Cimentacion Por Pilotaje 2y6u1x

CAPITULO I: MARCO TEORICO SOBRE LA CIMENTACIÓN POR PILOTAJE 1.1. CIMENTACIÓN: 1.1.1. Definición. Llamamos cimentación al conjunto de elementos estructurales cuyo propósito es repartir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que la presión isible no debe ser superada en cada parte de la edificación (distribuidas de forma estratégica para cada sector estructural) y no produzca cargas zonales. Debido a que el suelo resiste mucho menos que las columnas o muros que soportara, debe tener una amplia área de o entre el suelo y la cimentación (excepto en suelos rocosos). La cimentación consiste en un grupo bases que soportan toda la estructura (depende de la magnitud de la edificación la profundidad del cimiento), en el cual se toma en cuenta la carga viva, carga muerta como también las cargas especiales, debido a eso es muy importante en una construcción y requiere de mucha atención en su desarrollo ya que depende al tipo del terreno si es estable o no. 1.1.2. Importancia. Según Pacheco Zúñiga (2001), las cimentaciones juegan un papel supremamente importante en la construcción. Cuando es proyectada la realización de una obra en terrenos cuyo subsuelo no es conocido, es obligatorio el estudio de suelo para cada caso particular. No es aceptable deducir la resistencia y comportamiento de un suelo a partir de las características de otro, aun cuando estén próximos entre sí. Con excepción de las gravas pizarrosas, la grava es el material apropiado para cimentaciones. También el diseño varía al tipo de suelo, ya sean gravas, suelo arenoso, limoso, arcilloso, suelos con materia orgánica e inclusive dependen también de la homogeneidad del subsuelo. El diseño de las cimentaciones está en función a la capacidad portante de los suelos, que son la presión o intensidad de carga ejercida sobre la superficie de o del cimiento y el suelo. Éste no debe superar la presión isible (máxima presión que una cimentación puede transmitir al suelo) ya que se reduce el factor seguridad previsto, y podrían ocasionar asentamientos que afecten a las estructuras. Las presiones isibles varían según el suelo que se trabaje. 1.1.3. Características.

Condición esencial de una apropiada cimentación es que la carga transferida al suelo no debe exceder las presiones isibles (que varía según el tipo de suelo), para que no haya daños futuros. Deberá cumplir tres requisitos fundamentales: El nivel de la cimentación deberá estar a una profundidad tal que se encuentre libre del peligro de heladas, cambios de volumen del suelo, capa freática, excavaciones posteriores, etc. Tendrá unas dimensiones tales que no superen la estabilidad o capacidad portante del suelo. No deberá producir un asiento en el terreno que no sea absorbible por la estructura. La correcta clasificación de los materiales del subsuelo es un paso importante para cualquier trabajo de cimentación, porque proporciona los primeros datos sobre las experiencias que puedan anticiparse durante y después de la construcción. El detalle con el que se describen, prueban y valoran las muestras, depende del tipo de estructura que se va a construir, de consideraciones económicas, de la naturaleza de los suelos, y en cierto grado del método con el que se hace el muestreo. Las muestras deben describirse primero sobre la base de una inspección ocular, y de ciertas pruebas sencillas que pueden ejecutarse fácilmente tanto en el campo como en el laboratorio clasificando el material en uno de los grupos principales. Según Rodríguez (2007) sobre mecánica de suelos, las cimentaciones: 

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Deben situarse de un modo adecuado para impedir los daños producidos por heladas, cambios de volumen, socavaciones, movimientos de nivel freático, daños producidos por futuras construcciones, etc. Deben ser estables: vuelco, deslizamiento, hundimiento, estabilidad general del conjunto, diseño estructural adecuado. Deben ofrecer una seguridad aceptable y suficiente al menor coste posible y utilizando recursos de manera apropiada. Los movimientos y vibraciones deben limitarse durante la construcción para que no desfigure o dañe otras estructuras o instalaciones".

1.1.4. Tipos de cimentación. Luego de los estudios de suelo, se determina si éste tiene adecuada capacidad portante, según esto se tiene dos tipos de cimentación: - Cimentaciones superficiales. - Cimentaciones profundas. a. Cimentaciones Superficiales.

Son cimentaciones usadas si las capas del suelo tienen apropiada capacidad portante. Se considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad. Engloban las zapatas en general y las losas de cimentación. Los distintos tipos de cimentación superficial dependen de las cargas que sobre ellas recaen. Entre algunos tipos de zapatas tenemos: Cimentación Ciclópea: La cimentación ciclópea es aquella que utiliza solamente piedra y concreto en el proceso constructivo. Se compara con las construcciones megalíticas, se diferencian de las anteriores porque tiene algún aparejo que generalmente es más o menos poligonal. El concreto ciclópeo se construye vaciando concreto en la zanja y colocando las piedras en forma uniforme sin llegar a saturarlo. Es rentable cuando la profundidad del suelo firme es de 1 a 1.5 metros en la región existe disponibilidad de piedras de tamaño de 20 a 30 centímetros. Zapatas aisladas Se emplean para cimentar un solo pilar, columna o soporte. - Zapata Flexible Se le dice zapatas flexibles a aquellas en que el vuelo en cualquiera de las dos direcciones es mayor que el canto. Cuando el vuelo máximo es superior a 2h. Estas zapatas se dimensionan para resistir esfuerzos importantes de flexión. Al trabajar la zapata en las dos direcciones el armado será en parrilla en la fibra fraccionada. - Zapata rígida Se consideran zapatas rígidas cuando el vuelo máximo medido en cualquiera de las dos direcciones es menor o igual al canto. Cuando el vuelo máximo es igual o inferior a 2h. Zapatas conectadas Cuando una columna está ubicada en un límite de propiedad requiere de una zapata excéntrica; ésta, bajo las hipótesis del análisis clásico, tiene presiones muy elevadas en la zona cercana a la cara externa, producto de la distribución triangular de presiones que se produce al considerar la excentricidad de la carga actuante. Zapatas combinadas En ocasiones se encuentran soportes muy próximos con cargas desiguales, si se construyesen zapatas aisladas éstas quedarían prácticamente unidas ocasionando una superposición de los bulbos de presiones, lo que provocaría asientos diferenciales. Para solucionar este problema se combinan varias zapatas en una sola, obteniéndose una zapata combinada.

b. Cimentaciones Profundas. Cuando el terreno firme se halla a determinadas profundidades se tratará de llegar a esa capa por medio de pilotes, pilas, cilindros o cajones profundos. Entonces las cimentaciones profundas son diferentes tamaños que van desde la base de la construcción hasta el estrato resistente donde se transmiten las cargas de la edificación. Pilas y Cilindros. Es un miembro estructural subterráneo que tiene la función que cumple una zapata, es decir transmitir las cargas que soporta al suelo. Sin embargo, en contraste con una zapata, la relación de la profundidad de la cimentación con respecto a la base de las pilas es por lo general mayor que cuatro, mientras que para las zapatas, esta relación es menor que la unidad Sistema de Pilotes: De Jesús Montenegro (2014) afirma que se denomina pilote al elemento constructivo de cimentación profunda de tipo puntual utilizado en obras, que permite transmitir las cargas de la superestructura e infraestructura a través de estratos flojos e inconsistentes, hasta estratos más profundos con la capacidad de carga suficiente para soportarlas; o bien, para repartir estas en un suelo relativamente blando de tal manera que atraviesen lo suficiente para que permita soportar la estructura con seguridad. Los pilotes son cimentaciones profundas que se utilizan en la ingeniería de la construcción para suelos de fundación blandos en edificaciones, para cimentaciones de pilares en puentes, para la construcción de muelles. Estos usos pueden realizarse con pilotes hincados y moldeados, esto depende del criterio de selección si técnica y económicamente son evaluados. Los pilotes por hinca pueden ser posicionados vertical u horizontalmente, dependiendo del tipo de muelle.  Principio de funcionamiento Los pilotes trasmiten al terreno las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. Ambas dependen de las características del pilote y del terreno, y la combinación idónea es el objeto del proyecto.

2.5. Elección del tipo de pilote. Según la Norma Técnica de Edificaciones (E-0.50), algunas de las condiciones que hacen que sea necesaria la utilización de cimentaciones profundas, se indican a continuación: a) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la estructura. En estos casos se usan pilotes para transmitir la carga a la roca o a un estrato más resistente. b) Cuando están sometidas a fuerzas horizontales, ya que las cimentaciones con pilotes tienen resistencia por flexión mientras soportan la carga vertical transmitida por la estructura. c) Cuando existen suelos expansivos, colapsables, licuables o suelos sujetos a erosión que impiden cimentar las obras por medio de cimentaciones superficiales. d) Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión, plataformas en el mar, y losas de sótanos debajo del nivel freático, están sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para resistir dichas fuerzas. Tambien - Relleno de suelo blando que nunca ha sido sometido a una carga exterior (suelo normalmente consolidado). - Estricta limitación de asientos, asientos diferenciales o asientos sobre otras estructuras. Los pilotes son cimentaciones que dan lugar a movimientos muy pequeños en comparación con las cimentaciones superficiales. - Terreno heterogéneo. Presencia de capas de apoyo duras a profundidad variable. - Cargas muy fuertes: Offshore, muelles en zonas portuarias, muros, apoyos de puentes, cargas verticales invertidas (tracción). Luego de que se cumpla algunas de las condiciones anteriormente mencionadas, se define el tipo de pilotes que se utilizará, el cual depende de los estudios de mecánica de suelos (EMS) del terreno a trabajar. La elección final del tipo de pilote para una obra la dictan las condiciones del subsuelo, las características de hincado de los pilotes, y el probable comportamiento de la cimentación, y la economía. Las comparaciones económicas deben basarse en el costo de toda la cimentación y no únicamente en el costo de los pilotes. Por ejemplo, el costo de doce pilotes de madera con 18 toneladas de capacidad cada uno, puede ser menor que el de cuatro pilotes de hormigón de 54 toneladas, pero el mayor tamaño del cabezal necesario para

transmitir la carga de la columna a los pilotes de madera, puede aumentar el costo de la cimentación con éstos, hasta ser mayor que el de la cimentación con pilotes de hormigón. Actualmente los pilotes alcanzan profundidades de 50 m o superiores y diámetros de 2 a 4 m, con cargas por encima de las 200 t. Si el estrato firme está muy profundo (>25 m) deberán estudiarse otras alternativas (mejora y consolidación del terreno, cimentaciones compensadas. Lo mismo cuando se trata de áreas extensas poco cargadas (naves, almacenes, etc.) 2.6. Fabricación de pilotes. El procedimiento técnico de fabricación, permite garantizar el suministro pilotes de muy alta tecnología (hormigón de 450 kg/cm™), gran capacidad resistencia frente a los agentes químicos, tanto sulfatos como agua marina fabricarse con cemento SR/MR), y gran compacidad (por los automatismos puesta en molde y vibrado del hormigón)

de de (al de

La fabricación de los pilotes de concreto prefabricados pueden fabricarse también en obra o pueden fabricarse en planta. Trabajos que pueden realizarse de la siguiente manera: a) Espacio, acondicionamiento de los materiales y proceso de fabricación: Se deben acondicionar espacios para la fabricación y almacenajes predeterminados. Esto será limpiando y nivelando el terreno para posteriormente construir una plataforma que no sufra deformaciones. b) Habilitado de la cimbra: La cimbra utilizada para la fabricación de los pilotes puede ser de madera, triplay. lámina o fibra de vidrio que permitan darle a los pilotes la sección requerida, deben de estar diseñados para soportar las presiones del concreto durante su colocación y vibrado y ser lo suficientemente rígidos para conservar su forma sin alteración. Los moldes deben de ser hechos de material durable que permitan el mayor uso posible. Todos los bordes de los pilotes deberán achaflanarse. Para la construcción de los pilotes se recomienda impregnar a los moldes o la cimbra con aceite, grasa, diésel, parafina, etc. para que facilite el despegue del pilote, así mismo es recomendable colocar la cimbra e iniciar el proceso de colado de tal sobre una plataforma de concreto. c) Acero: El acero a utilizar en la fabricación de los pilotes deberá de reunir las características establecidas por el estructura en cuanto a diámetros, Número de varillas y separación de los estribos o zunchos Además se deberá de cuidar el acero a utilizar que no contenga óxido, deformaciones o fisuras que imposibilitan el buen trabajo de este al armado se le podrá adicionar en puntos específicos ganchos de varilla o de cables de acero que faciliten el posterior izaje y manejo de los pilotes.

d) Concreto: Para la fabricación del concreto se deberá de cuidar las siguientes condiciones Para pilotes de concreto en o con agua dulce o aire se podrá usar cemento tipo I, II, III ó IV mientras que para ambiente marino se deberá utilizar cemento tipo II o puzolánico Para pilotes colados in situ no es aconsejable utilizar cemento con aire diluido El agua utilizada en el concreto para curarlos o para lavar los agregados debe de estar libre de aceites materia orgánica u otras sustancias que puedan dañar al concreto y el acero además debe de tener concentraciones muy bajas de cloruros (menos de 1000 partes por millón) y en el caso de los concretos reforzados, el de sulfatos con la misma proporción de partes por millón Se recomienda el empleo de aditivos inclusores de aire en pilotes sometidos a ambientes marinos siendo el contenido de aire recomendado de 4 a 8 % dependiendo del tamaño del agregado Para fines de durabilidad el concreto debe de tener cuando menos 336 kg de cemento por m J de concreto y para medios agreste deberá ser de 391 kg a 410 kg por m 3 de concreto, Los pilotes estándar tienen una longitud que oscila entre 6 y 18 m y una sección de 300 x 300 mm.. El cajón de llenado del distribuidor con su tornillo sin fin distribuidor permite llevar a cabo un rápido llenado de siete encofrados al mismo tiempo. Está equipado con un listón de alisado y vibradores, consiguiendo una superficie uniforme en los cuatro lados de los pilotes. Los vibradores internos de inmersión ayudan a conseguir una compactación óptima del hormigón. 2.6.1. Control en fábrica. Los pilotes prefabricados se controlan sistemáticamente tanto durante su fabricación en factoría como durante su instalación en obra. Se efectúan los siguientes controles: a) De recepción de los materiales: Agua, cemento, áridos, armaduras y aditivos, realizándose los ensayos que prescribe la norma EH-91 “Instrucción para el Proyecto y la Ejecución de Obras de Hormigón en masa o armado”. b) De resistencia y geometría: De los pilotes, azuches, collares y juntas. c) De fabricación: Preparación de los moldes, adecuada instalación de las armaduras, correcta dosificación y colocación del hormigón, vibrado, manejo, curado. d) De la resistencia y consistencia del hormigón: Los ensayos se realizan a las 24 horas, 7 días y 28 días con resistencias mínimas de 175, 375 y 450 kg/cm™ respectivamente

2.7. Hincado de pilotes.

Los pilotes precolados de hormigón se fabrican de muchas formas. Un tipo muy usado comúnmente para los caballetes de los puentes, y ocasionalmente en los edificios, es de sección cuadrada, armado en su interior y acabado en punta, para facilitar así su hincado. Estos pilotes deben reforzarse para soportar su manejo hasta que están listos para hincarse, y los esfuerzos de hincado. Si se ha subestimado la longitud necesaria, resulta muy difícil prolongarlos, cortarlos es caro por lo que los fabricantes los realizan de muchas medidas diferentes. Los pilotes precolados pueden ser también pre esforzado. Con el pre esforzado se trata de reducir las grietas por tensión durante su manejo e hincado y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexión. Como la mayor parte de los pilotes de hormigón pueden hincarse hasta alcanzar una alta resistencia sin daño, usualmente es posible asignarles mayores cargas isibles que a los pilotes de madera. Bajo condiciones ordinarias no están sujetos a deterioro y pueden usarse arriba del nivel del agua freática. Las sales del agua de mar y la humedad marina, atacan el refuerzo en los pilotes a través de las grietas en el hormigón; al formarse el óxido el hormigón se desconcha. La mejor protección es usar un hormigón denso y de alta calidad. El deterioro de los pilotes pre esforzados no es tan rápido porque las grietas de tensión se reducen al mínimo. 2.7.1. Equipo para el hincado de pilotes Los pilotes se hincan comúnmente por medio de un martinete, y ocasionalmente mediante un generador de fuerzas vibratorias. El martinete funciona en medio de un par de guías paralelas o correderas suspendidas de una grúa elevadora estándar. En la parte inferior las guías se conectan a la grúa por medio de un miembro horizontal, conocido como marcador. El marcador puede alargarse Cimentaciones y Pilotaje 36 o acortarse para permitir el hincado de pilotes inclinados y también para poner a plomo las guías en el sitio de un pilote vertical. Al martinete lo guían axialmente rieles incorporados en las guías. (UPM-2003) 2.7.1.1 Martillos de impacto Originalmente las piloteadoras estaban equipadas con martillos que caían desde el extremo superior de las guías a la cabeza del pilote. Ocasionalmente se usan todavía aparatos de este tipo, martillos de gravedad o de caída libre, pero la mayor parte de los martillos de impacto son del tipo de vapor o diesel. Los martinetes de vapor tienen un martillo que es levantado por la presión de éste y se deja caer por gravedad, con o sin la ayuda de la presión del vapor. Si la caída se debe solo a la acción de la gravedad, el martinete se llama de acción sencilla. Si la presión del vapor se suma a la energía hacia abajo, el martinete se llama de doble acción o diferencial. El martillo de los martinetes suele tener un amortiguador reduciendo los esfuerzos de impacto. La clasificación de los martinetes se basa en la energía total del golpe. Los martinetes diesel disponen de una

cámara entre el extremo inferior del martillo y el bloque del yunque donde se produce una explosión de combustible haciendo la compresión de los gases que se levante el martillo. El martillo cae por gravedad. 2.7.1.2. Piloteadoras vibratorias Los pilotes también se hincan valiéndose de generadores de fuerza que consisten en un peso estático y un par de pesos excéntricos que giran en sentido contrario, dispuestos de manera que las componentes horizontales de la fuerza centrífuga se anulen entre sí, mientras que las componentes verticales son aditivas. La parte vibratoria de la maquina se une positivamente a la cabeza del pilote que se va a hincar, pero el resto de la máquina se aísla del vibrador por medio de muelles, de manera que no participe en los movimientos vibratorios. La fuerza pulsante facilita la penetración del pilote bajo la influencia del peso que actúa constantemente hacia abajo, 2.7.1.3.Resistencia al hincado Los pilotes que se hincan por medio de martinetes de impacto, ordinariamente se clavan hasta obtener una resistencia que se mide por el numero de golpes necesarios para la penetración en los últimos dos o tres centímetros. 2.7.1.4. Chiflones, barrenas y pulsetas Si los pilotes deben atravesar estratos compactos de arena o grava, con objeto de pasar a depósitos inferiores suaves, puede aflojarse la arena o la grava por medio de chiflones. En este procedimiento se descarga un chorro de agua cerca de la punta que afloja la arena y la hace movediza de manera que el pilote puede fácilmente atravesarla. Las barrenas permiten penetrar en suelos duros o cohesivos a profundidad considerable. Los estratos relativamente delgados de arcillas firmes o de roca blanda a poca profundidad, pueden atravesarse algunas veces con pulsetas, es decir, puntas duras de metal que se clavan en el terreno y se sacan antes de producir los pilotes. La hinca de los pilotes se hacen con los modernos equipos de caída libre, donde una maza de peso variable entre 4 y 6 toneladas es elevada por un sistema simple de cable, o bien mediante los más avanzados métodos de accionamiento hidráulico, de elevado rendimiento y control. Estos equipos son totalmente autónomos, por lo que no necesitan prestaciones auxiliares, y de fácil movimiento al ir montados sobre grúas de oruga. Previamente se efectúa la planificación de la obra, en donde se analiza la secuencia de hinca de los pilotes de prueba, las zonas de apilado, etc. Los pilotes de prueba (pilotes penetrómetros) servirán de referencia para definir las profundidades óptimas de los pilotes, como confirmación de lo previsto en el estudio geológico del terreno

realizado con anterioridad a la hora de la redacción del proyecto. Este estudio como se explicó con anterioridad lo llevaran a cabo expertos que nos mandaran un informe detallado del terreno existente en la zona de cimentación (Explanada de España, Alicante) 2.8. Junta de Pilotes. Juntas en pilotes Como ya podemos imaginar es difícil manejar pilotes de gran longitud por lo que se usan en tramos, los que se unirán por medio de juntas. Las juntas en pilotes pueden ser de 4 diferentes formas: 1. Soldada: La que como ya podemos imaginar se soldarán las esquinas de los pilotes. 2. De Bayoneta: Las cabezas de los pilotes llevarán un acabado especial con forma de engrane, en la cabeza inferior lo ¡levará sobresalido y en la superior sumido para que embonen uno con otro para lo cual en la cabeza inferior incluirá ahogado en el pilote una bayoneta que penetrará dentro de la cabeza superior del pilote anterior. 3. A base de grapas: Para este tipo los pilotes llevarán en las cabezas superior e inferior una mueca y unas placas ahogadas que servirá para que al unirlos se les coloquen unas grapas que presionarán unos contra otros. 4. A base de tornillos: Estos pilotes, de igual manera llevarán en las cabezas superior e inferior unas muecas y placas ahogadas para que al unirlos se les coloque tornillos que los aprisionará para evitar que se separen. Pacheco, Julio (2001). El Maestro de Obra: Tecnología de la construcción. SENCICO. Lima-Perú. De Jesús, Aníbal (2014). Análisis comparativo entre pilotes hincados y moldeados en el muelle de contenedores. Lima-Perú. Rodríguez, Muelas (2007). Capitulo IV: Mecánica de suelo y cimentaciones. Recuperado de:http://www2.uned.es/dptoicf/mecanica_del_suelo_y_cimentaciones/images/mecansueloycimentacionesc ap_4.pdf

Universidad Politécnica de Madrid (2003). “Cimentaciones” Autor-Editor. Madrid, España. Chavez Rodriguez (2005). “Cimentaciones Profundas”.