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
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