arriba y abajo del nivel freático; tiene de 7.5 a 10cm de diámetro y se hinca presión.

El tubo se una a la cabeza con tornillos Allen o mediante cuerda repujada. La cabeza tiene cuatro drenes laterales para la salida del fluido de perforación y de los azolves durante el hincado. La válvula de bola impide que la muestra se vea sujeta a presiones hidrodinámicas durante la extracción del muestreador. El muestreador se hinca con un solo movimiento una longitud igual a la del tubo menos 15cm, para dejar espacio a los azolves; la velocidad de hincado debe ser entre 15 y 30cm/s.

Después se deja en reposo 30seg para permitir que la muestra se expanda y se adhiera al muestreador; a continuación se gira para cortar la base y posteriormente se extrae a la superficie y se mide la longitud de muestra recuperada. Un criterio para juzgar en el campo la calidad del muestreo se


60

indica en la tabla 3.6. En el laboratorio la calidad de las muestras se define observando cortes longitudinales para identificar la alteración que pudieran mostrar lentes delgados de algún material o bien, observando el proceso de secado lento de placas delgadas de suelo cortadas longitudinalmente.

Tabla 3.6: Recuperación de muestras15

Recuperación % Calidad

Rec = 100 Excelente

Rec = 80 Buena

50 < Rec < 80 Mala

Rec < 50 Inaceptable

3.2.4 Ensayes de Laboratorio

3.2.4.1 Introducción

El programa de estudios de laboratorio se establece para cumplir con dos objetivos esenciales: clasificar cuidadosamente los suelos encontrados y obtener sus parámetros de resistencia y deformabilidad para el diseño de la cimentación; para alcanzar estos propósitos, se realizan las pruebas índice y mecánicas enumeradas en la tabla 3.7

Las condiciones de prueba deben elegirse en cada caso particular tratando de reproducir los estados de esfuerzo y patrones de drenaje que generará la estructura; la selección adecuada de las muestras, de acuerdo a tales

15 Fuente: Master en Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. CEDEX, Madrid 2002.


61

condiciones permitirá obtener parámetros de diseño representativos del comportamiento del suelo. Esta selección podrá facilitarse si se dispone de la información obtenida de sondeos.

En nuestro país, los ensayos para obtener las propiedades mecánicas no se utilizan con mucha frecuencia debido a los costos que representan, sin embargo permiten obtener datos más reales que las encontradas por medio de correlaciones con pruebas de penetración (de mayor uso SPT) y propiedades índices, ya que éstas obligan a tomar factores más conservadores en la determinación de la capacidad de carga de los suelos.

16 Fuente: Manual de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecanica de Suelos, 2001.

Tabla 3.7: Estudios de Laboratorio16

Propiedades índices

Granulometría Contenido de agua Límites de consistencia Densidad de sólidos Peso volumétrico

Propiedades mecánicas

Resistencia al esfuerzo cortante • Compresión triaxial • Compresión no confinada • Corte directo • Torcómetro

Deformabilidad • Compresibilidad • Expansibilidad


62

3.3 DISEÑO GEOTÉCNICO DE PILOTES

3.3.1 Introducción

El análisis de una cimentación profunda se inicia con la selección de aquellos elementos que sean compatibles con la estratigrafía y propiedades mecánicas de los suelos o rocas del sitio, en términos generales, toda cimentación debe diseñarse para satisfacer dos requisitos esenciales: seguridad adecuada contra falla y funcionalidad de la estructura

El diseño geotécnico de una cimentación profunda comprende las siguientes etapas:

1. Investigación geotécnica. ( ver contenido 3.2) 2. Selección del elemento de cimentación y del equipo de construcción. 3. Determinación preliminar de la longitud y capacidad de carga del elemento. 4. Verificación de las etapas 2) y 3), con los datos obtenidos en pruebas de

carga.

3.3.2 Estimación de la longitud del pilote

Seleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas bastantes difíciles que requieren buen criterio. Los pilotes se dividen en tres categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo:

• Pilotes de punta

• Pilotes de fricción

• Pilotes de compactación


63

3.3.2.1 Pilotes de punta

Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de material rocoso en un sitio a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan hasta la superficie de la roca. (Ver figura 3.4a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; entonces se denominan pilotes de punta. En la mayoría de estos casos, la longitud del pilote puede establecerse con bastante precisión.

Qu

Roca Qp Qu ≈ Qp

Sin en vez de un lecho rocoso se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro. Véase figura 3.4b.

Figura 3.4 a: Pilote de punta


64

Qu

Los pilotes con pedestales se construyen sobre el lecho del estrato duro, y la carga última del pilote se expresa como:

Donde:

Qp= Carga transferida por la punta del pilote

Qs= Carga transferida por la fricción superficial desarrollada en los lados del pilote (causada por la resistencia cortante entre el suelo y el pilote)

Si Qs es muy pequeña,

En este caso la longitud requerida de pilotes se estima con mucha precisión si se dispone de los registros de exploración del subsuelo.

Figura 3.4 b: Pilote de punta prolongado en estrato resistente

Qu = Qp+Qs

Qs ≈ Qp


65

3.3.2.2 Pilotes de fricción

Cuando no se tiene un estrato de roca o material duro a una profundidad razonable en un sitio, los pilotes de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan en el material más blando a profundidades especificas (véase figura 3.4c)

La carga última de los pilotes se expresa por la ecuación:

Sin embargo el valor de Qp es relativamente pequeño, entonces:

Qu

Qp

Qu ≈ Qs

Figura 3.4 c: Pilote de fricción

Qu = Qp+Qs

Qu ≈ Qs


66

Estos se denominan pilotes de fricción porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la fricción superficial. Sin embargo el término pilote de fricción no es muy apropiado, aunque se usan con frecuencia en la literatura técnica; en suelos arcillosos, la resistencia a la carga aplicada es también generada por adhesión.

La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote. Para determinar las longitudes necesarias de estos pilotes, un ingeniero requiere de un buen entendimiento de la interacción del suelo‐pilote, de buen criterio y experiencia.

3.3.2.3 Pilotes de compactación

Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de compactación. Su longitud depende de factores como:

• La compacidad relativa del suelo antes de la compactación

• La compacidad relativa deseada del suelo después de la compactación

• La profundidad requerida de compactación

Generalmente, estos pilotes son cortos; sin embargo, son necesarias algunas pruebas de campo para determinar una longitud razonable.

3.3.3 Mecanismo de transferencia de carga

El mecanismo de carga de un pilote al suelo es complicado. Para, entenderlo considere uno de longitud L, como se muestra en la figura 3.5a. La carga sobre el pilote se incrementa gradualmente de cero a Q(z=0) en la superficie del terreno. Parte de esta carga será resistido por la fricción lateral, Q1,


67

desarrollada a lo largo del fuste y parte por el suelo debajo de la punta del pilote, Q2 ¿Cómo están relacionadas Q1 y Q2 con la carga total? Si se efectúan mediciones para obtener la carga Q(z) tomada por el fuste del pilote a cualquier profundidad z, la naturaleza de la variación será como lo muestra la curva 1 de la figura 3.5b

La resistencia por fricción por arena unitaria a cualquier profundidad z se determina como:

Donde:

p= Perímetro de la sección transversal del pilote.

f(z) = ∆Q(z)/[ (p)(∆z) ]

Figura 3.5 a y b: Transferencia de carga en pilotes


68

La figura 3.4c muestra la variación de la función f(z) con la profundidad.

Si la carga Q en la superficie del terreno se incrementa gradualmente, la resistencia máxima por fricción a lo largo del fuste del pilote será totalmente movilizada cuando el desplazamiento relativo entre el suelo y el pilote sean aproximadamente de 5 a 10 mm independientemente del tamaño y de su longitud L. Sin embargo, la resistencia máxima de punta Q2 =Qp no será movilizada hasta que la punta del pilote se haya movido de 10 a 25% del diámetro del pilote. (El límite inferior se aplica a pilotes hincados y el límite superior a pilotes perforados) bajo carga última (figura 3.5d y curva 2 en la figura 3.5b), Q(z=0) =Qu. Entonces: Q1 = Qs

Q2 = Qp

Figura 3.5c: Variación de la fz con la profundidad.

Figura 3.5d: Resistencia del pilote.


69

La explicación anterior indica que Qs se desarrolla bajo un desplazamiento mucho menor con el de la resistencia de punta Qp.

Bajo carga última, la superficie de falla en el suelo en la punta del pilote es parecida a la mostrada en la figura 3.4e.

3.3.4 Ecuaciones para estimar la capacidad de un pilote

3.3.4.1 Capacidad de carga de la punta, Qp

La capacidad de carga última Qu de un pilote se expresa como:

Para cimentaciones superficiales se tiene la ecuación dada por Terzaghi para calcular la capacidad última de carga:

Donde:

c’= cohesión del suelo γ = peso especifico del suelo D = ancho de la cimentación

qu =c’Nc*+ qNq* +γDNγ*

Figura 3.5e: Mecanismo de transferencia de carga en pilotes

Qu = Qp+Qs


70

Nc*, Nq*, Nγ* son los factores de capacidad de carga que influyen los factores necesarios de forma y profundidad. Aunque para pilotes estos valores serán diferentes.

Como el ancho D de un pilote es relativamente pequeño, el término γDNγ* se cancela del lado derecho de la ecuación entonces tenemos:

El término q fue sustituido por q’ para indicar un esfuerzo vertical efectivo. Por lo tanto la carga de punta de pilote es:

Donde:

Ap = Área de la punta del pilote qp = Resistencia unitaria de punta

3.3.4.2 Resistencia por fricción, Qs

La resistencia por fricción superficial de un pilote se expresa como:

Donde:

p = Perímetro de la sección del pilote ∆L = Longitud incremental del pilote sobre la cual p y f se consideran constantes f = Resistencia unitaria por fricción a cualquier profundidad z Correlaciones empíricas según Meyerhof propuso una manera sencilla para determinar la resistencia por fricción a partir de los datos obtenidos en una prueba de penetración estándar, expresada en la siguiente ecuación.

Qs =∑p∆Lf

qp =c’Nc*+ q’Nq*

Qp = Ap qp = Ap (c’Nc*+ q’Nq*)


71

Donde:

Qs= Resistencia por fricción N = Número de golpes, N, para penetrar 30 cm del estrato resistente N = Número de golpes, N, para penetrar 30 cm del estrato intermedio As= El perímetro del pilote L = Longitud del pilote

3.3.5 Métodos para estimar la carga por punta (Qp)

Método de Meyerhof

En base a observaciones de campo Meyerhof en 1976 sugirió que la resistencia de punta ultima qp mediante la siguiente ecuación.

Para pilotes en arena, c’= 0

En arena

La variación de Nq* con el ángulo φ′ de fricción del suelo se muestra en la figura 3.6 sin embargo, Qp no debe exceder el valor limite Apql, es decir,

Qp = Ap q'Nq*≤Apql

La resistencia de punta límite es:

ql =0.50 pa Nq*tan φ′

Donde:

pa = presión atmosférica (100KN/M2 O 2000lb/pie2)

Qp =Apqp = AP q'Nq*

Qs = 0.02 N ASL (kg/cm2)


72

φ′ = ángulo efectivo de fricción del suelo del estrato de apoyo Con base en observaciones de campo, Meyerhof (1976) también sugirió que la resistencia de punta ultima qp en un suelo granular homogéneo (L=Lb) puede obtenerse a partir de numero de penetración estándar como.

ql = 0.40 pa (N1)60 (L/D) ≤ 4 pa (N1)60

Donde (N1)60 valor promedio corregido del número de penetración estándar cerca de la punta del pilote (aproximadamente 10D arriba y 4D debajo de la punta del pilote)

Angulo de fricción del suelo, φ’ (grados)

Método de Vesic

Vesic en 1977 propuso un método para estimar la capacidad de carga de punta de un pilote con base en la teoría de expansión de cavidades. De acuerdo con esta teoría, basada en parámetros de esfuerzo efectivo, se deduce la ecuación propuesta

Qp=Apqp= Ap(c'Nc*+σ̄'oNσ*)

Figura 3.6: Variación de los valores máximos

de Nq* con el ángulo φ’ de fricción del suelo


73

Método de Janbu (En arena)

Janbu en 1976 propuso calcular la carga por punta en pilotes mediante la expresión descrita.

En arena

Los factores de capacidad de carga de Nc*Nq* se calculan suponiendo una superficie de falla en el suelo en la punta del pilote similar a la mostrada en la figura 3.7.

En la tabla 3.8 da la variación de Nc*y Nq* para η' = 60°, 75° y 90°

Tabla 3.8: Factores de capacidad de carga de Janbu17 = 60° ’ = 75° ’ = 90°

φ’0 Nc* Nq* Nc* Nq* Nc* Nq* 0 5.74 1.0 5.74 1.0 5.74 1.0 10 5.95 2.05 7.11 2.25 8.34 2.47 20 9.26 4.37 11.78 5.29 14.83 6.40 30 19.43 10.05 21.82 13.60 30.14 18.40

17 Fuente: Braja Das M., Principios de Ingeniería de Cimentaciones, 2006.

Qp=Ap(c'Nc*+q'Nq*)

Figura 3.7: Superficie de falla en la punta del pilote


74

40 30.58 26.66 48.11 41.37 75.31 64.20 45 46.32 47.32 78.90 79.90 133.87 134.87

Método de Coyle y Castello

Coyle y Castello en 1981 analizaron 24 pruebas de carga en campo a gran escala de pilotes hincados en arenas. Con los resultados obtenidos, sugirieron la siguiente ecuación.

En arena

La figura 3.8 muestra la variación de Nq* con L/D y el ángulo de fricción del suelo Ф’.

Qp= q'Nq*Ap

Figura 3.8: Variación de Nq*con L/D


75

3.3.6 Correlaciones para calcular Qp con resultados SPT y CPT

Existen varias correlaciones en la literatura técnica para calcular Qp con bases en pruebas de penetración estándar y en resultados de pruebas de penetración de cono conducidas en el campo. A continuación se detallan varias correlaciones en la tabla 3.9

Tabla 3.9: Correlaciones con la resistencia a la penetración estándar18

Referencia Relación Aplicabilidad

Briaud y otros (1985) qp = 19.7pa (N60)0.36 Arena

Shioi y Fukui (1982) qp = 3pa Colado en lugar

qp = 0.2paN60 Pilote perforado, arena

qp = 0.15pa N60 Pilote perforado, arena gravosa

qp = 0.3paN60 Pilotes hincados, todos los suelos

La tabla 3.9 da la correlación de qp con el número N60 de penetración estándar. Es importante observar que el valor N60 es la condición promedio cerca de la punta del pilote (es decir, 4D abajo Y 10D arriba de la punta del pilote) Hay dos métodos principales para estimar de qp usando la resistencia qc de la penetración de cono:

Método LCPC

Desarrollado por el Laboratoire Central des Ponts et Chaussees (Bustamante y Gianeselli, 1982) De acuerdo con el método LCPC Donde:


qp = qc(eq)kb


76

qc(eq)= Resistencia equivalente promedio del cono kb= Factor empírico de capacidad de carga La magnitud de qc(eq) se calcula de la siguiente manera:

• Considere la resistencia qc en la punta del cono dentro de un intervalo de 1.5 D debajo de la punta a 1.5D arriba de la punta del pilote.

• Calcule el promedio de qc[qc(prom)] dentro de la zona mostrada en la figura 3.9 • Elimine los valores qc que son mayores que 1.3 qc(prom) y los valores qc que son menores que 0.7 qc(prom)

• Calcule qc(eq) promediando los valores qc restantes.

Método holandés

De acuerdo con el método holandés (de Ruiter y Beringen, 1979), se considera la variación de qc en el intérvalo de 4D por debajo de la punta del pilote a 8D por arriba de la punta como se muestra en la figura 3.10.

Figura 3.9: Método LCPC


77

Luego se efectúan las siguientes operaciones:

• Promedie los valores qc en una distancia y D debajo de la punta del pilote. Esta es la trayectoria a‐b‐c. sume los valores qc a lo largo de la trayectoria descendente a‐b (o sea, la trayectoria real a) y la trayectoria ascendente b‐c (o sea, la trayectoria mínima). Determine el valor qc1 = valor promedio de qc para 0.7< y <4.

• Promedie los valores qc (qc2) entre la punta del pilote y 8D arriba de la punta a lo largo de la trayectoria c‐d‐e‐f‐g, usando la trayectoria mínima e ignorando las depresiones puntuales menores.

Calcule:

Donde

Figura 3.10:Método holandés


78

pa = Presión atmosférica (≈ 100kN/m2)

3.3.7 Resistencia por fricción Qs en arena

Para estimar la resistencia por fricción se utiliza la ecuación

Donde la resistencia unitaria por fricción f en arenas, es difícil de estimar debido a que depende de varios factores:

1. La naturaleza de la instalación del pilote. 2. La fricción unitaria superficial crece con la profundidad más o menos

linealmente hasta una profundidad determinada luego permanece constante.

3. A profundidades similares, la fricción unitaria superficial en arena suelta es mayor para un pilote de alto desplazamiento que para un pilote de bajo desplazamiento.

4. A profundidades similares, los pilotes perforados o hincados parcialmente con chorro de agua a gran presión tendrán una fricción unitaria superficial menor en el caso de pilotes hincados.

La estimación de la resistencia por fricción superficial de pilotes en arcilla es casi tan difícil como en arenas debido a la presencia de variables que no son cuantificadas fácilmente. Aunque en la actualidad existen métodos que se utilizan para obtener la resistencia unitaria por fricción de pilotes.

3.3.8 Capacidad de carga por punta de pilotes sobre roca

Qs =∑p∆Lf


79

En algunas ocasiones los pilotes se hincan hasta un estrato subyacente de roca. En tales casos, el ingeniero debe evaluar la capacidad de carga de roca. La resistencia unitaria última de punta en roca (GOODMAN, 1980) es aproximadamente.

Donde:

NФ=tan2 (45+Ф'/2)

qu= resistencia a compresión no confinada de la roca Ф'=ángulo de fricción drenado

3.3.9 Pruebas de carga en pilotes

En la mayoría de los grandes proyectos, los pilotes deben someterse a un número específico de pruebas de carga. La razón principal es la falta de confiabilidad en los métodos de predicción. La capacidad de carga vertical y lateral de un pilote puede probarse en el campo. En la figura 3.11a se muestra un diagrama esquemático del arreglo de un ensayo de carga en pilotes para probar la compresión axial en el campo

qp = qu(NФ+1)


80

En las figura 3.11b se muestra un diagrama carga carga‐asentamiento total obtenido de una carga y descarga de campo. Para cualquier carga, Q, el asentamiento neto del pilote se calcula como sigue:

Q = Q1

Asentamiento neto, sneto(1) = st(1) – se(1).

Cuando Q = Q2.

Figura 3.11a: Diagrama esquemático del arreglo de una prueba de carga de un pilote


81

Asentamiento neto, sneto(2) = st(2) – se(2).

Donde: Sneto= Asentamiento neto. Se = Asentamiento elástico del pilote mismo. St = Asentamiento total.

Estos valores de Q se indican en una gráfica contra el asentamiento neto correspondiente sneto, como se muestra en la figura 3.11c. La carga última del pilote se determina con esta gráfica. El asentamiento del pilote crece con la carga hasta cierto punto, mas allá del cual la curva‐asentamiento se vuelve vertical. La carga correspondiente al punto en que la curva Q versus sneto se vuelve vertical es la carga última, Qu, del pilote; esta se muestra en la curva 1 en la figura 3.11c. En muchos casos, la última etapa de la curva carga‐asentamiento, es casi lineal, mostrando un grado amplio de asentamiento para un pequeño incremento de carga; como se muestra en la curva 2 de la figura. La carga última, Qu, para tal caso se determina del punto de la curva Q vrs sneto donde empieza esta porción lineal empinada.

Figura 3.11b: Carga vrs asentamiento total Figura 3.11c: Carga vrs asentamiento neto


82

Tabla 3.10: Técnicas usadas para una prueba de carga en pilotes19 TECNICAS DESCRIPCION

Ensayo de carga controlada

Requiere la aplicación de cargas por etapas sobre los pilotes así como la medición del asentamiento.

Rapidez de penetración constante

La carga sobre el pilote se incrementa continuamente para mantener una velocidad constante de penetración, que varía de 0.25 a 2.5 mm/min.

Carga cíclica Se aplica una carga incremental y se retira repetidamente.

3.3.10 Asentamiento De Un Solo Pilote

El asentamiento de un pilote aislado proviene del acortamiento elástico del fuste del pilote y, en parte, de la distorsión del suelo alrededor del pilote. Como mejor se determinan estos efectos es por el ensayo de carga. El asentamiento se puede determinar por un análisis estático de la resistencia del pilote, calculando el acortamiento elástico de cada sección del fuste del pilote, teniendo en cuenta la porción de la carga total que queda en esa sección. El mayor asentamiento en todos los pilotes, excepto los que se apoyan en roca, proviene de la consolidación del suelo subyacente por los esfuerzos que desarrolla el grupo de pilotes.

3.3.11 Pilotes cargados lateralmente

Un pilote vertical resiste cargas laterales movilizando la presión pasiva en el suelo que lo rodea. El grado de distribución de la reacción del suelo depende de:

a. La rigidez del pilote b. La rigidez del suelo



83

c. La inamovilidad en los extremos del pilote.

Los pilotes con carga vertical se clasifican en:

1) Pilotes cortos o rígidos. 2) Pilotes largos o elásticos.

Las figura 3.12a y 3.12b muestran la naturaleza de la variación de la deflexión del pilote y la distribución del momento y fuerza cortante a lo largo de la longitud del pilote.

Figura 3.12a: Naturaleza de la variación de la deflexión, momento y fuerza cortante en pilotes rígidos.


84

3.3.12 Fórmulas para el hincado de pilotes

Para desarrollar la capacidad de carga deseada, un pilote de punta debe penetrar suficientemente el estrato denso de suelo o tener contacto suficiente con un estrato de roca. En este requisito no siempre se satisface hincando un pilote a una profundidad predeterminada debido a la variación de los perfiles de suelo, por lo que se han desarrollado varias ecuaciones para calcular la capacidad última de un pilote durante el hincado. Estas ecuaciones dinámicas se usan ampliamente en el campo para determinar si el pilote ha alcanzado un valor satisfactorio de carga a la profundidad predeterminada. Una de las primeras ecuaciones dinámicas, comúnmente llamada la fórmula del

Figura 3.12b: Naturaleza de la variación de la deflexión, momento y fuerza cortante en pilotes elásticos.


85

Ingineering News Record (EN) se deriva de la teoría del trabajo y de la energía. Es decir:

Energía impartida por el martillo en cada golpe= (resistencia del pilote) (penetración por golpe de martillo)

De acuerdo con la fórmula EN, la resistencia del pilote es la carga última Qu, expresada como

Donde:

WR= Peso del martillo h = Altura de caída del martillo S= Penetración del pilote por golpe C= Constante

La penetración S, del pilote se basa generalmente en el valor promedio obtenido de los últimos golpes del martillo. En la forma original de la ecuación se recomendaron los siguientes valores de C:

♦ Para martillo de caída libre C= 25.4 mm si S y h están en mm; 1 pulg. Si S y h están en pulg. ♦ Para martillos de vapor: C= 2.54mm si S y h están en mm; 0.1 pulg. Si S y h están en pulg. Se recomendó también un factor de seguridad FS=6, para estimar la capacidad admisible del pilote. Observe que para martillos de acción simple y doble, el termino WRh es reemplazado por EHE donde (E= Eficiencia del martillo y HE= Energía nominal del martillo). Entonces:

La fórmula EN ha sido revisada varias veces a lo largo de los años y también se han sugerido otras formulas de hincado de pilotes.

QU= WRh S+C

Qu=(EHE)/(S+C)


86

3.3.13 Grupos de pilotes

Como corrientemente debajo de las cimentaciones, los pilotes se colocan en grupos relativamente con poca separación entre ellos, es necesario considerar la acción del grupo de pilotes. Esto es esencialmente importante cuando se usan pilotes de pura “fricción” y cuando los suelos subyacentes al estrato resistente, en que descansan las puntas de los pilotes resistentes por la punta, son mas compresibles.

3.3.13.1 Capacidad De Carga Del Grupo De Pilotes.

La capacidad de carga del grupo de pilotes se calcula suponiendo que el grupo de pilotes forma una cimentación gigantesca, cuya base está al nivel de las puntas de los pilotes y cuyo ancho y largo es el área del grupo de pilotes. La capacidad del grupo es la suma de la capacidad de carga de la base de la "cimentación", mas la resistencia a esfuerzo cortante a lo largo de las caras verticales del grupo que forma la "cimentación".

3.3.12.2 Eficiencia Del Grupo De Pilotes.

La eficiencia de la capacidad de carga de un grupo de pilotes se define como

Donde:

η= Eficiencia del grupo. Qg (u) = Capacidad última de carga del grupo de pilotes. Qu = Capacidad última de carga de cada pilote sin el efecto del grupo.

Aunque se han deducido muchas fórmulas empíricas para determinar la eficiencia del grupo de pilotes, ninguna ha demostrado ser verdaderamente válida.

η = Qg (u) ΣQu


87

3.3.14 Fricción negativa

Si los movimientos del terreno se producen en sentido paralelo al eje del pilote se genera una fricción que además de constituirse en una nueva acción sobre el pilote, elimina la posibilidad de contar con la resistencia del fuste en la zona en que se origina este fenómeno.

La fricción negativa cuando un pilote atraviesa un estrato en proceso de consolidación que ocasiona un asentamiento del suelo en la vecindad del fuste del pilote; debido a que la rigidez del pilote es mayor que la del terreno, la cimentación se opone a tal asentamiento y el suelo tenderá a colgarse de su fuste, ocasionando un rozamiento que actúa en sentido contrario al resistente. En este momento las cargas exteriores y el rozamiento negativo deberán ser resistidos únicamente por la punta, ya que no se cuenta con la resistencia del fuste.

En pilote flotantes los máximos valores de fricción negativa se localiza en la zona superior del pilote comprimiéndolo y provocando un asentamiento en toda su longitud; dicho asentamiento hace que el fuste en la parte inferior del pilote se desplace con respecto al propio terreno, de forma que se movilice un cierto movimiento positivo en la parte inferior equilibrando el rozamiento en la zona superior. Es posible que en estas circunstancias el pilote quede prácticamente inservible para soportar acciones exteriores.

En pilotes resistentes por punta la carga generada por la fricción negativa aumenta con la profundidad del estrato del terreno blando, generándose una pequeña cantidad de fricción positiva en las zonas muy próximas a la punta donde las deformaciones del terreno en las cercanías del estrato resistente son menores.

En forma general este fenómeno suele ocurrir en suelos cohesivos blandos es decir en arcillas y limos en consolidación; pero puede ocurrir también si el


88

pilote se localiza en un suelo arenoso desplantado sobre un estrato arcilloso o un limo blando, o en un suelo arenoso de compacidad media a floja en el momento de un sismo, donde las deformaciones verticales en el terreno podrían ser muy importantes y originar un fuerte rozamiento negativo en pilotes que le atraviesen.

Algunas de las causas que originan fricción negativa se enumeran a continuación:

• Asentamiento del terreno por acciones sísmicas.

• Colocación de un relleno sobre terreno blando que es atravesado por el pilote.

• Sobre cargas en la cercanía de la cimentación.

• Disminución del nivel freático, que ocasiona aumento en la presión efectiva del suelo y su consiguiente consolidación.

Ciertos procedimientos pueden disminuir considerablemente el efecto de rozamiento negativo; alguno de estos son: aislar el pilote del estrato en movimiento y que origina el rozamiento negativo, esto se lleva a cabo colocando tubos no recuperables dentro de lo cual se colocará el pilote; aunque de esta manera tampoco se podrá contar con la fricción positiva del pilote. Cuando es necesario la construcción de grupos de pilotes, es preferible utilizar pilotes de gran diámetro, ya que si se compara la superficie lateral con la de un grupo de pilotes de pequeño diámetro, y cada grupo tiene igual sección transversal, entonces la superficie lateral de los primeros resulta menor y el rozamiento negativo tiene un efecto relativo también menor sobre la capacidad de carga de los pilotes de mayor diámetro.


89

3.4 DISEÑO ESTRUCTURAL EN PILOTES DE CONCRETO

3.4.1 Introducción

Los especialistas en diseño tienen la libertad de diseñar de acuerdo con su conocimiento y experiencia, pero deben verificar que sus resultados cumplan con el reglamento de diseño y construcción que norme técnicamente las obligaciones generales de seguridad y funcionalidad de la localidad.

En el diseño estructural de una cimentación debe tenerse en cuenta, en el grupo en que sean significativos, los siguientes factores:

Capacidad de carga del material de apoyo (suelo o roca). Deformaciones del suelo, inmediatas y diferidas. Resistencia y rigidez de la subestructura. Resistencia y rigidez de la superestructura.

Los pilotes deben ser capaces de resistir sin dañarse:

1) El aplastamiento bajo cargas verticales. 2) El aplastamiento por impacto durante en hincado. 3) Esfuerzo durante el manejo. 4) Tensión debida a fuerzas de subpresión, bufamiento del suelo o rebote

durante el hincado. 5) Fuerzas horizontales que ocasionen flexión. 6) Fuerzas excéntricas que causen flexión. 7) Momentos flexionantes por curvatura. 8) Efecto de columna en los tramos sin soporte lateral del terreno en contacto

con aire, agua o lodo muy fluido.

Los pilotes deben tener un área suficiente tanta lateral como en sección transversal, para poder transferir la carga al estrato de suelo seleccionado en el


90

caso de pilotes de fricción, y suficiente área en la base si son pilotes trabajando por punta.

En el diseño estructural de una cimentación puede seguirse el procedimiento básico siguiente:

Calcúlense las fuerzas y momentos transmitidos a la cimentación por la superestructura.

Supónganse unas dimensiones para la cimentación (el área de cimentación debe ser tal, que bajo las cargas y momentos que la estructura transmite a la subestructura no se exceda la capacidad de carga calculada del terreno).

Supóngase una distribución de presiones de contacto entre la subestructura y el suelo o, en caso en sistema formado por el suelo y los pilotes, que cumplen con las condiciones siguientes:

• Existe equilibrio local y general entre las presiones de contacto, las fuerzas internas en la subestructura y las fuerzas de momentos transmitidos a esta por la superestructura.

• Los hundimientos diferencial, inmediatos mas diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta actuando sobre el terreno y los pilotes, son menores que los tolerados por la superestructura

• Los asentamientos diferenciales, inmediatos mas diferidos, calculados con la presión de contacto supuesta, actuando sobre combinación de superestructura y subestructura, son menores que los permisibles.

Si no se cumple alguna de las condiciones anteriores, debe suponerse otra distribución de presiones de contacto y repetirse el proceso.

Los pilotes de concreto colados en el sitio son cilindros o prismas de gran longitud en relación a su diámetro, cuya capacidad de carga es la suma de su resistencia por rozamiento con el terreno y su apoyo en punta.


91

Una vez determinada la carga de hundimiento y los asientos correspondientes a la carga admisible, se procede al dimensionamiento estructural del pilote; el cual puede ser calculado como una columna corta. Sin embargo, hay dos diferencias importantes a ser tomadas en cuenta en el diseño estructural.

• El pilote está rodeado por el terreno, lo que disminuye el peligro de pandeo. Aun cuando el terreno sea muy blando.

• Las cargas que se admiten para los pilotes de concreto colados en el sitio son inferiores que para otro tipo de estructura debido a la incertidumbre de la calidad del concreto en el interior de la perforación.

3.4.2 Diseño estructural

3.4.2.1 Solicitaciones.

Las cargas de servicio a que está sometido el pilote debe estar factoradas. El ACI 318‐02, estipulan que las cargas factoradas U son:

Fuente: ACI 02 (sección 9.2 tabla 5.1)

Donde: W = carga por viento de servicio D = carga muerta de servicio L = carga viva de servicio E = carga sísmica de servicio. Si los pilotes están sometidos a carga axial como momento flectores, se diseña como columna en flexo‐compresión.

U = 1.2D + 1.6L U = 1.2D + 1.6L +0.8W U = 1.2D + 1.0L + 1.4E


92

3.4.2.2 Diseño por flexión

Para determinar el esfuerzo longitudinal se puede hacer prueba y error o utilizando los diagramas de interacción de columnas.

Puesto que las cargas deben estar factoradas, se tiene:

Donde: PU Y MU: carga axial y momento ultimo. PD Y PL: carga muerta y viva axial de servicio. MD Y ML: momentos debidos a cargas muerta y viva de servicio.

3.4.2.3 Selección del diagrama a utilizar

El diagrama que se seleccione debe estar preparado para la misma sección transversal (circular o rectangular), resistencia del concreto (f'c), esfuerzo de fluencia del acero (fy) se debe tomar como se muestra en la figura 3.13

PU = 1.2 PD + 1.6 PL ACI 318‐02 (sección 9.2 tabla 5.1)

MU = 1.2MD +1.6 ML ACI 318‐02 (sección 9.2 tabla 5.1)

Ag = (πxD2) /4, para circulares (área gruesa)

AC = (πxD’2) /4, para circulares (área del núcleo)

Ag = (B) (L), para cuadrados y rectangulares (área gruesa)

AC = (B’) (L), para cuadradas y rectangulares (área del núcleo)


93

DD'

B'

B

LL'

3.4.2.4 Resistencia estructural del pilote como columna

A través de estudios técnicos y de resultados experimentales se ha demostrado que el suelo en que se hinca un pilote lo confina lateralmente en toda longitud. Por lo tanto, el pilote trabaja como columna corta y son aplicables las fórmulas deducidas para este tipo de miembros estructurales.

Consecuentemente, se proponen la siguiente fórmula para pilotes de concreto:

En donde: Qa: Carga axial permisible o de trabajo f’c: Esfuerzo de fluencia del concreto fy : Esfuerzo de fluencia del acero Ag: Área gruesa As : Área transversal de las varillas longitudinales de esfuerzo del pilote FS: Coeficiente de seguridad (se recomienda utilizar un valor de 3) Nota: La fórmula anterior es aplicable tanto para pilotes de concreto simple y reforzado.

Figura 3.13: Para sección circular y cuadrada

Qa = [(0.85 f’c) (Ag ‐AS) +AS fy ]


94

3.4.2.5 Secuela del proyecto

Para el proyecto de una cimentación por medio de pilotes se requiere como elemento esencial un perfil del suelo que represente los resultados de sondeos exploratorios. Comúnmente este perfil de suelos provee toda la información necesaria para decidir si la cimentación puede establecer sobre pilotes de fricción, sobre pilotes resistentes de punta o sobre pilotes mixtos.

El siguiente paso consiste en elegir la profundidad de hincado y el tipo de pilote a emplear, basándose en aspectos económicos y en las condiciones impuestas por las características de la obra.

Se determinan luego la capacidad de carga última de un pilote y este valor se divide por un coeficiente de seguridad apropiado para obtener la carga admisible por pilote.

Preliminarmente el número de pilotes para una carga dada será igual a dicha carga entre la capacidad admisible de pilote empleado.

Donde:

N: Número de pilotes Qu: Carga última Qadm: Carga admisible o permisible

Determinado el número de pilotes, el siguiente paso es el de elegir su espaciamiento. Por razones de índole económica y practica se ha establecido que la distancia D entre ejes de pilotes debe estar comprendida entre 2.5 a 4.0 veces el diámetro superior de dichos pilotes. Una distancia D menos a 2.5 veces el diámetro superior del pilote dificulta su hincado, una distancia D mayor de cuatro veces el diámetro del aumenta el costo de la zapata cabezal de los mismos, sin beneficio a la cimentación.

N = QU / Qadm


95

Ejemplo de aplicación de diseño geotécnico y estructural de pilotes de concreto colados en sitio para el edificio de 4 niveles de la facultad de ingeniería y arquitectura ubicada en el Campus Universitario de la Universidad de Oriente. (UNIVO) El terreno se ubica sobre carretera Panamericana a 300 metros del desvío a las Placitas, en la jurisdicción de Quelepa, departamento de San Miguel20.

Nota: Cabe aclarar que para el ejemplo a desarrollar, se utilizará el estudio de suelos del proyecto Hotel Trópico Inn de la ciudad de San Miguel, donde se recomendaron cimentaciones profundas.

20 Fuente: Bonilla, Rafael Arturo y otros, Propuesta de Diseño Estructural para el Edificio de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura en el Campus de la Universidad de Oriente .tesis, Universidad de Oriente, 2006.

Figura 3.14: Edificio de cuatro niveles


96

Registros y resultados obtenidos del estudio de suelos del proyecto Hotel Trópico Inn realizados por el

Laboratorio de I.C.I.A., S.A de C.V.


97


98


99


100


101


102

Resultados obtenidos del estudio de suelos. En la siguiente tabla, se resume las condiciones del suelo detectadas en las perforaciones y ensayos de laboratorio realizados

La capacidad de carga admisible del subsuelo correlacionada a través de los Ensayos de Penetración Estándar es variable según cada sondeo y profundidad.


103

Diseño geotécnico: De acuerdo al estudio de mecánica de suelos del Proyecto Hotel Trópico Inn, se proponen los siguientes valores. La longitud estimada del pilote, dependerá de la profundidad a la que se encuentre una capacidad de carga admisible del suelo no menor de 5kg/cm2 y la sección del pilote se propone según criterio y experiencia del estructurista.

Datos Estimados:

Longitud del pilote= 7.0 metros (L) Sección del pilote= 50 cm (D) Nota: El pilote se encuentra prolongado sobre el estrato del suelo compacto,

para el cual suelo= 1900 Kg/ m3 y φ′ = 30° ¿calcular la capacidad de carga del

suelo?

Solución: Utilizando el Método de Meyerhof y Janbu por ser el más desfavorable para la capacidad de carga por punta Qp y Qs

Cálculo de carga por punta del pilote

Meyerhof

Qp = Ap q'Nq* = Ap L Nq*

Qp = Ap L Nq*

Para φ′ = 30°, Nq*≈ 55 (véase la figura 3.6), por lo tanto

Qp1 =[ π(0.50)2/4][7.0X1900X55] =143,629.69 Kg

Qp1 = 143.63 ton←


104

Janbu

Qp = Ap L Nq*, para c’ = 0, φ′ = 30°, ή =90°, Nq*≈ 18.40 (véase la tabla 3.8)

Qp = [ π(0.50)2/4][7.0X1900X18.40] =48050.66 kg

Qp3 = 48.05 ton←

Qp = (143.63 + 48.05)/2 = 95.84 ton←

Qp = 95.84 ton←ok

Cálculo de carga por fricción

Para el cálculo de la carga por fricción, se elegirá el sondeo donde se obtengan las capacidades de los estratos del suelo más desfavorables. Sondeo 1 (S‐1)

N=17N=24N=22N=45N=74N=35N=46N=52

ABCDEFGHIJK

0.50

1.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

2.60 0.50

1.0N=16N=19N=9N=12

Figura 3.15:Muestra de los diferentes NSPT del S‐1


105

Correlaciones de pruebas de penetración estándar

Qs = 0.02 N LP (kg/cm2)

P = 2πr = Perímetro del pilote

Debido a que el pilote atraviesa varios estratos, la carga admisible total es la suma de las contribuciones de los diferentes estratos encontrados en el sondeo S‐1. Tomando en cuenta los valores de NSPT encontrados en las diferentes profundidades, se tiene la ecuación:

Qs =∑Qs

Qs =∑[0.02X 16X50 + 0.02X 19X50 + 0.02X9X50 + 0.02X12X50 + 0.02X17X50 + 0.02X24X50 +0.02X22X50 + 0.02X45X50 + 0.02X74X50 + 0.02X35X50 + 0.02X

46X50 + 0.02X 52X50][2πX25]

Qs = 58276.54 kg

Qs = 58.28 ton←

Qu = Qp + Qs = (95.84 +58.28) ton

Qu = 154.12 ton←

Qadm = Qu / Fs

Qadm =154.12 / 3.0

Qadm = 51.37 ton← (carga admisible que soporta el suelo)


106

Diseño estructural

Datos:

’concreto= 4200 kg/cm

3

f′c = 280 kg/cm2 suelo = 1900 kg/mt3

PDx = 85.59 ton PDy = 23.93 ton PLx = 55.09 ton PLy = 12.84 ton PEX = 26.32 ton PEy = 27.91 ton MDx = 0.00 ton‐mt MDy = 0.0142 ton‐mt MLx = 0.00 ton‐mt MLY = 8.21x10

‐3 ton‐mt MEx = 34. 95 ton‐mt MEy = 27.78 ton‐ mt Dimensión de la columna = (60X60) cm Pcol = (0.6x 0.60x16x 2400) = 13,824 kg = 13.82 ton Dimensión de la zapata = (260X260X50) Pz = (2.6x2.6x0.5x 2400) = 8,112 kg = 8.11 ton PT = PDx + PDy + PLx + PLy + Pcol + Pz

PT = 85.59 + 23.93 + 55.09 + 12.84 + 13.82 + 8.11

PT = 199.38 ton←

Numero de pilotes: #

# = PT/Qadm = 199.38/51.37

# = 3.88 ≈ 4.0 pilotes

Se asumen 5 pilotes


107

Revisión de esfuerzo en cada pilote por la acción combinada de carga axial y flexión biaxial

3.70 m 6.0 m 6.0 m 6.0 m

6 7 8 9

15

25

1 2 3 4 5

10 11 12 13 14

16 17 18

19 20 21 22 23

24 26 27

29 30 31 3228

35 3633 34

X

Y

0.60 MT 1.40 MT 0.60 MT

0.60

MT

1.40

MT

0.6O

MT

Figura 3.16: Eje A‐3 analizando la condición más desfavorable de diseño

Figura 3.17: Muestra la zapata del eje A‐3 analizada


108

Carga en cada pilote:

Qu = (PT/#) + (MY X)/ΣX2 + (MxY)/ΣY

2

La separación entre pilotes S ≥ 2.5D

Asumiendo S =2.8D = 2.8 (0.50) = 1.4 mt

X = 0.70 m; ΣX2 = 4(0.70)2 = 1.96mt2

Y = 0.70m; ΣY2 = 4(0.70)2 = 1.96 mt2

Evaluando cargas de servicio

a) Carga gravitacional

MY = MDY+ MLy; MX = MDX+ MLX

QU = (PT/#) + (MY X)/ΣX2 + (MXY)/ΣY

2

QU = (199.38/5) + (0.0142+8.21x10‐3)0.70/ 1.96 = 39.88 ton←

QU < Qadm

39.88 < 51.37 ok← pasa

b) Accidental

G + EX + 0.3EY (evaluando en Y)

P = 199.38 +26.32 + 0.30 (27.91) = 234.07 ton←

MY1 = MY + MEY = 0.0142 + 27.78 = 27.80 ton‐m←

MX2 = MX + 0.30MEY = 8.21x10‐3 + 0.30 (34. 95) = 10.50 ton‐m←


109

El factor de capacidad admisible para cargas accidentales oscila alrededor de 1.50, por lo tanto, asumiendo 1.50 tenemos 1.5Qadm.

1.5Qadm = 1.5 (51.37) = 77.05 ton←

QU = (P/#) + (MY1 X)/ΣX2 + (MX2Y)/ΣY

2

QU = (234.07/ 5) + (27.80 + 10.50)(0.70)/1.96 = 60.49←

QU < Qadm

60.49< 77.05 ok←

G + 0.30EX + EY (evaluando en X)

P = 199.38 + 0.30 (26.32) + (27.91) = 235.19 ton←

MY3 = MY + 0.30MEY = 0.0142 + 0.30 (27.78) = 8.35 ton‐m←

MX4 = MX + MEY = 8.21x10‐3 + (34. 95) = 34.96 ton‐m←

QU = (P/#) + (MY3 X)/ΣX2 + (MX4Y)/ΣY

2

QU = (235.19/5) + (8.35+34.96) (0.70)/ 1.96 = 62.51 ton ←

QU < Qadm

62.52 < 77.05 ok←

Evaluando condiciones de cargas factoradas a) Gravitacional

PU = 1.2 PD + 1.6 PL


110

PU = 1.2 (131.45) +1.6 (67.93) = 266.43 ton←

MU = 1.2MD +1.6 ML

MU = 1.2 (0.0142) + 1.6 (8.21x10‐3) = 0.030 ton‐m←

QU = 266.43/5 + (0.030)0.70 / 1.96 = 55.27 ton←

b) accidental

G + EX + 0.3EY (evaluando en Y)

PU =0.75 (266.43) +1.4 (26.67) + 0.30 (1.4) (27.91) = 248.88 ton←

MUY = 0.75 (0.030) +1.4 (27.78) = 38.91 ton‐m←

MUX = 0.75 (0.0) + 1.4 (0.30) 34. 95 = 14.68 ton‐m←

QU = 248.88/5 + (38.91 +14.68) (0.70)/1.96 = 68.92 ton←

G + 0.3EX + EY (evaluando en X)

PU = 0.75 (248.88) +1.4 (0.30) (26.67) + 1.40 (27.91) = 236.94←

MUY = 0.75 (0.030) +1.4 (0.30) (27.78) = 11.69 ton‐m←

MUX = 0.75 (0.0) + 1.4 (34. 95) = 48.93 ton‐m←

QU = 236.94/5 + (11.69 +48.93) (0.70)/1.96 = 74.44 ton←


111

Evaluando punzonamiento alrededor de la columna

columna = (60X60) cm

borde de columna

sección criticapor

punzonamiento

d/2

d/2

d = 43 cm d '

Datos:

PU = 266.43 ton

d’ = 60 + d = 60 + 43 = 103 cms

bo = 103 (4) = 412 cms

VU = 266.43 / (2.6X2.6) = 39.41 ton/mt2

VU critico = (39.41) (2.62 – 1.032) = 224.60 ton ←

ФVC = Ф (1.1 ) (bod) = 0.85 (1.1) (440X50)/ 1000 = 344.2 ton ←

ФVC > VU critico; ok ←

Figura 3.18: Punzonamiento de columna


112

Evaluando Punzonamiento alrededor del pilote tenemos:

d/2d/2 d

Datos:

PU = 74,440 kg

d’ = 50 + d = 50 + 50 = 100 cms

bo = 100 (π) = 314.16 cms

VU = 74.44 ton ←

ФVC =Ф (1.1 ) (bod) = 0.85 (1.1) (314.16X50)/ 1000 = 245.76 ton ←

ФVC > VU; ok ←

Figura 3.19 Punzonamiento del pilote


113

Evaluando cortante en zapata


dd

d = 43 cm

260/2260/2

Y

X

X = 260/2 -60/2-43 X = 57 cm asumimos

h = 50 cm

VUltimo = 266.43/ (2.60)2 = 39.41 ton/m2←

VU critico = VUltimoXL = (39.41X2.6X 0.57) = 58.40 ton←

ФVC = 0.85 (0.53) Ld = 0.85 (0.53) (260x47)

ФVC = 92.11 ton

ФVC > VU; ok ←

Figura 3.20: Cortante en zapata


114

Diseño de zapata por flexión


260/2260/2

Y

X

X = 260/2 -60/2 X = 100 cm

En zapatas el recubrimiento mínimo es 7.0cm, entonces d=43 cm

MU = VUltimo (LX2/2) = 39.41 [(2.6X 12) / 2]

MU = 51.23 ton‐m←

Para zapatas AS = MU / (Фfy X brazo), donde el brazo = 0.95d y Ф = 0.90

AS = MU / [(0.90fy)(0.95d)] = (51.23X105) / [(0.90X4,200) (0.95X43)]

AS = 33.18 cm2←

ASmin = 14(bd) / fy = (14X260X43)/ 4200 = 37.27 cm2←

S = (AVXB)/ ASmin = (3.87X 260) / 37.27 = 27 cms

Colocar varilla Nº 7 @ 20 cms en ambos sentidos en el lecho inferior.

Figura 3.21: Diseño de zapata por flexión


115

Encontrando Refuerzo longitudinal del pilote tenemos:

ρmin = 0.01

AS = ρmin AP = 0.01 (πx502) /4 = 19.63 cm2

Utilizando varilla numero Nº 7

N = (19.63/ 3.87) = 5.10 cms

S = π d /6 = (πX15) / 6 = 15.71 cms

Utilizar varilla Nº 7 @ 15.71 cms

15.71

r

6 varillas Nº 7 @ 15.71

60°

con paso de 4.5 espiral Nº 4

DETALLE DE PLANTA DE PILOTE RADIO 25 cm

Figura 3.22: Detalle estructural del pilote


116

Encontrando Refuerzo transversal del pilote tenemos:

El refuerzo transversal será una hélice continua de paso constante (S)

S = (4AV) / (Фc ρs)

AV = área de la varilla

Фc = diámetro del núcleo del concreto

Ag = (πx502) /4 = 1963.50 cm2

Ac = (πx(50‐ 2 recubrimiento)2) /4 = (πx302) /4 = 706.86 cm2

ρs = 0.45[Ag/AC ‐ 1](f'C / fy) ≥0.12(f'C / fy)

0.12 (f'C / fy) = (0.12X280) / 4200 = 0.008

ρs = 0.45[1963.50/706.86 ‐ 1](280 / 4200) = 0.053

0.053 ≥ 0.008 ok←

S = (4X1.29) / (30 X0.053) = 3.24 cms

Фc/6 = 30/6 = 5.0 cms

4 cms < S <

7.5 cms

Colocar refuerzo transversal Nº 4 con S =4.5 cms


117

0.10 mt

7.0

mt

0.70 mt

0.20

mt

0.10

mt

0.50

mt

0.04

5 m

t

0.50 mt

zapata (2.6X2.6) mtcolumna (0.6X0.6) mt

pilote de 0.50 mt de diametro

0.30 mt

Revisión de la capacidad de carga del pilote:

Qa = (0.85 f’c (Ag ‐ AS) +AS fy )

As = acero longitudinal = (23.22) cm2

AS = 23.22 cm2

Ag = 1963.50 cm2

Qa = [(0.85 X280) (1963.50 – 23.22)] + (23.22X4200)] X 10‐3 = 559.31 ton

Qadm = Qa / FS = 559.31 /3 =186.44 ton

186.44 > PU = 74.44 ok←

Figura 3.23: Detalle estructural de columna, zapata y pilote

PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS IN SITU EN EL AMMS, SAM MIGUEL Y LA UNION CAPITULO IV

117

CAPITULO IV: PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES DE CONCRETO, PREFABRICADOS Y COLADOS IN SITU.

4 .1 INTRODUCCIÓN

El tema principal de nuestra investigación consiste en la recopilación de los diferentes métodos utilizados en nuestro país para la construcción, fabricación y colocación de pilotes de concreto (colados en el sitio y prefabricados).

Para realizar el proceso constructivo de un pilote se debe hacer algunas tareas previas.

Después de obtener el estudio geotécnico se toman datos sobre el corte estratigráfico y nivel de la capa freática, características mecánicas del suelo y la profundidad proyectada para la cimentación.

Una vez obtenido estos datos y el diseño del pilote, se procede a la elección de los métodos y técnicas más favorables para la ejecución del proyecto.

Se debe limpiar y nivelar el área de trabajo, dejando espacio suficiente para el manejo de equipos a utilizar.

4.2 EQUIPO UTILIZADO EN LOS PROCESOS CONSTRUCTIVOS APLICADOS A LAS CIMENTACIONES PROFUNDAS

Algunas de las maquinarias utilizadas en para realizar el procedimiento constructivo de pilotes se muestran a continuación.


118

4.2.1 Equipos

Grúas:

Son máquinas que sirven para el levantamiento y manejo de objetos pesados, contando para ello con un sistema de malacates que acciona a uno o varios cables, montados sobre una pluma y cuyos extremos terminan en gancho.

Las grúas pueden ser fijas o móviles. Cuando la grúa es móvil, puede trasladarse por sí misma, sobre orugas o ruedas dispuestas para tal fin.

Las plumas de las grúas pueden ser rígidas cuando están formadas por estructuras modulares o bien telescópicas cuando están formadas por elementos prismáticos que deslizan unos dentro de otros.

En las siguientes tablas se muestran las distintas grúas móviles que se encuentran en el mercado de la construcción.

Fotografía 4.1: Grúa con pluma rígida montada sobre orugas (Puerto Cutuco, La Unión).


119

21 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos,

2001.

Tabla 4.1a: Listado de grúas móviles 21

Marca Modelo Capacidadton

Peso Ton

American

599 C 36.29 ‐ 5299 45.36 ‐ 7220 45.36 ‐ 5299 A 54.40 ‐ 5300 63.50 ‐ 7225 A 77.25 ‐ 7260 90.70 ‐ 9260 113.50 ‐ 9270 136.08 ‐ A100HC 100.00 ‐ A1500HC 167.80 ‐

Bauer

DS640 40.00 40.00 BS650 50.00 50.00 BS660 60.00 65.00 BS680 80.00 80.00 BS6100 110.00 90.00 BS6120 120.00 100.00BS6180 180.00 160.00

Bucyrus Erie

22B 12.00 19.30 38B ‐ ‐ 54B ‐ ‐ 61B 66.50 67.30

Casagrande

C20 20.00 22.00 C40 40.00 35.60 C50 50.00 48.65 C60 60.00 63.70 C90 95.00 83.80

Tabla 4.1b: Listado de grúas móviles

Marca Modelo Capacidad ton

Peso ton

Link‐Belt

LS68 13.61 17.67 LS98 24.49 27.70 LS108‐B 40.82 38.40 LS108‐D 45.36 38.04 LS118 54.43 54.70 LS318 72.58 63.30 LS418A 99.77 92.02 LS138‐H 68.04 55.92 LS208‐H 68.04 58.97 LS218‐H 90.72 80.02

Liebherr

HS833HD 40.00 39.60 HS843HD 60.00 56.80 HS853HD 80.00 81.20 HS833HD 90.00 96.40 HS883HD 120.00 109.40

Manitowoc

222 90.70 74.52 777S‐1 153.50 113.40777S‐2 160.00 150.14888S‐1 196.80 154.08888S‐2 208.60 189.983900WS‐2 127.00 118.943950W 136.00 136.843950D 136.00 143.404100WS‐1 181.40 166.284100WS‐2 208.60 204.384100WS‐3 217.70 218.64

P&H

670WCL 70.00 ‐ 550 50.00 ‐ 5060 60.00 50.52 5100 100.00 78.37


120

Perforadoras

Son máquinas que sirven para hacer perforaciones en el suelo, por rotación o por percusión. En el caso de las rotatorias, la torsión se transmite por medio de una barra en cuyo extremo inferior se coloca una herramienta de avance tal como una broca, o una hélice. La barra se hace girar con algún mecanismo, o bien se levanta y se deja caer sobre el fondo de la perforación, lo cual da lugar a que las perforadoras sean rotatorias o de percusión, respectivamente.

Las siguientes tablas muestran una lista de perforadoras con Barretón o Kelly telescópico y/o Barrena continua que se utilizan más en la construcción de pilotes.

ba

Fotografía 4.2: a) Perforadora rotatoria Soilmec R‐12 utilizada en proyecto Costa Real, La Libertad, ejecutado por Rodio Swissboring. b) Perforadora rotatoria montada sobre camión recomendada en suelos estables (Hotel Trópico Inn, San Miguel)


121

Tabla 4.2: Perforadoras de barretón o Kelly telescópico22

Marca Modelo Tipo Par kg‐m Diámetro máx. (m)

Profundidad máx. (m)

Bauer (Alemania)

BG9 S/Oruga 9,486 1.20 40 BG22H S/Oruga 22,440 1.80 57 BG22S S/Oruga 22,440 3.00 57 BG30 S/Oruga 37,434 3.00 63 BG50 S/Oruga 37,434 3.00 83

Calwelld (USA)

125CH S/Grúa 17,300 ‐ Opcional 400CH S/Grúa 55,300 ‐ Opcional 200C S/Camión ‐ 3.00 26 42LH S/Camión ‐ 2.10 30 5200LH S/Camión ‐ 3.50 52 ADL S/Camión 9,000 1.50 18

Bay Shore System EU)

LMP‐30 S / Oruga 1,244 0.90 9 LMP‐50 S / Oruga 1,244 0.90 15 LM‐30 S / Oruga 2,073 1.20 9 LM‐50 S / Oruga 2,073 1.20 15 LLM‐40 S / Oruga 3,317 1.80 13 DH‐60 S / Oruga 8,290 1.80 22 DH‐100 S / Oruga 13,820 3.65 30

Casagrande (Italia)

Catdrill 18 S/Grúa 12,000 2.50 80 Catdrill 22 S/Grúa 22,000 2.50 54 B10HS S/Oruga‐camión 10,000 1.50 35 B12HS S/Oruga‐camión 12,200 1.80 45 B18HS S/Oruga 18,300 2.00 73

Soilmec (Italia)

RT3‐S S/Grúa 21,000 2.20 78 R‐16 S/Oruga 16,000 2.00 60 R‐15 S/Oruga 15,600 2.00 60 R‐10 S/Oruga 10,000 1.50 46 CM‐39 S/Oruga 9,700 1.50 34

22 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, 2001.


122

Tabla 4.3: Perforadoras de hélice continua23

Marca Modelo Tipo Par kg‐m Diámetro máx. (m)

Profundidad máx. (m)

Bauer (Alemania)

BG14 S/Oruga 14.28 0.90 14.9 BG30 S/Oruga 37.43 1.20 21.6

Casagrande (Italia)

LH‐CFA17 S/Oruga 9.99 0.60 17 HD‐CFA21 S/Oruga 9.99 0.80 21

HD‐CFA24 S/Oruga 9.99 1.00 24

Soilmec (Italia)

R‐16 S/Oruga 16.00 1.10 21.5

SM‐49 S/Oruga 8.85 0.95 23.5 HY‐42 S/Grúa 6.10 0.80 32

Tabla 4.4: Tipos y características de perforadores de fondo24

Modelo Diámetro de perforación (cm)

Peso del martillo (Kg)

Frecuencia de operación (golpes/minutos)

Consumo de aire* (L/s)

Champion 180 45-61 1,492 950 944 Champion 240 61-86 2,488 925 1,322 Champion 330 83-109 5,707 925 2,454 * Operando con una presión de 10.2 x 10^5 Pa.

Osciladores de ademes

Equipos utilizados para hincar ademes, con un movimiento rotacional alterno y una fuerza vertical. Se utilizan combinados con perforación rotatoria o la extracción de material con almeja de gajos. Otro tipo de equipo utilizado para el hincado y extracción de tubos o perfiles de acero en el suelo, es el Vibrohincador, también llamado martillo vibratorio.


24 Fuente: Ídem anterior


123

En la siguiente tabla se presentan algunos modelos y capacidades de osciladores:

Tabla 4.5: Osciladoras de ademes25

Marca Modelo Diámetro máx. (cms) Par de torsión (KN‐m)

Bauer BV 880‐04 BV 10‐04

‐ ‐

450 1,000

Casagrande GSP‐S‐1000 GSP‐S‐1500 GSL‐S‐1000

220 270 205

1,280 1,830 1,200

Soilmec MGT‐700 MGT‐1000 MGT‐1500

180 200 250

550 1,200 2,200

Almeja

Esta herramienta tiene forma semicircular y penetra en el suelo por caída libre, compensando el peso de la almeja contra las fuerzas ascensionales causadas por la acción de cerrado de los gajos.


Fotografía 4.3: Oscilador de ademes montado sobre perfiles de acero utilizando almeja para la extracción de material de la perforación (Puerto Cutuco, La Unión)


124

Las quijadas móviles se accionan con cilindros hidráulicos, adosadas en la parte inferior de un Kelly rígido, de una pieza o telescópico. La presión hidráulica del sistema se genera mediante una unidad de potencia que, al igual que el equipo de excavación, se monta sobre una grúa de orugas.

Desarenadores

Se emplean para remover partículas de suelo en los lodos de perforación. Sus principales componentes son:

Malla vibratoria para captar partículas mayores de 5 mm, 0.2 in.

Hidrociclones, que remueven las partículas finas en suspensión

El lodo circula a través del conjunto de componentes por medio de bombas y tanques de almacenamiento temporal.

Fotografía 4.4: Almeja de gajos.


125

Martillos para hincado

Son equipos que generan impactos en serie para el hincado de pilotes. Los más comunes, y mejor empleados en nuestro país son los martillos de combustión interna que emplean diesel como combustible para levantar la masa golpeadora, al mismo tiempo que se aprovecha su explosión para incrementar el impacto del hincado.

El ciclo de operación de los martillos diesel se inicia con la caída libre de un pistón guiado dentro de un cilindro que, al comprimir el aire en el interior de la cámara de combustión, produce el encendido y explosión súbita del diesel previamente inyectado. La explosión y el impacto de la masa que golpea provocan la penetración del pilote en el terreno y la expansión de los gases quemados impulsa al pistón hacia arriba y así sucesivamente.

Fotografía 4.5: Planta de lodos empleados en proyecto ejecutado por Rodio Swissboring en una obra de paso.


126


Tabla 4.6: Tipos de martillo para el hincado26 Elemental Caída libre

Acción simple Vapor Neumáticos

Doble acción

Diferenciales Vapor Neumáticos Hidráulicos

Diesel Abiertos Cerrados

Vibratorios Baja frecuencia, mayor de 40 Hz Alta frecuencia, mayor de 140 Hz

Vibratorios – Impacto ‐

Fotografía 4.6: Un martillo diesel hincando un pilote de acero.


127

4.3 PROCESO CONSTRUCTIVO DE PILOTES COLADOS IN SITU

4.3.1Introducción

Uno del elemento más importante a tener en cuenta en la construcción de los pilotes de concreto colados en el sitio es la calidad de los materiales que se utilicen en su fabricación.

Además de cumplir con todas las normas establecidas en los códigos y reglamentos, estos materiales deben adaptarse a las condiciones especiales de la construcción de pilotes, tales como trabajo a profundidades considerables, condiciones de mucha humedad, azolves del terreno, etc.

Existen muchos procesos para construir pilotes de concreto colados en el sitio. En El Salvador, en los últimos años, se ha construido bastante este tipo de cimentación profunda, y no se han hecho estudios sobre sus métodos constructivos. A continuación se describen los pasos a seguir en pilotes colados en sitio en nuestro país.

4.3.2 Metodología

4.3.2.1 Tareas Previas

a. Obtenido el Estudio Geotécnico, se tomarán los siguientes datos:

1. Corte estratigráfico y nivel de la capa freática.

2. Características mecánicas del suelo.

3. Grado de agresividad del suelo.

4. Profundidad proyectada para la cimentación.

b. Limpiar y nivelar la superficie de trabajo, dejando una anchura conveniente para el trabajo de la maquinaria a utilizar.


128

c. Se realizará una inspección de las construcciones aledañas a fin de comprobar que no haya servicios que impidan o afecten los trabajos de construcción de pilotes; si fuese necesario, se sustituirán los mismos.

Una vez se realizan dichas tareas previas, se procede con las actividades que componen el procedimiento desde el inicio de la construcción de pilotes hasta su culminación.

4.3.2.2 Trazo

Para construir estos pilotes es necesario hacer un replanteo de la zona y ubicar mediante aparatos topográficos el centro de cada pilote. Se indica la ubicación, la profundidad de perforación y de desplante, dicha referencia deberá mantenerse vista todo el tiempo que sea necesario.

Fotografía 4.7: Nivelación del lugar donde se ejecutara el proyecto.


129

4.3.2.3 Perforación

El tipo de perforación depende de las características que presentan los suelos. En el Salvador, los métodos más utilizados son los siguientes:

a) En seco

Por lo general se utiliza sobre el nivel freático donde no existe el peligro de derrumbe o socavación al perforar el pozo hasta el fondo, aunque en algunos casos se utiliza en suelos bajo el nivel freático todo y cuando la permeabilidad es tal que la filtración en el pozo es mínima, mientras permanece abierto.

Técnicas para perforación en seco

Perforación Rotatoria

En El Salvador es una de las formas más usada para la construcción de pilotes, se emplean generalmente dos tipos de perforaciones con sistema rotatorio:

• Con Barretón o Kelly de perforación; ya sea montada sobre orugas, sobre grúa o sobre camión. En este caso, el Kelly puede ser de una sola pieza o bien telescópico de varias secciones, con el cual se extrae de manera intermitente el suelo perforado.

• Con Hélice continua; montada sobre grúa o sobre oruga. El suelo se extrae de manera continua, conforme se perfora el suelo.


130

Hasta la terminación del proceso de perforación, las herramientas de perforación están entrando y saliendo del barreno para ser vaciadas en el exterior.

Las herramientas más comunes son las brocas de hélice y los botes; las primeras se utilizan generalmente en condiciones secas y tienen la ventaja de ser fácilmente llenadas y vaciadas.

Las brocas están equipadas con una orilla de corte que durante la rotación rompe el suelo, después de lo cual el suelo viaja a lo largo de las hélices, la broca se extrae entonces del hueco excavado y se vacía por rotación rápida en el exterior, si el suelo tiene alta plasticidad.

Pueden tener hélice sencilla o doble, de acuerdo a las condiciones del suelo y usualmente tienen una punta inferior (stinger) qué previene cabeceos de la broca.

Fotografía 4.8: Perforación con hélice contínua en proyecto Bordas del Río Grande en Usulutan ejecutado por Rodio Swissboring.

1. Barrena sobre equipo montado en oruga.

2. Barrena continua de 45 cm. de diámetro.

3. Planta de bombeo de concreto. 4. Manguera que transporta el

concreto hasta la parte superior del núcleo interno de la barrena.


131

En estratos duros inclinados, es recomendable utilizar una punta más larga de lo usual, con el fin de efectuar una perforación guía de menor diámetro.

La hélice de las brocas debe ser diseñada cuidadosamente para que el material suelto pueda viajar hacia arriba, sobre la hélice sin resistencia. El número y paso de las hélices varía ampliamente, dependiendo del tipo de suelo por perforar.

En nuestro medio existen brocas de diámetro de 40 cm, 60 cm, 80 cm, 1.0 m, 1.20 m, 1.50 m, 1.60 m y hasta con una longitud de profundidad de 45m).

Cuando se encuentran suelos muy duros puede alternarse el barreno con botes corona, los cuales son abiertos de abajo y poseen dientes para realizar los cortes no posibles con barreno. Posterior al proceso de perforación se

dc

ba

Fotografía 4.9: a) barrenas helicoidales; b) botes para perforación; c y d) tubos metálicos para perforación de pilotes encamisados


132

introduce el bote de perforación con el cual se extrae el material suelto depositado en el fondo de la excavación.

Trepano Manual

Este método consiste en realizar la perforación a través de una herramienta sencilla manipulada directamente por uno o dos hombres, a la cual se le llama comúnmente como: “pala”. Este trepano está formado por tubos metálicos que poseen conexiones en sus extremos para ensamblarlos hasta profundidades de 10 mts. En su extremo superior posee dos barras horizontales que permiten aplicar una fuerza par, la cual hace que el trépano ubicado en su extremo inferior rote y corte el material. Cuando este trepano se llena de material, es extraído a la superficie para depositar el material excavado. Este proceso se repite hasta alcanzar la profundidad requerida. Estos trépanos se encuentran disponibles en diámetros hasta de 40 cm. Son fabricados de acero en un taller de mecánica, generalmente con poco control de calidad. Este método se utiliza en la industria de la construcción tales como: viviendas y pequeños edificios y donde es necesario colar muchos pilotes de diámetros reducidos.

Fotografía 4.10: Trepano manual de 30cm. de diámetro utilizado en perforación previa para hincar pilotes.


133

b) Con agentes fluidos (lodos, agua, aire o polímeros)

En situaciones en que no se puede protegerse la excavación con tubería, y en que las paredes de la perforación son inestables ya sea por la presencia de agua freática o por sus desfavorables propiedades mecánicas, se utilizan agentes fluidos.

Técnicas

Lodos Utilizando lodos a base de bentonita o polímeros.

En situaciones en que no se puede proteger la excavación con tubería, y en que las paredes de la perforación son inestables, se utilizan lodos bentoníticos.

Estos lodos ejercen presiones hidrostáticas que ayudan al sostenimiento de las paredes. Siempre deben controlarse las propiedades de los lodos por su viscosidad, densidad, PH, contenido de áridos.

Para que funcionen adecuadamente, es necesario poseer una determinada carga hidráulica de lodos, ya que cuando nos encontramos con un nivel freático, debe ubicarse la plataforma de trabajo desde donde se aplican los lodos, a una distancia de 1.50 a 2.00 metros sobre el nivel de carga.

Cuando se aplica lodos bentonitícos se requiere el montaje de una planta productora de lodos al ritmo requerido para el proyecto, requiere una planta desarenadora, equipos de bombeo especiales para recircular lodos desde el fondo de la perforación, un laboratorio de campo y técnicos especializados capaces de medir en todo momento las características de los lodos y las implicaciones de las mismas para las actividades de perforación y colado de los pilotes.


134

La bentonita es una arcilla coloidal la cual contiene una gran cantidad de monmorillonita. Por lo general, para hacer los lodos, se utilizan una bentonita Durango o similar. Al ser mezclada con agua, forma un coloide con moléculas de bentonita intercaladas con moléculas de agua. Al someterse a presión, las placas de bentonita hidratadas se adhieren al terreno mientras que las moléculas de agua se introducen en el terreno y por último, al prolongar este contacto, se forma una película de bentonita comúnmente denominada “cake”. Esta capa se comporta como una película de estanqueidad y permite que la mayor presión hidrostática dentro de la perforación, mantenga estables las paredes y evite cualquier desprendimiento de las mismas.

Fotografía 4.11: Planta de lodos (pilotes perforados con lodos) utilizado en proyecto ejecutado por Rodio Swissboring.


135

c) Entubados

En caso donde los suelos son menos competentes o para evitar derrumbes y socavaciones, se debe de colocar un entubado protector temporal. Esta tubería debe de tener suficiente grosor de pared como para resistir la presión del suelo, la presión hidrostática y los efectos dinámicos de la construcción.

Los diámetros a partir de los cuales se considera colocar tubería son: 80 cm., 1.0 m, 1.20 m y 1.50 m.

Técnicas

Entubado Vibratorio

Se conecta la parte superior del ademe, generalmente de un espesor de 10 a 15 mm, a un vibrador que tiene un par de mordazas. Las vibraciones verticales de alta frecuencia, producidas por el vibrador, reduce la fricción entre el ademe y el suelo, permitiendo que el primero penetre en el segundo por peso propio, más el del vibrador.

Dado que la reducción de la fricción lateral es más pronunciada en arenas y gravas sueltas a medias, así como en arcillas y limos blandos, el uso de vibradores es predominante en este tipo de suelos.

Fotografía 4.12: Entubado metálico mediante una grúa


136

El volumen de suelo afectado por las vibraciones así como la profundidad de penetración del ademe, depende de la energía que transmite el vibrador. En general, el límite superior para hincar ademes con este procedimiento, está alrededor de 2 m. de diámetro, y profundidades de 20 mts.

Entubado Oscilatorio

Con este procedimiento, el ademe se sujeta con un collar circular, que es operado hidráulicamente, y rotado alrededor de 20° en direcciones alternas. Simultáneamente el ademe es empujado dentro del suelo por gatos hidráulicos. El ademe se coloca en secciones, usualmente de 6 mts, de tal manera que permita perforar dentro del mismo, antes de continuar colocándolo. Estas secciones se unen entre sí hasta alcanzar la profundidad deseada, por medio de collares con insertos cónicos para tornillos. El espesor de la pared de estos ademes, para trabajo pesado, está entre 40 y 60 mm.

La máxima capacidad de perforación con este método es de 30 mts. de profundidad y con diámetro máximo de Ø 2.5 m.

Fotografía 4.13: Tubos metálicos para perforar pozos de pilotes mediante oscilador rotatorio alterno utilizado en Puerto Cutuco, La Unión.


137

4.3.2.4 Moldes para pilotes colados in situ.

Con tubo recuperable:

Son pilotes de desplazamiento, donde se utiliza tubos metálicos, se introduce en el suelo ya sea por rotación o por hincado evitando que penetre suelo o agua en la entibación; luego de construir el pilote y verter el concreto en este, se extrae el tubo o molde.

En la actualidad, existe una variedad de pilotes con tubos recuperables, a continuación se mencionaran algunos de lo mas comunes

• Pilotes Simplex

• Pilotes Express

• Pilotes Vibro

• Pilotes Franki

Fotografía 4.14: Ademado metálico recuperable ejecutado mediante grúa montada sobre oruga.


138

Con tubo no recuperable:

Como su nombre lo indica, son aquellos pilotes que fabricados en el lugar de la obra mantienen el tubo empleado para el ademe, formando parte del pilote, dicho tubo se hinca con su punta inferior tapada.

Entre los pilotes más comunes con tubo no recuperable tenemos:

• Pilotes Cobi de Mandril Neumático.

• Pilotes Raymond.

4.3.2.5 Pilotes sin molde (perforados)

Los pilotes perforados resultan más favorables en suelos donde la cohesión deberá ser suficiente para permanecer abierto durante la perforación, inspección y el colado del concreto, además los suelos no deben tener filtraciones de agua. Con este método se evitan inconvenientes como el ruido y vibraciones que generan los equipos para el proceso de perforación con ademes.

Entre algunas ventajas con el método de perforación sin ademe tenemos:

- Económicos, si la cantidad de pilotes es reducido.

- Espacio reducido para trabajar y maquinaria de menor costo.

- Mediante la perforación se conocen los estratos del terreno.

- Se pueden lograr perforaciones a profundidades hasta de 30 metros.

- No hay peligro de vibraciones del suelo en edificaciones aledañas.


139

4.3.2.6 Armaduría

Acero de Refuerzo

El acero de refuerzo se debe proteger contra la oxidación y otro tipo de corrosión antes de colar el concreto, debe estar libre de suciedad, grasa, aceite u otros lubricantes o sustancias que puedan limitar su adherencia al concreto.

Armaduras de los pilotes

Los pilotes generalmente trabajan a compresión, la armadura es similar a la de las columnas o pilares. Sin embargo, es necesario que la armadura sea capaz de soportar la flexión que se produce en el transporte del izado del pilote como también los esfuerzos por flexión producidos por las fuerzas horizontales.

La armadura se compone de barras longitudinales colocadas en la periferia y de estribos transversales o espirales en algunos casos.

Fotografía 4.15: Armaduria de pilotes


140

Manejo y Colocación de Armadura

El acero longitudinal se coloca sobre apoyos y se marca los espaciamientos establecidos; seguido a ello, se realiza el amarre con el espiral hasta lograr la longitud requerida del pilote.

En cuanto a los empalmes y traslapes de varillas y estribos estarán regidos bajo las especificaciones del ACI 318 sección 7.10.4.5 y sección 12.14.3.

Se debe colocar los separadores (comúnmente en nuestro medio son llamados helados) estos, deberán estar colocados con un espaciamiento entre 1‐ 1.5 m sobre lo largo de la armadura, no deberán coincidir en una misma sección transversal.

Rigidizadores y ganchos para izaje.

En aquellos casos donde las longitudes y el diámetro de la armadura de los pilotes son grandes, se le amarran en posición diametral dos ganchos en el extremo superior de la armadura, es decir, el extremo que servirá como cabeza del pilote. La finalidad de los rigidizadores es que la armadura permanezca sin deformarse, y evitar movimientos o desplazamiento tanto del acero longitudinal como transversal.

Cuando ya se tiene listo en elemento estructural, se procede a conectar los ganchos con los de la grúa para transportarlo hasta la excavación. Al momento de introducirla se debe retirar los rigidizadores, en la fotografía 4.16 se muestra la colocación de la armadura mediante una grúa.


141

Cuando se trata de pilotes pequeños, el manejo y transportación del elemento se puede realizar mediante personas, sin embargo debe tomarse en cuenta la manipulación cuidadosa para evitar deformaciones

Fotografía 4.16: Colocación de armaduría mediante grúa.

ba

Fotografía 4.17: a y b: Transportación y colocación de armaduría de forma manual.


142

La armadura deberá quedar 20 cm. retirada del fondo de la excavación para lo cual será necesario colocar en su extremo superior varillas de diámetro considerable, de tal manera que puedan soportarla.

Una vez colocada la estructura, deberá rectificarse el alineamiento horizontal a través de la brigada topográfica y utilizando las referencias de diseño.

4.3.2.7 Concreto

Para iniciar el proceso de colado del concreto, se verifica si la perforación contiene azolves o recortes sedimentados en el fondo originados por la colocación de la estructura. Es necesario hacer una limpieza cuidadosa en fondo, mediante herramientas apropiadas, como por ejemplo utilizando un “air lift”. El colado se realizará por procedimientos que eviten la segregación del concreto y la contaminación del mismo con el lodo estabilizador de la perforación o con derrumbes de las paredes de la excavación. Se llevará un registro de la localización de los pilotes o pilas, las dimensiones relevantes de las perforaciones, las fechas de perforación y de colado, la profundidad y los espesores de los estratos y las características del material de apoyo.

Fotografía 4.18: Armaduría colocada en las perforaciones, se utilizan barras de acero colocadas transversalmente al eje de la armaduría del pilote, apoyadas en bases que puedan soportar el peso de la estructura de acero.


143

En la actualidad, se han desarrollado mezclas de concreto y métodos de colado especiales para cimentaciones profundas. Se han adoptado mezclas con alta trabajabilidad además se utilizan aditivos que permiten que el concreto fluya con facilidad entre el acero de refuerzo y en el contacto con el suelo.

En El Salvador, la resistencia del concreto utilizada para pilotes es de 210 kg/cm2 a 280 kg/cm2 con revenimientos mayores a los 15 cm.

Es importante que el agregado pase libremente entre los intersticios del acero de refuerzo, para que logre ocupar todo el volumen excavado para la pila, por lo que se recomienda que el tamaño máximo de los agregados no sea mayor de 2/3 partes de la abertura mínima entre el acero de refuerzo o del espesor del recubrimiento, lo que sea más pequeño.

En la tabla 4.7 se muestran las tres mezclas de concreto recomendadas por la Federation of Piling Socialists (FPS).

Tabla 4.7: Tipos de mezclas para colado de concreto27 Mezclas para pilas

Revenimiento típico (cm.)

Condiciones de uso

A 12.5 Vaciado en perforaciones en seco. Acero de refuerzo ampliamente espaciado, con espacio para el libre movimiento del concreto entre las varillas

B 15.0 Cuando el refuerzo no esté espaciado suficientemente para permitir libertad de movimiento entre las varillas. Cuando el nivel de corte del concreto esté dentro del ademe metálico.

C >17.5 Cuando el concreto se coloque con el sistema tremie bajo agua o lodo bentonítico.



144

Existen varios métodos para la colocación en seco del concreto; éstos se pueden realizar por medio de recipientes especiales que descargan por el fondo, las cuales se movilizan con ayuda de malacates o con grúas.

Se pueden utilizar tuberías de cono, segmentadas llamadas comúnmente “trompas de elefante“, o bien bombas para concreto y debe colocarse en una sola operación continua.

Durante el vaciado del concreto, se extrae poco a poco el ademe metálico (en caso de haberse usado), siempre manteniendo una carga de concreto dentro del ademe. Para este caso, es suficiente con una tolva o embudo y una tubería para garantizar que la mezcla no segregue ni golpee contra el acero.

Tubo Tremie

Cuando es necesario colar bajo agua o lodos, el método más usado es el llamado “tremie”, es un procedimiento práctico para colocar concreto bajo agua, sin embargo también es utilizado para condiciones en seco.

El tubo tremie debe ser un tubo de acero, en tramos de 1 m a 6 m con uniones herméticas, de preferencia lisas; esto es para que no tengan coples salientes que puedan atorarse con el acero de refuerzo. Se aconseja que el diámetro del tubo sea por lo menos seis veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso del concreto.

El tubo tremie se introduce en el interior de la armadura se bajan en tramos de tubos acoplables hasta el fondo de la perforación, se coloca la tolva en su parte superior, se obtura unión tolva con cañería mediante tapete (embudo). Luego se vuelca el concreto en la capacidad de la tolva, se retira el tapete y en forma continua se inicia el llenado del pilote. El volumen de concreto que se carga por tolva se desliza hacia el fondo desplazando el agua y posibles impurezas hacia el exterior (superficie). A medida que avanza el llenado se van retirando los tubos,


145

estando siempre el tubo puntera sumergida evitando de esta forma el contacto con el agua.

Sistema de hélice continua

Sistema de hélice contínua

El método es usado sobre todo en terrenos donde las paredes de la excavación son inestables y el colapso de las mismas hace imposible hacer una excavación de las dimensiones requeridas.

El método consiste en perforar con una barrena helicoidal continua hasta la profundidad final del pilote, en una sola maniobra. Al llegar a la profundidad final del pilote se procede a bombear concreto a través de la barrena, cuyo centro es hueco, al mismo tiempo que la barrena va siendo retirada de la perforación. Al tener la perforación llena de concreto se procede a introducir la armadura de refuerzo con el cable auxiliar de la perforadora y mediante un vibrador accionado hidráulicamente.

b a

Fotografías 4.19: a y b: Colado del concreto mediante tubo Tremie.


146

3 4

21

Fotografías 4.20: Procedimiento para pilotes con el sistema de hélice continua empleado en el Proyecto Bordas del Río Grande Usulutan ejecutado por la empresa Rodio Swissboring; 1) perforación mediante barrena continua; 2) colado del concreto mediante una manguera conectada al núcleo interno de la barrena; 3) colocación de armaduría mediante vibración; 4) vibrador para colocación de armaduría .


147

El procedimiento de colado del concreto mediante barrena continua, es el siguiente.

1. Perforación con la hélice contínua hasta la profundidad requerida.

2. Bombeado del concreto a través de la broca.

3. Extracción de la hélice sin rotación.

4. Vibración o colocación del acero de refuerzo con separadores dentro del concreto fresco.

El proceso general de construcción de los pilotes comprende:

• Confección de la armadura del pilote.

• Ubicación topográfica del pilote a perforar.

• Perforación.

• Hormigonado del pilote.

Figura 4.1: Diagrama del proceso de ejecución de barrena contínua


148

• Introducción de la armadura de refuerzo.

• Limpieza materiales procedentes de la perforación.

• Protección del pilote.

El proceso requiere una logística muy bien coordinada, sobre todo con el suministro de concreto ya que no se puede perforar un pilote si no se cuenta en sitio con el concreto premezclado listo para ser colocado.

El sistema permite sostener la excavación en todo momento, ya que la barrena sirve como ademe temporal y al ser ésta retirada de la excavación es el concreto el que mantiene las paredes estables. Para colocar el concreto se requiere una bomba de un caudal de hasta 80 m3/hora y que permita bombear hasta una altura considerable donde se encontrará la cabeza de rotación de la máquina, en donde esta la conexión de la manguera de concreto con la barrena hueca. El vibrador hidráulico permite que la armadura baje suavemente y sin ser sometida a grandes esfuerzos.

Ventajas del método de “barrena continua”:

‐ Evita la utilización de lodos de perforación.

‐ Evita la entubación temporal.

‐ Rendimientos elevados.

‐ Puede ejecutarse en cualquier tipo de suelo blando.

‐ Puede ejecutarse bajo nivel freático.


149

4.4 PROCESO CONSTRUCTIVO DE PILOTES PREFABRICADOS

En la fabricación de los pilotes pre colados, se hace indispensable conocer los materiales para su elaboración, además que cumplan con los requisitos de diseño, resistencia y durabilidad del concreto bajo cualquier condición ya sea que se fabriquen en planta o en el lugar de la obra. El control de calidad de los materiales en nuestro país, se rige mediante las normas ASTM, en ellas se establece los parámetros que deben cumplir los materiales en la construcción del proyecto. Generalmente las secciones de los pilotes prefabricados son cuadradas, aunque también se hacen en secciones circulares, triangulares,

Fotografía 4.21: Equipos necesarios para la construcción de pilotes por el sistema de hélice contínua en el Proyecto Costa Real en Costa del Sol La Libertad, ejecutado por Rodio Swissboring.


150

hexagonales y octogonales. El proceso a seguir para la fabricación de pilotes es el siguiente:

4.4.1 Preparación de camas de colado:

Se elaboran con el fin de servir como plataformas donde se colocaran las cimbras para el colado de los pilotes; la base de ésta debe ser apoyada sobre material compactado. El espesor que se emplea oscila entre 5 y 10 cm., además sirve como fijación de los moldes ya que tienen integrados algunos elementos que pueden ser de madera y metal que ayudan a la fijación de los moldes.

4.4.2 Moldes

Los moldes se pueden formar a base de tableros modulares de madera, los cuales permiten darle al pilote la sección requerida, además deben ser hechos de materiales durables, rígidos para conservar su forma sin alteraciones y estar diseñados para soportar el proceso de colocación del concreto así como el vibrado. Entre los materiales mas comunes están el metal, plástico y el concreto.

En nuestro medio el material más empleado para la elaboración de moldes para pilotes es el metálico, debido a su durabilidad y rigidez además de proporcionar un buen acabado.

Los moldes o cimbras mas comunes por su facilidad de manejo tanto en su instalación como en el colado son los que se emplean para pilotes de sección cuadrada y es común el realizar el ciclo de fabricación de manera tal que de ser posible usar los mismos pilotes ya colados en la primera fase como cimbra de las siguientes.


151

La playa o plataforma sobre la cual se realice el colado de los pilotes estará pavimentada con hormigón perfectamente liso y plano para facilitar el despegue ya sea que los pilotes mismos sean utilizados como cimbras, lo mismo para cuando son colados en moldes para facilitar el desmoldado, dicho recubrimiento puede ser a base de grasas, aceite quemado, o parafina con diesel. Se comprobará que la resistencia del terreno es tal que no puedan producirse asientos que originen esfuerzos superiores a los que pueda resistir el pilote durante su período de endurecimiento. Esto habrá que tenerlo especialmente en cuenta cuando se hormigonen varias capas de pilotes superpuestas, y la carga producida sobre el terreno pueda llegar a ser importante.

4.4.3 Acero de refuerzo

El acero de refuerzo se debe colocar con precisión y protegerse adecuadamente contra la oxidación y otro tipo de corrosión antes de colar el concreto.

Si la sección es poligonal se dispondrá, como mínimo, una barra de armadura longitudinal en cada vértice. Si la sección es circular se repartirán uniformemente en el perímetro, con un mínimo de seis. En cualquier caso serán de una sola pieza. El empalme, cuando fuera necesario, se hará mediante soldadura y no coincidirá más de un empalme en la misma sección transversal del pilote.

4.4.4 Cemento

Para pilotes de concreto en contacto con agua dulce o aire, se puede usar cemento de tipo I, II, III o IV, mientras que para ambiente marino se recomienda el tipo II o cemento puzolánico. En pilotes expuestos a ambientes marinos se emplean aditivos inclusores de aire.


152

El contenido de aire en el concreto recomendable varía entre 4 a 8%, dependiendo del tamaño del agregado grueso. Para fines de durabilidad, los pilotes de concreto deben tener cuando menos 336kg (740lb) de cemento por cúbico de concreto. En medios agresivos como el mar, se recomienda cuando menos 391kg (860lb) aunque en ocasiones se prefieren 420kg (924lb). El volumen óptimo de agua de mezclado es en realidad la menor cantidad que pueda producir una mezcla plástica y alcanzar la trabajabilidad deseada para la colocación más eficiente del concreto. La durabilidad del producto terminado disminuye al aumentar la relación agua‐cemento.

Es aconsejable que el revenimiento del concreto para pilotes oscile entre, 12 cm. y 18 cm.

Todo el concreto deberá mezclarse hasta obtener una distribución uniforme de los materiales y se debe descargar en su totalidad antes de volver a llenar la mezcladora.

La compactación del concreto debe hacerse con vibradores de alta frecuencia. Los moldes deben ser lo suficientemente rígidos para resistir el desplazamiento o los daños debidos a la vibración.

El concreto deberá mantenerse arriba de 10°C y en estado húmedo cuando menos durante 7 días después de su colocación o hasta alcanzar la resistencia suficiente, para evitar deformaciones.

Se tomarán las precauciones usuales para un curado conveniente; el cual se prolongará lo necesario para que los pilotes adquieran la resistencia precisa para su transporte e hinca. Si los pilotes hubieran de ser hincados en terrenos agresivos, o quedar expuestos al agua del mar, el período de curado no podrá ser inferior a veintiocho días. En este caso los pilotes habrán de protegerse con una pintura protectora adecuada, debiendo estudiarse la necesidad de utilizar un cemento resistente a la clase de exposición de que se trate.


153

4.4.5 Colocación del Concreto

La actividad de la colocación del concreto no requiere equipos costosos, se puede realizar mediante técnicas sencillas, empleando desde bombas mediante canalones hasta carretillas, u otros.

4.4.6 Juntas

Si el pilote está constituido por varios tramos, los correspondientes empalmes se harán de forma que su resistencia no sea inferior a la de la sección normal del pilote y quede garantizada la perfecta alineación de los diversos tramos. Se han diseñado varios tipos de juntas de unión que van desde soldadura a tope de dos placas previamente fijadas a los tramos del pilote hasta mecanismos más sofisticados.

4.4.7 Manejo y Almacenamiento Temporal

Para retirar los pilotes de las camas de colado, transporte y almacenaje de los mismos, se preparan ciertos puntos a lo largo del pilote, estructuralmente apropiados para esas maniobras, para reducir al mínimo los esfuerzos a los que se somete al pilote.

Los puntos de izaje están constituidos por “orejas” de varilla, cable de acero o placa, que se fijan previamente al acero de refuerzo y quedan ahogadas en el concreto. También se puede emplear en algunos casos tubos embebidos dentro del pilote, preferiblemente de PVC.

En la fabricación de pilotes de hormigón se tendrá en cuenta que éstos deberán ser capaces de soportar las operaciones de transporte, manejo e hinca de forma que no se produzcan roturas ni fisuras mayores de quince centésimas de milímetro (0,15 mm). No deberán tener una flecha, producida por peso propio,


154

mayor de tres milésimas partes (0,003) de su longitud, ni pandeos locales superiores a un centímetro por metro de longitud de éste.

Si se requiere manejar el pilote de distintos puntos de izaje, en la figura 4.2a y 4.2b se muestran los diferentes arreglos. Cuando se tienen más de dos puntos de izaje, es recomendable el empleo de balancines (ver figura 4.3).

Fotografía 4.22: Transportación del pilote mediante izaje utilizando una grúa en un Proyecto de Antena Telefónica en zona costera del país ejecutado por Lowy y Asociados.

Figura 4.2a: Puntos de izaje con un cable.


155

Cuando los pilotes se estiban, se conservan los puntos de apoyo en el mismo plano vertical que los puntos de izaje.

Es importante que los apoyos estén distribuidos adecuadamente porque un apoyo que no esté a una misma distancia que los otros puede provocar esfuerzos flexionantes en el pilote lo que produciría algún daño en los mismos.

Figura 4.2b: Puntos de izaje con dos cables.

Figura 4.3: Puntos de izaje de pilotes con balancines.


156

4.4.8 Tolerancias

En la tabla 4.8, se muestran las tolerancias en dimensión que deben cumplir en la fabricación los pilotes de concreto pre colados. En algunos proyectos, definen las tolerancias permisibles en la variación de la dimensión diseñada del pilote.

Tabla 4.8: Tolerancias en dimensiones de pilotes de concreto pre colados28

Longitud ± 10 mm por cada 3000mm de longitud Ancho o diámetro De – 6mm a + 13mm

Cabeza: desviación del plano perpendicular al eje del pilote

± 20mm por cada 1000mm

Cabeza: ± 3mm Irregularidades en la superficie

Desviación 1mm por cada 1000m Espesor de la pared en pilotes huecos

De – 6mm a + 10mm

Hueco interno Dentro de ± 10mm de su localización en planta

Recubrimiento De –3mm a +6mm Espaciamiento de espiral o estribos ± 13 mm

4.4.9 Puntas para pilotes

Es muy importante proteger del impacto del hincado la cabeza del pilote, para esto, se provee de un casco metálico que contiene en su interior un bloque renovable de madera, fibra o metal laminado y goma para la amortiguación.

El azuche se emplea con el fin de separar los cuerpos duros y así evitar posibles daños en el pilote. Existen distintas formas de puntas para pilotes, (Davidian 1977).



157

La punta dependerá del tipo de suelo, en la figura 4.5a y 4.5b, se muestran puntas recomendadas por Tomlinsom, 1977.

Figura 4.5a: Hincado a través de suelos blandos o sueltos; penetración somera en suelos granulares compactos

Figura 4.5b: Penetración relativamente profunda en arenas medias a compactas o arcillas firmes

4.4.10 Proceso para hincado de pilotes

Al igual que el proceso de ejecución de pilotes colados en el sitio, se verifica que en el terreno estén colocados los puntos donde se va a proceder con el hincado, dicho trazo se hace a través de la topografía, señalando en el sitio donde se va a hincar cada pilote.

Figura 4.4:a) Punta sin azuche b) Punta con azuche acoplado con ganchos c) Punta con azuche acoplado con hierros planos, b) Punta de acero


158

Como muchas otras operaciones que se realizan en las construcciones, la hinca de pilotes es un arte, cuyo éxito depende de la habilidad e ingeniosidad de los que la realizan; sin embargo, también como en muchos otros trabajos de construcción se depende cada vez mas de la ciencia de la ingeniería, utilizando equipos y accesorios más eficientes, que permitan un hincado de pilotes dentro de las tolerancias especificadas, sin que estos sufran daños y el tiempo de hincado sea menor.

Los elementos principales para el sistema de hincado son: una grúa, guía, martillo, amortiguador del martillo. Además se deben tomar en cuenta, seguidores, perforación previa, chifloneo.

4.4.10.1 Guías

Son estructuras que se integran a las plumas de las grúas y que sirven para mantener la alineación del sistema martillo pilote, para que los golpes sean concéntricos, deslizando el martillo de hincado, el dispositivo de disparo y el pilote; su configuración depende del tipo de aplicación.

Fotografía 4.23: Equipos para el hincado de pilotes; grúa (a), guía (b), martillo (c) y el amortiguador (d).

dcba


159

Las guías con geometrías tipo cajón y las triangulares son las que más utilizan; aunque las hay circulares y rectangulares.

Guías suspendidas

Son ampliamente utilizadas, dada su simplicidad, ligereza y bajo costo. Pueden girar libremente, lo suficiente para ajustar el martillo a la cabeza del pilote, sin que la grúa esté exactamente alineada con la cabeza del pilote. Este tipo de guía permite abarcar un área de hincado amplia desde una posición de la grúa. Es usual colocar puntas en la parte inferior de la guía, con el fin de obtener un punto fijo, que ayude al alineamiento del pilote.

Figura 4.6: Tipos de guías para hincado de pilotes.


160

Guías fijas

Se sostienen de un punto de la pluma de la grúa, y con brazos que van desde la parte inferior de la guía a la cabina de la grúa. Este tipo de guía está limitada a pilotes verticales y con inclinación hacia adelante y atrás (no con inclinación lateral). Los brazos pueden ser fijos o telescópicos, con lo que se da la inclinación del pilote.

Guías móviles

Similares a las guías fijas, pero el punto de sujeción con la pluma puede desplazarse verticalmente. Usualmente cuentan con brazos telescópicos hidráulicos, que permiten ajustar la inclinación de los mismos, para lograr hincado de pilotes inclinados en dos ejes perpendiculares.

El empleo de las guías, dependerá de factores del terreno, rendimiento del hincado, entre otros. En la tabla 4.9 se muestra las ventajas y desventajas de la guías para el hincado de pilotes.

a) b) c)

Figura 4.7: a) guía suspendida, b) guía fija, c) guía móvil


161

Tabla 4.9: Comparaciones de las guías Guía Ventajas Desventajas

Suspendida

• Ligera, simple y más económica. • Puede girar libremente sin necesidad de alinear exactamente la grúa con el pilote.

• De 4 a 6m (13.3 a 19.8ft) más cortas que la pluma de la grúa, generalmente; si la capacidad de la grúa es suficiente, tienen mayor alcance.

• Pueden hincar en la orilla de excavaciones.

• La guía puede colocarse en el suelo, mientras se realizan maniobras con el pilote.

• Requiere grúa de tres tambores (1.guía, 2. martillo, 3.pilote) o de dos tambores si la guía se cuelga de la pluma.

• Si no se colocan las puntas en el suelo, es difícil controlar la guía.

• El posicionamiento de la grúa es más difícil que con otros sistemas. El operador debe controlar el centro de gravedad del conjunto.

Fija

• Requiere grúa de dos tambores. • Mayor precisión en verticalidad, inclinación del pilote.

• Más pesada y menos económica.

• Mayor dificultad para ensamblar.

Móvil • Más fácil posicionarla con pilotes inclinados.

• Menos económica.

4.4.10.2 Ayudas para el hincado

Perforación previa.

Cuando el pilote deba atravesar capas superiores de arcillas compacta o roca blanda para alcanzar el estrato de substanciación, se puede ahorrar tiempo y dinero haciendo una perforación previa.

El objeto de las perforaciones previas es servir de guía y facilitar el hincado para alcanzar los estratos resistentes o evitar movimientos excesivos en la masa de suelo adyacente.


162

Para atravesar materiales arcillosos blandos, sensitivos con alto contenido de agua, es práctica común realizar las perforaciones sin extraer el material, remoldeándolo enérgicamente mediante rotación dentro del agujero, utilizando una broca en espiral.

El diámetro de la perforación previa puede variar, entre el inscrito dentro de la traza del pilote, y el circunscrito del mismo, dependiendo de la estratigrafía de cada sitio.

Es importante definir la dimensión de la perforación previa, así como el grado de extracción que se requiera, ya que influirán en el comportamiento por fricción del pilote, además de afectar la hincabilidad del mismo.

Chiflón de agua

En los suelos no cohesivos se puede usar el chiflón de agua para hincar hasta su posición final pilotes cortos con cargas ligeras y para ayudar la hinca de pilotes largos con cargas pesadas. El chorro se produce inyectando agua con una presión de 10 a 20 Kg. por cm2 por un tubo de 3.8 a 5.0 cm. de diámetro, que

Fotografía 4.24: Perforación de 2.5 m. de profundidad previa al hincado de pilotes.


163

tiene una boquilla de mitad del mismo. El chorro de agua se puede usar para abrir un hueco en la arena antes de proceder a la hinca o se puede fijar el tubo o un par de tubos, a los lados del pilote (o dejarlo embebido en el pilote de concreto) de manera que la acción del chorro de agua y la hinca sean simultaneas. Como el chorro de agua afloja el suelo, corrientemente se interrumpe antes que el pilote alcance su posición final y los últimos decímetros de la penetración se hacen con el martillo solamente. Si se usa demasiada agua el chorro puede aflojar los pilotes que se hayan hincado previamente. El chiflón de agua beneficia grandemente la hinca en arena compacta, pero su ayuda es pequeña en arcillas.

Tabla 4.10: Cantidad de agua necesaria para chifloneo29

Suelo Gasto, L/s

Arena fina 15‐25

Arena gruesa 25‐40

Grava arenosa 45‐600


Figura 4.8: Muestra del funcionamiento de perforación por chiflones.


164

4.4.10.3 Selección del martillo

La selección del martillo de hincado requiere sumo cuidado, debe establecerse un rango de modelos de martillos adecuados para un proyecto, en términos de las energías de hincado.

Un martillo muy pequeño puede no generar la capacidad de carga necesaria en el pilote; un martillo con mayor energía de la necesaria, puede dañar al pilote.

En la tabla 4.11 se muestran métodos para determinar las capacidades de carga necesaria en un martillo.

Tabla 4.11: Métodos para determinar la capacidad de carga del martillo30

Métodos Descripción

Fórmulas dinámicas

Se sugiere evitar este tipo de formulas, ya que no son adecuadas para este propósito. El uso de este tipo de formulas es cada vez menos debido a la complejidad de los equipos modernos.

Reglas empíricas

Sirve como una guía práctica, para una primera aproximación antes de otro tipo de análisis. En pilotes de concreto, se utiliza la relación de martillo/pilote (Harris, 1983) W∼ 0.3 a 0.5 P (W=peso del pistón del martillo; P= peso del pilote) la Energía > 3N.m por cada kg de pilote. Se basan en las hipótesis siguientes: ‐Martillos de diesel de acción sencilla ‐Pilotes de punta ‐Hincado sin perforación previa ‐Para martillos de doble acción: W∼ 0.5 a 1.0 P

Análisis con ecuación de onda

Es el mejor método para seleccionar el equipo de hincado. Con esta técnica se puede evaluar la facilidad de un pilote para ser hincado a una determinada profundidad y obtener su capacidad de carga de diseño; asimismo, pueden establecerse las características de los martillos de hincado, así como del tipo de amortiguador utilizado.



165

4.4.10.4 Secuencia de hincado.

El principio del orden de hincado debe ser hacia la línea de menor resistencia: alejándose de un edificio existente o alejándose de otros pilotes ya hincados; hacia un cuerpo de agua (lago, río) para evitar forzar los pilotes que posteriormente se hinquen lejos del agua.

Los pilotes en cimentaciones circulares se hincan generalmente del centro hacia la orilla, para evitar la expansión del suelo en la parte central del círculo y posible levantamiento de los pilotes ya hincados.

En el caso de pilotes de punta, se seleccionará la secuencia que no incremente la compactación desigual del estrato de apoyo.

4.4.10.5 Instalación del Pilote

Para la instalación del pilote, se deben realizar las siguientes actividades:

• Colocar marcas a una separación máxima de 100cm, a todo lo largo del pilote, con el fin de determinar con facilidad el número de golpes necesarios para cada metro de hincado.

• Izar el pilote manejándolo con un estrobo, apoyado en el punto correcto de acuerdo a las recomendaciones hechas anteriormente.

• Colocarlo en el punto correcto de su ubicación o en la perforación previa, si existe, de acuerdo a los planos.

• Orientar las caras del pilote, si es requerido.

• Acoplar la cabeza del pilote al golpeador del martillo.


166

• Colocar en posición vertical o en el ángulo requerido, si se trata de pilotes inclinados, tanto el pilote como la guía del martillo, corrigiendo la posición de la grúa, la pluma y la guía, hasta lograrlo.

• Para lograr la verticalidad del pilote se emplean plomadas o niveles.

• Accionar el disparador del martillo, con lo cual se inicia propiamente el hincado del pilote. (ver fotografías 4.25).

La instalación de pilotes de concreto debe efectuarse de tal manera que se garantice la integridad estructural del pilote y se alcance la integración deseada con el suelo, en forma tal que el pilote pueda adecuadamente cumplir con su cometido.

Al hincar cada pilote se llevará un registro de su ubicación, su longitud y dimensiones transversales, la fecha de colocación, el nivel del terreno antes de la hinca y el nivel de la cabeza inmediatamente después de la hinca. Además se incluirá el tipo de material empleado para la protección de la cabeza del pilote, el peso del martinete y su altura de caída, la energía de hincado por golpe, el número de golpes por metro de penetración a través de los estratos superiores al de apoyo y el número de golpes por cada 10 cm. de penetración en el estrato de apoyo, así como el número de golpes y la penetración en la última fracción de decímetro penetrada.


168

4.4.11 Comportamiento del pilote durante la hinca

La hinca de pilotes es una operación fascinante que siempre atrae multitud de espectadores. Las nubes de vapor y el continuo martillar les hace detenerse, pero en general, no advierten lo que requiere más atención del ingeniero: el comportamiento del pilote durante la hinca. En suelos muy blandos los primeros golpes del martillo pueden hincar el pilote varios metros; de hecho el pilote puede introducirse en el terreno bajo el peso del martillo solamente; sin embargo en los suelos duros cada golpe del martillo está acompañado por una deformación del pilote y la consiguiente pérdida de energía. Si se sostiene un pedazo de tiza contra el pilote y se mueve uniformemente en dirección horizontal a medida que se hinca el pilote, se quedara trazado en el pilote un gráfico que representa el movimiento vertical del pilote con respecto al tiempo. El golpe del martillo produce inicialmente un movimiento del pilote hacia abajo, pero este es seguido por un rebote que representa la compresión elástica temporal del pilote y del suelo que lo circunda. El movimiento neto del pilote en el suelo por el efecto de un golpe del martillo. La penetración promedio para varios golpes se puede hallar de la resistencia a la hinca, que es él numero de golpes necesario para hincar el pilote una distancia determinada, generalmente 2.5, 15 o 30 cm.

Cuando el pilote es muy largo y la hinca difícil, el comportamiento del pilote es más complejo, En el momento del impacto la parte superior del pilote se mueve hacia abajo; la parte inmediatamente debajo se comprime elásticamente y la punta del pilote permanece momentáneamente fija. La zona de compresión se mueve rápidamente hacia abajo y alcanza la punta del pilote una fracción de segundo después de producirse el impacto. Como resultado de esta onda de compresión, la totalidad del pilote no se mueve hacia abajo en un instante, sino que lo hace en segmentos más cortos.


169

4.5 OTROS SISTEMAS DE HINCADO DE PILOTES

4.5.1 Pilotes Inclinados

Los pilotes inclinados combinados con pilotes verticales son la disposición más efectiva para resistir fuerzas horizontales. Se ha comprobado que el anclaje de muelles y mamparos que combinan pilotes verticales en tracción e inclinados en compresión, es una solución ajustada y económica. Pilotes inclinados combinados con pilotes verticales se han utilizado para soportar muros de sostenimiento de tierras y estructura similares en las que se producen cargas horizontales. Un análisis racional de las cargas en los pilotes inclinados es imposible, porque el problema es estáticamente indeterminado en alto grado.

Cuando es necesario hincar pilotes inclinados, debe revisarse la posible interferencia con los pilotes adyacentes; este riesgo aumenta con la longitud del pilote, la flexibilidad del mismo y el ángulo de inclinación. La energía de hincado del martillo se ve disminuida con la inclinación del pilote.

4.5.2 Hincado en Agua

El hincado en agua puede realizarse utilizando:

a) módulos flotantes b) barcazas simples c) o auto – elevables.

Esta última opción se utiliza cuando el recorrido de mareas o las corrientes de agua impiden el hincado con barcazas flotantes.

Para la ubicación de los puntos de hincado de pilotes, así como para el auxilio de las maniobras, es frecuente utilizar estructuras que se apoyan en el suelo o roca del fondo, conocidas como escantillón.

Casi todos los pilotes para estructuras marítimas y fluviales pueden ser hincados desde la superficie; sin embargo, en algunos casos, es preferible hincarlos debajo del agua.


170

4.5.3 Hincado de pilotes metálicos

En nuestro país el empleo de pilotes metálicos es poco usual; sin embargo en el Puerto Cutuco en La Unión, se han utilizado este tipo de pilotes. La variante que presenta el hincado de pilotes metálicos respecto a los pilotes de concreto es muy poca.

Los pilotes metálicos o de acero, son de poco desplazamiento de suelo, por lo que se recomienda su uso en áreas urbanas o en zonas adyacentes a estructuras susceptibles a deformaciones por el hincado de pilotes; sin embargo, presentan mucha tendencia a flexionarse, respecto a su eje débil durante el hincado. La hinca puede ser afectada, cuando se atraviesan piedras o estratos de roca inclinados.

El número de pilotes utilizados en el proyecto de Puerto Cutuco específicamente en el área de reclamación, son 118 en total; los cuales están distribuidos en 70 pilotes de 29 metros de longitud y 48 pilotes de 24 metros de longitud, todos con diámetros de 1.0 mts, la tubería para encamisado tiene un diámetro de 1.60m y el peso del martillo es de 23,600 kg.

En el proceso constructivo para la ejecución del proyecto el contratista ha implementado el siguiente plan de trabajo.

A) El tipo de trabajo Esta metodología de trabajo consiste en que el pilote de tubo metálico es hincado hasta el estrato resistente a través del riel de la grúa. El pilote se introduce mediante una perforación utilizando un oscilador rotativo (supertop) el pilote es hincado por un martillo hidráulico.


171

B) Secuencia de trabajo El contratista llevará a cabo el hincado de pilotes metálicos bajo las condiciones establecidas. El esquema 4.1 muestra la secuencia de trabajo durante la ejecución del proyecto.

Examinar las obras

La instalación del oscilador

Perforación y extracción del

suelo

La instalación del pilote

INICIO

A

A

La remoción del ademe metálico y el

relleno

Colocación del pilote

Proceder al hincado hasta que se introduzca

completamente

Esquema 4.1: Diagrama de actividades del proyecto


172

C) Descripción de trabajo.

1. Examinación de Obras.

Las obras de inspección serán efectuadas marcando todos los puntos necesarios para su respectivo establecimiento que incluye: trabajos de puesto de control, trasfondo fuera de marcas verticales y la alineación de jalonamiento y las posiciones para la actividad del hincado de pilotes.

2. Instalación del oscilador

El plan de trabajo para el supertop, y la colocación del ademe metálico comenzarán después de las obras de inspección. La actividad se realizara con la asistencia de una grúa de oruga de 100 toneladas. La secuencia de instalación del supertop es ilustrada en las fotos de abajo.

3. Perforación y extracción

La perforación y extracción de terreno empezará y se hará alternativamente tan pronto como el oscilador este correctamente colocado. Refiérase a las siguientes fotos para los diagramas de trabajo típico de los puntos trazados y operación del oscilador.

La perforación y extracción del suelo, será finalizado al alcanzar un estrato duro que debe ser determinado, clasificando los materiales extraídos del barreno. Si es necesario, se usará una barrena para alcanzar los estratos duros como lo determina la clasificación de los materiales. Además, la composición de estratos también puede ser determinado tomando en cuenta la fuerza ejercida por la máquina perforadora.


173

4. Instalación del pilote metálico

Primero, se coloca un guía de acero que será soldado en el pilote para servir de espaciador con el ademe para mantener la verticalidad de menos de 1 en 75 de desviación vertical. Después de alcanzar el estrato duro, el pilote será insertado dentro del ademe por una grúa de oruga.

1

3

2

4

Fotografía 4.26: Secuencia de la perforación y extracción del suelo


174

Guía

5. Remoción del ademe metálico y el relleno

Después de la instalación del pilote, el ademe será llenado por material excavado, material del recorte de la colina, astillándose el guijarro y los otros usando una retroexcavadora. Simultáneamente, el oscilador, extraerá el ademe hacia arriba rotándolo.

Fotografía 4.28: Secuencia de la colocación del pilote metálico en Puerto Cutuco.

1 42 3

Fotografía 4.27: Pilote metálico colocado con guía


175

6. Hincado del pilote

Antes del comienzo del hincado del pilote, será marcado por color blanco cada 1 mt y marcado en 5 mt desde lo alto. El pilote hincado será realizado después de que el ademe y la barrena estuviesen completamente retirados, y el pilote rellenado con el material. El pilote será hincado por un martillete hidráulico usando el Método del Martillo de hinca y el amortiguador del pilote será instalado entre el pilote y el martillo. Si es necesario para el uso de guía del pilote.

1 2

3 4

Fotografías 4.29: Pilote colocado (foto 1), remoción del ademe y relleno con chispa (foto 2 y 3) retiro de equipo (foto 4).


176

Los pilotes serán llevados al estrato duro como está determinado por la fórmula de Hiley’s o los métodos que el ingeniero considere a su criterio. El pilote estará terminado al alcanzar el valor de penetración final o cuando el Ingeniero así lo decida, se considera por finalizado el hincado cuando la penetración del pilote se introduce solamente 2mm para cada golpe en el lugar. Además, el pilote debe ser lo suficientemente eficiente como para conllevar su carga de servicio con el factor de seguridad indicado en las especificaciones. Todos los datos para la actividad del hincado del pilote se documentaran en hojas.

La fórmula de Hiley’s

Donde: Ru: La capacidad última de carga dinámica del pilote (ton) S: golpes finales (mm) C: La compresión temporal del pilote (mm) Wr: El peso del golpe (ton) h: altura de caída del martillo (mm)

7. Conclusión del hincado y limpieza en la obra

Toda las estructuras temporales, deberán ser despejadas y dispuestas correctamente después de concluida la obra. Se debe limpiar aquellos desperdicios o basura que se encuentre en el lugar del la obra

Ru= 0.8Wrh S + C/2


177

D) El equipo

Tabla 4.12: Listado de equipos

CANTIDAD DESCRIPCIÓN 1 Ademe metálico (el Brazo Rotatorio)

RT‐200H oscilador rotatorio Incluyendo: Ademe y la piezas de corte Paquete de Fuerza Hidráulica

1 Martillete hidráulico. w/paquete de poder hidráulico

1 La grúa de la Oruga del 100 toneladas 1 Generador Eléctrico 1 Excavador

E) Plan de trabajo

Para la ejecución de la obra, es necesario realizar una programación de actividades en un período de tiempo determinado.

F) Control de calidad

Todos los materiales y el hincado de pilotes deben estar conforme a los requisitos y tolerancias indicadas en las especificaciones o según lo apruebe el ingeniero.

G) Medidas de seguridad

Todo lo que el personal contratado en la ejecución de las obras deberá llevar puesto equipo protección personal. Debido a que la obra requiere de equipos pesados y especiales, se realizara una reunión para advertirle a todo el personal de los riesgos que pueden ocurrir durante la ejecución de la obra.


178

Además, para llevar a cabo el mantenimiento oportuno y apropiado de la maquinaria se llevara a otro lugar para minimizar la probabilidad de accidentes o desperfectos mecánicos.

H) Medidas medioambientales

El impacto en el ambiente que pueda derivase de la ejecución de las obras descritas, según la metodología propuesta, se espera que sea insignificante. No obstante, todo el personal involucrado en las obras se les recordara la importancia de llevar a cabo las actividades de trabajo para que el impacto negativo en el ambiente, sea minimizado.

I) Anexos

• El cálculo para la capacidad de carga ultima dinámica

La fórmula Hiley’s

Ru = (0.8Wrh)

(S + C/2)

Los requisitos:

La carga de servicio del diseño: 3200 kN (326.31 tf)

Factor de seguridad: 3 = 9600kn (978.93tf)


179

Los datos del programa:

S: mm

C: 0.00 mm

Wr: 16.20 ton

h: mm

Entonces la capacidad de carga dinámica ultima

Ru = (0.8Wrh)

(S + C/2)

La energía del hincado del martillo

Ru = 0.8 x 16.20 x =

( + 0 ) / 2


180

• Registro de hincado del pilote

Para el registro del hincado de los pilotes, se ha elaborado la siguiente hoja.

DATOS DEL PILOTE No del pilote: Tipo de pilotes: Dimensión del pilote: Nivel de desplante: Nivel del gorro: Nivel del suelo: Longitud de la sección inferior: Longitud de la sección superior: Longitud total instalada del pilote:

Fecha:Condiciones del clima: Condiciones del viento: DATOS DEL EQUIPODescripción: Martillete hidráulico Marca/modelo: Twinwodd V160B Peso del golpe: 16.2 ton

DETALLES DEL HINCADO1er. set: mm /10 golpes 2do. set: mm /10 golpes Set final: mm /10 golpes Compresión elástica en un metro de perforación (C) : mm Cuenta total de golpes:

DATOS DEL GORRO DEL PILOTE Peso del casco: 2.6 ton Altura del gorro: 1225 mm

Prof. de penetración (m)

No. golpes por 0.5m (No)

No. de golpes acumulados (No)

Prom. de penetración por golpe (mm)

Valor de rebote (mm)

Altura de caída del golpe (m)

Prof. de penetración (m)

No golpes por 0.5m (No)

No. de golpes acumulados (No)

Prom. de penetración por golpe (mm)

Valor de rebote (mm)

Altura de caída del golpe (m)

0.00 5.50 0.5 6.00 1.00 6.50 1.50 7.00 2.00 7.50 2.50 8.00 3.00 8.50 3.50 9.00 4.00 9.50 4.50 10.00 5.00 10.50 Notas/comentarios

Valor Aceptado Rechazado

ΔN ΔE


181

CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO CAPITULO V

181

CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO.

5.1 CONTROL DE CALIDAD

La calidad del proceso constructivo y la calidad de materiales, deben estar sujetos a un control; esta actividad se realizará bajo el cargo del constructor quien deberá hacer que se cumpla.

La calidad es un conjunto de propiedades y características de un producto o servicio que le dan la aptitud de satisfacer los requisitos expresados o tácitos, por lo tanto, el control de la calidad estará basado en las normas, reglamentos y documentos aplicables al contrato así como a las especificaciones propias del mismo.

Dentro de las normas aplicables en nuestro país para el control de calidad tenemos: ASTM (American Society for Testing and Materials), ACI (American Concrete Institute), AWS (American Welding Society), API (American Petroleum Institute), NOM (Norma Oficial Mexicana) y otras.

Para garantizar el control de calidad, es necesario que el constructor destine los recursos básicos, que garanticen los procedimientos constructivos ideales, además, se deben tener los recursos para realizar ensayos respectivos.

El responsable del control de calidad, deberá poseer experiencia en dicha rama. En proyectos de gran magnitud, se necesita una cuadrilla topográfica, inspectores y laboratoristas de suelos entre otros; este personal se encarga de verificar las condiciones necesarias para la recepción y conformidad de la obra ejecutada.


182

A continuación se describirán las características de los materiales comúnmente empleados en la construcción de pilotes, así como las exigencias que se requieren para el control de calidad del material y del producto terminado.

5.1.1 Acero de refuerzo

El acero de refuerzo debe satisfacer los requisitos de calidad establecidos en la norma ASTM A615 para el tipo lingote, para varillas lisas, varillas corrugadas, que se emplean para el refuerzo del concreto, además de la prueba de doblado establecida en la misma y por consiguiente, cumplir con las características físicas y químicas que se establecen en dichas normas. Entre otras normativas que establecen requisitos para el acero de refuerzo están ASTM A 370‐97a, que establece los métodos estándares de experimentación mecánica del acero; ASTM 510‐96 específica los requisitos generales de las barras de acero al carbono y ASTM A 617 describe las especificaciones en barras aceradas para el concreto de refuerzo.

a) Características Físicas:

Se refieren a la resistencia a la tensión, al diámetro, peso unitario, dimensiones y espaciamiento de las corrugaciones, y el doblado.

Las varillas de esta norma se clasifican, conforme a su límite de fluencia mínimo, en dos grados: 40 y 60. 9(ver tabla 5.1)

Tabla 5.1: Clasificación del Acero

Grado Fy

40 2800

60 4200 fy = Límite de fluencia


183

En la tabla 5.2 se presenta el número de designación, masas, dimensiones nominales y requisitos de corrugación para refuerzo de concreto según lo establecido por la norma ASTM 615.

Tabla 5.2: Número de designación para barras corrugadas, pesos nominales, dimensiones nominales y requisitos de corrugado, según norma ASTM – A 615

N° de designación de barra

Peso Nominal Kg/m

Dimensiones nominales Requisitos de corrugado en mm

Diámetromm

Área de la Sección

Transversalcm

Perímetroen mm

Espaciamiento Promedio máximo

Altura Promedio Mínima

Garganta Máxima en 12.5%

del perímetro Nominal

3 0.560 0.952 0.71 29.9 6.7 0.38 3.5

4 0.994 1.270 1.29 39.9 8.9 0.51 4.9

5 1.552 1.588 2.00 49.9 11.1 0.71 6.1

6 2.235 1.905 2.84 59.9 13.3 0.96 7.3

7 3.012 2.222 3.87 69.9 15.5 1.11 8.5

8 3.973 2.540 5.10 79.9 17.8 1.27 9.7

9 5.059 2.865 6.45 90 20.1 1.42 10.9

10 6.403 3.226 8.19 101.4 22.6 1.62 11.4

11 7.900 3.581 10.06 112.5 25.1 1.80 13.6

14 11.381 4.300 14.52 135.1 30.1 2.16 16.5

18 20.238 5.733 25.81 180.1 40.1 2.59 21.9

En la tabla 5.3 se presentan los valores mínimos de resistencia a fluencia, así como los valores de máxima resistencia a la tensión para varillas de grado 40 y 60, como también los porcentajes mínimos de elongación.


184

Tabla 5.3: Requisitos de tensión, fluencia y elongación según norma ASTM – A 615

Grado 40 Grado 60 Máxima resistencia a la tensión valor mínimo PSI (MPa)

70, 000 483

90, 000 621

Limite de fluencia mínimo PSI (Mpa)

40, 000 276

60, 000 414

Elongación en 8 pulgadas % mínimo 3 11 9 4, 5, 6 12 9

7 11 8 8 10 8 9 9 7 10 8 7 11 7 7 14 ‐ 7

En lo que respecta al doblado de las varillas, la norma ASTM A 615 establece los requerimientos para el ensayo de las mismas, las cuales se detallan en la tabla 5.4

Tabla 5.4: Especificaciones del diámetro del pin para el ensayo de doblado, según norma ASTM – A 615

Número de designación de barra Diámetro del vástago para ensayo

de doblado Grado 40 Grado 60

3, 4, 5 4d* 4d*

6 5d* 5d*

7, 8 5d* 6d*

9, 10, 11 5d* 8d* * d = diámetro de la varilla

Las muestras deben doblarse alrededor de un vástago, sin agrietarse en la parte exterior de la zona doblada. La prueba debe realizarse a temperatura ambiente y en ningún caso a menos de 16 grados centígrados.


185

b) Características Químicas:

Deberá verificarse que en análisis de la colada el contenido de fósforo no exceda de 0.05% y que en el análisis del producto terminado no exceda de 0.0625%.

c) Muestreo:

Para los ensayos de tensión, doblado y determinación de las características dimensionales y de la corrugación, se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada 10 ton. ó fracción, ó por cada embarque o entrega, lo que sea menor. Para el análisis químico de la colada y del producto terminado se debe tomar una muestra de la colada durante el vaciado y en varillas representativas de dicha colada, respectivamente.

5.1.2 Soldadura

Cuando se utiliza acero de refuerzo mayores de 1” no se deben traslapar, sino que se debe soldarse a tope o unirse mediante un dispositivo roscado, tipo Dividag o similares.

Dentro de algunas normativas que rigen el control de calidad están: El código estructural de soldadura de concreto reforzado (ANSI/AWS/D 1.4‐98); ASTM E 94‐93 menciona prácticas recomendadas para la experimentación de radiografías en soldaduras; ASTM E 142‐92; describe métodos para el control de calidad en las radiografías; ACI 439.3R‐91 especifica las conexiones mecánicas para las barras de acero de refuerzo.

Antes del inicio de la soldadura se debe calificar al soldador en la posición y tipo de soldadura a realizar. La calificación se realiza mediante un inspector calificado quien dictaminará si el soldador es aceptado o rechazado.


186

En las soldaduras de acero de refuerzo es necesario realizar radiografías para verificar la calidad de la soldadura, determinando si hay vacíos o si dicha actividad ha generado destrucción en el acero de refuerzo.

5.1.3 Agua

El agua para la fabricación de los lodos de perforación y del concreto deberá ser limpia, fresca y libre de materia orgánica e inorgánica, ácidos y álcalis, en suspensión o solución, y de cualquier sustancia que pueda causar efectos deletéreos en el concreto, en cantidad tal que puedan afectar la calidad y durabilidad del lodo de perforación o del concreto. Se podrá obtener de fuentes públicas o de pozos, pero no de las excavaciones.

Entre algunas normas que establecen requisito de control de calidad están:

NOM‐C‐122‐1982: “Industria para la Construcción‐ Agua para concreto” y la norma ASTM 685‐ 98a entre otras.

No deberá utilizarse agua no potable para elaborar concreto, a menos que se cumpla con las siguientes condiciones:

• Selección de las proporciones del concreto debe basarse en mezclas de concreto utilizados de las mismas fuentes.

• Los cubos de mortero para pruebas, hechos con agua no potable, no deben tener resistencias que varíen a los 7 y 28 días, en más de un 10% de la resistencia de muestras similares hechas con agua potable o destilada. La comparación de muestras idénticas, excepto por el agua de mezclado, elaborados y probados de acuerdo con la norma ASTM C‐109 “Método de prueba para esfuerzos de compresión de morteros de cemento hidráulico”.


187

En la tabla 5.5 se presentan valores que establecen los límites permisibles de sales e impurezas que deben contener el agua necesaria para la elaboración de lodos de perforación y el concreto.

Tabla 5.5: Valores característicos y límites máximos tolerables de sales e impurezas para Aguas no Potables. 31

Impurezas Límites en ppm

Cemento rico en calcio

Cemento sulfato resistente

Sólidos en suspensión: En aguas naturales (limos y arcillas) En aguas recicladas (finos de cemento y agregados)

2000 50000

2000 35000

Cloruros, como CL* Para otros concretos reforzados en ambiente húmedo o en contacto con metales, como aluminio, hierro galvanizado y otros similares**

700 1000

Sulfatos, como SO4 * 3000 3500 Magnesio, como Mg++* 100 150 Carbonatos, como CO2 600 600 Dióxido de carbono, disuelto como CO2 5 3 Álcalis totales, como Na+ 300 450 Total de impurezas en solución 3500 4000 Grasa y aceites 0 0 Materia orgánica (oxigeno consumido en medio ácido)

150 150

Valor del PH No menos de 6 No menor de 6.5

* Las aguas que excedan los límites enlistados para cloruros, sulfatos y magnesio, podrán emplearse si se demuestra que la concentración calculada de estos compuestos en el agua total de la mezcla, incluyendo el agua de absorción de los agregados u otros orígenes, no excede dichos límites.

** Cuando se use cloruro de calcio (CaCl2) como aditivo acelerante, la cantidad de este deberá tomarse en cuenta para no exceder el límite de cloruros que se muestran en la tabla.

31 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas; Norma Mexicana NOM‐122‐1982 Y ASTM C‐94.


188

5.1.4 Agregado fino

Se denomina agregado fino a la arena que pasa por la malla 9.52 mm. (3/8”) y se retiene en la malla 0.15 mm. (# 100), puede estar formado por material natural, natural procesado, una combinación de ambos o artificial.

Las normas que rigen en nuestro medio la calidad de los agregados finos son: ASTM C – 33 y ASTM C – 136.

a) Granulometría

En la norma ASTM C‐33 se describe los requisitos granulométricos del agregado fino. La granulometría se determina mediante mallas que retienen la arena, en la tabla 5.6 se detallan los porcentajes de arena que se retienen en las mallas basadas en la Norma Mexicana (NOM‐C‐111‐1992).

Tabla 5.6: Requisitos granulométricos del agregado fino basados en la norma ASTM C – 33

Malla Material retenido *

% 9.5 mm (3/8”) 0 4.75 mm (N° 4) 0 – 5 2.36 mm (N° 8) 0 – 20 1.18 mm (N° 16) 15 – 50 0.60 mm (N° 30) 40 – 75 0.30 mm (N° 50) 70 – 90 0.15 mm (N° 100) 90 – 98

* Acumulado en masa


189

♦ Requisitos de la granulometría

1) El módulo de finura debe estar comprendido entre 2.30 y 3.10, con una tolerancia de +/‐ 0.20, con respecto al valor del módulo de finura empleado en el diseño del proporcionamiento del concreto.

2) El retenido parcial de la masa total en cualquier malla no debe ser mayor de 45%. Pueden aumentarse los porcentajes del retenido acumulado de la masa ensayada en la malla MO.300 (No 50) y MO.150 (No 100) a 95 y 100%, respectivamente, siempre y cuando el contenido de cemento sea mayor de 250 kg/m³ (2452 N/m³) para concreto con aire incluido, o mayor de 300 kg/m³ (2943 N/m³) para concreto sin aire incluido, o bien, supliendo las diferencias del material que pase por esta malla, mediante la adición de un material finamente molido y aprobado.

NOTA: Se considera concreto con aire incluido, aquel que tiene un contenido de aire mayor de 3% fabricado con un cemento o aditivo inclusor de aire.

3) En el caso de que los agregados que pretendan emplearse, no cumplan con las tolerancias indicadas en los incisos anteriores, pueden usarse siempre y cuando se tengan antecedentes de comportamiento aceptables, en el concreto elaborado con ellos, o bien, que los resultados de las pruebas realizadas a estos concretos sean satisfactorias, en este caso, los agregados se pueden usar siempre que se haga el ajuste apropiado al proporcionamiento del concreto, para compensar las diferencias en la granulometría.


190

b) Sustancias Nocivas

Los agregados finos, pueden contener sustancias o elementos nocivos que perjudican la trabajabilidad del concreto. Sin embargo, existen rangos permisibles del contenido de sustancias nocivas en los agregados finos. (Ver tabla 5.7).

Tabla 5.7: Límites máximos de sustancias nocivas en agregados finos32

Concepto Material retenido* Grumos de arcillas y partículas deleznables 0.3

Carbón y lignito: En concreto aparente 0.5 En otros concretos 1.0

Materiales finos que pasan la malla N° 200 en concreto: Sujeto a abrasión 3.0** En otros concretos 5.0**

Partículas de baja gravedad específica 1.0* * En masa de la muestra total, en % ** En el caso de material fino que pasa la malla N° 200, si este es producto de la desintegración de rocas, los porcentajes límites se incrementan a 5 y 7%, respectivamente. Los materiales que rebasen estos límites deben estar sujetos a la aprobación del usuario.

5.1.5 Agregado grueso

Se denomina agregado grueso a la grava, que es retenido en la malla 4.76mm (N° 4), generalmente está constituido por cantos rodados, triturados o procesados, rocas trituradas, escoria de alto horno, escorias volcánicas, concreto reciclado o una combinación de ellos u otros.

32 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


191

a) Granulometría

Al igual que en agregados finos, los agregados gruesos varía su granulometría basada en la norma ASTM C – 33 (tabla 2 de dicha norma). En pilas y pilotes el agregado máximo usual es de 19 mm. (¾”). En la tabla 5.8 se dan los requisitos granulométricos para gravas desde 25 mm. (1”) hasta 9.5 (3/8”).

Tabla 5.8: Requisitos Granulométricos para el agregado grueso basados en la norma ASTM C‐33. Tamaño nominal (mm)

37.5 (1 ½”)

25.0 (1”)

19.0 (3/4”)

12.5 (1/2”)

9.5 (3/8”)

4.75 (No.4)

2.36 (No.8)

1.18 (No.16)

25.0 a 12.5 100 90 a 100 20 a 55 0 a 10 0 a 5 ‐ ‐ ‐25.0 a 9.5 100 90 a 100 40 a 85 10 a 40 0 a 15 0 a 5 ‐ ‐25.0 a 4.75 100 95 a 100 ‐ 25 a 60 ‐ 0 a 10 0 a 5 ‐19.0 a 9.5 ‐ 100 90 a 100 20 a 65 0 a 15 0 a 5 ‐ ‐19.9 a 4.75 ‐ 100 90 a 100 ‐ 20 a 55 0 a 10 0 a 5 ‐12.5 a 4.75 ‐ ‐ 100 90 a 100 40 a 70 0 a 15 0 a 5 ‐9.5 a 2.36 ‐ ‐ ‐ 100 85 a 100 10 a 30 0 a 10 0 a 5

Cuando se tengan agregados gruesos fuera de los límites antes indicados, deberán procesarse para que satisfagan dichos límites. En el caso de aceptar que lo agregados no cumplan dichos límites, deberá ajustarse el proporcionamiento del concreto para compensar las deficiencias granulométricas; por lo tanto, deberá demostrarse que el concreto fabricado tiene un comportamiento adecuado.

La normativa que rige el empleo de los agregados en las mezclas de concreto es la norma ASTM C 33.


192

b) Sustancias Nocivas

En los agregados gruesos los límites de contenido de sustancias nocivas, no deben perjudicar comportamiento satisfactorio del concreto. En aquellos casos que no se tengan los agregados de la calidad indicada, se pueden someter a métodos de limpieza de manera que puedan cumplir con los requisitos establecidos en la tabla 5.9.

Tabla 5.9: Límites máximos de contaminación y requisitos físicos de calidad del agregado grueso en porcentaje33

Elementos A B C D E F

G Sulfato de

sodio

Sulfato de magnesio

Región de intemperismo moderado No expuestos a la intemperie: zapatas de cimentación, columnas, vigas y pisos interiores con recubrimiento.

10.0

‐

‐

2.0

1.0

50

‐

‐

Pisos interiores, sin recubrimiento 5.0 ‐ ‐ 2.0 1.0 50 ‐ ‐ Expuestos a la intemperie: muros de cimentaciones, muros de retención, pilas, muelles y vigas.

5.0

6.0*

8.0

2.0

0.5

50

12

18

Sujetos a exposición frecuente de humedad: pavimentos, losas de puentes, andadores, patios, pisos de entrada y estructuras marítimas.

4.0

5.0

6.0

2.0

0.5

50

12

18

Expuestos a la intemperie concretos arquitectónicos.

2.0

3.0

4.0**

2.0

0.5

50

12

18

Región de intemperismo apreciable Losas sujetas a tráfico abrasivo: losas de puentes, pisos, andenes y pavimentos: Concreto arquitectónico. Otras clases de concretos.

4.08.0

‐ ‐

‐ ‐

2.02.0

0.51.0

50 50

‐ ‐

‐ ‐



193

A. Total de terrones de arcilla y partículas deleznables. B. Partículas de roca sílice con masa específica menor de 2.4. C. Suma de los conceptos anteriores. D. Material fino que pasa la malla No.200. E. Carbón y lignito. F. Pérdida por abrasión. G. Pérdida en la prueba de sanidad (intemperismo acelerado).

* Esta limitación se aplica a materiales donde la roca sílice alterada se encuentra como impureza, no es

aplicable al agregado grueso que es predominantemente de sílice alterada. La limitación del uso de tales agregados se basa en el antecedente de servicio en donde se empleen tales materiales. ** En el caso de agregados triturados, si el material que pasa por la malla No.200 es del producto de la pulverización de rocas exentas de arcilla y/o pizarras, este límite puede incrementarse a 3%.

c) Coeficiente volumétrico

El agregado grueso debe tener un coeficiente volumétrico no menor de 0.15, conforme al método de prueba de la norma NOM C – 164.

5.1.6 Cemento

a) Tipos de cemento

La norma ASTM C–150‐98 establece cinco tipos de cementos. Además la norma ASTM C‐595: “Especificaciones estándar para cementos hidráulicos mezclados”; ASTM C‐845: “Especificaciones estándar para cementos hidráulicos expansivos”.

En la tabla 5.10 se presenta un resumen de los tipos de cemento y sus usos.


194

Tabla 5.10: Tipos de cementos según la norma ASTM y la norma canadiense CSA34

Tipos de cemento Descripción y aplicaciones

Tipo I o normal Este tipo es para uso general. Entre sus usos se incluyen pavimentos y aceras, edificios de concreto reforzado, puentes, etc.

Tipo II o moderado

Se usa cuando sean necesarias precauciones contra el ataque moderado por los sulfatos, como en las estructuras de drenaje, donde las concentraciones de sulfatos en las aguas subterráneas sean algo más elevadas que lo normal, pero no muy graves.

Tipo III o de rápido endurecimiento

Este tipo de cemento permite obtener con rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos. Se usa cuando se tienen que retirar los moldes lo más pronto posible, o cuando la estructura se debe poner en servicio rápidamente.

Tipo IV o de bajo calor de hidratación

Es para usarse donde el grado y la cantidad de calor generado se debe reducir al mínimo.

Tipo V o resistente a los sulfatos. Este tipo de cemento se usa solamente en concreto sujeto al efecto intenso de los sulfatos.

En la tabla 5.11 se detallan otros tipos de cemento Portland con características especiales.

Tabla 5.11: Cemento Portland con características especiales35 Tipo de cemento Características

Cemento con inclusores de aire

En la especificación ASTM C 175 se incluyen los tres tipos de cemento con inclusores de aire, con los nombres de tipos IA, IIA, y IIIA. Corresponden en composición a los tipos I, II y III, respectivamente de la especificación ASTM C 150; sin embargo, tienen pequeñas cantidades de materiales inclusores de aire mezclados con la escoria durante la manufactura.

34 Fuente: Norma ASTM C‐150

35 Fuente: Ídem anterior


195

Cemento Portland blanco

El cemento blanco se fabrica de acuerdo a las especificaciones ASTM C 150 y C 175, la diferencia principal entre el cemento blanco y el gris es su color, y se usa principalmente en elementos arquitectónicos como paneles prefabricados, para fachadas, recubrimientos de terrazos, de estuco, pintura para cemento y para concreto decorativo.

Cemento Portland de escoria de altos hornos

Estos cementos pueden usarse en las construcciones ordinarias de concreto, cuando las propiedades específicas de otros tipos no se requieren. Sin embargo, como condiciones opcionales pueden ser de bajo calor de hidratación (MH), moderada resistencia a los sulfatos (MS), o ambas; el sufijo adecuado puede añadirse a la designación del tipo.

Cementos Portland puzolánicos

Los cementos Portland puzolánicos incluyen cuatro tipos (IP, IP‐A, P y P –A) el segundo y el cuarto contienen un aditivo inclusor de aire, como se especifica en la norma ASTM C 595. Se usan principalmente en estructuras hidráulicas grandes como pilas de puentes y presas.

Cemento para mampostería

Los cementos para mampostería se hacen de acuerdo con los requisitos de las especificaciones ASTM C91 o CSA A8. Son mezclas de cemento Pórtland, aditivos para incluir aire y materiales suplementarios, seleccionados por su facilidad de producir manejabilidad, plasticidad y de retener el agua a los morteros para mampostería.

5.1.7 Aditivos

Es un material diferente del agua, de los agregados y del cemento, que se emplea como complemento del mortero o concreto, y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado, para modificar algunas de las características del concreto. Los aditivos se encuentran en el mercado, algunos pueden ser químicos y otros minerales los requisitos que deben cumplir se establecen en las normas ASTM C 260‐98: “ Especificaciones para mezclas de concreto armado con inclusores de aire; ASTM C 309‐98: “Especificaciones


196

estándar para uso de membranas de curado en el concreto”; ASTM C 494‐98a: “Especificaciones estándar para uso aditivos químicos en mezclas de concreto” y ASTM C 618‐99: “Especificaciones estándar para uso de aditivos minerales en las mezclas de concreto”.

a) Inclusores de Aire

Cuando se prevea que los agregados puedan reaccionar con los álcalis del cemento, o que el concreto estará sometido a condiciones climáticas severas y extremas, o a exposición severa en medios de alto contenido de sulfatos, es recomendable la inclusión de aire en el concreto, en determinados porcentajes que dependen del tamaño del agregado que se esté usando en la fabricación del concreto. Este aditivo, generalmente líquido, se incorpora durante el proceso de revoltura mediante el agua de mezclado.

b) Aditivos Minerales

Estos aditivos generalmente se presentan pulverizados, con finura mayor que la del cemento, y sirven para mejorar las propiedades físicas del concreto fresco, especialmente cuando se está usando agregados de granulometría diferente. Estos aditivos se clasifican en tres tipos:

• Los químicamente inertes

• Los puzolánicos

• Los cementantes.

Los químicamente inertes son: la bentonita, la cal hidratada, el talco, los suelos cuarzosos y los suelos calizos.


197

Los puzolánicos son: los materiales silíceos o sílico‐alumínicos, que en si no poseen o poseen poco valor cementante, pero que finamente pulverizados y en presencia de la humedad reaccionan con el hidróxido de calcio, a temperaturas normales, formando un compuesto que posee propiedades cementantes.

Entre los puzolánicos se encuentran las ceñosas y vidrios volcánicos, las tierras diatomáceas y algunas lutitas.

Los cementantes: son los cementos naturales, cales hidráulicas, los cementos de escoria (mezclas de escoria de fundición con cal) y escorias de fundición de hierro granulado.

c) Membranas de Curado

La membrana de curado es un líquido que se aplica a la superficie del concreto terminado, con el objeto de evitar la evaporación del agua y así garantizar su presencia para la reacción con la misma. Deben satisfacer los requisitos de la norma ASTM C 309 así como también la norma NOM C 81‐1981.

d) Aditivos químicos

Existe una variedad de aditivos químicos que pueden utilizarse en las mezclas de concreto. El uso de estos aditivos, dependerá de las características que presente el concreto. (Ver tabla5.12).


198

Tabla 5.12: Tipos de aditivos químicos36

Tipo Características Observaciones

I Reductores de agua Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada.

II Retardantes de fraguado

Prolonga el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto, sin modificar necesariamente el contenido de agua de la mezcla.

III Acelerantes de fraguado

Recorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de la resistencia del concreto, sin modificar necesariamente la cantidad de agua de la mezcla.

IV Retardantes y reductores de aguaProlonga el tiempo de fraguado y reduce la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada.

V Acelerantes y reductores de agua

Acorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto y disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada.

VI Súper reductores de agua

Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida, para producir concreto de una resistencia dada, en una cantidad considerablemente mayor que los reductores de agua normales.

VII Súper reductores de agua y retardantes

Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la cantidad de agua de la mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada, en una magnitud mayor que los retardantes y reductores de agua normales.



199

5.1.8 Concreto

El concreto es un material compuesto, formado esencialmente por un medio cementante en el cual están embebidas partículas o fragmentos de agregados y aditivos, si es el caso. En concretos de cemento hidráulico, el cementante, lo forma una mezcla (pasta) de cemento y agua. Para el concreto se tienen las siguientes normas que rigen el control de calidad (ver tabla 5.13).

Tabla 5.13: Normas ASTM y ACI para el control de concreto Norma Descripción

ASTM C 31/C 31M‐98

Prácticas estándar para elaborar y curar especímenes de prueba en campo

ASTM C 33‐99 Especificaciones estándar para agregados del concreto

ASTM C 39‐96 Métodos de prueba estándar para especímenes de concreto sometidos a esfuerzos de compresión

ASTM C 94 M‐99 Especificaciones estándar para la elaboración de concreto mezclado in situ ASTM C 109/C 109 M‐99

Métodos de prueba estándar para morteros de cemento hidráulico sometidos a esfuerzos de compresión

ASTM C 138‐92 Métodos de prueba estándar para unidades de peso, rendimiento y contenido de aire en concreto

ASTM C 143 M‐98

Métodos de prueba estándar para hundimientos de concretos

ASTM C 171‐97ª Especificaciones estándar para materiales de curado en concreto ASTM C 172‐97 Practica estándar para muestreo de mezcla de concreto fresco

ASTM C 173‐94e Pruebas estándar para el contenido de aire en concretos por el método volumétrico

ASTM C 231‐97e Métodos de pruebas estándar para contenidos de aire en concretos por el método de presión

ASTM C 309‐98a Especificaciones estándar para membranas de curado del concreto

ASTM C 617‐98 Práctica estándar para especímenes cilíndricos de concreto en campo

ACI 211.5R‐96 Práctica estándar para la selección de la proporción de concretos normales y pesados.

ACI 214‐89 Prácticas recomendadas por el ACI para evaluación de los resultados de pruebas de esfuerzos hechos a concretos.

ACI 304.11R‐92 Guía para medir, mezclar, transportar y colocar concreto ACI 308 ‐92 Práctica estándar para curado del concreto ACI 309‐1R ‐96 Práctica estándar para la consolidación del concreto ACI 516 R ‐65 Curado a vapor por altas presiones: práctica moderna ACI 517‐2R‐92 Curado acelerado de concretos a presión atmosférica


200

a) Proporcionamiento.

El proporcionamiento de los constituyentes de la mezcla, es decir los materiales usados, deben satisfacer los requisitos de calidad exigidos en las normas respectivas.

b) Fabricación.

La fabricación del concreto debe cumplir con el reglamento ACI 304.11R de acuerdo al tamaño de la obra, el concreto podrá ser fabricado en obra o premezclado en una planta y transportarlo al sitio mediante camiones mezcladores y/o agitadores, de conformidad con las norma ASTM C 94.

c) Colocación.

La colocación deben cumplir con el reglamento ACI 304.1R. La consolidación debe hacerse por vibración, de conformidad con la norma ACI 309.1R, con excepción de las pilas coladas en el lugar, en las que el concreto se coloca con tubería tremie y no requiere vibración.

d) Curado.

El curado consiste en mantener un contenido satisfactorio de humedad y temperatura en el concreto recién colado, para que se puedan desarrollar las propiedades requeridas. Debe efectuarse de conformidad con el reglamento ACI 308.1R y puede efectuarse mediante:

i. Curado con agua:

• Por anegamiento o inmersión.

• Rociado de niebla o aspersión.

• Costales, mantas de algodón y alfombras húmedas.


201

• Tierra húmeda o Arena y aserrín húmedos.

• Paja o henos húmedos.

ii. Materiales selladores:

• Película plástica. La película debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 171.

• Papel impermeable. Debe cumplir con los requisitos que establecen las normas ASTM C 171.

• Membranas de curado. Deben cumplir con las especificaciones de la ASTM C 309.

iii. Curación a vapor:

• A alta presión. Debe cumplir con los requisitos establecidos en el reglamento ACI 516 R.

• A baja presión. Debe cumplir con los requisitos de la norma ACI 517–2R.

e) Ensayes para verificar la calidad del Concreto.

Para el control de calidad del concreto, mediante el muestreo y ensaye de especímenes cilíndricos estándar de 15cm de diámetro por 30.48 cm de altura, se deberán satisfacer con los requisitos de las normas ASTM C 39, C 617, C 143, C31, C 172 Y C 138.

Para la evaluación de los resultados de control de calidad se seguirán los requisitos de la norma ACI 214‐89.


202

5.1.9 Lodos de perforación

En el capitulo anterior se menciono los lodos de perforación, como una técnica que se utilizan para la estabilización de las paredes de perforación, enfriar las herramientas de perforación y arrastrar, mediante circulación contínua, los recortes hacia la superficie.

Generalmente se utiliza agua potable y arcilla bentonítica para formar los lodos de perforación, sin embargo también se utiliza aceite y polímeros, así como agua de mar en zonas costeras.

El control de calidad está basado en el seguimiento de las propiedades como densidad, viscosidad, agua de filtrado y contenido de arena de acuerdo con los métodos de prueba que establecen las siguientes normas:

• ASTM D 4380‐93e: Métodos de prueba para la densidad de lodos bentonitícos.

• ASTM D 4381‐93e: Método de prueba para el contenido de arena por volumen de lodo bentonitícos.

• ACI 336.1 y ACI 336.1R‐98: Referencia de especificaciones para la construcción de pilares perforados y comentarios.

Los lodos de perforación pueden estar compuestos por los siguientes elementos:

Bentonita

Es una arcilla del grupo montmorilonítico [(OH)4 Si8 Al4O20 nH2O], originada por la descomposición química de las cenizas volcánicas; puede ser sódica o cálcica.

Agua

Debe cumplir con los requisitos exigidos para el agua que se utilizara en la fabricación del concreto, aunque en algunos casos se puede utilizar agua de


203

mar siempre y cuando se le incorpore al lodo de perforación un aditivo estabilizante, cuya función es incrementar la estabilidad del sistema.

Barita

La barita, sulfato de bario ([SO4]2Ba), se utiliza cuando se requiere incrementar la densidad del lodo. La densidad de la barita es de alrededor de 4.2g/cm.3

Se sabe que la barita tiene efectos erráticos en las propiedades del fluido y puede causar perdida de estabilidad coloidal.

Polímeros

El alto costo de la bentonita, sumados al alto costo del transporte ha obligado a desarrollar nuevos materiales coloidales. La mayoría de polímeros son orgánicos de cadena larga o, sales de silicatos inorgánicos. Los polímeros presentan algunas ventajas que a continuación se mencionan:

• Son presumiblemente, más fáciles de preparar y de controlar.

• Requieren solo una fracción del total que se utilizaría de bentonita, por lo general entre 10 y 20%.

• Su rendimiento es mayor porque permite un mayor de usos.

• Se pueden utilizar con agua salada o con agua de mar, sin perder sus propiedades coloidales.

Entre las propiedades que debe satisfacer un lodo de perforación, sobresalen los siguientes (ver tabla).


204

Tabla 5.14: Propiedades requeridas para Lodos de Perforación37

Propiedades Rango de resultados a

68 F (20 C)

Método de Ensaye

Densidad del lodo antes del colocado, a 30cm del fondo de la perforación, Kg/m3 Lodos minerales (bentonita) Diseño por fricción Diseño por punta Lodos con polímero Diseño por fricción Diseño por punta

85, máximo (1.36x103) 70, máximo (1.12x103)

64, máximo (1.02x103) 64, máximo (1.02x103)

Balanza de Lodos ASTM D 4380

Viscosidad Marsh, (s/l) Lodos minerales (bentonita) Lodos con polímeros

26 a 50 40 a 90

Cono Marsh y copa

Contenido de arena en volumen % antes del colado, a 30cm del fondo de la perforación Lodos minerales (bentonita) Diseño por fricción Diseño por punta Lodos con polímeros Diseño por fricción Diseño por punta

20 máximo 4 máximo

1 máximo 1 máximo

ASTM D 4381

PH durante la excavación 7 a 12 ASTM D 4972

Dosificación

Debe de dosificarse para el estrato de suelo más crítico que se encontrará en la excavación y se correlacionará con la velocidad mínima necesaria, de acuerdo con la tabla 5.15.

37 Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


205

Tabla 5.15: Relación entre el tipo de suelo y su tendencia al colapso38

Tipo de suelo Tendencia al Colapso

Suelo Seco Suelo con agua Arcilla No No Limo Usualmente no No algo Arena limosa Algo Apreciable Arena fina, húmeda Apreciable Apreciablemente alta Arena gruesa Apreciablemente Alta Alta Grava arenosa Alta Muy alta Grava Muy alta Muy alta

Nota: No: Indica que la superficie es estable, pero no indefinidamente Algo: Indica que el descascaramiento se puede producir en cualquier momento después de que se expone a la superficie. Apreciable: Indica que el colapso puede ocurrir en cualquier momento Alta y muy alta: Indican que la excavación fallará a menos que se proteja

Para dosificar el lodo, se determina la fracción del suelo no coloidal necesario para estabilidad de paredes, se elige la viscosidad Marsh en función del suelo, (ver tabla 5.16), luego se establecen los límites de control (ver tabla 5.17) además se determina si es necesario el uso de agentes de control como la barita, polímeros, controladores de pérdida de fluidos, entre otros.

Tabla 5.16: Viscosidad Marsh para algunos tipos de suelos39

Tipo de suelo Viscosidad Marsh s / 946cm3

Excavación en seco Excavación con nivel freático Arcilla 27 – 32 ‐ Arena limosa, arena arcillosa 29 – 25 ‐ Arena con limo 32 – 37 38 – 43 Fina a gruesa 38 – 43 41 – 47 Y grava 42 – 47 55 – 65 Grava 46 – 52 60 – 70

38 Fuente: Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.

39 Fuente: Idem anterior


206

Tabla 5.17: Límites de control para las propiedades del lodo, para diseño40

Función A* B C D F G H

% Kg/m3 Centi poises

lb/pie2 %

Soporte >3‐4 > 1.03 > 1.03 ‐ ** ‐ > 1***

Sellado >3‐4 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 1

Arrastre de recortes >3‐4 ‐ ‐ >21‐15

‐

Desplazamientos del concreto

< 15 < 1.25 < 1.25 < 20 ‐ ‐ < 23

Separación de los no coloides

‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ <30

Bombeo ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Variable ‐ Limpieza física <15 ‐ < 1.25 ‐ ‐ ‐ <25

Límites >3‐4 <15

> 1.03< 1.25

> 1.03 < 1.25

< 20 ‐

>12‐15 ‐

>12‐15 ‐

> 1 < 25

A: Contenido de bentonita promedio B: Peso volumétrico C: Densidad D: Viscosidad plástica E: Viscosidad Marsh F: Resistencia del gel, 10 min G: pH H: Contenido de arena * Es muy variable, según la marca ** Es mas aplicable la resistencia al corte del enjarre *** Opcional

En la fabricación del lodo, el tiempo que se toma para la hidratación completa de la bentonita depende del método de mezclado. Se considera que el mezclado es satisfactorio si la resistencia mínima del gel, determinada con el viscosímetro rotacional es de 36 dinas/cm2. Los lodos preparados con mezcladores de alta velocidad resultan mejor hidratados y con mayor resistencia al cortante que cuando se usan mezcladores de baja velocidad.

40 Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


207

Debido a la absorción de agua y formación de grumos, la bentonita debe incorporarse gradualmente al equipo de mezclado a través de la descarga de agua, mediante un cono dosificador y una vez mezclada, recircular una o dos veces más y luego pasarla a un tanque de almacenamiento para permitirle que continúe su hidratación y expansión. Se recomienda un envejecimiento mínimo de 24 horas antes de usarla.

El control de calidad de los lodos estará enfocada al control de la densidad, viscosidad, agua de filtrado, espesor del enjarre y contenido de arena.

5.1.10 Verificación del producto terminado

Después de finalizado el producto, se realizan pruebas basadas en las siguientes normas:

ASTM C 39‐96: Métodos de prueba estándar para la compresión de especímenes de concreto.

ASTM C 42M‐99: Métodos de prueba para obtener y probar núcleos de vigas de concreto.

ASTM C 174‐97: Métodos de prueba para medir longitudes de núcleos de concreto.

ASTM C 597‐97: Métodos de prueba para velocidad de pulso en el concreto.

ASTM C 803M‐97: Métodos de prueba para la resistencia a la penetración del endurecimiento del concreto.

ASTM C 805‐97: Método de prueba del número de rebotes en el concreto endurecidos.

ASTM C 1040‐93: Métodos de prueba par densidad de concretos endurecidos y no endurecidos por métodos nucleares.


208

5.2 Prueba de verificación de cargas de diseño de los pilotes

Método de prueba estándar para pilotes bajo carga estática axial de compresión (Prueba de capacidad de carga).

La necesidad de realizar pruebas de carga a pilotes se justifica debido a que el análisis de la capacidad de carga de estos elementos está sujeto a incertidumbres tanto de las teorías del comportamiento del sistema pilote‐suelo, así como la dificultad de definir confiablemente, mediante trabajo experimental, el comportamiento mecánico de los suelos de un sitio.

Lo anterior lleva a recomendar que las pruebas deban realizarse para determinar a escala natural el comportamiento cimentación‐suelo y siempre que económicamente sea factible, sabiendo que normalmente generan ahorros en los costos de una cimentación.

Los objetivos que se persiguen con la prueba de carga son:

• Determinar la capacidad de carga vertical de pilotes apoyados en estratos firmes.

• Definir confiablemente la longitud necesaria de los pilotes de fricción.

• Definir la capacidad de la carga lateral.

• Ensayar el tipo de pilote, las técnicas y equipos de hincado y verificar si es necesario realizar perforaciones previas.

El método de prueba estándar para pilotes bajo carga estática axial de compresión, se basa en la norma ASTM D 1143‐81, revisada en 1994. La prueba es aplicable a toda cimentación profunda que funcione de una manera similar a los pilotes sin importar su método de instalación.

Entre otras normas que hacen referencia a la prueba de carga están: La norma ASTM D 3689: “Método de prueba para pilotes individuales con carga axial a tensión y el Instituto Nacional Americano de Normas B 30.1: Código de Seguridad para Gatos Hidráulicos.


209

La capacidad de carga en todos los pilotes, excepto los hincados hasta la roca, no alcanza su valor máximo hasta después de un período de reposo. Los resultados de los ensayos de carga no son una buena indicación del funcionamiento de los pilotes, a menos que se hagan después de un periodo de ajustes. En el caso de pilotes hincados en suelo permeable este período es de dos o tres días, pero para pilotes rodeados total o parcialmente por limo o arcilla, puede ser de más de un mes.

Los ensayos de carga se pueden hacer construyendo una plataforma o cajón en la cabeza del pilote o grupo de pilotes, en la cual se coloca la carga, que puede ser arena, hierro, bloques de concreto o agua. Para hacer un ensayo más seguro y más fácilmente controlable, se usan, para aplicar la carga, gatos hidráulicos de gran capacidad cuidadosamente calibrados. La reacción del gato será tomada por una plataforma cargada o por una viga conectada a pilotes que trabajaran a tracción. Una ventaja adicional del uso de gatos es que la carga sobre el pilote se puede variar rápidamente a bajos costos. Los asentamientos se miden con un nivel de precisión o, preferiblemente, con un micrómetro montado en un soporte independiente. (Ver fotografía 5.1).

Fotografía 5.1: Prueba de carga axial a compresión, aplicada a un pilote colado en el sitio en San Martin, San Salvador.


210

♦ Procedimiento estándar de carga

A menos que ocurra primero la falla, se carga al pilote al 200% de la carga de diseño para pruebas en pilotes individuales; para pruebas en grupo de pilotes se carga a un 150% de la carga de diseño. La carga se aplica en incrementos del 25% de la carga de diseño individual o de grupo. Se debe mantener cada incremento de carga hasta que la razón de asentamiento no sea mayor que 0.01 in (0.25 mm)/ h, pero no más de 2 horas. Si el pilote de prueba no ha fallado, retirar el total de la carga después de 12 horas si el asentamiento en la punta en un periodo de una hora no es mayor que 0.01 in (0.25 mm); de otra manera permitir que toda la carga permanezca sobre el pilote de prueba o grupo de pilotes por 24 horas. Luego del tiempo de espera requerido, retirar la carga de prueba en decrementos de 25% de la carga total de la prueba con intervalos de 1 hora entre decrementos. Si la falla del pilote ocurre, se continúa aplicando presión con el gato hasta que el asentamiento sea igual al 15% del diámetro del pilote o dimensión diagonal.

5.3 Pruebas de verificación del concreto de los pilotes terminados

Para la verificación del concreto de los pilotes o pilas terminados se utilizan métodos directos e indirectos, los cuales deben satisfacer con las normas ASTM C 39‐96, 42M‐99, 174‐97, 597‐97, 803M‐97, 805‐97, 900‐93 y 1040‐93.

5.3.1 Métodos Directos

Son utilizados para la verificación de la calidad de un elemento pero a través de la destrucción de una pequeña área del mismo. En la tabla 5.18 se describen los métodos más comunes aplicados internacionalmente.


211

Tabla 5.18: Métodos Directos41 Método Descripción

Ensaye del concreto endurecido

El muestreo se realiza con una broca de diamantes accionada por una perforadora a rotación. Para muestrear el concreto endurecido se recurre a la extracción de corazones. El muestreo debe hacerse hasta que el concreto tenga el endurecimiento suficiente para permitir la extracción del corazón sin alterar la adherencia entre el mortero y el agregado grueso. Se considera que para obtener corazones sanos el concreto debe tener como mínimo, 14 días de edad. Este ensayo debe realizarse conforme a la norma ASTM C 42.

Circuito de Televisión

Aprovechando la perforación se acostumbra observar el agujero mediante un circuito de televisión, lo que permite la observación directa de las paredes y del fondo. Tiene la desventaja de que únicamente se pueden detectar las fallas muy remarcadas, dejando dudas en cuanto a contaminación y segregación del concreto, las cuales no son severas pero sí importantes para el comportamiento del elemento.

Resistencia a la Penetración

Conocida como prueba de Windsor; esta prueba estima la resistencia del concreto a partir de la profundidad de penetración de una varilla de metal dentro del concreto, con una cantidad de energía generada mediante una carga de pólvora estándar. El principio es que la penetración es inversamente proporcional a la resistencia del concreto a la compresión, pero la relación depende la dureza del agregado. La resistencia a la penetración debe correlacionarse con la resistencia a compresión de especímenes estándares del mismo concreto o con la de corazones extraídos del mismo concreto. La norma que lo rige es ASTM C – 803.

Prueba de Extracción

Este método mide la fuerza requerida para extraer una varilla de acero previamente colado con el extremo agrandado y embebido. Debido a su forma, el ensamblaje de la varilla de acero se extrae junto con un trozo de concreto con la forma aproximada de un tronco de cono. La resistencia a la extracción se calcula con la relación de la fuerza al área idealizada del cono truncado, y es cercana a la resistencia a la compresión de cilindros estándar o con la de corazones, para una amplia gama de condiciones de curado y de edad. La norma que rige a este método es ASTM C900.

41 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


212

5.3.2 Métodos Indirectos

Se entienden como tales a los métodos que no son destructivos. Los más utilizados en El Salvador son:

a) Prueba de Integridad de Pilotes

Esta prueba detecta potenciales defectos peligrosos tales como fracturas mayores, estrechamientos, incrustaciones de suelo o huecos. La prueba no requiere preparaciones especiales o tubos de acceso y es ejecutada tanto en pilas como pilotes de diferentes tipos.

Procedimiento

Las pruebas de integridad son llevadas a cabo por medio de un acelerómetro de alta sensibilidad, un martillo de 6 libras y un procesador de datos. (Ver fotografía 5.2).

Fotografía 5.2: Prueba de integridad de pilotes mediante un acelerómetro colocado en la cabeza del pilote.


213

El acelerómetro se fija por medio de cera (cera de petróleo por lo general) a la superficie de la cabeza del pilote, la cual debe estar lo más lisa posible y libre de polvo o fragmentos de concreto. Es recomendable esperar hasta que el concreto alcance por lo menos su resistencia de proyecto, antes de empezar el ensayo del pilote. Se aconseja que el concreto de la cabeza del pilote esté libre de contaminación (suelo, restos de bentonita, etc.) para una prueba más confiable.

Este acelerómetro recoge pulsos provenientes de un golpe del martillo de 6 libras, así como los reflejos de este mismo pulso debidos a cambios en la impedancia del pilote (cambio de la calidad del concreto y/o del área transversal del pilote), discontinuidades en el pilote (fracturación severa, juntas frías, juntas mecánicas) y el reflejo del fondo del pilote. (Ver fotografía 5.3).

Fotografía 5.3: Obtención de datos mediante un procesador que los almacena y luego se transfieren a un computador donde se hace un análisis más detallado.


214

Los datos recabados por el acelerómetro son analizados y guardados por el procesador de datos para su posterior transferencia y análisis más detallado con un computador. Este procesador aplica funciones de amplificación que mejoran los registros de aceleración y que ayudan a la identificación clara de defectos, ya que la energía del pulso se ve amortiguada tanto por el mismo material constitutivo del pilote como por resistencias del suelo. (Ver figura 5.1).


215

Cada uno de los registros se identifica con el nombre del pilote, su diámetro, fecha en que se practicó la prueba, así como los valores aplicados para los filtros de alta y baja frecuencia. En la parte inferior del gráfico se esquematiza el pilote horizontalmente, dicho esquema se obtiene estableciendo como datos

Figura 5.1: Datos obtenidos en un computador de una prueba de integridad.


216

de entrada un valor de la velocidad de propagación de la onda dentro del concreto, así como la longitud del pilote en la realidad. Se aplica como valor estimado de la velocidad de propagación de la onda 4,000 m/s (el valor promedio en el concreto es de 4,000 m/s, dato que puede variar en un 10% en más o en menos). La línea que sigue una forma exponencial arriba del esquema del pilote, representa la variación exponencial del factor de amplificación, el cual es aplicado a partir de una profundidad equivalente al 20% de la longitud del pilote (aplicando un valor unitario) y que va variando hasta el máximo valor establecido al llegar al fondo estimado del pilote.

El equipo de campo, está compuesto por:

• PIT, instrumento muy compacto y construido sin partes movibles para condiciones de campo duras, transportables fácilmente y que permite la operación de una persona.

• Martillo.

• Acelerómetro.

b) Ensayo dinámico de pilotes

El ensayo dinámico consiste básicamente en dejar caer una masa importante desde una cierta altura sobre la cabeza del pilote, instrumentando el mismo mediante sensores, efectuando después cálculos por ordenador a partir de la respuesta obtenida del pilote. Se utilizan para ello modelos matemáticos que simulan el comportamiento del pilote y su interacción con el suelo utilizando la ecuación de la onda, siendo “Capwap” el programa más utilizado.


217

El principal objetivo del Ensayo Dinámico es obtener la capacidad de ruptura del suelo. Sin embargo, paralelamente muchos otros datos pueden ser obtenidos por el ensayo. Algunos de los más importantes son:

1. Tensiones máximas de compresión y de tracción en el material del pilote durante los golpes.

2. Nivel de flexión sufrido por el pilote durante el golpe.

3. Informaciones sobre la integridad del pilote, incluso la localización de eventual daño y estimativa de su intensidad.

4. Energía efectivamente transferida para el pilote, permitiendo estimar la eficiencia del sistema de hinca.

5. Desplazamiento máximo del pilote durante el golpe.

6. Velocidad de aplicación de los golpes y estimativa de altura de caída para martillos Diesel simple acción.

7. A través del análisis Capwap es posible separarse la parcela de resistencia debida a fricción de la resistencia de punta, y determinar la distribución de fricción a lo largo del fuste. Ese análisis, generalmente hecho posteriormente en gabinete a partir de los datos almacenados por el PDA, permite también obtener otros datos de interés, como el límite de deformación elástica del suelo.

Ensayo dinámico en pilotes hincados

Existen dos maneras básicas de hacer el Ensayo Dinámico en pilotes hincados:

1) Es posible instalar los sensores en el inicio de la hinca, y registrar los golpes mientras el pilote va penetrando en el suelo. Ese tipo de ensayo obtiene informaciones como el desempeño del sistema de hinca, riesgos de rotura,


218

etc. La capacidad de carga de un pilote al final de la hinca generalmente es diferente de aquella tras un período de reposo, debido a fenómenos como disipación de poro‐presión, relajación, etc. Por lo tanto, la capacidad medida al final de la hinca no puede ser comparada directamente con el resultado de una prueba estática.

2) Para determinación de la correcta capacidad de carga de largo plazo del pilote hincado, es recomendable hacerse el ensayo en una rehinca, realizada algunos días después del término de la hinca. El intervalo de tiempo entre el final de la hinca y la realización del ensayo deberá ser el mayor posible, principalmente en suelos arcillosos. El martillo es repuesto sobre el pilote, los sensores son instalados y enseguida se aplican algunos pocos golpes. Cuando es posible controlar la altura de caída del martillo, es usual empezar con una altura baja, e ir aumentando gradualmente la energía aplicada, hasta que se verifique la ruptura del suelo, o cuando el PDA indique tensiones que pongan en riesgo la integridad del material del pilote. La ruptura del suelo generalmente se caracteriza cuando la resistencia deja de aumentar (o a veces hasta disminuye) con el aumento de la altura de caída.

Fotografía 5.4: a) Instalación de sensores a lo largo del fuste para el ensayo dinámico; b) Análisis de los datos mediante un ordenador digital.

ba


219

Ensayo dinámico en pilotes colados en el sitio

En pilotes colados "in situ", es recomendable hacer una preparación previa, la que consiste en la ejecución de un cabezal de hormigón para recibir los impactos. Los sensores deben ser instalados preferentemente en el fuste del pilote, y no en el cabezal. Los golpes son aplicados por cualquier sistema capaz de liberar un peso en caída libre. Debe usarse madera contrachapada, a veces encimadas por una chapa metálica, para amortiguamiento de los golpes. El ensayo se ejecuta de la misma manera que en el ítem 2 anterior, excepto que generalmente en esos casos es necesario cuidar que el pilote no entre en régimen de hinca.

La norma aplicable para el ensayo en obra es la ASTM D 4945 "Método estándar para tensión alta de ensayos dinámicos en pilotes".

c) Prueba Cross Hole:

Consiste en la emisión de una vibración que se genera dentro de un tubo lleno de agua, que se coloca fijo en el armado, previo al colado. La captación de esta onda se realiza por medio de un receptor colocado al mismo nivel del emisor pero en otro tubo; la operación se repite a lo largo del elemento, obteniéndose una gráfica en la cual se aprecia el tiempo de preparación de las ondas captadas.

Cada anomalía detectada se caracteriza por una disminución drástica de la amplitud de onda, captada y en un incremento de tiempo de recorrido.

Para la ejecución de este método de verificación se requiere que previamente sean colocados tubos metálicos a lo largo de todo el elemento. De la cantidad de estos dependerá la precisión de la verificación.


220

Este método presenta las siguientes ventajas:

• Buena localización de anomalías tanto en profundidad como en la sección de las pilas y pilotes, siempre que sea suficiente el número de tubos para la ejecución de la prueba.

• Interpretación en forma inmediata.

• Registro continuo en toda la longitud del elemento.

Una desventaja de este método es la imposibilidad de detectar la calidad del concreto entre la pila o pilote y el terreno natural, la máxima distancia recomendada entre los sensores es de 1.50 mt.

5.4 Supervisión durante la construcción de pilas o pilotes

La supervisión de la construcción de pilas y pilotes debe garantizar que se construyan de conformidad con las hipótesis de diseño y las especificaciones de construcción, y dentro de las tolerancias aceptables o, en caso de presentarse una desviación excesiva, proporcionar la información necesaria para poder aplicar medidas correctivas.

El comportamiento de una cimentación profunda depende, en gran medida, de su construcción. La correcta selección del procedimiento y del equipo de construcción, la calidad de la mano de obra y el control estricto de todo el proceso, son aspectos esenciales en la construcción de una cimentación profunda.

La supervisión debe realizarla el proyectista, contando con personal de amplia experiencia en los trabajos de construcción de cimientos profundos, y que tenga la preparación académica necesaria y suficiente para ver e interpretar lo que ve. Es necesario que la supervisión sea contínua durante toda la construcción, a fin de asegurarse de que las condiciones del subsuelo sean congruentes con la del diseño.


221

5.4.1 Guía de supervisión durante la construcción de pilotes colados in situ

a) Supervisión:

La supervisión de construcción de las pilas y pilotes incluye, entre otros aspectos:

• La corroboración de su localización.

• La vigilancia durante la perforación.

• El control de la fabricación y manejo del lodo de perforación, si se requiere.

• La protección del agujero, entendido como tal el cuidado de su estabilidad durante la perforación y durante la colocación del armado y del colado del concreto.

• La protección de las construcciones vecinas.

• La verificación de la verticalidad de la perforación y de las dimensiones del fuste y de la campana, si la hubiere.

• La conformidad de la profundidad de desplante y de las características del material en que se apoyara el elemento.

• La revisión del acero de refuerzo y que cuente con los elementos rigidizantes necesarios para su manejo.

• La verificación de la calidad de los materiales de construcción.

• La vigilancia del izado, manejo y colocación del acero de refuerzo.

• La verificación de que los procedimientos de colocación del concreto y de manejos de los lodos sean los adecuados.


222

Deberá realizarse con una brigada de topografía el trazo de cimentación, marcado con una estaca la localización del centro de cada elemento, indicando la profundidad de perforación y la de desplante. Una vez terminada la colocación del pilote o el colado de este, deberá verificarse su posición real, siempre con una brigada de topografía, a fin de comparar con la tolerancia prevista.

La supervisión deberá contar en obra con una copia del estudio geotécnico, el que, además de información general sobre secuencia estratigráfica, tipos de suelos y resistencia al corte, deberá contar con la siguiente información:

• Presencia de estratos permeables de grava, arena o limo; niveles piezométricos en tales estratos.

• Nivel piezométrico en el estrato de apoyo.

• Caudal del agua que fluye de los estratos de apoyo hacia el barreno (aún en roca).

• Presencia de obstrucciones grandes arriba del nivel de desplante y procedimientos para la remoción de las mismas.

• Presencia de gas natural en el suelo o roca.

• Análisis químico del agua freática.

• Caudal de descarga de las bombas de achiques, cuando se usen, y determinación del porcentajes de finos arrastrados por el agua. Para esto resulta útiles los tanques de sedimentación con crestas vertedoras.


223

b) Excavación.

Entre los puntos que se deben verificar o anotar durante la excavación, destacan:

• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación individual, hora de inicio y de terminación de la excavación, equipo utilizado, personal.

• Localización topográfica del pilote al inicio y al término de la excavación.

• Conformidad del procedimiento de excavación con las especificaciones de construcción o con la práctica correcta (se aconseja que toda obra de cimentación tenga sus propias especificaciones que rijan durante toda la construcción).

• Verticalidad y dimensiones de la excavación a intervalos regulares. La verticalidad de la excavación se debe comparar con el valor de proyecto y con la desviación permisible especificada.

• Beneficios del método y equipo usado para atravesar estratos permeables, si los hubiere.

• Beneficios del método y equipo usado para atravesar grandes obstrucciones, si las hubiere.

• Seleccionar adecuadamente la secuela de excavación y colado, cuando se contemple ejecutar simultáneamente varios pilotes relativamente cercanos, a fin de garantizar el movimiento del equipo, su seguridad, la de las construcciones vecinas, así como la estabilidad de las excavaciones.

• Registro de los estratos de suelo atravesados durante la excavación.

• Profundidad de empotramiento en el estrato de apoyo y cota del fondo de la perforación.


224

• Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse mediante inspección visual, siempre que sea posible). Para altas capacidades de carga se recomienda la obtención de núcleos y el ensayo in situ del material hasta una profundidad de 1 a 2 diámetros bajo el nivel de desplante. El supervisor debe decidir cuándo se ha alcanzado el estrato de apoyo y cuál es la profundidad correcta de los pilotes.

• Limpieza del fondo y de las paredes de la excavación y del ademe permanente (o perdido), si lo hubiere, con la herramienta adecuada.

• Gasto de filtración hacia la excavación.

• Calidad del lodo bentonítico, si se requiriera.

• Perdida del lodo, si la hubiera (hora, elevación, cantidad).

• Cuando la excavación atraviese arcillas blandas bajo el nivel freático, no debe extraerse la cuchara a velocidad tal que provoque succión y, en consecuencia, caídos. En este caso conviene subir la cuchara en etapas, permitiendo el establecimiento de la presión, o dejando en el centro de la misma una tubería que permita el rápido paso del lodo hacia la parte inferior de la cuchara mientras este suba despacio. Se debe evitar el uso indiscriminado de los lodos y el nivel del lodo deberá permanecerá lo más arriba posible del nivel freático.

c) Colado del concreto.

Después de haber inspeccionado y aprobado la excavación, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los aspectos que se deben verificar o anotar, destacan:


225

• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación de los pilotes, hora de inicio y hora de terminación del colado.

• Calidad del concreto: proporcionamiento, revenimiento, resistencia, agregado máximo, hora de mezclado, hora de salida, hora de llegada, hora de inicio de descarga, hora de término de la descarga, volumen del colado, identificación del o de los camiones. Se deberá tomar una muestra de tres cilindros de cada 10m³ de concreto para el ensayo a la edad de 28 días.

• Que el método de colocación y posicionamiento correcto del tubo o canalón de descarga del concreto sean los correctos; llevar registros continuos del embebimiento del extremo del tubo tremie en el concreto. No usar tubería que tenga elementos que se atoren por dentro ni por fuera.

• Observar las condiciones del fondo del agujero, si es que es posible, inmediatamente antes del colocar el concreto.

• Observar las condiciones de las paredes del agujero o del ademe de acero que estará en contacto con el concreto fresco y anotar la posición del nivel freático detrás del ademe. El concreto deberá colocarse inmediatamente después de esta inspección.

• Observar si el acero de refuerzo está limpio y colocado en su posición correcta y si el diámetro, longitud y espaciamiento de las varillas longitudinales de los estribos es el adecuado. La unión de las varillas deben ser a base de soldadura, a tope.

• Observar que la posición del acero de refuerzo sea de conformidad con los planos y especificaciones.

• Observar el método de colocación del concreto y asegurarse de que no hay segregación de material cuando se utilizan procedimientos tales como caída


226

libre desde, una tolva, tubería tremie y botes con descarga de fondo. No usar concreto bombeado a menos que sea colocado con tubería tremie.

• Cuando se deba colocar concreto bajo lodo bentonítico, debe hacerse una limpieza previa de este, desarenándolo, o bien una sustitución completa del lodo.

• Realizar pruebas en el concreto fresco, tales como: revenimiento, aire incluido y peso volumétrico.

• Asegurarse de que el concreto se coloca en forma contínua, sin interrupciones ni retrasos largos y que dentro del ademe se mantenga una altura de concreto suficiente si es que se va a extraer. Si no se utiliza el ademe, verificar el peso del concreto sea suficiente para equilibrar la presión hidrostática presente.

• Calcular el volumen del concreto colocado y compararlo con el equivalente a la altura de la perforación.

• La supervisión debe de estar pendiente de que el concreto no se contamine con el suelo debido del desprendimiento de las paredes.

• Consolidar mediante vibración el último tramo de 1.50 a 3.0 mt. De altura cuando el concreto tenga un revenimiento menor de 10.0 cm (lo cual no se aconseja; el revenimiento mínimo debe de ser de 15.0 cm, para asegurar un flujo contínuo).

• Determinar la cota del descabece y la longitud exacta de cada elemento.

• Verificar in situ la calidad de los pilotes terminados, mediante algunas de las pruebas antes mencionadas.

• Verificar topográficamente la localización final de los pilotes terminados.


227

Tabla 5.19: Tolerancias aceptadas en la fabricación de pilotes.

Concepto Tolerancia con relación a las

especificaciones Traslape de acero de refuerzo Menor al 50% en una sección Acero de refuerzo en extremo Sin dobleces y recubrimiento Recubrimiento del acero de refuerzo Mayor de 2.5cm y menor de 5.0cm

Diámetro interior del tubo tremie Mayor de 10.0 veces el tamaño máximo de agregados del concreto y menor de 12.0¨

Unión entre tramos de tubo tremie Impermeable cuando se introduzca en agua Revenimiento del concreto Mayor de 12 cm. Tamaño máximo de agregado del concreto 3/4” Excentricidad radial con relación al trazo del pilote medido en la plataforma de trabajo

25% de la diagonal mayor de la sección del pilote

Cimbra longitudinal ± 1.0cm por cada 3.0m de longitud Cimbra transversal ± 1.0cm en cualquier sentido Desviación del eje del pilote Menor de 0.3cm por cada 3.0m de longitud Retiro del pilote de su cimbra Cuando el concreto alcance el 50% de su f´c Traslapes de acero de refuerzo Menor al 50% en una sección Hincado del pilote Cuando el concreto alcance el 70% de su f`c Desviación horizontal con relación al eje de inclinación proyectado

2% de la longitud total del pilote; en suelos muy heterogéneos se acepta el 4%


228

d) Informes diarios:

La supervisión entregará un informe diario firmado al director de la obra, al proyectista estructural y al ingeniero geotécnico, en formas preparadas ex profeso. Estos informes deben contener lo siguiente:

• Localización precisa y dimensiones de las perforaciones realizadas.

• Elevación precisa del brocal del fondo.

• Registro de mediciones de la verticalidad.

• Método empleado para la perforación.

• Descripción de las condiciones en que se encontró el nivel freático.

• Descripción de los materiales encontrados durante la perforación.

• Descripción de las obstrucciones encontradas y removidas.

Fotografía 5.5: Prueba de revenimiento, en el recuadro se verifica mediante una cinta el revenimiento que presenta el concreto


229

• Descripción del ademe temporal o recuperable y del permanente colocado, incluyendo su finalidad. Longitud y espesor de la pared, así como el empotramiento y sello obtenido, si estaba proyectado.

• Descripción de cualquier movimiento del suelo o del agua, estabilidad de campana y de las paredes, pérdida del suelo, método de control y necesidades de bombeo.

• Descripción de los métodos de limpieza alcanzado inicialmente.

• Elevación a la cual se encontró el material de apoyo. Descripción del material de apoyo, sondeos realizados, método de muestreo, velocidad de avance en roca, especímenes recuperados, pruebas realizadas y conclusiones alcanzadas en relación con el material de apoyo.

• Descripción del grado de limpieza justamente antes de colar el concreto.

• Registro de la profundidad del espejo de agua dentro de la perforación y gasto de filtración antes de colar el concreto.

• Registro de la supervisión del acero de refuerzo, en cuanto al armado en sí, posición y calidad.

• Método de la colocación del concreto y de la extracción del ademe, si lo hubiere. Registro de la carga de altura del concreto durante la extracción del ademe. Registro de la elevación del concreto al iniciar la consolidación por vibración, si fuere el caso.

• Registro de las dificultades encontradas. Debe contener posibles huecos, posible estrangulamiento y posible colapso del ademe.

• Condición del concreto entregado en obra, incluyendo el revenimiento, peso volumétrico, aire incluido, fabricación y ensayos de cilindros a compresión y otras pruebas.


230

• Registro de cualquier desviación de las especificaciones y decisiones tomadas al respecto.

f) Causas más comunes de pilotes defectuosos.

• Formación de huecos en el fuste por la extracción inadecuada del ademe.

• Desconchamiento del suelo, dando lugar a contaminación del concreto.

• Localización incorrecta, falta de verticalidad o refuerzo inadecuado.

• Colocación inadecuada del concreto, dando lugar a segregación.

• Estrangulamiento del fuste.

• Colapso del ademe.

• Formación de juntas frías.

• Migración del agua y segregación, que originan un concreto débil.

• Concreto de baja calidad entregado en obra.

• Contaminación del concreto con lodo de perforación.

• Estrato de apoyo inadecuado.


231

5.4.2 Guía de supervisión de pilotes hincados

5.4.2.1 Supervisión del hincado de pilotes

Destacan los siguientes aspectos a tomar en cuenta:

• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, hora, identificación del pilote.

• Localización topográfica del pilote.

• Perforación previa: diámetro, longitud.

• Registro estratigráfico de la perforación previa.

• La verticalidad de los pilotes hincados a intervalos regulares durante su instalación. Esto se puede hacer verificando la alineación de las cabezas de hincado y de la parte visible del pilote, por medio de un nivel de albañil colocado contra la cara del pilote y del cabezal.

• La estabilidad y alineación de las resbaladeras de las guías.

• El número de golpes.

• Desplazamiento del pilote bajo los golpes a distintas profundidades.

• Posición, tipo y calidad de las uniones o juntas.

• Localización, hora y duración de cualquier interrupción durante el hincado.

• Desplazamientos elásticos y permanentes, y golpes por centímetro al final del hincado.

• Elevación del terreno natural, de la punta del pilote y del descabece.

• Cualquier otra información pertinente.


232

5.5 Medidas de seguridad.

5.5.1 Introducción.

La construcción de cimentaciones profundas, al igual que otro tipo de especialidades, requiere que se tomen en cuenta medidas de seguridad particulares durante su ejecución.

Una elección correcta de los procesos constructivos y del equipo por utilizar, disminuye las posibilidades de errores humanos durante las diferentes actividades en ejecución, con esto estaríamos reduciendo y vigilando los aspectos de seguridad, preservando la integridad de los trabajadores que intervienen directamente en los trabajos, así como reduciendo el riesgo de los costos en la mayoría de los casos.

5.5.2 Medidas de seguridad de equipo

a) Accesos y plataformas de trabajo

Toda maquinaria utilizada que se emplea para la construcción de cimentaciones profundas requiere de accesos firmes y seguros, ya que se trata de maquinaria pesada que transita sobre orugas o neumáticos. No se debe trabajar sobre plataformas inestables, procurando apoyar los equipos lejos de las orillas de los hombros de los taludes.

b) Obstáculos terrestres y/o aéreos

La altura convencional de los equipos diseñados para la construcción de cimentaciones profundas es superior a los 20 mts; antes de iniciar cualquier trabajo es necesario inspeccionar el lugar donde se desarrollaran, observando


233

con especial atención los obstáculos terrestres y/o aéreos, que en la mayoría de los casos corresponden a instalaciones eléctricas o de algún otro tipo.

Los trabajos deben ser organizados para evitar que el equipo golpee accidentalmente estructuras existentes dentro de la obra o adyacentes a la misma con el propósito de evitar su colapso o deterioro. Con lo anterior también se evitan las volcaduras de equipos provocados por las cargas y los nuevos puntos de apoyo, que modifican los centros de gravedad de los mismos.

c) Cables

Durante las maniobras de fabricación de pilotes, perforación e hincado se debe poner atención a los cables de acero usados en las maniobras, incluyendo su colocación, utilización, mantenimiento y revisión de accesorios.

d) Grúas

El sistema de frenos de los tambores de las grúas debe estar en óptimas condiciones, ya que un descuido en su mantenimiento puede provocar perder el control de la maniobra de las cargas. Es recomendable conocer las capacidades de carga y longitudes e inclinaciones de las plumas de las grúas, para evitar que el equipo falle con alguna carga.

e) Maniobra

Durante las maniobras, ninguna persona debe permanecer debajo de la carga. Para el manejo y dirección de la posición de los pilotes hincados, se recomienda utilizar cables de manila o polipropileno que tenga la longitud suficiente que permita cumplir con lo anterior.


234

f) Movimiento de pilotes prefabricados

Se debe garantizar que la resistencia del concreto ha adquirido la capacidad necesaria para poder levantar los pilotes de las camas de fabricación. Los puntos de levante deben estar definidos desde el habilitado del acero para garantizar que los esfuerzos serán inferiores a los resistentes y estén repartidos en las anclas adecuadamente, durante la maniobra de despegue de pilotes.

El desmoldante utilizado debe evitar que un pilote quede adherido al molde para que los esfuerzos no varíen de los considerados. No es recomendable levantar un pilote de un extremo para despegarlo de la cama.

g) Cargas

No es conveniente halar cargas con la grúa, para evitar balanceos que puedan golpear la caseta donde se encuentra el operador, o bien el desplazamiento de la carga en otra dirección. Durante las maniobras, se debe mantener la carga lo más cercano posible al suelo, evitando que el personal se encuentre sobre la misma.

h) Equipo

El personal no debe bajar ni subir de un equipo que esté en movimiento. Se deberá mantener limpio el parabrisas de la grúa para permitir siempre buena visibilidad. Antes de abrir alguna conexión o llave de algún sistema hidráulico para su revisión, se recomienda verificar que el sistema haya liberado la presión.

Cuando el equipo esté funcionando, no es conveniente cargar combustible. La revisión de depósitos de combustible y de baterías debe realizarse utilizando lámparas sordas.


235

5.5.3 Colocación del material a utilizar en la obra.

a) Acero de refuerzo

Al introducir los armados dentro de los moldes de los pilotes o en la perforación de las pilas, es necesario revisar que los estribos estén debidamente amarrados para evitar que se desprendan durante la maniobra. Es recomendable también revisar que lo largo de los castillos no quede desperdicios de acero, así como herramientas, antes de realizar las maniobras.

Es necesario considerar la longitud de los armados para determinar la posible presencia de deformaciones que provoquen rotura de amarres, o bien se determina si se requieren utilizar peine de levante para pilotes o introducir el armado para pilas. En ocasiones se resuelve este problema colocando rigidizadores en los armados.

b) Concreto

En algunas cimentaciones se realizan los colados con bomba y pluma, debido a las dimensiones del terreno en el que se trabaja, el nivel en el cual se encuentra el equipo de cimentación, o la falta de acceso a la zona. En estas condiciones se debe revisar el correcto funcionamiento de las llaves en las uniones de la tubería, para evitar que el concreto se derrame cayendo juntas con las mismas.

Cuando se utilicen depósitos portátiles para colocar el concreto, debe garantizarse que el soporte sea el adecuado para la carga y que el mecanismo de la compuerta trabaje correctamente, para evitar que el concreto caiga antes de llegar a donde se va a depositar, esta maniobra debe realizarse con un manejo suave.

En el colado de las pilas o pilotes es necesario que el personal esté alrededor de la perforación para manejar correctamente la tubería tremie, por lo que se


236

debe contar con una estructura en la cual el trabajador pueda pararse y que evite su caída dentro de la perforación. Esta estructura también garantiza la seguridad durante el acoplamiento de los tramos de tubería.

En caso de utilizar calderas de vapor para el curado del concreto en la fabricación de los pilotes, se debe revisar periódicamente los depósitos de combustible, tuberías, válvulas, conexiones y serpentín para evitar explosiones. Este equipo debe de ser utilizado por personal capacitado específicamente para esta actividad. No es recomendable tratar de abrir una conexión cuando el equipo este en operación, ya que este trabaja con presiones y temperaturas altas, pudiendo provocar del vapor quemaduras y la conexión puede desprenderse con gran fuerza.

5.5.4 Perforación

a) Brocales

Para evitar caídos de material dentro de las perforaciones, es importante utilizar brocales adecuados de acero, concreto u otros, para evitar exponer a algún peligro a los trabajadores y al equipo que se encuentra adyacente a la perforación.

Se recomienda que el brocal utilizado para estos casos, quede empotrado en la perforación por lo menos dos veces su diámetro. En cuanto a la parte superior, es necesario que sobre salga de 30 a 40cm como mínimo, del nivel de trabajo.

b) Perforaciones adyacentes

Es importante llevar a cabo una planeación en la ejecución de las perforaciones, para evitar hundimientos accidentales, los cuales son provocados por fallas en


237

las paredes de las perforaciones o comunicación de ellas al existir vibraciones en el suelo.

c) Retiro de material

El material producto de las perforaciones es muy inestable para el apoyo del equipo, debido a su estado suelto. Cuando se perfora por debajo del nivel freático, el problema aun es mayor, ya que la superficie de trabajo se cubre de lodo. Cuando se utilizan lodos bentoníticos para la estabilización de las paredes de las perforaciones, la plataforma de trabajo puede llegar a ser inestable y resbaladiza. Cuando no se logra retirar eficientemente los lodos de la superficie, se debe tener cuidado en señalizar y proteger los puntos donde se encuentren perforaciones abiertas.

d) Descenso a perforación

En algunos procedimientos constructivos, es necesario la construcción de campanas (pilas), o simplemente la inspección ocular del desplante de las perforaciones, para lo cual el personal deberá descender a su interior. Es recomendable poner especial atención a la presencia de gases tóxicos o ausencia de aire respirable.

Estas circunstancias se advierten cuando se perforan en formaciones calcáreas, turba, materia orgánica en productos de descomposición, rellenos sanitarios o basureros.

Las características del subsuelo o la vibración del equipo dentro y fuera de la perforación, pueden hacer fallar la estabilidad de las paredes de la perforación, por lo que es conveniente utilizar ademes metálicos en toda la longitud, evitándose así que la perforación se cierre con el personal en su interior.


238

Los trabajadores dentro de una perforación siempre deben de utilizar un arnés de seguridad, el cual se sujetara a un cable de rescate durante todo el tiempo que permanezca laborando en su interior.

e) Perforaciones abiertas

Es común que algunas perforaciones queden abiertas temporalmente en cambios de turno, por lo que es recomendable utilizar tapas especiales que eviten la caída accidental de alguna persona.

En caso de que los trabajos continúen inmediatamente al finalizar la perforación, es suficiente con señalizar el área.

5.5 Medidas de seguridad para el hincado de pilotes

a) Manejo de los pilotes

Dependiendo de las características de los materiales utilizados en los pilotes, así como de su sección y longitud, es necesario conocer los puntos de donde se deben sujetar los pilotes para realizar su hincado.

Durante la maniobra de instalación de los pilotes en las perforaciones previas, el personal debe estar alejado del punto de hincado cuando menos 1.5 veces la longitud del pilote por hincar.

Esta maniobra es exclusivamente del operador la grúa, por lo que no es necesario que el personal de tierra se encuentre cerca de esta actividad.

Es recomendable que se aleje lo suficiente por si existiera algún error en la maniobra, o por si se corrieran los cables, perdiendo el control del pilote.


239

En caso de no existir perforación previa al hincado, el pilote deberá ser sujetado a una guía.

En estos casos será necesario realizar una excavación en el punto por hincar, a una profundidad de 50 cm (1.7ft), cuando menos, respetando la geometría del pilote, donde se colocará la punta del pilote; en el otro extremo se asentará el golpeador del martillo, el cual estará guiado, garantizándose así que el pilote no se desplomará ni resbalará.

b) Hincado

Cuando un martillo ha trabajado y está caliente, se debe asentar en la cabeza del pilote suavemente ya que se corre el riesgo de que se dispare accidentalmente.

La excentricidad del martinete sobre la sección del pilote puede provocar desprendimientos de concreto, además de la ruptura del mismo, sin poder controlar sus efectos, por lo que durante el hincado de un pilote, no deberá existir ninguna persona en tierra cerca de esta actividad por lo menos en 10 m (33ft) de distancia.

Cuando el martinete esté en operación no se requiere de ningún trabajador en tierra, por lo que no es necesario que estén trabajadores junto al pilote que se está hincando.

Para martillos diesel, el cable que corta el suministro de combustible debe estar en manos del personal, permanentemente; nunca se deber dejar amarrado o suelto, ya que de éste depende el control del mismo. Este cable deberá tener la longitud suficiente que permita cumplir con el punto anterior.


240

Si por accidente no se puede llegar a utilizar el cable del ahogador cuando el martinete esté en operación, es necesario cortar la manguera de suministro de combustible o contar con una llave que evite el paso del mismo.

Cuando se hincan pilotes de dos o más tramos, el primer tramo debe estar sujeto al igual que el siguiente tramo.

En ocasiones no es posible maniobrar pilotes de grandes longitudes, por lo que es necesario efectuar el hincado con varios tramos. El primer tramo deberá estar sujeto al igual que el siguiente tramo. Nunca se soltará el tramo superior durante la unión con el tramo inferior.

Durante el hincado, es necesario que el pilote se asegure a la guía del martinete con un cable auxiliar, o mediante dispositivos especiales, evitar que en caso de cualquier falla del elemento o error en la operación, se pierda el control del pilote.

5.6 Medio ambiente

En casi todas las obras de Ingeniería, se provoca un cambio en el medio ambiente, ya sea por el uso de materiales naturales para la construcción o por la modificación del entorno para la ejecución de un proyecto. Este hecho tiene una importancia especial en el caso de las cimentaciones profundas.

En este apartado se recopilan y describen brevemente algunos efectos, relacionados con la construcción de cimentaciones profundas, debidos a ruido, generación de humos, disposición de lodo bentonítico, y vibraciones durante los trabajos. El medio ambiente puede ser agresivo con los materiales con los que se construyen cimentaciones profundas de concreto. Se comentan algunas de las principales causas del deterioro de estos materiales.


241

5.6.1 Contaminación

a) Ruido

El control del ruido en las construcciones cobra día mayor importancia. El control del ruido es necesario para proteger la salud de los trabajadores en el sitio, y para eliminar molestias al público en general.

El ruido se mide por su intensidad y su frecuencia. La unidad de medición de intensidad es el decibel (dB), que es una medida relativa depresión, que compara un ruido con el que apenas puede escuchar un oído normal.

b) Humo

El humo proveniente de los martillos de hincado puede generar problemas de contaminación al medio ambiente, especialmente en lugares con pocas corrientes de aire.

Las condiciones del suelo tienen un gran efecto en la eficiencia de la combustión de los martillos, y por ello, en la emisión de contaminantes. Dado que los suelos blandos ofrecen poca resistencia al hincado, esto se traduce en una explosión deficiente del combustible del martillo, produciendo humo. Los principales contaminantes atmosféricos, contenidos en el humo producto de los equipos para hincar pilotes, son:

• Monóxido de carbono (CO). Gas incoloro e inodoro, proveniente de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono.

• Partículas suspendidas. Partículas líquidas o sólidas, dispersas en la atmósfera, provenientes de la combustión de carbono, combustóleo y diesel.

• Bióxido de azufre (SO2). Gas incoloro, de olor picante, producto de la combustión del diesel.


242

5.6.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones profundas

En los pilotes de concreto, existen agentes agresivos que perjudican o deterioran la calidad del concreto, entre algunos agentes perjudiciales están:

Componentes químicos

El agua y el suelo pueden ser agresivos al concreto si contiene ácidos libres, sulfitos, sulfatos, ciertas sales de amonio, aceites y grasas o ciertos componentes orgánicos.

En general, para concretos en contacto con agua o suelo con un valor de pH mayor de 6 no requiere precauciones, y el uso del cemento Portland normal es satisfactorio.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CAPITULO VI

243

CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1 DESCRIPCION DE TECNICAS PARA ESTABILIZACION DE PAREDES DE PERFORACIÓN.

En suelos inestables y con presencia del nivel freático se pueden utilizar las siguientes técnicas para estabilizar las paredes de la perforación:

Uso de lodos bentonitícos: Requiere el montaje de una planta productora de lodos, una planta desarenadora, equipos de bombeo especiales para recircular lodos desde el fondo de la perforación, un laboratorio de campo y técnicos especializados capaces de medir en todo momento las características de los lodos y las implicaciones de las mismas para las actividades de perforación y colado de los pilotes, el uso de aditivos en caso de trabajar en ambientes salinos

Camisas metálicas recuperables: Requiere de equipos especiales para el hincado de los tubos, es viable en proyectos donde los suelos son arenosos, sin embargo, se debe tomar en cuenta la posibilidad de existir sifonamiento si el nivel freático se encuentra próximo a la plataforma de trabajo. El hincado y la recuperación de las camisas, hacen que el rendimiento por este método sea bajo.

Tubo no recuperable: Al igual que en la técnica de tubo recuperable, se aplica en suelos donde las paredes de la perforación no son firmes. Es recomendable en pilotes de diámetros superiores a los 60 cm. En caso que sea necesario, los tubos son colocados en la perforación mediante una grúa. El uso de tubos, encarece más el proyecto, pero puede dar mejores resultados en cuanto al rendimiento y la calidad del proceso, ya que los pilotes con el uso de tubos, evita las deformaciones a lo largo del fuste.


244

Sistema de barrena continúa: Permite ejecutar perforaciones con diámetro pequeños en suelos suaves y/o con nivel freático. Requiere del montaje de una perforadora hidráulica montada sobre oruga y equipada con un kit de barrena continua. El kit consiste en una barrena helicoidal hueca y un vibrador hidráulico para introducir las armaduras, el cual es conectado al sistema hidráulico de la máquina, se utiliza una bomba para transporte de concreto. Los rendimientos con esta técnica son muy altos en pilotes con diámetros que oscilen entre 40 y 80 cm.

Otra opción para evitar problemas con la perforación en suelos inestables es:

Pilotes hincados: Requiere del montaje de una grúa, una guía, un martillo de hinca, y un grupo de personas especializadas en el manejo de estos equipos. El rendimiento es muy alto en comparación con los métodos anteriores, pero el costo de los equipos encarece la obra.

Para suelos estables, el método más empleado en la construcción de cimentaciones profundas son los pilotes colados en el sitio y la técnica comúnmente utilizada es la perforación sin ademe, los costos y el tiempo se reducen al emplear esta técnica debido a que no se usan tubos para el encamisado del pilote.

6.2 DESCRIPCION DE TIPOS DE PILOTES EN EL AMSS, SAN MIGUEL Y LA UNION.

En el Área Metropolitana de San Salvador, los pilotes mayormente son colados en el sitio, y no requieren de ademes, la perforación se realiza mediante perforadoras con barrena contínua, barrenas montada sobre camión, brocas de perforación y con trépanos manuales.

La colocación de la armaduría del pilote, se hace mediante grúas cuando los diámetros y longitudes de la armaduría sobrepasan los 60 cm y 10 m


245

respectivamente. En pilotes de diámetros pequeños, la colocación de armaduría se hace mediante obreros.

La mezcla del concreto se realiza mediante equipos idóneos (camiones concreteros, concreteras manuales), aunque existen constructores que fabrican el concreto manualmente. Para el vaciado del concreto en la perforación, utilizan tuberías Tremie.

Los pilotes hincados, en el Área Metropolitana de San Salvador, se emplean con mayor frecuencia en puentes y muros de contención, los martillos de hinca de mayor uso son los de Diesel y las guías para el hincado más comunes son las de sección triangular y rectangular.

En la ciudad de San Miguel, el uso de cimentaciones profundas es de menor escala en comparación con el Área Metropolitana de San Salvador, generalmente la longitud de los pilotes no sobrepasa los 12 mts. y los diámetros oscilan entre 30 y 50 cm. Los pilotes se han empleado en edificaciones de 1 hasta 7 niveles. También se han utilizado pilotes hincados en obras de paso como el Puente Gavidia ubicado, en la 10a. Avenida Norte.

En la perforación de pilotes colados en sitio, se ha utilizado perforadora sobre camión y trépanos manuales, la mezcla del concreto para los pilotes se realiza a través de camión revolvedor, concreteras de una bolsa; en la mayoría de los casos el concreto se vacía en la perforación directamente sin utilizar tubo tremie ni tolva.

En la ciudad de La Unión, hasta el momento se conocen dos casos donde se han utilizado pilotes. En Puerto Cutuco se han utilizado pilotes metálicos hincados; en la perforación se utilizó una almeja de gajos para la extracción del suelo, tubos metálicos para el encamisado, un oscilador de ademes para la introducción de los tubos, grúas rígidas sobre orugas para el transporte de los pilotes. El pilote se introduce en la perforación, y el hincado se realiza en los


246

últimos 5 metros de la cabeza del pilote. La hinca es a través de un martillo hidráulico de 23,600 kg de peso.

En la Base Naval se han empleado pilotes hincados de concreto, los equipos utilizados para el proceso son: una grúa telescópica, una guía para el pilote, un martillo de hinca. El procedimiento de hincado es el descrito en el capítulo IV.

6.3 CONCLUSIONES

En nuestro país el estudio geotécnico no se realiza de forma completa, se limita a las pruebas más comunes como lo son la determinación de las propiedades índices, sin tener en cuenta las propiedades mecánicas de los suelos, la cual nos permite obtener datos mucho más reales y confiables que las encontradas a través de pruebas de penetración estándar (SPT), el más utilizado para la exploración del subsuelo, sin embargo dicha exploración se debe complementar con la prueba del cono holandés.

La prueba que más realizan los laboratorios de suelos para una cimentación es el SPT y los resultados que se obtienen de esta prueba son: capacidad de carga del suelo, tipo de suelo y contenido de humedad.

Para el diseño geotécnico de la resistencia por punta de los pilotes de concreto reforzado, existe una diversidad de métodos, los cuales se adaptan para cada caso especial, sin embargo para el diseño propuesto en la investigación utilizamos el método de Meyerhof y el método de Janbu, por ser los métodos más desfavorables para el cálculo de capacidad de carga.


247

Para diseñar un pilote es necesario utilizar los resultados geotécnicos del estudio de suelo, por medio del cual se obtiene la carga admisible del suelo, y mediante la carga última de la superestructura se determina el número de pilotes necesarios para soportar las cargas y los esfuerzos a los que está sometido.

Los pilotes se utilizan en casos tales como: en edificios donde las cargas transmitidas no pueden ser distribuidas totalmente por una cimentación superficial, cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales (hinchamientos y retracciones), en construcciones sobre aguas, en recalces de cimientos existentes, además se utilizan para resistir cargas inclinadas generadas por impactos, vientos y cargas laterales.

Las técnicas para el proceso constructivo de pilotes de concreto, varían de acuerdo primeramente a las condiciones que presente el suelo, el rendimiento de los métodos de construcción, además depende del costo que represente cada una de las alternativas disponibles para un proyecto especifico, es decir, se elige la alternativa más favorable económicamente, evitándose gastos que pueden ser innecesarios para la ejecución de un proyecto.

Tanto los pilotes prefabricados como los pilotes colados en el sitio, presentan ventajas y desventajas, sin embargo, los pilotes colados en el sitio son los que más se utilizan por su bajo costo en equipos para la fabricación del pilote.

En proyectos de gran magnitud, es necesario realizar pruebas a los pilotes, siendo la más utilizada, la prueba de integridad de pilotes aplicándose una por cada 50 pilotes.


248

Para el Área Metropolitana de San Salvador, San Miguel y La Unión, es difícil definir las áreas donde se han aplicado pilotes, debido a que los suelos presentados en la zonas, son variables y es a través de un estudio de suelos que se logra determinar si la edificación proyectada requiere de cimentaciones profundas.

6.4 RECOMENDACIONES

Para evaluar la capacidad resistente por punta y fricción de los pilotes, existen diferentes métodos teóricos que dependen de las condiciones físicas y mecánicas de los suelos, teniendo en cuenta parámetros importantes como el ángulo de fricción interna y la cohesión de los suelos, obtenidas a través de las propiedades índices, utilizando el método de SPT y CPT. Se recomienda para cimentaciones profundas realizar la prueba triaxial, ya que se obtienen datos más confiables para evaluar la capacidad ultima del suelo.

La planificación de la exploración del subsuelo deberá realizarse en base a sondeos con el propósito de conocer las condiciones naturales en las que se encuentra el terreno donde se pretende construir, dicha exploración se llevará a cabo según el tipo de obra, se recomienda que la cantidad y profundidad de los sondeos sean propuestos por el geotecnista.

Para el diseño de pilotes de concreto reforzado el diseñador debe considerar los requisitos mínimos establecidos por el código A.C.I.‐318, para garantizar la funcionalidad de la cimentación de acuerdo al proyecto.


249

El método más seguro para determinar la capacidad de carga de un pilote, es la prueba de carga. Los ensayos de carga se recomienda hacerlos para determinar la carga máxima de falla de un pilote o grupo de pilotes o para determinar si un pilote o grupo de pilotes es capaz de soportar una carga sin asentamiento excesivo o contínuo.

Se sugiere que las empresas que se dedican a la construcción de cimentaciones profundas, cuenten con los equipos, accesorios y mano de obra calificada para garantizar la calidad de los procesos constructivos del pilote.

Se recomienda a los constructores que, para pilotes de concreto colados en el sitio se utilicen revenimientos en el concreto que oscile entre 12 cm y 20 cm. La resistencia del concreto de los pilotes, no debe ser inferior a la resistencia del concreto de la superestructura.

Debido a la carencia de normas propias, se recomienda a las entidades, Ministerio de Obras Publicas y Asociación Salvadoreña de Ingenieros y Arquitectos, crear un reglamento para la construcción de cimentaciones profundas.

En el país, no existe especialización en las áreas de geotecnia y diseño estructural, por lo tanto, se recomienda a las Universidades del País, puedan brindar post‐ grados en las áreas antes mencionadas.

Para los Departamentos de Ingeniería Civil de las Alcaldías de las ciudades de San Miguel y La Unión, se recomienda personal capacitado en las áreas de geotecnia y diseño estructural para los casos en que se requieran supervisión de proyectos que utilicen cimentaciones profundas.


250

La guía práctica sobre la actualización de procesos constructivos de pilotes de concreto colados en el sitio y prefabricados está basada en la información recopilada en las visitas de campo en las diferentes zonas de estudio, entrevistas a los constructores de cimentaciones profundas y sobre las recomendaciones especificadas por el Manual de Cimentaciones Profundas de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. Es por ello que se recomienda que las construcciones de este tipo tanto para el A.M.S.S, San Miguel y la Unión se tomen en cuenta los señalamientos proporcionados por esta guía.

Bibliografia

255

Bibliografía

Libros:

Prado Fernández, Alberto, Cimentaciones (preliminar), 1990

Flecther, Gordon, Estudio de Suelos y Cimentaciones en la Industria de la Construcción, Limusa, México 1989.

Crespo Villalaz, Carlos, Mecánica de Suelos y Cimentaciones, Limusa, México 2006

Peck, Ralph B, Hanson, Walter E. y Thornburn, Thomas H. Ingeniería de cimentaciones, Limusa ‐ Wiley, México 2006.

Das, Braja M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Thomson, México, 2006.

Sowers, George B y Sowers, George F. “Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones”. Limusa, México, 1993.

Zaven Davian, Pilotes y cimentaciones sobre pilotes, Técnicos Asociados, S.A, Barcelona 1977.

T. William Lambe, Robert V. Whitman Mecánica de Suelos, Limusa – Wiley, S.A. México 2004.

Jiménez Salas. J. y otros, Geotecnia Cimientos II, Editorial Rueda, Madrid, 1981.

Bibliografia

256

Zeevaert, Leonardo, Interacción Suelo Estructura de cimentaciones, Limusa, México, 1980.

Mazo, Carlos Oteo, Cimentaciones profundas sometidas a esfuerzos dinámicos horizontales, Técnicos Asociados, S. A, Barcelona 1982.

Colindres Selva, Rafael, Mecánica de Suelos Aplicada a Recimentaciones, El Salvador, 2002.

Serrano, Francisco, Historia Natural y Ecológica de El Salvador, Tomo I, MINED, 1995.

Gonzales de Vallejo, Luis I. Ingeniería Geológica, Pearson, España, 2002.

Tesis:

Alvarenga Alas, Miguel Ángel y otros, Estudio de Pilotes en Cimentaciones, Universidad Centroamérica “José Simeón Cañas”, San Salvador, 1985.

Herrera Bendix, Willy y otros, Cimientos Profundos Colados en el Sitio, Universidad Centroamérica “José Simeón Cañas”, San Salvador, 1996.

Segovia Castro, Marvin Tomas, Zonas con Suelos Compresibles en la Ciudad de San Miguel y Aplicabilidad de Cimientos, Universidad de Oriente, San Miguel, 2004.

Bibliografia

257

Salazar, Julio Rodolfo y Otros, Cimentaciones para Edificios, Procedimientos Constructivos, Universidad de El Salvador, San Salvador, 1968.

Bonilla Arturo, Rafael y Otros, Propuesta de Diseño Estructural para el Edificio de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura en el Campus de la Universidad de Oriente UNIVO, Universidad de Oriente, San Miguel, 2006.

Aguirre Orellana, Mauricio Antonio y Otros, Método de Análisis Dinámico de Cimentaciones Superficiales y Profundas, Universidad Centroamericana ``José Simeón Cañas``, San Salvador, 1986.

Ramírez Fajardo, Carlos Manuel, y Otros, Estudio sobre el efecto de la fricción en pilotes colados en el sitio, Universidad de el Salvador, 1995.

Aguilar Pineda, Nicolás Wilfredo, y otros, Análisis y Propuesta del Diseño Estructural de un Edificio de usos Múltiples para la Universidad de El Salvador, Universidad de El Salvador, San Salvador, 1994.

Arturo Campos, Mauricio, Estudio de Clasificación Preliminar del Suelo de la República de El Salvador, Universidad de El Salvador, San Salvador, 1959.

Díaz, Alex Augusto, Cimentaciones de Puentes por el Sistema de Pilotes, Universidad de El Salvador, San Salvador, 1963.

Solórzano Guevara, Mario Antonio y otros, Comportamiento y diseño de pilotes sometidos a carga lateral, utilizando el modelo de Winkler, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, San Salvador, 1989.

Calderón Díaz Jorge Rafael, Estudio de la norma técnica de diseño de cimentaciones y estabilidad de taludes, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas, San Salvador, 2000.

Bibliografia

258

Ramírez Pacheco, Ricardo Antonio, Procesos constructivos aplicados a cimentaciones profundas en El Salvador, Universidad de El Salvador, San Salvador, 2004.

Chávez Valle, Arístides, Piloteado, Universidad de El Salvador, San Salvador, 1959.

Normas y Reglamentos

Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. 2001.

Manual de Construcción Geotecnia. Tomo I y II. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. 2002.

Código del ACI 2002 3‐18

Reglamento de Emergencia de Diseño Sísmico para la República de El Salvador, 1989

Reglamento para la Seguridad Estructural de Construcción de la República de El Salvador, 1996.

Norma Técnica para Diseño y Estabilidad de Taludes, 1994.

ANEXOS

251

Anexo A

Listados de Laboratorios de suelos y materiales para las zonas del Área Metropolitana de San Salvador, San Miguel y La Unión.

Laboratorios Ciudad

Instituto Tecnológico Centroamericano, ITCA. Santa Tecla

Escuela de Ingeniería Civil, Universidad de El Salvador.

San Salvador

Universidad Politécnica de El Salvador. San Salvador

Fundación Padre Arrupe San Salvador

Laboratorios de Ingenieros Civiles y Asociados, ICIA

San Salvador

Suelos y Materiales, S.A de C.V. San Salvador

Rivera Harrouch, S.A de C.V. San Salvador

Francés Fadon, S.A de C.V. San Salvador

Inserinsa. San Salvador

Rodio Swissboring. Zaragoza

Universidad de Oriente. San Miguel

Universidad Gerardo Barrios. San Miguel

ANEXOS

252

Anexo B

Listado de Tesis relacionados con pilotes

Nº NOMBRE AUTORES UNIVERSIDAD AÑO1 Piloteado Chávez Valle, Arístides Universidad de El

Salvador 1959

2 Cimentaciones de Puente por el sistema de Pilotes

Díaz, Alex Augusto Universidad de El Salvador

1963

3 Cimentaciones para edificios, procedimientos constructivos

Salazar, Julio Rodolfo y Otros

Universidad de El Salvador

1968

4 Estudio de pilotes en cimentaciones

Alvarenga Alas, Miguel Ángel y otros

Universidad Centroamericana José Simeón cañas

1985

5 Método de Análisis Dinámico de Cimentaciones superficiales y profundas

Aguirre Orellana, Mauricio Antonio y Otros


1986

6 Comportamiento y diseño de pilotes sometidos a carga lateral, utilizando el modelo de Winkler

Solórzano Guevara, Mario Antonio y otros


1989

7 Estudio Sobre el Efecto de la Fricción en Pilotes colados en el sitio

Ramírez Fajardo, Carlos Manuel


1995

8 Cimientos profundos colados en el sitio

Herrera Bendix, Willy y otros


1996

9 Pilotes Hincados de Concreto Armado o Pretensado en el Gran San Salvador

Hernández Miranda, Universidad Albert Einstein

1999

10 Zonas con suelos compresibles en la ciudad de San miguel y aplicabilidad de cimientos

Segovia Castro, Marvin Tomas

Universidad de Oriente 2004

11 Procesos Constructivos Aplicados a Cimentaciones profundas En el Salvador

Ramírez Pacheco, Ricardo Antonio


2004

ANEXOS

253

Anexo C

Listado de empresas constructoras de pilotes

1. Lowy Y Asociados, S.A.

2. Rodio Swiss boring.

3. R+R Ingenieros.

4. Ing. Roberto Martinez

5. Ing. Ricardo Samayoa

6. Ing. Ricardo Cáceres

7. Ing. Mario Cruz

8. Ing. Kerrick

9. Ing. Jorge Borja Avila

10. Ing. Pimentel

11. Ing. Duran

ANEXOS

254

Anexo D

Tabla de relación de vacios, contenido de agua y peso específico seco, típicos para algunos suelos. Tipo de suelo Relación de

vacio e Contenido de agua natural en condición saturada (%)

Peso especifico seco

(KN/M3) (Lb/pie3)

Arena uniforme suelta

0.80 30 14.5 92

Arena uniforme densa

0.45 16 18 115

Arena limosa suelta de grano

anguloso

0.65 25 16 102

Arena limosa densa de grano

anguloso

0.40 15 19 120

Arcilla dura 0.60 21 17 108 Arcilla blanda 0.90‐1.40 30‐50 11.5‐14.5 73‐92

Loess 0.90 25 13.5 86 Arcilla orgánica

blanda 2.5‐3.2 90‐120 6‐8 38‐51

Deposito glacial

0.30 10 21 134

Fuente: Braja M Das quinta edición 2006.

Documents

Actualización de procesos constructivos en pilotes de concreto