Pilote (cimentación) 1

Pilote (cimentación)

Hincado de pilotes en la modernización de vías férreas en Chojnów, Polonia.

Se denomina pilote a un elementoconstructivo utilizado para cimentación deobras, que permite trasladar las cargas hastaun estrato resistente del suelo, cuando estese encuentra a una profundidad tal que haceinviable, técnica o económicamente, unacimentación más convencional mediantezapatas o losas.

Tiene forma de columna colocada envertical en el interior del terreno sobre laque se apoya el elemento que le trasmite lascargas (pilar, encepado, losa...) y quetrasmite la carga al terreno por rozamientodel fuste con el terreno, apoyando la puntaen capas más resistentes o por ambosmétodos a la vez.

Tipos de pilotes

Primeros PilotesEs el tipo de pilote más antiguo, normalmente de madera, y se inventó para hacer cimentaciones en zonas con suelohúmedo, con el nivel freático alto o inundadas. Eran de madera, troncos sencillamente descortezados y su capacidadportante se basaba, bien llegando a un capa del terreno suficientemente resistente, bien por rozamiento del pilote conel terreno.

Pilotes in situ

Proceso de ejecución de un pilote in situ

La denominación se aplica cuando elmétodo constructivo consiste en realizar unaperforación en el suelo a la cual, una vezterminada, se le colocará un armado en suinterior y posteriormente se rellenará conhormigón.En ocasiones, el material en el que se estácimentando, es un suelo friccionante (comoson arenas, materiales gruesos y limos, loscuales pueden ser considerados comomateriales friccionantes ya que al poseer una estructura cohesiva tan frágil, cualquier movimiento como el queproduce la broca o útil al perforar o la simple presencia de agua

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Hincado de pilotes para un puente en Estados Unidos.

en el suelo entre otros, hace que se rompa dicha cohesión yel material trabaje como un suelo friccionante), es por elloque se presentan desmoronamientos en el interior de lasparedes de la perforación; a este fenómeno se le denomina"caídos", es por ello que se recurre a diversos métodos paraevitar que se presente.Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguenbásicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los dedesplazamiento. Un pilote de extracción se realizaextrayendo el terreno, mientras que el de desplazamiento seejecuta compactándolo. En ambos casos se utilizandiferentes técnicas para mantener la estabilidad de lasparedes de la excavación.Los tipos de pilotes in situ está recogidos en las NormasTecnológicas de la Edificación.[1]

Pilote in situ de desplazamiento con azuche

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno,después de atravesar capas blandas. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos granularesmedios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas

Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granulares de compacidad media o en terrenos con capasalternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Pilote in situ de extracción con entubación recuperable

Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno y utilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado), queevita que se derrumbe la excavación. Una vez completado el vaciado, y según se va hormigonando el pilote, se varetirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizada nuevamente.Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca. También como pilotajetrabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, prácticamente homogéneo.

Pilote in situ de extracción con camisa perdida

Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de extracción con entubación recuperable, con la diferencia de que lacamisa metálica no se extrae, sino que queda unida definitivamente al pilote.Usualmente como pilotaje trabajando por punta apoyado en roca o capas duras de terreno y siempre que se atraviesencapas de terreno incoherente fino en presencia de agua, o exista flujo de agua y en algunos casos con capas deterreno coherente blando; cuando existan capas agresivas al hormigón fresco. La camisa se utilizará para proteger untramo de los pilotes expuesto a la acción de un terreno agresivo al hormigón fresco o a un flujo de agua. La longituddel tubo que constituye la camisa será tal que, suspendida desde la boca de la perforación, profundice dos diámetros

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por debajo de la capa peligrosa.

Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos

Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de la excavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos.Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesencapas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.

Pilote in situ barrenado sin entubación

Barrena para la ejecución de pilotes.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa deterreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste enterreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo ocoherente de consistencia media en el que no se produzcandesprendimientos de las paredes.

Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central debarrena

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca ocapas duras de terreno. También como pilotaje trabajando por fuste ypunta en terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos decapas alternadas coherentes y granulares de alguna consistenciaSe trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta elhormigonado por bombeo por el tubo tubo central existente en el interior de la barrena.Este sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables y con presencia de agua. La armadura se introduceuna vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que genera el inconveniente de que debido a la densidad delhormigón, la longitud de armado no supera los 7,00- 9,00 m.

Pilotes hincados

Hincado de pilotes para la construcción de un muelle enTampa, Florida.

Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigónsimilares a postes de luz o secciones metálicas por medio depiloteadoras en el suelo.Dichos elementos son colocados verticalmente sobre lasuperficie del terreno y posteriormente "hincados" en elpiso a base de golpes de "martinete", esto hace que elelemento descienda, penetrando el terreno, tarea que seprolonga hasta que se alcanza la profundidad del estratoresistente y se produzca el "rechazo" del suelo en caso deser un pilote que trabaje por "punta", o de llegar a laprofundidad de diseño, en caso de ser un pilote que trabajepor "fricción".

Pilotes prefabricados

Los pilotes prefabricados pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el nombrede pilotes premoldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón pretensado.

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Muro de pilotes tangentes en Dresden, Alemania. Una técnicamuy utilizada es crear una barrera de pilotes y luego excavar

para construir muros soterrados.

Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizanpara trabajar a compresión; los de hormigón pretensadofuncionan bien a tracción, y sirven para tablestacas ycuando deben quedar sumergidos bajo el agua. Estos pilotesse clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa unmartinete o con una pala metálica equipada para hincada delpilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensionesnormalmente son de 30 cm x 30 cm ó 45 cm x 45 cmTambién se construyen con secciones hexagonales en casosespeciales. Están compuestos por dos armaduras: unalongitudinal con cuatro varillas de 25 mm de diámetro, yotra transversal compuesta por estribos de varilla de 8 mmde sección como mínimo. La cabeza del pilote se refuerzamediante cercos con una separación de 5 cm en una longitud de un metro. La punta va reforzada con una piezametálica especial para facilitar la hinca.

Pilotes excéntricosLos pilotes excéntricos son los que se ubican fuera de los ejes de las columnas y de las contratables en edificiosurbanos con estructura reticular, ofreciendo ventajas sustanciales respecto de los tradicionales instalados a cieloabierto antes del desplante de la edificación, colados en sitio o prefabricados hincados a golpes de martillo ycoincidentes con los ejes, lo que dicho en otras palabras significa que los pilotes excéntricos pueden instalarsedespués de haberse iniciado la construcción del edificio. Cuando éste ya tiene algún peso se usa como lastre gratuitopara dar la reacción de hincado al equipo hidráulico que es compacto, silencioso, sin vibraciones, limpio y de mayorcapacidad que la dada con golpes de martillo.Las ventajas sustanciales de carácter financiero a favor del propietario y de tipo ingenieril a favor de los técnicosparticipantes, debidas al simple cambio de ubicación de los pilotes, son las siguientes:•• Ahorro del tiempo total de construcción del edificio al eliminar del programa de obra el que correspondería a la

instalación tradicional de los pilotes hecha antes del inicio de la construcción.•• Se garantiza la verticalidad de los pilotes gracias al tipo de perforación en el subsuelo, que guía la punta del pilote

según la línea de la gravedad hasta llegar a la capa de apoyo.•• Los pilotes pueden ser de cualquier tipo de funcionamiento, a saber: apoyados por punta, flotantes, o de fricción

negativa, según se haya decidido por el Estudio de Mecánica de Suelos.• La totalidad de los pilotes apoyados en estrato duro se rebotan a la carga de prueba cuando la punta llega al

estrato y la fricción lateral es despreciable, garantizando la inmovilidad de los pilotes bajo toda solicitación decarga y sin costo adicional para el propietario. La inmovilidad se aprovecha en casos específicos para controlarlos esfuerzos y las deformaciones del conjunto “suelo-edificio-pilote”, instalando mecanismos modernos a pruebade sismos muy enérgicos, tanto en obras nuevas donde han originado el concepto "Construya Antes HinqueDespués", o en edificios que ya estando en funcionamiento requieren ser recimentados sin dejar de funcionar, pararecuperar la verticalidad perdida porque es riesgoso que se hayan reducido los factores de seguridad de laestructura consumidos por la inclinación, la que pone en riesgo la seguridad de los usuarios, la del propio edificioy la de las edificaciones adyacentes, asi como las instalaciones públicas bajo las banquetas y también pararecuperar los niveles correctos cuando aparentemente los edificios han “emergido” respecto del nivel de lasbanquetas en la vía pública.

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•• Cuando en las edificaciones se presentan problemas generados por un comportamiento distinto del subsuelo alesperado por nosotros, como sucede en las zonas lacustres sujetas a proceso de consolidación por pérdida dehumedad, por sobrecarga o por el efecto nocivo de sismos de alta energía, la excentricidad de los pilotes permiteen todo momento si fuere necesario o conveniente, cambiar su tipo de funcionamiento diseñado de origen.

Principio de funcionamientoLos pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamientolateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Ambas dependen de lascaracterísticas del pilote y del terreno, y la combinación idónea es el objeto del proyecto. Para un pilote circular,hormigonado in situ y apoyado cuya punta inferior está sobre un estrato de resistencia apreciable la carga dehundimiento vienen dada por:

Donde:

, altura y diámetro del pilote., sobrecarga [kN/m2] sobre la base de cimentación del pilotaje.

, peso específico del terreno y coeficiente de rozamiento terreno-pilote.presión admisible sobre el estrato en que se apoya la punta del pilote.

Cabe señalar que, como en todo trabajo relacionado con la ingeniería geotécnica, existe cierto grado deincertidumbre en la capacidad final de un pilote. Es por esto que buena parte de la investigación que se vienedesarrollando en este campo tiene que ver con métodos que permitan hacer un control de calidad a bajo costo delpilotaje antes de aplicar las cargas. El método más obvio aunque el más costoso es hacer una prueba de carga. Comométodos alternativos podemos mencionar: pruebas de resonancia, prensa hidráulica de Osterberg, pruebas de análisisde ondas, pruebas sísmicas.En muchos casos las teorías que permiten estimar la resistencia de fuste y la resistencia de punta son de tipoempírico. Es decir, son el resultado de un análisis estadístico del comportamiento de ciertos pilotes en determinadascondiciones de terreno. Por lo tanto, es sumamente importante conocer el origen y las condiciones bajo las cualesdeterminadas fórmulas de cálculo son válidas.

Precauciones constructivas

Colocación de hormigón in situ

La distancia mínima entre la piloteadora y la colocación del hormigón debe ser especificada. Se han realizadopruebas que muestran que las vibraciones provenientes de la piloteadora no tienen efectos contrarios sobre elhormigón fresco, y un criterio de un pilote abierto entre las operaciones de perforación y las de vaciado esconsiderado como satisfactorio.La camisa, cascarón, tubo o tubería, debe ser inspeccionado justo antes a rellenarlo con hormigón y debe estar librede material extraño y no contener más de diez centímetros de agua, a menos que se utilice el método tremie paraintroducir hormigón. El hormigón debe ser vertido en cada perforación o camisa sin interrupción. Si es necesariointerrumpir el proceso de vertido de hormigón por un intervalo de tiempo tal que endurezca el hormigón, se debencolocar dovelas de acero en la zona superior hormigonada del pilote. Cuando el vaciado se suspende, todas larebabas debe ser retiradas y la superficie del hormigón debe ser lavada con una lechada fluida.

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Vaciado con el método tremie

El método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa para verter hormigón a través de agua, cuando la perforaciónqueda inundada. El hormigón se carga por tolva o es bombeado, en forma continua, dentro de una tubería llamadatremie, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. El fondo del tremie sedebe cerrar con una válvula para prevenir que el hormigón entre en contacto con el agua. El tremie llega hasta elfondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetrospara iniciar el flujo del hormigón y asegurar un buen contacto entre en hormigón y el fondo de la perforación.Como el tremie es elevado durante el vaciado, se debe mantener dentro del volumen del hormigón, evitando elcontacto con el agua. Antes de retirar el tremie completamente, se debe verter suficiente hormigón para desplazartoda el agua y el hormigón diluido.Para vaciar el agua del tremie se puede utilizar una pelota de goma, o un tapón de corcho.

Ensayos de integridad para pilotesAdemás de los métodos directos (inspección visual y sondeo geotécnico), existen diversas técnicas indirectas paradetectar posibles anomalías en las cimentaciones profundas (pilotes y módulos pantalla principalmente).Ensayo de transparencia sónica en cimentaciones profundas (sondeo sónico, ensayo sónico, cross-hole ocrosshole). Detecta y localiza con precisión anomalías (deslavados, contaminación, inclusión,..., etc.). Se estudia lapropagación de ultrasonidos entre parejas de tubos metálicos embebidos en el hormigón introduciendo en ellos unassondas.Ensayo de eco (martillo convencional). Permite evaluar la longitud del elemento por la medida del tiempotranscurrido entre un impacto y su reflexión. Se coloca en cabeza un acelerómetro y se la golpea con un martilloconvencional. Requiere golpear sobre hormigón sano.Ensayo de impedancia mecánica en cimentaciones profundas (martillo con sensor de fuerza). Además de lalongitud, mediante la medida del impacto y de la respuesta vibratoria, valora la interacción con el terreno y loscambios de sección y/o de calidad del material. Se coloca en cabeza un geófono y se golpea con un martilloinstrumentado. Requiere golpear sobre hormigón sano y alisado.

Referencias[1] Tal y como están definidos en la Normas Tecnológicas de Edificación (España), apartado NTE-CPI. Texto de la disposición en el BOE (pdf)

(http:/ / www. boe. es/ boe/ dias/ 1977/ 12/ 10/ pdfs/ A27026-27046. pdf).

Fuentes y contribuyentes del artículo 7

Fuentes y contribuyentes del artículoPilote (cimentación)  Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=54849458  Contribuyentes: A ver, Alfredobi, Biaiaa, Davius, Diegusjaimes, Echani, GermanX, HrAd, Humberto,JMCC1, Javierito92, Jornalero, Manwë, Matdrodes, Muro de Aguas, N.d.insitu, NACLE, Portland, Pólux, Roberpl, Rondador, Rosarinagazo, Sunloo, Tano4595, Tronch, Victor.spain, 88ediciones anónimas

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