II. INFORMACIÓN DISPONIBLE

1. CONCEPTO DE PILOTES

Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto,acero o madera y son usados para construir cimentaciones enlos casos en que sea necesario apoyar la cimentación enestratos ubicados a una mayor profundidad que el usual paracimentaciones superficiales. Los pilotes de extracción, perforados y hormigonados «insitu», constituyen una de las soluciones clásicas decimentación a los problemas planteados bien por bajacapacidad portante del terreno o bien por la necesidad desoportar grandes cargas transmitidas por la estructura acimentar.

2. CARACTERISTICAS

- Los pilotes perforados y hormigonados «in situ»,normalmente capacitados para absorber combinaciones deesfuerzos verticales, horizontales y momentos flectores (porejemplo, en estructuras de puentes), pueden soportaresfuerzos de flexión, como es el caso de contenciones detierras mediante pilotes en línea (pantallas de pilotes).

- Pueden emplearse prácticamente en todo tipo de terrenos,con los útiles de perforación adecuados.

- Se sitúan aislados o en grupos, en diferentesdisposiciones.

- Sus diámetros oscilan entre 450 y 2.200 mm, dependiendo deltipo de perforación, con profundidades máximas del orden delos 60 m. bajo pedido pueden estudiarse la disposición demaquinaria que permita afrontar diámetros y profundidadesmayores.

3. TIPOS DE PILOTES

3.1 Primeros Pilotes

Es el tipo de pilote más antiguo, normalmente de madera, y seinventó para hacer cimentaciones en zonas con suelo húmedo,con el nivel freático alto o inundadas. Eran de madera,troncos sencillamente descortezados y su capacidad portantese basaba, bien llegando a un capa del terrenosuficientemente resistente, bien por rozamiento del pilotecon el terreno.

3.2  Pilotes in situ

Cuando el método constructivo consiste en realizar unaperforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le

colocará un armado en su interior y posteriormente serellenará con hormigón.

Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguenbásicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los dedesplazamiento.

Un pilote de extracción se realiza extrayendo el terreno,mientras que el de desplazamiento se ejecuta compactándolo.

3.2.1 Pilote in situ de desplazamiento con azuche(CPI-2)

Se usa como pilotaje de poca profundidad trabajando porpunta, apoyado en roca o capas duras de terreno, después deatravesar capas blandas.

También como pilotaje trabajando por fuste y punta enterrenos granulares medios o flojos, o en terrenos de capasalternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Figura 1. Hinca de tubería con azuche.

3.2.2  Pilote in situ de desplazamiento con tapón degravas (CPI-3)

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

Figura 2. Hinca de tubería con tapón de graba.

3.2.3 Pilote in situ de extracción con entubación recuperable (CPI-4)

Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno yutilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado),que evita que se derrumbe la excavación. Una vez completadoel vaciado, y según se va hormigonando el pilote, se varetirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizadanuevamente.

- Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca.

- También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, prácticamente homogéneo.

Figura 3. Pilote con entubación recuperable.

3.2.4 Pilote in situ de extracción con camisa perdida (CPI-5)

Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ deextracción con entubación recuperable, con la diferencia deque la camisa metálica no se extrae, sino que queda unidadefinitivamente al pilote.Usualmente como pilotaje trabajando por punta apoyado en rocao capas duras de terreno y siempre que se atraviesen capas deterreno incoherente fino en presencia de agua, o exista flujode agua y en algunos casos con capas de terreno coherenteblando; cuando existan capas agresivas al hormigón fresco. Lacamisa se utilizará para proteger un tramo de los pilotesexpuesto a la acción de un terreno agresivo al hormigónfresco o a un flujo de agua. La longitud del tubo queconstituye la camisa será tal que, suspendida desde la bocade la perforación, profundice dos diámetros por debajo de lacapa peligrosa.

Figura 4. Pilote con entubación perdida.

3.2.5 Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos(CPI-6)

Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de laexcavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos.Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado enroca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen capasblandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto delos lodos.

Pilote perforado sin entubación, con uso de bentonitaImagen: sud-chemie.com.au

Figura 5. Pilote con lodos.

3.2.6 Pilote in situ barrenado sin entubación (CPI-7)

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado encapa de terreno coherente duro. También como pilotajetrabajando por fuste en terreno coherente de consistenciafirme prácticamente homogéneo o coherente de consistenciamedia en el que no se produzcan desprendimientos de lasparedes

Figura 6. Pilote barrenado sin entubación.

3.2.7 Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central debarrena (CPI-8)

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado enroca o capas duras de terreno. También como pilotajetrabajando por fuste y punta en terrenos de compacidad oconsistencia media, o en terrenos de capas alternadascoherentes y granulares de alguna consistenciaSe trata de pilotes por desplazamiento de las tierras pormedio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta elhormigonado por bombeo por el tubo tubo central existente enel interior de la barrena.Este sistema resulta apropiado para suelos blandos einestables y con presencia de agua. La armadura se introduceuna vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que generael inconveniente de que debido a la densidad del hormigón, lalongitud de armado no supera los 7,00-9,00 m.

Figura 7. Pilote de barrena continua.

3.3 Pilotes hincadosConsiste 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 el pisoa base de golpes de "martinete", esto hace que el elementodescienda, penetrando el terreno, tarea que se prolonga hastaque se alcanza la profundidad del estrato resistente y seproduzca el "rechazo" del suelo en caso de ser un pilote quetrabaje por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño,en caso de ser un pilote que trabaje por "fricción".

3.4 Pilotes prefabricados

Pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o conhormigón pretensado.Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan paratrabajar a compresión; los de hormigón pretensado funcionanbien a tracción. Estos pilotes se clavan en el terreno pormedio de golpes que efectúa un martinete o con una palametálica equipada para hincada del pilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmenteson de 30 cm x 30 cm o 45 cm x 45 cm. También se construyencon secciones hexagonales en casos especiales. Estáncompuestos por dos armaduras: una longitudinal con cuatrovarillas de 25 mm de diámetro, y otra transversal compuestapor estribos de varilla de 8 mm de sección como mínimo. Lacabeza del pilote se refuerza mediante cercos con unaseparación de 5 cm en una longitud de un metro. La punta vareforzada con una pieza metálica especial para facilitar lahinca.

4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de laestructura mediante una combinación de rozamiento lateralo resistencia por fuste y resistencia a la penetracióno resistencia por punta. Ambas dependen de lascaracterísticas del pilote y del terreno, y la combinaciónidónea es el objeto del proyecto. Para un pilote circular,hormigonado in situ y apoyado cuya punta inferior está sobre unestrato de resistencia apreciable la carga de hundimiento vienendada por:

Donde:, altura y diámetro del pilote.

, sobrecarga [kN/m2] sobre la base de cimentación delpilotaje.

, peso específico del terreno y coeficiente de rozamientoterreno-pilote.

presión admisible sobre el estrato en que se apoya la punta del pilote.Cabe señalar que, como en todo trabajo relacionado conla 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 quepermitan hacer un control de calidad a bajo costo delpilotaje antes de aplicar las cargas. El método más obvioaunque el más costoso es hacer una prueba de cargaEn muchos casos las teorías que permiten estimar la resistenciade fuste y la resistencia de punta son de tipo empírico. Es decir,son el resultado de un análisis estadístico delcomportamiento de ciertos pilotes en determinadas condicionesde terreno. Por lo tanto, es sumamente importante conocer elorigen y las condiciones bajo las cuales determinadasfórmulas de cálculo son válidas.

5.  PRECAUCIONES CONSTRUCTIVAS

5.1 Colocación de hormigón in situLa distancia mínima entre la piloteadora y la colocación delhormigón debe ser especificada. Se han realizado pruebas quemuestran que las vibraciones provenientes de la piloteadorano tienen efectos contrarios sobre el hormigón fresco, y uncriterio de un pilote abierto entre las operaciones deperforación y las de vaciado es considerado comosatisfactorio.La camisa, cascarón, tubo o tubería, debe ser inspeccionadojusto antes a rellenarlo con hormigón y debe estar libre dematerial extraño y no contener más de diez centímetros deagua, a menos que se utilice el método tremie para introducirhormigón. El hormigón debe ser vertido en cada perforación ocamisa sin interrupción. Si es necesario interrumpir elproceso de vertido de hormigón por un intervalo de tiempo talque endurezca el hormigón, se deben colocar dovelas de aceroen la zona superior hormigonada del pilote. Cuando el vaciadose suspende, todas la rebabas debe ser retiradas y lasuperficie del hormigón debe ser lavada conuna lechada fluida.

5.2 Vaciado con el método tremie

El método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa paraverter hormigón a través de agua, cuando la perforación quedainundada. El hormigón se carga por tolva o es bombeado, enforma continua, dentro de una tubería llamada tremie,deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezashacia la superficie. El fondo del tremie se debe cerrar conuna válvula para prevenir que el hormigón entre en contactocon el agua. El tremie llega hasta el fondo de la perforaciónantes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, sedebe elevar algunos centímetros para iniciar el flujo delhormigón y asegurar un buen contacto entre en hormigón y elfondo de la perforación.Como el tremie es elevado durante el vaciado, se debe mantenerdentro del volumen del hormigón, evitando el contacto con elagua. Antes de retirar el tremie completamente, se debe vertersuficiente hormigón para desplazar toda el agua y el hormigóndiluido.Para vaciar el agua del tremie se puede utilizar una pelota degoma, o un tapón de corcho.

6. SISTEMA DE EJECUCIÓN

Las fases de ejecución de un pilote perforado y hormigonado«in situ» son básicamente tres:

a) realización de la perforación

b) colocación de la armadura

c) colocación del hormigón

Las características del terreno (estratigrafía, nivelfreático, etc.) condicionan la tipología y el sistema deperforación: rotación en seco, rotación con entubaciónrecuperable, al amparo de lodos tixotrópicos y por último concuchara bivalva y trépano.

La elección del método viene determinado fundamentalmente porel terreno a perforar y por la economía de la obra, teniendoen cuenta también otra serie de factores como puede ser elentorno de la misma

DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS: APLICACIONES

A.Rotación en seco

Aplicaciones: En terrenos estables

Características

Perforación sin vibraciones

Diámetros usuales: 450-2200 mm

B.Rotación con lodos

Aplicaciones

En todo tipo de suelos susceptibles de estabilizarse conlodos bentoníticos

Características

Perforación sin vibraciones

Diámetros usuales: 650-2200 mm

1. Perforación conhélice2. Limpieza del fondocon cazo, si procede.3. Colocación de laarmadura.4. Hormigonado con tubo

1. Perforación con hélice o cazo estabilizando la perforación con lodo.

2. Limpieza del fondo con cazo, o Air lift y cambio de lodo contaminado si procede.

3. Colocación de la armadura.

4. Hormigonado con tubo

tremie y recuperación

C.Rotación con entubación recuperable

Aplicaciones

En todo tipo de suelos (salvo grandes bolos o bloques)perforación sin vibraciones.

Características

Mínimos consumos de hormigón.

Diámetros más usuales: 650-2000 mm

D.Pilotes realizados con cuchara y entubación recuperable

Aplicaciones

En todo tipo de suelos, incluyendo grandes bolos o bloques yrellenos totalmente heterogéneos (puertos, escombreras, etc.)

Características

Posibilidades de grandes longitudes

1. Excavación con cazo o hélice conteniendo las paredes de la perforación mediante tubería metálica recuperable.

2. Colocación de la armadura.

3. Hormigonado con tubo tremie.

4. Extracción

Diámetros usuales: 1250-2000 mm

1. Excavación con cuchara y trépano, conteniendo las paredesde la perforación con tubería metálica recuperable.

2. Colocación de la armadura.

3. Hormigonado del pilote mediante tubo tremie.

4. Entubación