jueves, 29 de noviembre de 2012

Elección del Tipo de Pilote.

La elección final del tipo de pilote para una obra la dictan las condiciones del subsuelo, las características de hincado de los pilotes, 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 ejempio, el costo de doce pilotes de madera con 18 toneladas de capacidad cada uno, puede ser menor que el de cuatro pilotes de concreto 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 concreta.

lunes, 26 de noviembre de 2012

Grupos de Pilotes - Comportamiento con Cargas Verticales.

En el desarrollo anterior solamente se ha tratado el comportamiento de los pilotes individuales. Sin embargo, los pilotes casi nunca se usan así, sino combinados, formando grupos o conjuntos. Los cambios en las condiciones de esfuerzo, así como las alteraciones en la consistencia y compacidad relativa, asociados al hincado de los pilotes anteriores puede tener una influencia apreciable sobre el comportamiento del resto de los pilotes, no sólo durante el hincado, sino también durante el tiempo en que están sosteniendo las cargas a que se sujeten. El comportamiento de un grupo de pilotes puede no estar relacionado directamente al de los pilotes aislados, sujetos a la misma carga por pilote en el mismo depósito.

De particular importancia son las contribuciones relativas de la fricción lateral y de la punta, para la capacidad total de un solo pilote que llega a un estrato firme, en comparación con las contribuciones correspondientes en un grupo de pilotes que llegue al mismo estrato. Cuando se carga un sólo pilote, como en una prueba de carga, una gran parte de su apoyo puede deberlo al suelo que está a lo largo de su fuste, por fricción lateral, aunque el suelo sea relativamente débil y compresible. Si el mismo pilote tiene muchos vecinos, a los que el suelo que lo rodea proporciona apoyo, el esfuerzo acumulado en todo el bloque de suelo en que está encajado el grupo puede tender gradualmente a comprimir el suelo y, por lo tanto, permitir que los pilotes se hundan, cuando menos ligeramente, con lo que una porción mayor de la carga se transmite directamente de los pilotes al estrato firme. En los grupos grandes, la mayor parte de la carga puede, tarde o temprano, quedar apoyada en la punta, cualquiera que sea la magnitud de la fricción lateral, que haya podido desarrollarse a elevaciones mayores alrededor de un solo pilote en una prueba de carga.

Bajo otras condiciones del subsuelo, surgen otras diferencias entre la acción de los pilotes aislados y los grupos de los mismos o la cimentación completa. Estas diferencias se estudian en la parte C en conexión con las cimentaciones en diferentes tipos de suelos.

jueves, 22 de noviembre de 2012

Pruebas de carga en los Pilotes

Las diversas variables que influyen en el comportamiento de un pilote bajo carga y la naturaleza compleja de los fenómenos envueltos, han llevado a la técnica de efectuar pruebas de carga en uno o más pilotes en el lugar de las obras importantes Los pilotes de prueba, deben ser preferentemente del mismo tipo, e hincados con el mismo equipo, y con los mismos requisitos que se pretenden establecer en la obra. En alguno’ casos, se investigan algunas alternativas que permitan refinar el proyecto.

Todos los detalles pertinentes del equipo y del procedimiento se registran durante el hincado del pilote de prueba, incluyendo los golpes para una penetración dada, preferentemente en toda la longitud de hincado.

Cualquier interrupción en el hincado, como por descompostura del equipo o para empalmar el pilote, debe anotarse.

La carga se aplica usualmente en incrementos por medio de un gato hidráulico apoyado contra un peso muerto o contra un yugo sujetado a un par de pilotes de anclaje, fig. 12.7. A cada incremento, se observa el hundimiento de la cabeza del pilote en función del tiempo, hasta que la rapidez del hundimiento sea muy pequeña. Se aplica luego otro incremento. Al aproximarse a la capacidad de carga, el tamaño de los incrementos se disminuye, con objeto de poder apreciar más precisamente cuando se llega a la capacidad de carga del pilote. Se mide la altura de la cabeza del pilote cuando se quita la carga.

En la fig. 12.8, se muestran los resultados de una prueba de carga típica, en la que la carga total se dibuja en función del hundimiento de la cabeza del pilote. La curva a representa un pilote que se deslizó o hundió súbitamente, cuando la carga alcanzó un valor definido llamado carga última o capacidad del pilote. Por otra parte, las curvas b y c no muestran quiebres bien definidos; en consecuencia, la determinación de la carga máxima del pilote es en cierto grado cuestión de interpretación. Un procedimiento razonable (Davisson, 1972) que considera las variables importantes se ilustra en la figura. La deformación elástica del pilote se calcula por medio de la ex presión PL/AE, y se dibuja en el diagrama de carga-asentamiento como línea 00’; para la mejor interpretación, las escalas del diagrama deben elegirse de manera que la pendiente de 00’ sea aproximadamente de 20°. La línea auxiliar CC’ se dibuja paralela a 00’, con una intersección en el eje de los asentamientos igual a (0.381 + 0.833 d) cm, en la que d es el diámetro del pilote en m La intersección es una medida del asentamiento en la punta, necesario para que adquiera la capacidad. La carga última se define como aquélla en la que la línea CC’. corta a la curva carga- asentamiento. Este criterio es aplicable a los registros de carga-asentamiento obtenidos de pruebas en las que cada incremento de carga se sostiene durante periodos que no excedan de 1 hr. Sin embargo, los registros de carga-asentamiento basados en periodos de espera de 24 hr o más largos resultan demasiado conservadores, pues dan tiempo a que se desarrollen efectos de creep o asentamientos por consolidación, que pueden llegar a ser porciones importantes del total.

Los procedimientos detallados para efectuar pruebas de carga y para deducir de ellas las capacidades últimas o las cargas de trabajo, han sido estandarizados por varias organizaciones (ASTM D-1 143) y se han incorporado a varios reglamentos de construcción. Algunos de los procedimientos son bastante elaborados. El costo de una prueba de carga depende en gran parte de su duración, especialmente si el trabajo se retrasa mientras se esperan los resultados. Las especificaciones en que se requiere se mantenga la carga final (que usualmente es igual al doble de la carga de proyecto) durante varios días, rara vez se justifican. En la mayor parte de los casos, el funcionamiento bajo el doble de la carga de proyecto en 24 hr o más, puede juzgarse aplicando 2.25 veces la carga de proyecto durante 1 hora.

Una prueba de carga puede proporcionar datos con respecto a las características carga-asentamiento y de capacidad de un pilote, solamente en el tiempo y bajo las condiciones de la prueba. Numerosos factores pueden conducir a un comportamiento diferente de un pilote semejante, cuando esté colocado debajo de una estructura real. Este tema se tratará en el siguiente subtítulo y, con más detalles, en la Parte C. Además de la información que una prueba de carga proporciona con respecto a la validez de las suposiciones hechas en el proyecto, también proporciona una coma probación útil y frecuentemente necesaria sobre la bondad del equipo y de los procedimientos que se usan en el campo durante la construcción.


Figura 12.7 Instalación para hacer una prueba de carga sobre  un pilote, usando pilotes de anclaje.
 
 
Fig. 12.8 Resultados típicos de pruebas de carga en a) pilote de fricción b) pilote de punta c) pilote mixto.
 

lunes, 19 de noviembre de 2012

Pilotes Individuales - Comportamiento de los Pilotes con Cargas Verticales.

Los pilotes se clasifican comúnmente en pilotes de punta y de fricción. Los pilotes de punta obtienen casi toda su capacidad de carga de la roca o suelo que está cerca de la punta, y muy poca del suelo que rodea su fuste. Por otra parte, un pilote de fricción adquiere su capacidad de carga principalmente del suelo que lo rodea, por la resistencia al corte que se desarrolla entre el suelo y el pilote. El suelo que está cerca del extremo inferior del pilote soporta un porcentaje muy pequeño de la carga.

En contraste con las condiciones relativamente sencillas de apoyo que implica la clasificación de los pilotes en estas dos categorías, la manera en que realmente estan apoyados no es tan sencilla. Por ejemplo, en muchos casos que presenta la naturaleza, la rigidez o compacidad relativa del subsuelo, aumenta en general con la profundidad. Los pilotes pueden hincarse a través de las capas blandas superiores y a través de los mantos progresivamente más duros hasta alcanzar la capacidad necesaria. Estos pilotes obtienen una parte apreciable de su apoyo del material que los rodea, especialmente en la porción inferior de su longitud, pero también pueden obtener un apoyo considerable, de la capacidad de carga en su punta.

Una de las decisiones técnicas más importantes en conexión con cualquier trabajo en el que vayan a usarse pilotes, es la elección del tipo más apropiado para las circunstancias particulares de cada caso. Intervienen muchos factores para llegar a la decisión final, incluyendo el comportamiento durante el hincado. Por lo tanto, parece improbable que puedan formularse reglas definidas sencillas que proporcionen una guía segura al ingeniero inexperto. Sin embargo, poseer un concepto claro de la manera en que los pilotes de las diferentes características transmiten su carga al suelo bajo condiciones de trabajo, es una valiosa adquisición que puede servir de base para el desarrollo de un buen criterio a medida que el ingeniero acumula la experiencia.

A los pilotes de punta rodeados de suelo, algunas veces se les considera erróneamente como columnas libremente apoyadas sin que el suelo que las rodea les dé apoyo lateral. Sin embargo, tanto la experiencia como la teoría han demostrado ampliamente que no existe peligro de flexión trasversal en un pilote de punta, de las dimensiones convencionales, cargado axialmente por soporte lateral inadecuado, aunque esté rodeado por los suelos más blandos. Por lo tanto, los esfuerzos en esos pilotes, bajo las cargas de trabajo, pueden tomarse como las de los materiales de que están hechos cuando se sujetan a compresión directa. En los pilotes cuya sección disminuye con la profundidad, la sección crítica está en la punta. Los esfuerzos de trabajo en el concreto colado en el lugar, no deben exceder de 0.25 a 0.33 fc’ siendo fc’ la resistencia a la compresión simple del concreto a los 28 días, medida en cilindros. La parte inferior del intervalo de valores debe usarse en los pilotes en los cuales el colado del concreto sea difícil; es decir, cuando la punta sea de diámetro pequeño, las paredes laterales del forro contengan irregularidades, se requiera refuerzo, o el pilote sea inclinado. En los pilotes preesforzados debe dejarse un margen para la cantidad de preesfuerzo. Los esfuerzos de trabajo en las puntas de los pilotes de acero se limitan ordinariamente a 900 kg/cm2.

Para tener la seguridad de obtener la resistencia necesaria en el Concreto de los pilotes colados en el lugar, debe controlarse el revenimiento entre los limites de 7.5 y 15 cm o más. Para los tubos lisos hincados verticalmente, es conveniente un revenimiento de 9 cm; por otra parte, en un pilote inclinado, o en un pilote vertical con forro corrugado o con refuerzo, el revenimiento debe ser de 15 cm cuando menos.

Una vez que se ha satisfecho el requisito de que el material de la punta no se sujete a esfuerzos excesivos, la capacidad de un pilote de punta, depende completamente de la capacidad del material sobre el cual la punta encuentra apoyo y del grado en que la punta tenga un asiento satisfactorio sobre o dentro del material resistente. Si el estrato resistente no es extremadamente rígido, como lo seria una roca sana o una toba firmemente cementada, sino en contraste, se trata de un depósito de gran espesor, pero no demasiado resistente, es conveniente considerar dos tipos de pilotes. Un pilote con punta de pequeño diámetro, pero de un tipo capaz de transmitir los esfuerzos de hincado a la punta sin excesiva pérdida de energía, es probable que penetre mucho en el estrato firme, y desarrolle una alta capacidad combinando el apoyo directo de la punta con una fricción intensa en la zona embebida. La contribución de la fricción se aumentaría mucho, si la parte inferior del pilote tuviera una conicidad uniforme.

La otra alternativa, si el estrato de apoyo no es excepcionalmente firme, es un pilote con una punta muy grande. La punta puede ser una placa o de concreto precolado, o bien tener la forma de una ampliación o pedestal, hecho inyectando concreto fresco en el suelo blando que quede directamente arriba del estrato de apoyo. La capacidad de tal pilote no puede aumentarse por ningún efecto de cuña, porque la penetración del pilote en el estrato resistente, está gobernada enteramen te por la capacidad y compresibilidad del suelo sobre el cual se apoya el propio pilote. Los pilotes de punta acampanada son más útiles en los materiales granulares sueltos; son también adecuados, si el estrato resistente es muy firme pero tan delgado que los pilotes de pequeño diámetro pueden atravesarlo.

El término pilote de fricción es algo incorrecto, ya que implica que las fuerzas de corte entre el pilote y el suelo, provienen necesariamente del rozamiento; pueden provenir también de la adherencia. En cualquier caso, la capacidad de los pilotes de fricción depende de las características del material que rodea al pilote.

Por lo tanto, como regla general, la resistencia estructural de un pilote de fricción cargado axialmente no gobierna su proyecto. Si un pilote de fricción tiene lados paralelos, la carga se transmite del pilote al suelo exclusivamente por corte. Si el pilote tiene conicidad, una porción de la carga se transmite por apoyo directo, pero todavía la mayor parte se transmite por corte. Si los pilotes se hincan en arcilla blanda, la fuerza cortante proviene principalmente de adherencia, y la diferencia de capacidad de carga entre los pilotes de costados paralelos y los cónicos es relativamente pequeña. Sin embargo, en los suelos que tienen una resistencia friccionante apreciable, como las arenas, limos y arcillas que contengan aire, el efecto de cuña de un pilote cónico, aumenta la presión lateral y aumenta la resistencia esfuerzo al cortante correspondientemente. Por lo tanto, un pilote cónico puede ser ventajoso en esas circunstancias. Por ejemplo, las cargas ligeras pueden ser soportadas eficientemente en pilotes de madera cortos en arena suelta.

El estudio anterior sirve de base para comprender de manera general, la forma en que los pilotes individuales soportan sus cargas y da alguna indicación con respecto a los tipos más adecuados de pilotes para condiciones específicas.

viernes, 16 de noviembre de 2012

Pilotes: Perforación previa al hincado.

Cuando se hincan los pilotes a través de arcilla plástica saturada, desalojan un volumen de suelo que puede ser igual al de los pilotes. Este desalojamiento usualmente produce una elevación del terreno que puede levantar las estructuras adyacentes o los pilotes ya hincados. Si la capacidad de carga de los pilotes depende de que éstos se apoyen en un manto firme debajo de la arcilla plástica, la elevación puede producir mermas en la capacidad de carga; en muchos casos, pueden rehincarse los pilotes que se han levantado para darles un apoyo firme.

El desplazamiento de material puede producir no s6lo elevaciones del terreno, sino también movimientos laterales perjudiciales, especialmente si hay excavaciones adyacentes con profundidades mayores a aquéllas en que se hincan los pilotes. Si los pilotes son del tipo compuesto, de elevación puede producir separación en las uniones.

Cuando hay la posibilidad de que los desalojamientos sean perjudiciales, éstos pueden reducirse bastante quitando parte del suelo en el espacio que va a ocupar cada pilote. Esto se hace perforando previamente con una herramienta cortadora o con una máquina rotatoria combinada con chiflones de agua que transforman la arcilla en la que va a hincarse el pilote, en un lodo espeso. A estos procedimientos se les llama de perforación previa.

lunes, 12 de noviembre de 2012

Pilotes: 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 con chiflones. En este procedimiento, se descarga un chorro de agua cerca de la punta o a los costados del pilote con un tubo de 5 a 7.5 cm de diámetro. La bomba para los chiflones debe ser capaz de descargar 1890 it/mm, a una presión de 10 a 15 kg/cm2. El agua afloja la arena y la hace movediza, de manera que el pilote puede fácilmente atravesarla.

El uso de barrenas rotatorias, con equipo especialmente adaptado, es útil para penetrar en semejantes depósitos as como en suelos firmes o duros 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 introducir los pilotes. El uso de chiflones y barrenas son técnicas relativamente comunes mientras que e] de la pulseta es más raro.

jueves, 8 de noviembre de 2012

Pilotes: 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 número de golpes necesarios para la penetración en los últimos dos o tres centímetros. Para los pilotes de madera hincados con martinetes de vapor que aplican una energía del orden de 2000 kg-m, este número final de golpes, no debe ser mayor de 3 o 4, para reducir el peligro de romper o de astillar los pilotes. Además, es probable que el daño sea menor si se hincan con un martinete diesel, aun con la misma energía. Comúnmente, se especifican resistencias de 6 a 8 golpes en los últimos 2 o 3 cm para los pilotes de concreto y acero. El especificar más de 10 golpes usualmente es un requisito excesivo.

domingo, 4 de noviembre de 2012

Piloteadoras vibratorias.

Los pilotes también se hincan valiéndose de generadores de fuerza que consisten en un peso estático y en un par de pesos excéntricos que giran en sentido contrario (fig. 12.6), dispuestos de manera que las componentes horizontales de la fuerza centrífuga se anulen entre si, mientras que las componentes verticales son aditivas. La parte vibratoria de la máquina 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.

Figura 12.6 Croquis de una piloteadora vibratoria.


Las piloteadoras vibratorias difieren entre sí en el tipo de fuerza motriz y en la frecuencia de la fuerza pulsante. Las piloteadoras de baja frecuencia funcionan ordinariamente a una frecuencia constante en el intervalo de 10 a 30 Hz. Si la frecuencia puede hacerse igual a la frecuencia natural del sistema formado por el pilote, la piloteadora, y el suelo, al aparato se le llama piloteadora resonante. Por lo tanto, la frecuencia de una piloteadora resonante debe ser ajustable. La frecuencia resonante queda a menudo dentro del intervalo de 50 a 150 Hz. Cuando el sistema está en resonancia, el pilote sufre desalojamientos energéticos hacia arriba y hacia abajo, limitados solamente por el amortiguamiento que proporciona el suelo vecino. En estas condiciones, casi todo el peso hacia abajo de la piloteadora y del pilote resultan efectivos para hacer que la punta del pilote penetre en el material inferior. La penetraci&n puede ser muy rápida, a menos que la resistencia a la penetracion de la punta, exceda al peso del conjunto hincador. Debido a que el tirón de la grúa (fig. 12.6) puede superar los pesos del equipo y a que, por supuesto, no existe resistencia de punta, las piloteadoras vibratorias son extractores muy efectivos.