Investigar y desarrollar cimentaciones mediante pilotes. Distintos tipos de pilotes, técnica constructiva, cabezales. Los pilotes son elementos estructurales que forman parte de la cimentación profunda de la edificación en la que se aplican, siendo usados particularmente cuando las cargas transmitidas por la construcción no se pueden distribuir adecuadamente a lo largo de cimentación superficial del suelo, a razón de que exceden la capacidad portante de la misma. Algunos ejemplos de sus aplicaciones pueden ser en terrenos de baja calidad portante, en terrenos con grandes variaciones de temperatura e hinchamientos y retracciones provocados por arcillas expansivas, en edificaciones situadas sobre el agua o cuya capa freática sea demasiado cercana a la capa superficial, en cimientos sometidos a esfuerzos de tracción. A partir de estas diversas aplicaciones surgen las funciones de los pilotes. Principalmente, las mismas refieren a su capacidad de transferir las cargas de la estructura superior a través de las capas de suelo débiles o compresibles hacia otras más profundas y con una mayor capacidad portante para soportar estas cargas. Por otro lado, existen también los llamados pilotes de fricción, cuya finalidad es la de repartir la carga sobre un suelo relativamente suelto a través de la fricción del pilote con el suelo (de ahí su nombre). Otras funciones de los pilotes incluyen la de proporcionar anclaje a estructuras sujetas momentos volcadores, soportar muros de contención, y compactar el suelo. En consecuencia a las distintas aplicaciones y funciones de los pilotes, existen gran variedad de los mismos que se pueden clasificar según distintos criterios. En torno a la forma de trabajo de los pilotes, se los puede diferenciar entre: - Pilotes por fuste Se utilizan en terrenos donde no se diferencia una capa de suelo claramente más resistente que la otra. Trabajan fundamentalmente por rozamiento lateral con el terreno a través del fuste. También se los suelen denominar flotantes. - Pilotes por punta Se utilizan en aquellos suelos donde, a partir de determinada profundidad, se consigue un estrato más resistente. Por lo tanto, las cargas se transmitirán por la punta. También pueden ser referidos como pilotes columna. - Pilotes semirrígidos Son aquellos pilotes que trabajan por punta, pero a partir de la gran profundidad de cimentación o la defectuosa firmeza del suelo, las cargas se terminan distribuyendo tanto por punta como por rozamiento. Por otro lado, es usual clasificar los pilotes a partir del material con el cual son aplicados. - Madera Son históricamente los primeros tipos de pilotes construidos por el hombre. Hoy en día, se utilizan particularmente en zonas blandas amplias. Las maderas más comunes, debido a su escaso costo, son el pino y el abeto, aunque siempre se deben tener en cuenta las condiciones necesarias para el correcto mantenimiento de los pilotes. En caso de estar en contacto con humedad constante o ataque de insectos, se recomienda recubrirlas con sustancias protectoras, y así evitar su putrefacción. Para ello también es importante asegurarnos de que estarán expuestos a humedades constantes, ya que cambios bruscos en la humedad de la madera pueden llevar a su destrucción. - Acero Son una variante más eficiente y con mayor resistencia a la madera. Se pueden encontrar secciones tubulares, perfiles doble U, o secciones en H. Se los suele utilizar en contención de tierras, como barrera de agua en el caso de cimentaciones, en sótanos, o muelles y riberas. Como es natural del acero, es importante verificar e impedir la corrosión de estos pilotes, por lo que se acostumbra a utilizar aceros con alto grado de cobre, también llamados aceros de oxidación controlada. Se deben hincar con azuches (protecciones en la punta inferior del pilote) adecuados. - Hormigón In Situ Son un tipo de pilotes ejecutados en obra, requieren de excavación previa o algún tipo de desplazamiento del terreno. Se utilizan hormigones armados, con armaduras conformadas como jaulas. Las longitudinales se disponen uniformemente en el perímetro de la sección, y las transversales se colocan en zunchos en espiral o cercos de redondos de 6mm de sección. Se suelen utilizar por las elevadas cargas que soporta y la posibilidad de dimensionarlos como uno necesite en obra. - Hormigón prefabricado También disponibles como pilotes pre moldeados, pueden estar compuestos por hormigón armado de alta resistencia u hormigones pretensados o postesados. A diferencia de los hormigones elaborados in situ, estos soportan cargas de tracción además de aquellas de compresión, por lo que se pueden utilizar en casos donde los pilotes vayan a tener este tipo de esfuerzos. A su vez, estos pilotes se suelen utilizar en tablestacas o en casos donde deban estar sumergidos bajo el agua (muelles, por ejemplo). Por su naturaleza prefabricada, vienen en secciones normalizadas de 30x30cm ó 45x45cm. Como en el caso de los pilotes de acero, se debe colocar un refuerzo metálico en su punta inferior para permitir la hinca sobre el suelo. - Mixtos Pueden ser los casos de pilotes de acero recubiertos de hormigón, o los perfiles tubulares rellenos de mortero. Mantienen propiedades parecidas a las de aquellos de acero, sumados algunos beneficios ocasionados por los agregados, como mayor protección a la corrosión o mayor resistencia a esfuerzos de compresión. Continuando con los criterios de clasificación de los pilotes, podríamos diferenciarlos según las características geométricas de su sección transversal. Usualmente, las formas se comprenden entre círculos, o figuras similares como cuadrados, hexágonos, u octógonos. Según su disposición en el terreno, los pilotes se dividen en: - Pilotes aislados La distancia entre pilotes es lo suficientemente grande como para que las reacciones sobre el suelo de los distintos pilotes no tengan interacción entre sí. - Grupo de pilotes Se agrupan cierta cantidad de pilotes a poca distancia con el objetivo de que actúen en conjunto. También se pueden obtener mediante uniones estructurales lo suficientemente rígidas como para comprobar el trabajo en conjunto de los mismos. - Zonas pilotadas Los pilotes están dispuestos para reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimientos de las cimentaciones. No suelen tener alta capacidad portante individual y se distribuyen de forma tal que cumplan su función estratégica. - Micropilotes Son pilotes compuestos por armadura metálica formada por sea barras, tubos o perfiles introducidos dentro de un taladro de pequeño diámetro. Finalmente, la última diferenciación entre pilotes corresponde a la técnica constructiva utilizada al llevarlos a cabo. - Pilotes prefabricados Estos pilotes se definen por su existencia separada a la construcción en curso. Su método constructivo se basa en su inserción sobre el terreno de obra, el cual se logra a partir de un desplazamiento del suelo. Podemos decir, entonces, que este tipo de pilotes no requieren de excavaciones previas en obra. Para hincarlos se pueden encontrar distintos métodos a partir de la naturaleza del pilote en sí, algunas formas siendo por vibración o percusión con golpes de maza con martillos neumáticos. A efectos de un correcto funcionamiento, debemos asegurarnos de la verticalidad del hincamiento, con una profundidad de mínimo 8 veces el diámetro equivalente. Dentro de los distintos pilotes prefabricados se pueden encontrar algunos constituidos por más de un tramo. En estos casos, es importante corroborar las propiedades de las juntas que unen los tramos, y considerar que la resistencia a flexión, compresión, y tracción del pilote nunca puede superar aquella de las juntas. Por otro lado, este tipo de pilotes podrá ser construido aislado una vez que se logre un arriostramiento en dos direcciones ortogonales, siempre y cuando se verifique que los momentos resultantes en dichas direcciones son nulos o absorbidos por la armadura del pilote. - Pilotes hormigonados in situ En contraposición con los pilotes prefabricados, los hechos in situ requieren de excavaciones previas realizadas en el terreno. Por su lado, estos pilotes se clasifican en pilotes de desplazamiento, pilotes de extracción, y pilotes barrenados. Los pilotes de desplazamiento pueden ser con azuche, utilizado en presencia de terrenos resistentes pero poco estables, y se ejecuta a partir de una entubación con un azuche de punta cónica que con golpes de maza o martillo se hinca hasta la profundidad necesaria; o con tapón de gravas, en cuyo caso se realiza por una hinca y entubación por golpe sobre un tapón de gravas u hormigón, introducido antes en la entubación. Por otro lado, los pilotes con extracción de tierras pueden encontrarse con entubación recuperable, que son generalmente pilotes de grandes dimensiones, con diámetros de entre 45 y 125cm; con camisa perdida, método que incluye un tubo que cumple las funciones de un encofrado; o sin entubación con lodos tixotrópicos. Como rasgos generales de los pilotes fabricados in situ, se establecen normas a seguir según su diámetro. Si el mismo es menor a 45cm, no se permite la construcción de pilotes aislados excepto casos en los que el elemento no tenga responsabilidad significativa en la cimentación de la estructura en el caso en el que pueda fallar. Si el diámetro se encuentra entre los 45 y 100cm, se permitirán los pilotes aislados solamente en el caso que los mismos se encuentren arriostrados en dos direcciones ortogonales y se logre comprobar la integridad del pilote. Finalmente, si el diámetro es mayor al metro, se permitirá la construcción de pilotes aislados sin la necesidad de arriostrarlos, siempre y cuando se pueda verificar la integridad del pilote en toda su longitud. A su vez, los pilotes elaborados in situ tienen la particularidad de ser “descabezados”. Esto es, se elimina el hormigón de mala calidad que queda en la parte superior del pilote luego del hormigonado. Al quitar esta parte, quedan al descubierto aproximadamente 50cm de la armadura del pilote, que se utilizarán para el encepado del pilote. Por su parte, el encepado es un elemento estructural por el cual se unen varios pilotes con el objetivo de transmitirles las cargas en conjunto desde la estructura superior. Para el correcto encepado se deben empalmar las armaduras longitudinales por un solape de mínimo 40cm, y van soldadas o atadas con alambre en toda su longitud. Dependiendo de la cantidad de pilotes que se deban encepar y las características de los esfuerzos, variará la forma del encepado y de las armaduras que lo integran. A continuación se adjuntan algunos ejemplos. Encepado de dos pilotes, la carga de un pilar se distribuye entre ambos. Mismo encepado con la aparición de dos vigas intermedias en dirección perpendicular a la del encepado. Distribución típica de las armaduras de un encepado de dos pilotes. Distribución típica de las armaduras de un encepado de tres pilotes. Distribución típica de las armaduras de un encepado de cuatro pilotes, caso más común en edificación. Encepado con pilares excéntricos. Bibliografía https://www.construmatica.com/construpedia/Pilotes https://ingeniero-de-caminos.com/pilotes-de-cimentacion/ CIMENTACIONES PROFUNDAS Jorge E. Alva Hurtado, PhD CISMID-FIC-UNI https://www.keller.com.es/experiencia/tecnicas/pilotes-situ https://www.e-zigurat.com/blog/es/8-tips-cabezales-encepados-de-pilotes/ Pilotes Según procedimiento constructivo Según disposición Según material Según forma de trabajo In Situ Pilote aislado Madera Por fuste Prefabricados Grupo de pilotes Acero Por punta Zonas pilotadas Hormigón In Situ Semirrígidos Micropilotes Hormigón Prefabricado Mixto
