Pilotes ing jorge arzapalo cimentaciones profundas

Cimentaciones
Tema:
Pilotes
ING. JORGE LUIS ARZAPALO B.

Definición
Cuando comenzamos a realizar
las excavaciones para la ejecución
de una obra, podemos topar con
diversas dificultades para
encontrar el estrato resistente o
firme donde queremos cimentar.
En este proceso se nos presenta la
necesidad de apoyar una carga
aislada sobre un terreno no firme,
o difícilmente accesible por
métodos habituales.

Para solucionar estos tipos de
dificultades usamos los pilotes. Se
denomina pilote al elemento
constructivo de cimentación
profunda de tipo puntual utilizado
en obras, que permite transmitir las
cargas de la superestructura e
infraestructura a través de estratos
flojos e inconsistentes, hasta estratos
más profundos con la capacidad de
carga suficiente para soportarlas; o
bien, para repartir estas en un suelo
relativamente blando de tal manera
que atraviesen lo suficiente para que
permita soportar la estructura con
seguridad.
Definición

DEFINICIÓN:
Pilotes:
Es un elemento constructivo utilizado
para cimentación de obras, que
permite trasladar las cargas hasta un
estrato resistente del suelo, cuando
este se encuentre a una profundidad
tal que hace inviable, técnica o
económicamente, una cimentación
mas convencional mediante zapata o
losas. 4

DEFINICIÓN (cont.):
Las cimentaciones profundas se
emplean generalmente cuando los
estratos de suelo o de roca situados
inmediatamente debajo de la
estructura no son capaces de soportar
la carga.
Los pilotes trasmiten al terreno las cargas
que reciben de la estructura mediante
una combinación de rozamiento lateral
y resistencia a la penetración. 5

USO DE LOS PILOTES:
Los pilotes, generalmente son usados para
soportar cargas verticales y los pilotes
inclinados o cargados lateralmente, también
pueden soportar cargas horizontales, ejemplo:
muelles, muros de retención, puentes, etc..
|
6

MATERIALES:• Madera
1. Pilotes de madera sin tratar
2. Pilotes de madera tratados o
preservados
3. Pilotes de madera, con acero para
las puntas y empates
|
7

MATERIALES (cont.):
• Hormigón
Son elementos de hormigón, simple o
reforzado, vaciados ya sea dentro de un tubo
de un forro o camisa, hincado en el terreno, o
dentro de una perforación en el mismo
terreno.
8

MATERIALES (cont.):
• Acero
Los pilotes de acero pueden ser de
perfiles como H, W o de tubos. También son
usados de tubos de acero, rellenos por
concreto
9

FORMA:
• Con la base o punta ensanchada
• Sección transversal uniforme
• Forma cónica
• Tablestaca
• Pilote hueco
10

FORMA:
• Con la base o punta ensanchada.
11

FORMA:
• Sección transversal uniforme.
12

FORMA:
• Forma cónica
13

FORMA:
• Tablestaca
14
Son un tipo de pantalla, o estructura de contención
flexible, empleada habitualmente en ingeniería civil.
Están formadas por elementos prefabricados. Estos
elementos prefabricados suelen ser de acero, aunque
también las hay de hormigón,o vinilo, aluminio, entre
otros.
Los elementos prefabricados que componen las
tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración.
Aunque es muy raro, en ocasiones también se
introducen en el terreno por golpeo.

FORMA:
• Tablestaca
15

FORMA:
• Tablestaca (cont.)
16

FORMA:
• Tablestaca (cont.)
17

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS:
PILOTES DE DESPLAZAMIENTO
• Pilote con azuche.
1. Hincado de tubería hueca mediante golpeo
con maza o martillo hasta llegar al rechazo,
azuche en la punta de forma cónica.
2. Colocación de la armadura hasta el fondo
del pilote.
3. Hormigonado a la vez que extraemos la
tubería, hormigón de consistencia seca y
golpeo del tubo para que haga la
función de vibrado.
4. Demolición una longitud no menor de 1 m.
(descabezado del pilote). 18

PILOTES DE DESPLAZAMIENTO
• Pilote con azuche.
19

PILOTES DE DESPLAZAMIENTO (cont.)
• Pilote de tapón de grava.
1. Ejecución de tapón de gravas, arena y hormigón (de
consistencia 0) dentro de la entubación dispuesto
en capas pequeñas y fuertemente compactado.
2. Golpeo sobre el tapón para arrastrar la entubación
hasta la cota requerida.
3. Golpeo del tapón y extracción de la entubación
para desalojo del mismo, quedando como punta
del pilote un ensanche.
4. Colocación de la armadura dentro del la
entubación.
5. Extracción de la entubación a la vez que se va
vaciando el concreto.
20

PILOTES DE DESPLAZAMIENTO (cont.)
• Pilote de tapón de grava.
21

PILOTES DE EXTRACCIÓN
• Pilote mediante rotación en
seco.
1. Perforación mediante barrena
2. Colocación de la armadura
3. Hormigonado mediante tubo
Tremie
4. Pilote terminado
22

PILOTES DE EXTRACCIÓN (cont.)
• Pilotes de camisa recuperable.
1. Excavación con cazo o hélice
conteniendo las paredes de la
perforación con tubería.
2. Colocación de la armadura.
3. Hormigonado mediante tubo Tremie y
extracción simultánea de la
tubería de revestimiento.
4. Pilote terminado. 23

PILOTES DE EXTRACCIÓN (cont.)
• Pilotes de camisa recuperable.
24

HINCADO DE PILOTES
• Por método de golpeo.
• Por método de vibrado
25

FORMA DE TRABAJO:
Los pilotes se clasifican dependiendo de su
forma de trabajo.
26
Pilotes de punta
Los pilotes de punta son
aquellos que obtienen la
capacidad de carga del
estrato que se encuentra en
la punta del mismo. Es decir
transmiten la carga
directamente al estrato
donde se apoyan.

27
Pilotes de fricción, flotante
Transmite cargas a un cierto
espesor de suelo relativamente
blando mediante fricción
desarrollada sobre la
superficie lateral del pilote, a
lo largo de la longitud del
mismo. Es aplicable cuando,
dentro de profundidades
alcanzables, no se encuentran
estratos que provean soporte
significativo en la punta.
FORMA DE TRABAJO:

28
Pilotes de fricción,
compactación
Compacta suelos granulares
relativamente sueltos
incrementando su
compacidad y, en
consecuencia, su capacidad
de carga por fricción
(también, una parte
significativa por punta).
FORMA DE TRABAJO:

29
Pilotes de tensión
Su capacidad para resistir
fuerzas al arranque les
permite evitar el
desplazamiento hacia
arriba de estructuras
sometidas a fuerzas de
levantamiento (presión
hidrostática).
FORMA DE TRABAJO:

30
Pilotes de anclaje
Configuran mecanismos de anclaje resistentes a
empujes horizontales de tablaestacados u otras
estructuras. Usualmente se combinan pilotes a
tensión con pilotes a compresión.
FORMA DE TRABAJO:

31
Pilotes de defensa
Son parte integrante de estructuras que se deforman
elásticamente bajo cargas dinámicas, que les confiere
gran capacidad de amortiguación de energía y les
permite proteger estructuras frente al agua (muelles),
del impacto de embarcaciones y otros elementos
flotantes masivos.
Frecuentemente se usa la madera.
FORMA DE TRABAJO:

PROCESO CONSTRUCTIVO:
32
Maniobra de izaje

33
Hincado de pilotes y tablestacas

34
Colocación de arena y piedras para relleno

35
Tablestacas colocados

36
Muelle terminado

37

38

39

40

41

42Realizado por: Ing. Jaime Ceballos Andrade

44

Funcionamiento
Los pilotes trasmiten al
terreno las cargas que
reciben de la estructura
mediante una combinación
de rozamiento lateral o
resistencia por fuste y
resistencia a la penetración o
resistencia por punta. Ambas
dependen de las
características del pilote y del
terreno, y la combinación
idónea es el objeto del
proyecto.

Proceso Constructivo
Según el sistema constructivo:
Pilotes prefabricados
Los pilotes prefabricados pueden estar construidos con
concreto armado ordinario o con concreto pretensados
similares a postes de luz o secciones metálicas.
Estos pilotes se hincan o clavan verticalmente sobre la
superficie del terreno por medio de golpes, esto
mediante un martinete, pala metálica equipada,
maquinas a golpe de masas o con martillo neumático
esto hace que el elemento descienda, penetrando el
terreno, tarea que se prolonga hasta que se alcanza la
profundidad del estrato resistente y se produzca el
"rechazo" del suelo en caso de ser un pilote que trabaje
por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño, en
caso de ser un pilote que trabaje por "fricción".

Proceso Constructivo
Pilotes prefabricados
Una vez hincado o clavado en el terreno , este ejerce sobre
el pilote y en toda su superficie lateral, una fuerza de
adherencia que aumenta al continuar clavando mas
pilotes en las proximidades.
La punta va reforzada con una pieza metálica especial
para permitir la hinca o el clavado.
La sección del pilote suele ser cuadrada y sus
dimensiones normalmente son de 30 cm. x 30 cm. ó 45
cm. x 45 cm. También se construyen con secciones
hexagonales en casos especiales.
Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal
con 4 diámetros de 25 mm. y otra transversal compuesta
por estribos de varilla de sección 8 mm. como mínimo.
La cabeza del pilote se refuerza uniendo los cercos con
una separación de 5 cm. en una longitud que oscila en 1
m.

Pilotes de Desplazamiento con Azuche
• Se utilizan cuando los pilotes poseen diámetros
pequeños (se considera entre 30 y 65 cm.
aproximados) y el terreno es resistente pero poco
estable.
• Se ejecuta la hinca con una entubación que posee
un azuche de punta cónica o plana en su extremo
inferior, la entubación puede ser metálica o de
concreto.
• El azuche posee un diámetro exterior mayor en
aproximadamente 5 cm. que el pilote, con la parte
superior cilíndrica ya preparada para introducir
en el extremo inferior de la entubación.

• Con golpes de maza o martillo se hinca desde la
parte superior de la entubación y se encaja hasta la
profundidad que se requiere para el pilotaje.
• Luego se extrae la entubación con la precaución de
que quede un mínimo de concreto igual a 2 veces
el diámetro interior; de esta manera se impide la
entrada de agua por la parte inferior. La forma de
extraer la entubación es con un golpe en la cabeza,
logrando el efecto de vibrado del concreto.
Pilotes de Desplazamiento con Azuche

Pilotes de Desplazamiento con Tapón de Gravas
• Este sistema se realiza por una hinca y
entubación por golpe sobre un tapón de gravas u
concreto, introducido antes en la entubación.
• El concreto se coloca en pequeñas tongadas y se
va compactando hasta obtener un tapón que
debe tener como mínimo tres veces el diámetro
del pilote.
• Con la presión ejercida por las paredes del tubo
se va progresivamente efectuando un
desplazamiento lateral del terreno, llegando con
el tubo hasta la profundidad calculada para el
pilotaje. El golpe de maza desaloja el tapón del
tubo y queda ensanchada la punta de los pilotes.

Pilotes de Desplazamiento con Tapón de Gravas
• Luego se coloca la armadura, se quita la camisa
y se realiza la hormigonada por tongadas.
• Finalmente se apisona o se vibra para garantizar
la continuidad del cuerpo del pilote.
• Se procede a extraer el tubo cuidando que quede
un mínimo de concreto que deberá ser el doble
de su diámetro interno, para impedir el ingreso
de agua por la parte inferior de la entubación.

Pilotes con Extracción de Tierra
• Este sistema de Pilotaje por Extracción de Tierras
requiere que las tierras de la excavación sean
extraídas antes de la ejecución del hormigonado
de pilotes.
• Para lo cual se utilizan maquinarias diferentes
como cucharas, trépanos, barrenas y otros.
• En terrenos poco cohesivos o cuando el terreno
resistente queda debajo del Nivel Freático, se
pueden producir desmoronamientos o
filtraciones de la napa. Para evitar estos
problemas se recurre a una camisa metálica, es
un tubo que tiene la misma función de un
encofrado; esta camisa se va clavando al tiempo
que se efectúa la excavación.

Pilotes vaciados in situ
• La denominación se aplica cuando el método
constructivo consiste en realizar una perforación en
el suelo a la cual se le colocará un armado en su
interior y posteriormente se rellenará con concreto.
• En ocasiones, el material en el que se está
cimentando, es un suelo friccionante, es por ello que
se presentan desmoronamientos en el interior de las
paredes de la perforación; a este fenómeno se le
denomina "caídos", es por ello que se recurre a
diversos métodos para evitar que se presente.
• Uno de los principales métodos de evitar "caídos",
consiste en vaciar "lodo bentonítico" en el interior de
la perforación, y al vaciar posteriormente el concreto
dentro, el lodo saldrá por diferencia de densidades.

Armaduras de Pilotes
• Las armaduras se conforman como si fuesen jaulas; las
armaduras longitudinales están constituidas por
barras colocadas uniformemente en el perímetro de la
sección, y el armado transversal lo constituyen un
zuncho en espiral o cercos de redondos de 6 mm. de
sección, con una separación de 20 cm.
• El diámetro exterior del zuncho será igual al diámetro
de pilote, restándole 8 cm; así se obtiene un
recubrimiento mínimo de 4 cm.
• La cantidad de barras y el diámetro de las mismas, se
calcula en función de la carga que deba soportar el
pilote.
Vaciado de Pilotes
• El concreto utilizado de acuerdo a la resistencia es de
250 kg/cm2 aproximadamente
• Con una consistencia medida en cono de Abrams de
10 a 15 cm.

Descabezado y Encepado
• Los pilotes se descabezan, por ello, siempre se elimina el
concreto de baja calidad que queda en la parte superior.
• Así quedan las armaduras al descubierto que se entrelazan al
encepado.
• La longitud de la armadura debe permitir que posterior al
descabezado, queden sobresaliendo del pilote alrededor de
50 cm.
• Las armaduras longitudinales del pilote se empalman por un
solape mínimo de 40 cm., van soldadas o atadas con alambre
en toda su longitud.
• Si se utilizare cercos a modo de armadura transversal, los
cierres se hacen por solape de 8 cm como mínimo, y van
soldados o atados con alambre.
• El solapado se hace alternado para cercos sucesivos. Se atan
firmemente las armaduras formando una jaula que soporte
la hormigonada.
• Al finalizar el pilote, debe quedar vaciado a una altura
superior a la definitiva; lo que excede de concreto se
demuele cuando ha fraguado.

Casos en que se usan Pilotes
Ejemplos.
• En edificios de altura expuestos a fuertes
vientos.
• En construcciones que requieren de elementos
que trabajen a la tracción, como estructuras de
cables, o cualquier estructura anclada en el
suelo.
• Cuando se necesita resistir cargas inclinadas;
como en los muros de contención de los
muelles.
• Cuando se deben recalzar cimientos existentes.

En la cimentación por pilotaje
deben observarse los siguientes
factores de incidencia:
1. El rozamiento y adherencia
entre suelo y cuerpo del pilote.
2. La resistencia por punta, en
caso de transmitir
compresiones, para absorber
esfuerzos de tracción puede
ensancharse la parte inferior
del pilote, para que trabaje el
suelo superior.
3. La combinación de ambos.

Ventajas y Desventajas
PILOTES DE ACERO
Pueden ser de tubos de acero o perfiles de acero.
Los tubos pueden hincarse en el terreno con sus
terminales cerradas o abiertas.
Ventajas:
• Se pueden manipular fácilmente con respecto al
corte y la extensión a la longitud deseada.
• Resiste altos esfuerzos de hincado.
• Penetra a estratos duros como gravas densas y
rocas blandas
• Tienen una alta capacidad de carga.

PILOTES DE ACERO
Desventajas:
• El material es relativamente caro.
• Alto nivel de ruido durante el hincado.
• Son susceptibles a la corrosión.
• Los pilotes de perfil H se dañan o reflexionan
respecto a la vertical durante el hincado a través
de estratos duros u obstrucciones mayores.
• Longitudes Usuales del pilote: 15-60m
• Capacidad de carga: 300-1200 Kn.

PILOTES DE MADERA:
Generalmente son construidos de árboles que
tienen sección transversal constante a lo largo
de su longitud. Las longitudes van de 10-15 m,
llegando hasta máximo de 30 m. La
capacidad de carga anda entre 100-200 Kn
lográndose máximos de 270 Kn.
Ventajas:
• Son económicos
• Son fáciles de manipular
• Si permanecen sumergidos
permanentemente son resistentes al
deterioro.

PILOTES DE MADERA:
Desventajas:
• Si se encuentran arriba de NF (Nivel
Freático) o en zonas donde hay cambios de
marea fácilmente se pueden deteriorar.
• Se pueden dañar durante un proceso
de hincado fuerte.
• Tiene baja capacidad de carga.
• Tienen baja resistencia a carga de tensión
al estar empalmados.
• Pueden ser atacados por organismos.

A.- COLADOS EN SITIO:
Se usa concreto ordinario, la sección puede variar y
los podemos clasificar en:
Pilotes encamisados: los cuales pueden alcanzar
longitudes máximas de 30-40 m. Las cargas que
pueden soportar son entre 200-500 Kn alcanzando
máximas de 800 Kn.
Ventajas:
• Son relativamente baratos
• Hay la posibilidad de inspeccionar antes de
verter el concreto.
• Son fáciles de alargar.

Desventajas:
• Difícil de empalmar después del colado y
fraguado.
• Si tenemos camisas o tubos delgados estos
pueden dañarse durante el hincado.
• Colados en Sitio sin camisa: pueden tener
longitudes usuales de 15-20 m, máximas de 30-
40 m, La capacidad de carga esta entre 300-500
con máximas de 700 KN.

Ventajas
• Inicialmente son económicos
• Pueden terminarse a cualquier elevación
Desventajas:
• Pueden generarse vacíos si el proceso de colado
de concreto se hace rápidamente.
• Son difíciles de empalmar después del fraguado.
• En suelos blandos los lados del agujero pueden
desplomarse y pueden comprimir o mezclarse
con el concreto

B.-PRE FABRICADOS:
Pueden ser de concreto:
Reforzado: Pueden alcanzar long de 10-15 m y
como máximas 30 m. La capacidad de carga anda
de 300-3000 KN.
Preforzado: Andan de 10-35 m alcanzando
máximas de 60 m. Las cargas pueden llegar hasta
8500 KN.
Ventajas de ambas:
• Pueden someterse a un fuerte hincado.
• Son resistentes a la corrosión.
• Se pueden combinar fácilmente con la súper
estructura de concreto.
Desventajas:
• Son difíciles de transportar
• Son difíciles de lograr un corte apropiado

Acero de Refuerzo
• Se debe proteger
contra la oxidación y
otro tipo de corrosión
antes de colar el
concreto, debe estar
libre de suciedad,
grasa, aceite u otros
lubricantes o
sustancias que puedan
limitar su adherencia
al concreto
Materiales Utilizados en Pilotaje

• La armadura se compone de barras
longitudinales colocadas en la periferia y de
estribos transversales o espirales en algunos
casos. La armadura deberá quedar 20 cm.
retirada del fondo de la excavación para lo cual
será necesario colocar en su extremo superior
varillas de diámetro considerable, de tal
manera que puedan soportarla.
Acero de Refuerzo
Materiales Utilizados en Pilotaje

Maquinaria
• Grúas: Son máquinas que sirven para el
levantamiento y manejo de objetos pesados

Maquinaria
• Perforadoras:
sirven para
hacer
perforaciones
en el suelo, por
rotación o por
percusión

Maquinaria
• Martillos para
empotrado:
generan
impactos en
serie para el
empotrado de
pilotes.

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