PILOTES

 PILOTES

Definición: Son cimentaciones profundas, en las que la relación profundidad /ancho (Df / B) es mayor a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma.

 

CIMENTACIÓN POR PILOTES:

Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto, acero o madera y son usados para construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la cimentación en estratos ubicados a una mayor profundidad que el usual para cimentaciones superficiales.

 

Asentamientos

a) Se estimará primero el asentamiento tolerable por la estructura y luego se calculará el asentamiento del pilote aislado o grupo de pilotes para luego compararlos.

b) En el cálculo del asentamiento del pilote aislado se considerarán: el asentamiento debido a la deformación axial del pilote, el asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.

c) En el caso de pilotes en suelos granulares, el asentamiento del grupo está en función del asentamiento del pilote aislado.

d) En el caso de pilotes en suelo cohesivo, el principal componente del asentamiento del grupo proviene de la consolidación de la arcilla. Para estimar el asentamiento, en este caso, puede reemplazarse al grupo de pilotes por una zapata imaginaria ubicada a 2 /3 de la profundidad del grupo de pilotes, de dimensiones iguales a la sección del grupo y que aplica la carga transmitida por la estructura.

 

Consideraciones durante la ejecución de la obra

Durante la ejecución de la obra deberán efectuarse pruebas de carga y la capacidad de carga deberá ser verificada por una fórmula dinámica confiable según las condiciones de la hinca.

 

Pruebas de carga

a) Se deberán efectuar pruebas de carga según lo indicado en la Norma ASTM D 1143.

b) El número de pruebas de carga será de una por cada lote o grupos de pilotes, con un mínimo de una prueba por cada cincuenta pilotes.

c) Las pruebas se efectuarán en zonas con perfil de suelo conocido como más desfavorables.

 

Ensayos diversos

Adicionalmente a la prueba de carga, se recomiendan los siguientes ensayos en pilotes ya instalados:

a) Verificación del buen estado físico.

b) Prueba de carga estática lateral, de acuerdo a las solicitaciones.

c) Verificación de la inclinación.

 

Fuente: https: Norma Técnica E 050 (Conforma parte del RNE) (págs. 28, 31) http://www3.vivienda.gob.pe/documentos/documentos_ds_010/4/E_050_Suelos_y_Cimentaciones.pdf

 

 

ENSAYO DE CARGA EN PILOTES

Generalidades

La única manera segura de saber si un pilote es capaz de soportar la carga requerida, es ejecutar un ensayo de carga. Este ensayo también puede utilizarse para medir las características de carga-deformación del pilote. En un trabajo de pilotaje, uno o más pilotes se ensayan; los pilotes de ensayo se seleccionan de manera aleatoria entre los pilotes que se están instalando o pilotes especiales pueden hincarse con antelación para verificar el diseño. La prueba de carga se realiza generalmente por las siguientes razones, Vesic (1977):

1.    Verificar experimentalmente que la actual respuesta del pilote a la carga (reflejada en la relación carga-asentamiento) corresponde a la respuesta asumida por el diseñador.

2.    Que la carga última actual del pilote no es menor que la carga última calculada y que fue usada como base en el diseño de la cimentación.

3.    Obtener datos del suelo deformado y facilitar el diseño de otro pilote.

4.    Determinar el comportamiento carga-asentamiento de un pilote, especialmente en la región de carga de trabajo.

5.    Para indicar la dureza estructural del pilote

 

Formas y Tipos de Aplicación de Carga

Los equipos para aplicar la carga a compresión pueden ser los de la norma ASTM-D-1143-81. "Pilotes bajo Carga Axial Estática de Compresión", u otros, construidos de tal forma que la carga sea aplicada al eje central y longitudinal del pilote; el equipo del sistema de carga incluye una gata hidráulica, una bomba hidráulica y manómetros. La norma ASTM menciona los siguientes arreglos o dispositivos para aplicar la carga al pilote:

 

1)    Carga aplicada al pilote o grupo de pilotes por gata hidráulica actuando frente a un marco de reacción anclado.

Puede realizarse de dos formas, con pilotes de anclaje o con anclaje enterrado.

 

a.    Pilotes de anclaje.

Se instala un número suficiente de pilotes de anclaje a cada lado del pilote de prueba de tal forma que proporcionen adecuada capacidad de reacción. Dichos pilotes estarán ubicados a una distancia libre del pilote de prueba de al menos 5 veces el mayor diámetro del pilote de prueba, pero no menor que 2 mts. Sobre los pilotes de anclaje va una viga de prueba de medida y resistencia suficiente para impedir una deflexión excesiva, esta viga está sujeta por conexiones diseñadas para transferir la carga a los pilotes. Entre el fondo de la viga y la cabeza del pilote de prueba existe una luz suficiente para poder colocar la gata hidráulica y dos planchas de acero de espesor mínimo de 2"; el sistema trabaja al reaccionar la gata hidráulica al cargar el pilote, transmitiendo esta carga (mediante la viga de reacción) a un par de pilotes de anclaje.

 

b.    Anclaje enterrado.

Usualmente transfieren la reacción a estratos más duros debajo del nivel de la punta del pilote, pudiendo ser puestos más cercanamente al pilote de prueba.

 

2)    Carga aplicada al pilote o grupo de pilotes por gata hidráulica actuando frente a caja o plataforma cargada.

La norma ASTM especifica que se debe centrar sobre el pilote o grupo de pilotes una viga de prueba de medidas y resistencia suficiente para impedir una deflexión excesiva bajo carga, permitiendo espacio suficiente entre el cabezal del pilote y el fondo de la viga para poder ubicar las planchas y la gata; los extremos de la viga se deben soportar sobre cajones temporales.

 

Se centra una caja o plataforma sobre la viga de prueba, la cual estará soportada por durmientes ubicadas tan lejos como sea posible del pilote de prueba, pero en ningún caso la distancia será menor que 1.5 m de luz entre caras. La carga de la caja o plataforma será de material apropiado tal como suelo, roca, concreto o acero. Con este dispositivo de carga la gata hidráulica reacciona frente a esta carga.

 

3) Carga aplicada directamente a un pilote o grupo de pilotes.

La norma ASTM especifica que se debe centrar sobre la plancha de acero una viga de prueba de peso conocido y suficiente medida y resistencia, con los extremos soportados sobre durmientes temporales; centrar una plataforma de peso conocido sobre la viga, esta plataforma es soportada por durmientes ubicadas a una distancia libre no menor de 1.5 m. La carga de la plataforma puede ser con acero o concreto.

 

En lo referente al asentamiento de la cabeza del pilote, éste se puede medir de tres formas:

a)    Nivelación directa con referencia a un datum fijado (BM).

b)    Por un alambre sostenido bajo tensión entre dos soportes y pasando a través de una escala pegada al pilote de prueba.

c)    Por medio de vigas de referencia una a cada lado del pilote de prueba, las cuales tienen un mínimo de dos deformómetros, con las espigas paralelas al eje longitudinal del pilote y soportada por orejas firmemente pegadas sobre los lados del pilote debajo de la plancha de prueba; alternativamente, los dos deformómetros podrían montarse en lados opuestos del pilote de prueba, pero encima de las vigas de referencia; estos deformómetros deberían tener una precisión de al menos 0.01 pulgadas (0.25 mm).

 

Procedimiento de Carga

Existen diversos tipos de procedimientos de carga, la norma ASTM-D-1143-81 resume la mayoría de éstos, pero tan sólo se presentarán los más comunes, que son: a) Prueba de carga mantenida. b) Razón de penetración constante.

a)    Prueba de carga mantenida.-

LLamada también ML y es el denominado por el ASTM-D-1143-81 como el procedimiento estándar de carga; el procedimiento a seguir es el siguiente: Siempre y cuando no ocurra la falla primero, cargar el pilote hasta 200% de su carga de diseño, aplicando la carga en incrementos del 25% de la carga de diseño del pilote. Mantener cada incremento de carga hasta que la razón de asentamiento no sea más grande que 0.01 pulgadas (0.25 mm)/hora, pero no mayor que 2 horas. Si el pilote de prueba no ha fallado, remover la carga de prueba total en cualquier momento después de 12 horas si el asentamiento del tope sobre un período de 1 hora no es más grande que 0.01 pulgadas (0.25 mm); si ocurre lo contrario, permita que la carga total permanezca sobre el pilote por 24 horas. Después del tiempo requerido de espera, remover la carga de prueba en decrementos de 25% de la carga total con 1 hora entre decrementos. Si la falla del pilote ocurre, continúe aplicando carga con la gata al pilote hasta que el asentamiento sea igual al 15% del diámetro del pilote o dimensión diagonal.

 

b)    Razón de penetración constante.-

Fue un método desarrollado por Whitaker en 1957 para modelos de pilotes (pilotes de prueba preliminares) y posteriormente usado para ensayos de pilotes de tamaño natural; este método también es llamado CRP y tiene la ventaja de ser rápido en su ejecución, no dando tiempo a la consolidación del terreno. El método consiste en hacer penetrar el pilote a una velocidad constante y medir continuamente la fuerza aplicada en la cabeza del pilote para mantener la razón de aplicación. La norma ASTM-D-1143- 81 especifica que la razón de penetración del pilote debe ser de: 0.01 a 0.05 pulgadas (0.25 a 1.25 mm)/min. en suelo cohesivo y 0.03 a 0.10 pulgadas (0.75 a 2.5 mm)/min. en suelo granular.

 

Fuente: CIMENTACIONES PROFUNDAS Jorge E. Alva Hurtado, PhD CISMID-FIC-UNI (pág. 13-15) https://www.jorgealvahurtado.com/files/labgeo25_a.pdf

 

 

Descabezado de pilotes

Ver video: https://youtu.be/bYw2P-yjpJk

Al terminar la ejecución del pilote de hormigón, se debe proceder, en general, a la eliminación del tramo superior de hormigón o cabeza del pilote, en una operación denominada “descabezado”.  Ello puede motivarse por alguna de las siguientes causas:

·         En pilotes prefabricados, la cabeza del pilote puede estar dañada debido al proceso de hinca, o bien la hinca ha finalizado con el pilote a una cota superior a la deseada.

·         En pilotes ejecutados “in situ”, debido a la técnica de hormigonado utilizada, el hormigón del tramo superior, el primero en introducirse en la perforación, suele estar contaminado debido a la mezcla del mismo con suelo desprendido de la excavación, fluidos estabilizadores o agua.

El descabezado de pilotes es una operación esencial en la ejecución del pilote, a la que no se presta en algunas ocasiones la debida importancia y puede generar afecciones económicas, de plazo y de riesgo laboral muy significativas en la obra.

En el caso de pilotes metálicos, la operación del descabezado se realiza con mayor facilidad, realizando el corte de la sección con soplete u oxicorte.

El descabezado de los pilotes de hormigón se ha realizado tradicionalmente mediante picado con martillo neumático de mano o montado en el brazo de retroexcavadora. La elección del método de descabezado más apropiado no suele especificarse en la fase de proyecto del pilotaje. La decisión suele dejarse en manos del contratista especializado en función de las características de los pilotes, las técnicas utilizadas habitualmente en la zona, los riesgos laborales e incluso los efectos ambientales que produzca en el entorno.

Los pilotes prefabricados se descabezan en una longitud de 1 m aproximadamente, dejando unos 50 cm de armaduras y asegurando una entrega mínima en el encepado de 5 cm. La norma NTE-CPI Cimentaciones. Pilotes in situ, indica que el pilote, una vez terminado, deberá quedar hormigonado a una altura superior a la definitiva, exceso que será demolido una vez endurecido el hormigón. La altura de este exceso a sanear será como mínimo la mitad del diámetro cuando la cabeza quede por encima del diámetro cuando la cabeza quede por encima del nivel freático, o de vez y media el diámetro cuando la cabeza quede debajo del nivel freático. De todos modos, la recomendación es que la Dirección Facultativa indique la profundidad a descabezar teniendo en cuenta estos factores y el grado de contaminación del hormigón de la parte superior del pilote.

Métodos mecánicos.

El método tradicional para efectuar el descabezado de un pilote consiste en la utilización de martillos rompedores, bien martillos neumáticos de mano o montados sobre brazo de retroexcavadora. Aunque este método utiliza medios económicos y disponibles en cualquier obra, no siempre es adecuado, sobre todo en pilotes de pequeño diámetro, pues puede provocar daños innecesarios si no se realiza con cuidado. Además, puede generar riesgos a los trabajadores por proyección de trozos de hormigón a alta velocidad.

El método es aplicable, en principio a todos los tipos de pilote de hormigón, siendo los aspectos más relevantes de su ejecución los siguientes:

·         El descabezado se deberá realizar al menos 5 días después del hormigonado. En pilotes con hormigones con alto contenido en cemento, este periodo de fraguado debe extenderse.

·         Los martillos hidráulicos no se deben utilizar penetrando verticalmente en el pilote, sino desde el perímetro hacía el centro.

·         No se debe descabezar pilotes de pequeño diámetro, pilotes poco armados o pilotes en suelos muy blandos con martillos de gran capacidad.

·         Esta técnica de descabezado puede provocar fallos en los ensayos de integridad del pilote.

Ver video: https://youtu.be/lPh0XUGO5z0

Métodos hidráulicos

Existen distintos aparatos hidráulicos diseñados específicamente para el descabezado de pilotes de hormigón de diferentes secciones y tamaños, tanto prefabricados como hormigonados “in situ”. Estos aparatos pueden ir montados sobre el brazo de una retroexcavadora hidráulica o bien suspendidos de cables.

Estos sistemas no suelen ser apropiados para pilotes de gran diámetro, pantallas continuas y pantallas de pilotes secantes, aunque algún fabricante proporciona equipos para estos dos últimos casos.

Ver video: https://youtu.be/QaRHVRuHhaw

Sistemas integrados (pasivos).

Los sistemas integrados de descabezado de tipo pasivo se basan en la instalación dentro del pilote de un dispositivo que elimine la adherencia armaduras-hormigón en la zona superior del mismo. El sistema Coredeck consiste en la colocación de forros de espuma en el extremo superior de las armaduras principales y los algunos casos algún elemento transversal tipo anillo que genere una discontinuidad en el hormigón.

El sistema Elliot utiliza cuñas que, introducidas en un agujero en la cabeza del pilote a la altura del descabezado, actúan de forma opuesta rajándolo lateralmente. El agujero puede ser perforado mecánicamente o preparado utilizando un inserto de en cuyo extremo inferior hay colocado un tubo que es introducido en el hormigón fresco. El sistema se completa incorporando en las armaduras principales unos casquillos de poliestireno que eliminan la adherencia.

Estos sistemas se suelen utilizar en pilotes de gran diámetro hormigonados in situ y en pantallas de pilotes secantes o tangentes y muros pantalla.

Ver video: https://youtu.be/pequurjQeuo

 

Sistemas integrados (activos).

Las técnicas de descabezado mas sofisticadas son los sistemas integrados activos. Consisten básicamente en la incorporación en el interior del pilote de un dispositivo de rotura del mismo a la altura deseada que una vez endurecido el hormigón se activa de forma remota. El sistema recepieux se basa en la inducción de la rotura horizontal introduciendo productos químicos expansivos en el interior del pilote a través de conductos y cámaras de expansión debidamente posicionadas a la altura deseada.

El sistema FAST utiliza agua a presión para producir la rotura del pilote a través de un sistema de tuberías cuidadosamente diseñadas e integradas en la armadura.

Estos sistemas se suelen utilizar en pilotes de gran diámetro hormigonados in situ y en pantallas de pilotes tangentes. No son de aplicación en el descabezado de pantallas de pilotes secantes de gran diámetro y muros pantalla.

Hidrodemolición.

El uso de las técnicas de hidrodemolición en pilotes es poco frecuente. Consiste en la aplicación, mediante inyectores, de agua a muy alta presión, capaz de eliminar el hormigón dejando las armaduras intactas.

Se pueden utilizar lanzas de agua manuales o equipos específicos consistentes en unidades manejadas por control remoto que poseen un anillo de inyectores de agua que se colocan en el perímetro del pilote.

Este método puede ser aplicado en teoría en cualquier tipo de pilote, pantalla continua o pantalla de pilotes.

vídeo donde se resumen todos los procedimientos descritos: https://youtu.be/oEDHaJV86mU

 

 

 

 

 

TECNOLOGÍA DEL CONCRETO

Ing. CIP César Jesús Díaz Coronel

https://recursos-academicos-ingcivil.blogspot.com