jueves, 27 de diciembre de 2012

Comportamiento de Grupos de Pilotes.

Anteriormente se ha tratado el comportamiento de los pilotes individuales. Sin embargo, los pilotes casi nunca se usan así, sino coma binados, 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.

viernes, 21 de diciembre de 2012

Utilización de Pilotes de Acero.

Pilotes de acero. Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de concreto después de hincados, y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes, o elevadas cargas de trabajo por pilote.

Los pilotes de perfiles de acero en H penetran en el terreno más fácilmente que otros tipos, en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia, se usan frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil, y especialmente si el material superior contiene obstrucciones o gravas gruesas, es probable que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o se doblen. Pueden producirse pocos defectos serios si pueden notarse los síntomas durante el hincado. Cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos daños, las puntas de los pilotes deben reforzarse con medidas tales como la mostrada en la fig. 12.4a. Además, como los pilotes en H sólo se dañan si los esfuerzos de hincado son excesivos, debe darse atención especial al análisis de los esfuerzos dinámicos realizados por medio de la ecuación de la onda. Utilizando estos análisis puede elegirse el martillo, el amortiguador, y el pilote, de manera que formen un sistema compatible en el que, y con la adecuada supervisión de campo, los esfuerzos de hincado puedan mantenerse menores que los que causen daño.

El diámetro de los pilotes de tubo varia usualmente de 25 a 75 cm. El espesor de las paredes rara vez es inferior a 2.5 mm, y usualmente, se hincan tubos con espesores hasta de 4.5 mm con mandril. Si el espesor de las paredes excede de 2.5 a S.2 mm, puede considerarse que el acero participa con el concreto en el soporte de las cargas estructurales. Si los pilotes se hincan con el extremo abierto, deben limpiarse antes de llenarlos de concreto. Ordinariamente, están cerrados en el extremo inferior, casi siempre con una placa, como se muestra en la fig. 12.4b. Los cierres más elaborados, como las puntas cónicas, rara vez presentan ventajas importantes. En unos cuantos suelos, como las arcillas plásticas firmes, debe quitarse la parte volada de la placa. Como los pilotes de tubo pueden revisarse después de hincados, se identifican los pilotes dañados, y, si no es posible repararlos, pueden rechazarse.

Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. El deterioro es usualmente insignificante, si todo el pilote está enterrado en una formación natural, pero puede ser intenso en algunos rellenos debido al oxígeno atrapado. Si los pilotes se prolongan hasta el nivel del terreno, o más arriba del mismo, las zonas inmediatas, arriba y abajo del nivel del suelo son especialmente vulnerables. Además, puede esperarse un ataque intenso entre los niveles de las mareas del agua del mar, y arriba de la alta marea ‘ donde el pilote queda sujeto al ataque de sales. Posiblemente sea necesario consultar especialistas para determinar la posibilidad de daño y para elegir métodos de defensa apropiados. Los recubrimientos epóxicos son efectivos y no se dañan con facilidad con el hincado. Asimismo, una buena protección es recubrir las zonas vulnerables con concreto.



Las especificaciones incluyen usualmente tolerancias sobre la verticalidad y lo recto de los pilotes hincados, pero como cosa práctica, la inspección para juzgar si se ha cumplido con ellas, sólo es posible si los pilotes son huecos. Por lo tanto, los pilotes de tubo y los de acero hincados con mandril pueden inspeccionarse, pero los pilotes de madera, los de sección en H, y la mayor parte de los pilotes de concreto precolados no pueden. No existen evidencias de que una desviación de la verticalidad de 5 o 10 por ciento de la longitud del pilote sea dañina, ni de que una considerable curvatura libre de dobleces bruscos sea perjudicial, aun en suelo blando, si la punta del pilote queda dentro de los límites establecidos para la verticalidad. Como muchos pilotes que no pueden inspeccionarse, indudablemente se han desviado mucho de su posición teórica y sin embargo se han aceptado, es irrazonable imponer penas por restricciones demasiado severas para los pilotes que es posible examinar.

Figura 12.4 a) Refuerzo para la punta de pilote H b) Placa para cerrar la punta de un pilote de tubo.

lunes, 17 de diciembre de 2012

Pilotes de Concreto: Categorías Principales.

Poco después de 1900, se idearon varios tipos de pilotes de concreto. Desde entonces, han aparecido numerosas variantes, y en la actualidad se dispone de una gran variedad de pilotes entre los cuales el ingeniero puede elegir el que mejor se adapte a una obra determinada. Los pilotes de concreto pueden dividirse en dos categorías principales, colados en el lugar y precolados. Los colados en el lugar pueden subdividirse en pilotes con y sin ademe.

El concreto de un pilote con ademe se cuela dentro de un molde, que usualmente consiste en un forro de metal o tubo delgado que se deja en el terreno. El forro puede ser tan delgado que su resistencia se desprecia al valuar la capacidad estructural del pilote, pero, sin embargo, debe tener la resistencia suficiente para que no sufra colapso bajo la prtsión del terreno que lo rodea antes de que se llene con concreto. Los forros muy delgados y los tubos no pueden hincarse sin estar soportados en el interior por un mandril, que en sí es una fuente de gastos y, cuando menos a veces ocasiona dificultades de construcción. De los diferentes tipos de pilotes de concreto hincados con mandril que se usan en Norte América, tres se ilustran en las figs. 12.2a a 12.2c. El pilote mostrado en la fig. 12.2d es una modificación de un pilote sin ademe y se describe en el parrafo siguiente. El forro mostrado en la fig. 12.2e es lo suficientemente grueso como para permitir que el pilote se hinque sin mandril.

La supresión del ademe o forro reduce el costo de los materiales que se utilizan en el pilote; por lo tanto, hay incentivos económicos en el desarrollo de pilotes sin ademe. Varios de los primeros tipos se formaron hincando un tubo abierto en el terreno, limpiándolo, y llenando la per foración de concreto al ir sacando el tubo. Estos pilotes, frecuentemente tenían imperfecciones y aun discontinuidades, y actualmente se emplean medios mis convenientes para asegurar la continuidad del concreto. Por ejemplo, al formar el pilote sin ademe tipo Franki (fig. 12.2f), se deja caer directamente un martinete de gravedad en una masa de concreto en la parte inferior del tubo de hincado; el rozamiento entre el concreto y el tubo, hinca el tubo en el terreno. Cuando se ha alcanzado la profundidad necesaria, se levanta ligeramente el tubo de hincado y se sostiene para que no penetre más al alimentar concreto, en tanto que el martillo sigue golpeando para que e] concreto penetre en el suelo y forme un pedestal. Luego se saca el tubo progresivamente mientras se inyectan cantidades adicionales de concreto, compactándolo para ir formando el fuste del pilote, que presenta una superficie exterior áspera donde queda en contacto con el suelo. La variante con ademe (fig. 12.2d) se forma de la misma manera hasta que se crea el pedestal. Luego, se inserta un forro de acero corrugado en el tubo para hincar, se coloca un tapón de concreto en el fondo del forro, sobre el pedestal, y se hinca para que arrastre al forro dentro de la parte superior del pedestal aun sin fraguar. Se saca el tubo para hincar y el resto del forro se llena de concreto.

La instalación de pilotes colándolos en perforaciones previas en vez de hincarlos, es semejante a la de las pilas y se trata en el cap. 13. Existen varios tipos hibridos, tales como los que se forman bombeando concreto a presión a través del vástago hueco de una barrena, con la cual se ha perforado, en tanto que la barrena se va extrayendo del suelo.

Al elegir entre la gran variedad de pilotes colados en el lugar, el ingeniero necesita tener un conocimiento detallado, sobre las caracteristicas y dimensiones de los pilotes disponibles, y una actitud escéptica hacia todas las operaciones realizadas en condiciones en las cuales no es posible hacer una inspección directa. Ese conocimiento puede obtenerse parcialmente de los propios contratistas de pilotes.

Los pilotes precolados de concreto se fabrican de muchas formas. Un tipo usado comúnmente para los caballetes de los puentes, y ocasionalmente en los edificios, se ilustra en la fig. 12.3a. Estos pilotes deben reforzarse para soportar el manejo hasta que están listos para hincarse, y deben estar reforzados para resistir los esfuerzos causados por el hincado, Si se ha  subestimado la longitud necesaria, resulta muy difícil prolongarlos. Si la longitud se ha sobrestimado, el cortarlos es caro. Por el contrario, los pilotes seccionales precolados (fig. 12.3b) pueden variar su longitud fácilmente.

Los pilotes precolados pueden ser también preesforzados. Con el preesforzado se trata de reducir las grietas producidas por tensión durante su manejo e hincado, y de proporcionar resistencia a los esfuerzos de flexión. Los pilotes preesforzados de una pieza tienen las mismas desventajas que los pilotes ordinarios, si sus longitudes se estiman mal. Los pilotes preesforzados seccionales (fig. 12.3c), obvian esta dificultad. Se han desarrollado pilotes huecos ciIndricos preesforzados de concreto centrifugado, con diámetros hasta de 1.5 m o más, y espesor de paredes de 10 a 15 cm, para elevadas capacidades; se usan bastante para pilas de puentes.

Como la mayor parte de las variantes de los pilotes de concreto pueden hincarse hasta alcanzar una alta resistencia sin daño, usualmente es posible asignarles mayores cargas admisibles que a los pilotes de madera (tabla 12.1). Bajo condiciones ordinarias no están sujetos a deterioro y pueden usarse arriba del nivel del agua freática. Elevadas concentraciones de sales de magnesio o de sulfato de sodio (más de 1000 ppm de SO3 en el agua de los poros) pueden producir deterioro y requerir precauciones especiales o la selección de un material diferente. Las sales en el agua de mar y la humedad marina, atacan el refuerzo en los pilotes a través de las grietas en el concreto; al forrnarse el óxido, el concreto se desconcha. La mejor protección contra ello es usar un concreto que sea denso y de alta calidad. El deterioro de los pilotes de Concreto preesforzado no es tan rápido, porque las grietas de tensión se reducen al mínimo.

FIGURA 12.2 Ejemplos de pilotes colados en el lugar a) Pilotes Raymond cónicos escalonados hincados con mandril b) Pilotes Armco de tubo de pared delgada, hincados con un Vástago con el extremo cerrado por una punta precolocada c) Pilotes tipo Cobi, cilíndricos, corrugados. de paredes delgadas, hincados con mandril que se aprieta contra el tubo por medio de aire comprimido d) Pilote ademado de Franki hincado por medio de un martinete de gravedad que cae en el concreto fresco que está dentro del ademe e) Pilote Union Metal Monotube que se hinca sin mandril f) Pilote Franki no ademado.


Figura 12.3 Ejemplo de Pilotes Precolocados.


Tabla 12.1 Variación Ordinaria de las Cargas de Trabajo en Pilotes Hincadosº

jueves, 13 de diciembre de 2012

Función de los Pilotes.

Cuando el suelo situado al nivel en que se desplantaila normalmente una zapata o una losa de cimentación, es demasiado débil o compresible para proporcionar un soporte adecuado, las cargas se transmiten a material más adecuado a mayor profundidad por medio de pilotes o pilas. La diferencia entre estos elementos es algo arbitraria. Los pilotes son miembros estructurales con un área de sección transversal pequeña, comparada con su longitud, y usualmente se instalan utilizando una piloteadora que tiene un martinete o un vibrador. A menudo se hincan en grupos o en filas, conteniendo cada uno suficientes pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro. Las pilas, por otra parte, tienen usualmente una sección transversal mayor, siendo cada una de ellas capaz de transmitir toda la carga de una sola columna al estrato de apoyo. Las pilas se tratan mas adelante.

Las columnas con poca carga pueden, en algunos casos, necesitar un solo pilote. Sin embargo, ya que en las condiciones del trabajo de campo, la posición real de un pilote puede quedar a varios centímetros de la posición proyectada, dificilmente pueden evitarse las cargas excéntricas. En consecuencia, las cabezas de los pilotes aislados usualmente se arriostran en dos direcciones por medio de contratrabes (fig. 121a). Si sólo se necesitan dos pilas, las cabezas se unen con un cabezal de concreto, siendo arriostradas solamente en una dirección, perpendicular a la línea que une los dos pilotes (fig. 12.1 b). Los grupos que contienen tres o más pilotes están provistos de cabezales de concreto reforzado, como se muestra en la fig. 12.1 c, y se consideran estables sin apoyarlos con contratrabes.

También pueden usarse pilotes verticales para resistir cargas laterales; por ejemplo, debajo de una alta chimenea sujeta al viento. Comparada con la capacidad axial, la capacidad lateral es usualmente pequeña. Cuando es necesario soportar grandes cargas laterales, pueden usarse pilotes inclinados (fig. 12. 1d). Las inclinaciones de 1 horizontal a 3 vertical representan aproximadamente la mayor inclinación que puede obtenerse con el equipo ordinario para hincado. La economía favorece usualmente las menores inclinaciones, aunque tenga que usarse un mayor número de pilotes.

Figura 12.1 a) Pilote individual soportado por contratrabes en dos direcciones. 
b) Grupo de dos pilotes apoyado en contratrabes en la dirección débil. 
c) Cabezal sin apoyo lateral para un grupo de tres pilotes 
d) Uso de pilotes inclinados para muros de contención.

lunes, 10 de diciembre de 2012

Pilas de Cimentacion - Métodos de Construcción.

Generalidades.
Los métodos para construir pilas se dividen en dos grupos principales. En uno, se excava un agujero hasta el nivel de desplante de la cimentación y se construye la pila dentro del mismo. Usualmente, los lados de la excavación deben ademarse y apuntalarse para evitar el derrumbamiento. Estas perforaciones se dicen ademadas o entibadas, lo que depende de que el ademe se forme con forros metálicos cilíndricos o sea de tableros o de tablestaca . Algunas veces, se estabiliza la perforación por medio de un líquido espeso en vez de ademe. Si la superficie del terreno está debajo del agua, la estructura que encierra el terreno que va a ocupar la pila se llama ataguía. Bajo la protección de la atagula se hace la excavacion hasta el nivel deseado y se construye la pila.

El otro método para construir pilas es utilizando cajones. Los cajones son cajas o cilindros que se hincan hasta su posición y constituyen la parte exterior de la pila de cimentación terminada. Para facilitar el hincado, el borde inferior del cajón está provisto de una cuchilla. El material que está dentro del cajón se extrae por dragado a través de la abertura en su extremo superior, o excavando a mano. El extremo inferior del cajón puede construirse formando una camara hermetica y llenarse con aire comprimido para expulsar el agua de un espacio en el que los obreros puedan trabajar. Este procedimiento se conoce con el nombre de método del aire comprimido y permite quitar los obstáculos que quedan debajo de la cuchilla y facilita la limpieza del fondo de la excavación. Sin embargo, es un riesgo para la salud de los trabajadores y debe evitarse cuando sea posible.

jueves, 6 de diciembre de 2012

Pilas de Cimentación: Definiciones.

Definiciones

En la ingeniería de cimentaciones el término pila tiene dos significados diferentes. De acuerdo con uno de sus usos, una pila es un miembro estructural subterráneo que tiene la función que cumple una zapata, es decir, transmitir la carga a un estrato capaz de soportarla, sin peligro de que falle ni de que sufra un asentamiento excesivo. Sin embargo, en contraste con una zapata, la relación de la profundidad de la cimentación al ancho de la base de las pilas es usualmente mayor que cuatro, mientras que para las zapatas, esta relación es comúnmente menor que la unidad.

De acuerdo con su segundo uso, una pila es el apoyo, generalmente de concreto o de mampostería para la superestructura de un puente. Usualmente, la pila sobresale de la superficie del terreno, y comúnmente se prolonga a través de una masa de agua hasta un nivel superior al de las aguas máximas. De acuerdo con esta definición, puede considerarse la pila en sí, como una estructura, que a su vez debe estar apoyada en una cimentación adecuada. Para evitar confusión, se usará el término de cuerpo de la pila para la parte que queda arriba de la cimentación. La base de ese cuerpo puede descansar directamente en un estrato firme, o puede estar apoyada en pilotes, o sobre  varias pilas de cimentación, como se definió en el párrafo anterior. Un cuerpo de pila, situado en el extremo de un puente y sujeto al empuje de la tierra, se denomina un estribo.

No existe una clara diferencia entre las pilas de cimentación y los pilotes. Los tubos de acero de gran diametro que se hincan con el extremo inferior abierto, que se limpian después y se llenan de concreto, pueden en realidad considerarse como pilas o como pilotes. Los mismos tubos pueden considerarse como ademes o como cajones o cilindros de cimentación. La terminologla a este respecto difiere mucho en las diferentes localidades.

lunes, 3 de diciembre de 2012

Cargas Laterales y Cargas hacia Arriba en las Cimentaciones de Pilotes.

Muchos tipos de estructuras apoyadas en pilotes están sujetas a cargas laterales aplicadas a una elevación considerablemente mayor que la de la base de la cimentación. Por lo tanto, la cimentación debe resistir no solamente fuerzas laterales sino también momento. Debajo de estructuras como muros de compuertas, muros de sostenimiento, y edificios ordinarios, las cargas hacia abajo en los pilotes, debidas al peso de la estructura son usualmente mayores que las cargas hcia arriba debidas al momento causado por las fuerzas laterales, y no se requiere ningún pilote para resistir la subpresión. Por otra parte, los pilotes situados del lado de sotavento de las torres altas de acero o depósitos para almacenar gas del tipo de pistón, puede considerarse que producen una reacción que contrarresta las fuerzas hacia arriba. Finalmente, puede requerirse que los pilotes resistan la subpresión debida a la flotación de tanques y estructuras semejantes, situadas abajo del nivel freático.

Cuando deben transmitirse cargas laterales sobre una estructura al subsuelo por una cimentación de pilotes, una de las principales decisiones que debe tomar el proyectista es de si deben instalarse o no, algunos pilotes inclinados. Esta decisión requiere una estimación de la capacidad de los pilotes verticales para soportar cargas horizontales. Si el suelo bajo de los cabezales de los pilotes es arena, cualquiera que sea su compacidad relativa, limo o arcilla que tenga un valor de N mayor que 5, es razonable permitir una carga horizontal en la cabeza de cada pilote hasta de 700 kg. En los suelos más compactos o firmes pueden resistirse mayores cargas, pero no debe tomarse la decisión de usar valores más altos sin hacer un estudio cuidadoso de las condiciones del subsuelo y de las necesidades estructurales.En algunas condiciones, puede haber una tendencia a que los suelos en que están embebidos los pilotes se muevan lateralmente bajo la influencia de fuerzas laterales diferentes de las que origina la superestructura. Por ejemplo, el suelo que rodea los pilotes puede estar involucrado en una falla de talud. Si tal tendencia existe, no puede contarse con que los pilotes verticales resistan el movimiento, sino que debe esperarse que se muevan juntos con el suelo que los rodea. Debe entonces atenderse a las causas de la inestabilidad lateral del suelo.

Cuando la carga horizontal por pilote excede de la que puede ser soportada unicamente por pilotes verticales, es necesario usar pilotes inclinac’os en combinación con los verticales. Son comunes los pilotes inclinados debajo de los muros de contención (fig. 12.ld), en las pilas de puentes, y en los estribos. Se usan también para proporcionar estabilidad lateral en las filas transversales de pilotes, llamadas caballetes, que constituyen los apoyos verticales para los puentes (fig. 12.1.). Si tanto los pilotes verticales como los inclinados, situados debajo de una estructura se apoyan por punta y si todos están hincados hasta el mismo estrato, se supone generalmente que la capacidad axial de cada uno de ellos es la misma. Entonces, se considera que la carga horizontal por pilote inclinado, es la componente horizontal de la carga axial. Si los pilotes son de fricción y de la misma longitud, usualmente se hace la misma suposición.

La resistencia de los pilotes a la subpresión depende de muchos factores, como el tipo, dimensiones, resistencia a la tensión de los pilotes y las condiciones del subsuelo. Es evidente que solamente la fricción lateral puede ser efectiva para resistir las cargas hacia arriba. En la Parte C se estudiará la resistencia a la subpresión para varias condiciones.

Figura 12.13 Uso de pilotes inclinados en el cabellete de un puente.