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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

CONSTRUCCIONES II

PILOTES BARRENADOS

NOMBRE:

NARVÁEZ PUPIALES JAVIER ISRAEL IBADANGO LOPEZ LUIS SANTIAGO QUISHPE CUSHICONDOR GABRIELA

SEMESTRE: SÉPTIMO

PARALELO: TERCERO

FECHA DE ENTREGA: 2012 – 10 – 15

PERIODO SEMESTRAL

Sep.2012– Feb.2013

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1. INTRODUCCIÓN

Se denomina pilote a un elemento constructivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una profundidad tal que hace inviable, técnica o económicamente, una cimentación más convencional mediante zapatas o losas.

Tiene forma de columna colocada en vertical en el interior del terreno sobre la que se apoya el elemento que le trasmite las cargas (pilar, encepado, losa...) y que trasmite la carga al terreno por rozamiento del fuste con el terreno, apoyando la punta en capas más resistentes o por ambos métodos a la vez.

1.1 APLICACIÓN

Las cimentaciones por pilotes se utilizan cuando:

a) La carga transmitida por el elemento estructural no puede ser distribuida a través de una cimentación superficial, o bien, que sin sobrepasar la capacidad portante del terreno, los asientos sean mayores que lo aceptable.

b) Cuando exista a cierta profundidad un estrato resistente que no podamos alcanzarlo con los medios existentes, y sí lo podamos alcanzar de forma económica mediante el empleo de pilotaje.

c) Cuando el terreno es susceptible de sufrir, superficialmente, grandes variaciones estacionales: hinchamientos y retracciones.

d) Cuando la naturaleza del terreno (suelos flojos, marismas, rellenos, etc.) exija una entibación continua.

e) En edificios cimentados sobre el agua o en terrenos en que exija gran cantidad de ésta, o hay que profundizar por debajo del nivel freático.

f) Cuando la cimentación pueda ser solicitada a tracción, por ejemplo en edificios de gran altura a causa de la acción del viento, etc.

g) Para cargas muy fuertes y concentradas (edificios muy altos sobre pocos pilares).

La construcción de estas cimentaciones requiere, normalmente la utilización de considerables medios auxiliares (máquinas de hinca, perforadoras, grúas para la colocación de las armaduras, equipos de hormigonado, etc.) que deben estudiarse y elegirse adecuadamente para llegar a una solución optima desde el punto de vista económico.

En el proyecto y en la construcción de una cimentación por pilotes conviene tener en cuenta:

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1. En la fase previa al proyecto habrá que seleccionar, en función de las circunstancias especiales que inciden en cada caso, el material a utilizar, el tipo de pilotes y el método de puesta en obra.

2. En la fase del proyecto habrá que estudiar la cimentación desde el punto de vista geotécnico (cargas de hundimiento, asientos, etc.) y estructural (distribución de cargas, calculo de pilotes, encepados y vigas).

3. En la fase de construcción es importante llevar un buen control de la misma debido a que:

- El pilote es un elemento que queda enterrado y no es accesible a una observación directa.

- En el caso de pilotes moldeados in situ, el hormigonado se realiza en condiciones difíciles.

- Los pilotes son elementos a los que se les suele confiar cargas importantes, y el fallo de uno de ellos puede causar serios daños a la estructura del edificio.

En cuanto a la selección del tipo de pilote más adecuado juega un papel muy importante las condiciones que impone el suelo. Por ejemplo:

1. En terrenos con agua o nivel freático alto, suelos granulares de baja capacidad portante superficial, arenas sueltas, limos, arcillas, son interesantes los pilotes hincados prefabricados.

2. En terrenos donde hay bolos de grandes dimensiones o capas cementadas entre estratos blandos, no son indicados los pilotes prefabricados y sí los “in situ”.

3. En terrenos de relleno o superficialmente muy blandos, situados sobre estratos duros, se usan pilotes que trabajan preferentemente por punta (incluso pueden tener la base ensanchada).

1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS PILOTES

Por su modo de ejecución:

a) Pilotes de hinca o prefabricados.b) Pilotes hormigonados “in situ”.

En cada uno de los dos grupos se hacen subdivisiones, según sea el material del pilote, en los prefabricados; y en función del sistema concreto de excavación y hormigonado en los moldeados in situ.

En el esquema siguiente se muestran los diferentes tipos de pilotes:

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2. OBJETIVOS

Objetivo general:

1. Investigar en distintas fuentes de información acerca de los pilotes hormigonados “in situ” (pilotes barrenados sin entubación y pilotes barrenados con hormigonado por tubo central de la barrena).

2. Dar a conocer y poner en práctica todo lo que se ha consultado acerca de los pilotes barrenados.

Objetivos específicos:

1. Adquirir los conocimientos necesarios al momento de realizar los estudios y ejecución de cualquier proyecto en el que se utilice pilotes barrenados.

2. Comprender la importancia que adquieren las distintas obras civiles al momento de utilizar este tipo de pilotes “in situ”.

3. Tener los suficientes elementos de juicio antes de ejecutar una obra en las que utilicemos este tipo de pilotes.

4. Actualización de manera continua en los diferentes métodos y tipos de construcción de obras civiles (en cuanto se refiera a la utilización de pilotes barrenados).

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3. DESARROLLO

PILOTES BARRENADOS SIN ENTUBACIÓN (PILOTE PERFORADO A ROTACIÓN)

Cuando el terreno se mantiene estable durante la perforación, el tipo más adecuado de pilote es el CPI-7, (pilote barrenado sin entubación) ya que puede realizarse con equipos de rotación de elevado rendimiento, en los distintos diámetros necesarios, lográndose una perfecta ejecución ya que siempre queda garantizado el correcto empotramiento, así como la colocación adecuada de las armaduras.

La ausencia de golpeos y sacudidas bruscas hace de este sistema, cuando las condiciones del terreno lo permiten, un procedimiento idóneo para realizar pilotes en las proximidades de construcciones precarias o en mal estado de conservación.

Ejecución de pilotes barrenados, sin entubación. CPI-7

La ejecución de este tipo de pilotes no se autorizará cuando el terreno sea inestable y tenga que realizarse la perforación bajo el nivel freático; es un tipo de pilote adecuado a los terrenos secos y coherentes.

La perforación se realiza mediante una barrena introducida en el terreno a rotación, con extracción del mismo.

Durante la excavación de las tierras las paredes no cuentan con ninguna entibación, por lo cual es esencial que la calidad de terreno garantice su permanencia. Todo el pilote deberá estar por encima del nivel freático.

Las fases de ejecución son:

1. Perforación y extracción de las tierras mediante barrenado.

2. Limpieza del fondo y las paredes de la excavación antes de la colocación de las armaduras y vertido del hormigón, al objeto de garantizar que no se produzcan desprendimiento de las paredes durante estos trabajos. El hormigonado se realizará en seco utilizando un tubo tremie y en forma continua.

El hormigón cumplirá las siguientes condiciones:

- Resistencia característica a compresión mínima a 28 días: 18 Mpa.- Asiento en cono de Abrams: 10 a 15 cm.

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Los diámetros normales de estos pilotes son del orden de 40 a 60 cm.

Las ventajas de este pilote son: rapidez de ejecución, economía y ausencia de golpes.

Los inconvenientes que presenta son: limitación de uso a los suelos coherentes perforables en seco, dificultad de limpieza de las perforaciones, riesgo de desprendimientos e imposibilidad de su uso con nivel freático alto.

PILOTES BARRENADOS CON HORMIGONADO POR EL TUBO CENTRAL DE LA BARRENA (Pilotes perforados con barrena

continua)

Como variante del sistema anterior (pilotes barrenados), pueden utilizarse en terrenos que no presentan estabilidad durante la perforación el pilote tipo CPI-8, en cuyo caso el hormigonado se realiza por el tubo central de la hélice.

En este tipo de pilote se utiliza una barrena de hélice continua que se introduce en el terreno sin extracción notable del mismo. Una vez alcanzada la profundidad requerida se procederá a la extracción de la barrena con las tierras alojadas en ella y el hormigonado por bombeo a través del tubo central de la misma.

El hormigonado se realizará en seco o baja agua, de forma continuada, y seguidamente se introducirá la armadura en el hormigón fresco.

El hormigonado a presión a través del cuerpo axial de la barrena permite, de forma controlada, la extracción de la misma, así como la expulsión de los detritus de la perforación del pilote, asegurando la continuidad del fuste hormigonado.

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Los diámetros normales de estos pilotes oscilan entre 40 y 60 cm.

Este sistema tiene las ventajas siguientes:

- Permite conocer en cada momento las características de las distintas capas del suelo, pudiendo extraer dichas capas para efectuar ensayos.

- La maquinaria es poco voluminosa y no produce vibraciones en el suelo ni en edificios colindantes.

- Posibilidad de su construcción en presencia de agua, ya que el hormigonado a presión a través de la barrena (al mismo tiempo que se efectúa la extracción de tierras) garantiza la continuidad del fuste.

- El hormigón se vibra al introducir la armadura recién vertido éste.

Presenta el inconveniente de que hay que separar la cara exterior del pilote unos 10 cm de las medianerías (por imposibilidad de aproximación de la maquinaria empleada).

PROCESO CONSTRUCTIVO

La metodología constructiva consiste en la introducción en el terreno de una barrena de diámetro, el nominal del pilote a realizar, hasta la profundidad determinada en fase de diseño.

A continuación se detallan las fases de ejecución necesarias:

Trabajos previos:

Estos trabajos incluyen la preparación de la plataforma de trabajo y el replanteo de los ejes de los pilotes. La plataforma de trabajo debe ser horizontal, estable y de las dimensiones suficientes para permitir el normal movimiento de los equipos tanto para la perforación, como para la colocación de armaduras y el hormigonado. Si el terreno no fuera suficientemente firme o susceptible de perder su estabilidad, será necesario preparar una base de al menos 50 cm de espesor de gravas o machaca compactada adecuadamente para permitir el correcto desarrollo de los trabajos. El replanteo se efectuará a eje de pilote, señalizado de forma que no pueda ser alterado con el movimiento de los equipos. Normalmente la señalización se realiza mediante la hinca de una varilla de acero de aproximadamente 40 cm de longitud, enterrada en su totalidad y con un alambre en cabeza sobresaliendo del terreno. Además se puede marcar con una señal de yeso o spray para facilitar su reconocimiento. En el caso de ejecutarse una cortina de pilotes es imprescindible la construcción previa de un murete guía de hormigón o piezas de porespan de las dimensiones adecuadas para facilitar la alineación de la cortina.

Perforación:

La perforación de los pilotes se realizará empleando los útiles apropiados de acuerdo con las características del terreno a perforar. Durante la misma, además de tomarse las precauciones necesarias para evitar desprendimientos en las paredes, se controlará visualmente el terreno extraído en la perforación, especialmente el correspondiente al del empotramiento fijado en proyecto. Si la perforación de un pilote encuentra un obstáculo impenetrable no previsto antes de alcanzar la profundidad de proyecto, se informará al proyectista que deberá aprobar las actuaciones adicionales para continuar el trabajo.

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Hormigonado:

Una vez alcanzada la profundidad máxima se procede a la inyección a presión del hormigonado a través de una tubería situada en el eje de la barrena, cuya salida está al final de la barrena protegida con una obturación perdida. La inyección de hormigón se iniciará sin mover la barrena hasta que el circuito de hormigón alcance una cierta presión, para garantizar, de esta forma, que el hormigón desplaza al terreno barrenado en la parte inferior de la perforación, procediendo a continuación, a la subida de la barrena a una velocidad tal que garantice que el hormigón siempre sustituye el terreno desplazado. El hormigonado se realizará de modo continuo, de manera que al colocar el hormigón en el fondo, tanto el agua como los detritus que se desprendan se desplacen hacia arriba. El hormigonado se prolongará hasta que la cabeza del pilote quede a una cota nunca por debajo de la plataforma de trabajo, y se demolerá posteriormente este exceso por estar constituido por lechada lavada que refluye por encima del hormigón colocado.

Colocación de armaduras:

La jaula de armaduras se introducirá en el hormigón vertido, cuidando que éste haya rebosado lo suficiente para evitar la contaminación del pilote en el proceso de colocación. La armadura, centrada y bien sujeta, se introducirá mediante movimientos de vaivén hasta la cota deseada.

MAQUINARIA A UTILIZAR

La maquinaria a utilizar se está compuesta básicamente por tres elementos:

- Equipo de rotación “in situ” con cabezal pasante.- Bomba de hormigonar autónoma.- Herramientas de perforación (barrenas y cabezales).

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PERSONAL

El equipo humano estará formado por un maquinista que hará las funciones de jefe de equipo, junto con un responsable del bombeo y un ayudante.

MATERIALES

Hormigón:

La resistencia característica así como el ambiente considerado serán los indicados en proyecto. El tamaño máximo de árido será de 12 mm y la consistencia será de 20 a 24 (cono de Abrams), esta medida de la consistencia debe de mantenerse durante todo el proceso de la realización del pilote, considerándose el tiempo de espera en camión y la duración de la perforación y hormigonado con la finalidad de garantizar un correcto bombeo del hormigón así como la colocación de la armadura mediante la inca en fresco.

Este último aspecto es especialmente crítico en el caso de utilización de aditivos químicos para conseguir estas características de manejabilidad ya que muchos de ellos consiguen una manejabilidad adecuada del hormigón pero durante un periodo de tiempo reducido.

Recomendaciones para la dosificación del hormigón:

- Contenido de cemento igual o mayor a 425 kg/m3.- Contenido de partículas de tamaño inferior a 0,63 mm igual o mayor a 500 Kg/m3.- Contenido de arena mayor del 40% del total de árido.- Tamaño máximo de árido 12 mm.- La relación agua/cemento será la adecuada para la puesta en obra respetando las

prescripciones sobre durabilidad indicadas en la normativa ASTM, esta relación deberá aprobarse explícitamente por la Dirección facultativa de la obra.

- La manejabilidad del hormigón debe de mantenerse en el tiempo de forma que se mantenga ésta durante el proceso de realización del pilote.

Acero:

La armadura a utilizar debe de ser lo suficientemente rígida como para soportar el proceso de hincado de ésta en el hormigón fresco, siendo muy recomendable la utilización de armaduras electrosoldadas así como refuerzos en los estribos superiores para que no se genere una apertura de la armadura en la fase de empuje.

La longitud y características de la armadura dependerán del diámetro del pilote, siendo habituales las siguientes:

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En el caso de precisarse armaduras de mayor longitud, por condicionantes de proyecto, éstas deberán estar especialmente reforzadas para conseguir una buena rigidización, para lo cual será necesario que las barras longitudinales sean como mínimo de diámetro 16 mm y que se coloquen estribos rigidizadores de diámetro mínimo 12 mm cada 50 cm., así como un refuerzo importante en la último estribo, ya que, contra éste actúa el empujador. Se evitará la existencia de solapes de armadura, si fuera imprescindible el solape se materializaría de forma que esté lo más cerca posible de la punta del pilote reforzando especialmente la zona de solape con estribos rigidizadores.

CONTROL DE CALIDAD

Cada uno de los pilotes deberá estar numerado y adecuadamente referenciado, debiéndose reflejar individualmente los siguientes datos:

- Fecha de realización- Jefe de equipo- Diámetro- Referencia (numeración)- Cota de inicio y final de perforación- Longitud del pilote- Estimación de la cantidad de hormigón inyectada- Cota de inicio y final de la armadura- Observaciones e incidencias en fase de perforación y de hormigonado.

El hormigón deberá estar sometido a los controles determinados por la ASTM, siendo recomendable incrementar el nivel de control de la consistencia, así como la evolución de dicha consistencia con el tiempo.

El acero deberá cumplir los requisitos de control determinados en la ASTM.

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4. CONCLUSIONES

1. La construcción de estas cimentaciones requiere, normalmente la utilización de considerables medios auxiliares (máquinas de hinca, perforadoras, grúas para la colocación de las armaduras, equipos de hormigonado, etc.) que deben estudiarse y elegirse adecuadamente para llegar a una solución optima desde el punto de vista económico.

2 . En cuanto a la selección del tipo de pilote más adecuado juega un papel muy

importante las condiciones que impone el suelo.

PILOTES BARRENADOS SIN ENTUBACIÓN:

1. Los pilotes barrenados sin entubación no se autorizará cuando el terreno sea inestable y tenga que realizarse la perforación bajo el nivel freático; es un tipo de pilote adecuado a los terrenos secos y coherentes.

2. Durante la excavación de las tierras las paredes no cuentan con ninguna entibación, por lo cual es esencial que la calidad de terreno garantice su permanencia. Todo el pilote deberá estar por encima del nivel freático.

3. Las ventajas de este pilote son: rapidez de ejecución, economía y ausencia de golpes.4. Los inconvenientes que presenta son: limitación de uso a los suelos coherentes

perforables en seco, dificultad de limpieza de las perforaciones, riesgo de desprendimientos e imposibilidad de su uso con nivel freático alto.

PILOTES BARRENADOS CON HORMIGONADO POR EL TUBO CENTRAL DE LA BARRENA:

1. Permite conocer en cada momento las características de las distintas capas del suelo, pudiendo extraer dichas capas para efectuar ensayos.

2. La maquinaria es poco voluminosa y no produce vibraciones en el suelo ni en edificios colindantes.

3. Posibilidad de su construcción en presencia de agua, ya que el hormigonado a presión a través de la barrena (al mismo tiempo que se efectúa la extracción de tierras) garantiza la continuidad del fuste.

4. El hormigón se vibra al introducir la armadura recién vertido éste.

5. BIBLIOGRAFÍA

1. http://books.google.com.ec/books? id=FaWODP07g1kC&pg=PA201&lpg=PA201&dq=pilotes+barrenados+sin+entubaci%C3%B3n&source=bl&ots=tHoLQRcvTh&sig=a7UbTcsqNWslJRJIdQq7SDuLgh0&hl=es&sa=X&ei=w_F5ULvfBoa-8AS1t4CYDw&ved=0CE4Q6AEwCA#v=onepage&q=pilotes%20barrenados%20sin%20entubaci%C3%B3n&f=false

2. http://www.tepsl.es/pilot.php

3. http://www.ifc-es.com/docs/doc478f24ac5534c7.78276172.pdf