PILOTESCLASIFICACIN DE LOS PILOTES Se originan estas fundaciones en forma natural, en la necesidad tcnica y econmica de trasladar las cargas en la base de las estructuras a mantos profundos competentes, a travs de mantos relativamente dbiles y comprensibles no aptos para soportar en forma segura y eficiente elementos de fundacin. Las caracteriza la condicin comn de que la profundidad requerida en las excavaciones y los problemas constructivos vinculados a las condiciones geotcnicas del sitio, hacen impracticable realizar una excavacin convencional a cielo abierto, por lo cual se hace necesario recurrir a procedimientos constructivos que emplean tcnicas y equipos especializados. Se puede aplicar varios criterios para clasificar los pilotes. Los ms utilizados son los siguientes: Material constitutivo del pilote. Funcin del pilote. Incidencia del procedimiento de instalacin en las condiciones del suelo vecino al pilote

Material de pilote: Madera (ampliar) Concreto (ampliar) Compuesto (ampliar) Acero (ampliar)

Funcin del pilote Como pilotes de punta, friccin, compactacin, tensin, anclaje, defensa, y como Duques de Alba (dolphins). Los pilotes que resisten fuerzas por capacidad axial a compresin se denominan pilotes portantes. (ampliar) Incidencia del procedimiento de instalacin en las condiciones del suelo Un criterio aplicado en muchos sistemas de clasificacin es distinguir dos categoras referentes a diferencias bsicas en las acciones sobre el suelo vecino al pilote durante la instalacin y, por consiguiente, al comportamiento de los pilotes bajo carga.

1. Pilotes de desplazamiento: En este sistema el suelo es desplazado del espacio queva a ocupar el pilote, por accin de los esfuerzos de penetracin. Pueden generarse una densificacin, posiblemente benfica, en los suelos granulares sueltos. En otros medios tiene lugar levantamientos del terreno, empujes sobre elementos vecinos y otras consecuencias casi siempre nocivas para estructuras y servicios aledaos al sitio de instalacin. Dentro de esta categora lo ms importante son: a. Pilotes prefabricados, hincados por el impacto de martillos b. Pilotes hincados por impacto y fundidos en el sitio c. Pilotes atornillados d. Pilotes penetrados mediante presin continua, como la producida por gatos Pilotes preexcavados (o perforados): En este sistema de pilotaje, se remueve el suelo del espacio que va ocupar el pilote, al aplicar varias posibles tcnicas de excavacin o perforacin, formando as una cavidad que en caso necesario se protege del derrumbe de sus paredes, en cuyo interior se funde el concreto integrante de cuerpo del pilote. Este criterio ha sido adoptado y precisado mejor en Gran Bretaa y considera que los pilotes caen en una de tres grandes clases: a. Gran desplazamiento b. Pequeo desplazamiento c. Sin desplazamiento

2.

Cada una de estas clases tiene varias subdivisiones que obedecen a detalles constructivos, configuracin de la seccin y material.

CIMENTACIONES Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto y/o madera y son usados para construir cimentaciones, cuando son profundas y cuestan mas que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural. La siguiente lista identifica algunas de las condiciones que requieren cimentaciones de pilotes.

Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y demasiado dbiles para soporte la carga transmitida por la superestructura se usan pilotes para transmitir la carga al lecho rocoso o una capa dura, como muestra la figura A. Cuando no se encuentra un lecho rocoso a una profundidad razonable debajo de la superficie del terreno los pilotes se usan para transmitir la carga estructura gradualmente al suelo. La resistencia a la carga estructural aplicada se deriva principalmente de la resistencia a friccin desarrollada en la interfaz suelo - pilote. (Figura B)

Cuando estn sometidas a fuerzas horizontales (vase figura C) , las cimentaciones con pilotes resisten por flexin mientras soportan an la carga vertical transmitida por la superestructura. Este tipo de situacin se encuentra generalmente en el diseo y construccin de estructuras de retencin de tierra y en la cimentacin de estructuras altas que estn sometidas a fuerzas de viento y/o ssmicas.

En muchos casos, suelos expansivos y colapsables estn presentes por debajo de la superficie del terreno. Los suelos expansivos se hinchan y se contraen conforme al contenido de agua crece y decrece y su presin de expansin es considerable. Si se usan cimentaciones superficiales en tales circunstancias, la estructura sufrir daos considerables. Sin embargo, las cimentaciones con pilotes se consideran como una alternativa cuando stos se extienden ms all de la zona activa de expansin y contraccin (figura D) Los suelos como los constituidos por loess son de naturaleza colapsable. Cuando el contenido de agua de esos suelos aumenta, su estructura se rompe. Una disminucin repentina de la relacin de vacos induce a grandes asentamiento de las estructuras soportadas por cimentaciones superficiales. En tales casos, las cimentaciones con pilotes se usan con xito si stos se extienden hasta las capas de suelo estables mas all de la zona de cambio posible de contenido de agua.

Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisin, plataformas fuera de la costa y losas de stanos debajo del nivel fretico, estn sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para esas cimentaciones y as resistir la fuerza de levantamiento (figura E)

Los estribos y pilas de puentes son usualmente construidos sobre cimentaciones de pilotes para evitar la posible prdida de capacidad de carga que una cimentacin superficial sufrir por erosin del suelo en la superficie del terreno (figura F)

Aunque numerosas investigaciones, tanto tericas como experimentales, se efectuaron para predecir el comportamiento y la capacidad de carga de pilotes en los suelos granulares y cohesivos, los mecanismos no han sido totalmente entendidos y tal vez nunca lo sean. El diseo de las cimentaciones con pilotes es considerado un "arte" en vista de las incertidumbres implcitas al trabajar con las condiciones del subsuelo.

En ocasiones , cuando comenzamos a realizar la excavacin para la ejecucin de una obra , podemos encontrarnos diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar . O simplemente se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno sin firme , o difcilmente accesible por mtodos habituales . En estos casos se recurre a la solucin de cimentacin profunda , que se constituye por medio de muros verticales profundos , los muros pantalla o bien a base de pilares hincados o perforados en el terreno , denominados pilotes . En cualquier caso el objetivo es adoptar una solucin constructiva que reuna las siguientes condiciones : PARTES DE UNA CIMENTACIN POR PILOTAJE: Soporte o pilar : Elemento estructural vertical , que arranca del encepado .- Encepado : Pieza prismtica de hormign armado similar a una zapata aislada , encargado de recibir las cargas del soporte y repartirlas a los pilotes . Vigas riostras : Elementos de atado entre encepados . Son obligatorias en las dos direcciones si el encepado es de un solo pilote . En encepados de dos pilotes es obligatorio el arrostramiento en al menos una direccin , la perpendicular a la direccin de su eje de menor inercia . Fuste del pilote : Cuerpo vertical longitudinal del pilote . Las cargar son transmitidas al terreno a traves de las paredes del fuste por efecto de rozamiento con el terreno colindante . Punta del pilote : Extremo inferior del pilote . Transmite las cargas por apoyo en el terreno o estrato resistente Terreno circundante Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una seccin transversal de 2-4 mts , pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 2000 t Transferir la carga a travs de un suelo blando, a un estrato mas resistente situado a mayor profundidad Transferir la carga, principalmente por friccin, cuando el estrato resistente se encuentra a gran profundidad

Resistir esfuerzos de traccin (por ejemplo, fundaciones de torres de alta tensin, o de estructuras de gran altura) Resistir cargas perpendiculares al eje del pilote (por ejemplo, fundaciones de estructuras de contencin, fundaciones de puentes)

Salvar la posible prdida de capacidad de carga debido a la socavacin del suelo de fundacin Mejorar un suelo blando (pilotes de arena o grava) Drenes (pilotes de arena o grava, tcnica en desuso por la aparicin de geodrenes)

Como estructura de contencin (cortinas de pilotes)

PILOTES DE ACERO Los pilotes de acero son generalmente a base de tubos o de perfiles H laminados. Los pilotes de tubo se hincan en el terreno con sus extremos abiertos o cerrados. Las vigas de acero patn ancho y de seccin I tambin se usan. Sin embargo, se prefiere los perfiles H porque los espesores de sus almas y patines son iguales. En las vigas de patn ancho y de seccin I, los espesores de alma son menores que los espesores de los patines.TABLA D1 da las dimensiones de algunos pilotes de acero de seccin H estndar usados en Estados Unidos.La TABLA D2 muestra secciones de tubo usadas con frecuencia como pilotes. En muchos casos, los tubos se llenan con concreto despus de ser hincados. La capacidad admisible estructurar para pilotes de acero es Q (adm) = A(s) f(s) Donde A(s) = rea de la seccin transversal del acero f(s) = esfuerzo admisible del acero Con base en consideraciones geotcnicas (una vez determinada la carga de diseo para un pilote), es siempre aconsejable calcular si Q(diseo) est dentro del rango admisible definido en la ecuacin anterior. Cuando es necesario, los pilotes de acero se empalman por medio de soldaduras, remaches o tornillo. La figura A muestra una condicin tpica de empalme por soldadura a un pilote H. En la figura B se muestra un tpico caso de empalme por soldadura de un pilote tubo y en la figura C se muestra el empalme por remaches o tornillos de un pilote H, Cuando se esperan condiciones difciles de hincado, como a travs de grava densa, lutitas y roca blanca, los pilotes de acero se usan adaptados con puntas o zapatas de hincado, Las figuras D y E muestran dos tipos de zapatas usadas en pilotes de tubo. Los pilotes de acero llegan a estar sometidos a corrosin, como suelos pantanosos, las turbas y otros suelos orgnicos. Los suelos con un pH mayor a 7 no son muy corrosivos. Para compensar el efecto de la corrosin se recomienda considerar un espesor adicional de acero (sobre el rea de la seccin transversal real de diseo). En muchas circunstancias, los recubrimientos epxicos, aplicados en la fbrica, sobre los pilotes funcionan satisfactoriamente. Esos recubrimientos no son daados fcilmente por el hincado del pilote. El recubrimiento con concreto tambin los protege contra la corrosin en la mayora de las zonas corrosivas.

PILOTES DE CONCRETO Los pilotes de concreto se dividen en dos categoras: (a) pilotes prefabricados y (b) colados in situ. Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octogonales en su seccin transversal (Figura 1). El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momento flexionante desarrollado durante su manipulacin y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por la carga lateral. Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de transportarlo a los sitios de trabajo. Los pilotes prefabricado tambien son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia. La resistencia ltima de esos cables es de aproximadamente 260 Ksi ( 1800 MN/m2). Durante el colado de los pilotes, los cables se pretensan entre 130 190 ksi ( 900 1300 MN/m2) y se vierte concreto alrededor de ellos. Despus del curado, los cables se recortan producindose as una fuerza de compresin en la seccin del pilote. La TABLA D3 da informacin adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octogonales. Los pilotes colados in situ se construyen perforando el agujero en el terreno y llenndolo con concreto. Varios tipos de pilotes de concretos in situ se usan actualmente en la construccin y la mayor parte fueron patentados por sus fabricante. Esos pilotes se dividen en dos amplias categoras: (a) ademados y (b) no ademados. Ambos tipos tienen un pedestal en el fondo.

Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. Las figuras A, B, C y D muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal., la figura E muestra un pilote ademado con un pedestal consistente en un bulbo de concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto fresco. La figura F y G son dos tipos de pilote sin ademe, uno con pedestal y el otro sin l. Los pilotes no ademados se hacen hincando primero el tubo a la profundidad deseada y llenndolos con concreto fresco. El tubo se retira gradualmente.

Figura A B C D E F G

Nombre del Pilotes Raymond Step-Taper Monotube o Unin Metal Westernm ademano Tubo sin costura o Armco Franki con pedestar ademano Western no ademano sin pedestal

Tipo de Ademano Ademe corrugado delgado, cilndrico Ademe de acero, delgado, ahusado e hincado sin madril Ademe de lmina delgada Ademe de tubo de acero recto Ademe de lmina delgada -

Profundidad usual mxima del pilote (pies) 100 130 100-130 160 100-130 50-65 100-130 (metros) 30 40 30-40 50 30-40 15-20 30-40

Franki con pedestal no entubado -

PILOTES DE MADERA Los de madera son troncos de rboles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud mxima de la mayora de los pilotes de madera es de entre 10 y 20 m. Para calificar como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin defectos. 1. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El dimetro mnimo del fuste debe ser de 356 mm. 2. Pilotes clase B se usan para tomar cargas medias. El dimetro mnimo del fuste debe ser de entre 305 y 220 mm. 3. Pilotes de clase C que se usan para trabajos provisionales de construccin. Estos se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote esta debajo del nivel fretico. El dimetro del fuste debe ser de 305 mm. Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse, por lo tanto su capacidad se limita a aproximadamente 23 30 toneladas. Se deben usar zapatas de acero para evitar daos en la punta del pilote (en el fondo) . La parte superior de los pilotes de madera tambin podra daarse al ser hincados, para evitarlo se usa una banda metlica o un capuchn o cabeza. Debe evitarse el empalme de los pilotes de madera, particularmente cuando se espera que tomen cargas de tensin o laterales. Sin embargo, si el empalme es necesario, ste se hace usando manguitos de tubo (Figura A) o soleras metlicas con tornillos (figura B). La longitud del manguito de tubo debe ser por lo menos de cinco veces el dimetro del pilote. Los extremos deben cortase a escuadra de modo que se tenga un contaco pleno entre las partes. Las porciones empalmadas deben recortarse cuidadosamente para que queden estrechamente ajustadas dentro de los manguitos o camisas de tubos. En caso de soleras metlicas con tornillos, los extremos al tope deben tambin recortarse a escuadra y los lados de las porciones empalmadas deben ser recortadas planas para el buen asiento de las soleras.

Los pilotes de madera permanecern indefinidamente sin dao si estn rodeados por suelos saturados. Sin embargo, en un ambiente marino, estn sometidos al ataque de varios organismos y pueden ser daados considerablemente en pocos meses. Cuando se localizan arriba del nivel fretico, los pilotes son atacados por insectos. Su vida se incrementar tratndolos con preservadores como la croesota.