Pilote (cimentación)

Hincado de pilotes en la modernización de vías férreas en Chojnów, Polonia.

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.

Tipos de pilotes

Primeros Pilotes

Es el tipo de pilote más antiguo, normalmente de madera, y se inventó para hacer cimentaciones en zonas con suelo húmedo, con el nivel freático alto o inundadas. Eran de madera, troncos sencillamente descortezados y su capacidad portante se destacaba bien llegando a una capa del terreno suficientemente resistente, o bien, por rozamiento del pilote con el terreno.

Pilotes in situ

Proceso de ejecución de un pilote in situ.
Hincado de pilotes para un puente en Estados Unidos.

La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón.

En ocasiones, el material en el que se está cimentando, es un suelo friccionante (como son arenas, materiales gruesos y limos, los cuales pueden ser considerados como materiales friccionantes ya que al poseer una estructura cohesiva tan frágil, cualquier movimiento como el que produce la broca o útil al perforar o la simple presencia de agua en el suelo entre otros, hace que se rompa dicha cohesión y el material trabaje como 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.

Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguen básicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los de desplazamiento. Un pilote de extracción se realiza extrayendo el terreno, mientras que el de desplazamiento se ejecuta compactándolo. En ambos casos se utilizan diferentes técnicas para mantener la estabilidad de las paredes de la excavación.

Los tipos de pilotes in situ está recogidos en las Normas Tecnológicas de la Edificación.[1]

Pilote in situ de desplazamiento con azcuche

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras (estrato firme) de terreno, después de atravesar capas blandas. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos granulares medios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas

Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granulares de compacidad media o en terrenos con capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Pilote in situ de extracción con entubación recuperable

Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno y utilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado), que evita que se derrumbe la excavación. Una vez completado el vaciado, y según se va hormigonando el pilote, se va retirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizada nuevamente.

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, prácticamente homogéneo.

Pilote in situ de extracción con camisa perdida

Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de extracción con entubación recuperable, con la diferencia de que la camisa metálica no se extrae, sino que queda unida definitivamente al pilote.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta apoyado en roca o capas duras de terreno y siempre que se atraviesen capas de terreno incoherente fino en presencia de agua, o exista flujo de agua y en algunos casos con capas de terreno coherente blando; cuando existan capas agresivas al hormigón fresco. La camisa se utilizará para proteger un tramo de los pilotes expuesto a la acción de un terreno agresivo al hormigón fresco o a un flujo de agua. La longitud del tubo que constituye la camisa será tal que, suspendida desde la boca de la perforación, profundice dos diámetros por debajo de la capa peligrosa.

Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos

Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de la excavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos. Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.

Pilote in situ barrenado sin entubación

Barrena para la ejecución de pilotes.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa de terreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo o coherente de consistencia media en el que no se produzcan desprendimientos de las paredes.

Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Se trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se ejecuta el hormigonado por bombeo por el tubo central existente en el interior de la barrena.

Este sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables y con presencia de agua. La armadura se introduce una vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que genera el inconveniente de que debido a la densidad del hormigón, la longitud de armado no supera los 7,00-9,00 m.

Pilotes hincados

Hincado de pilotes para la construcción de un muelle en Tampa, Florida.
Muro de pilotes tangentes en Dresden, Alemania. Una técnica muy utilizada es crear una barrera de pilotes y luego excavar para construir muros soterrados.

Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigón similares a postes de luz o secciones metálicas por medio de piloteadoras en el suelo.

Dichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno y posteriormente "hincados" en el piso a base de golpes de "martinete", 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 "fuste" (pilote flotante).

Pilotes prefabricados

Los pilotes prefabricados pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el nombre de pilotes premoldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón pretensado.

Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan para trabajar a compresión; los de hormigón pretensado funcionan bien a tracción, y sirven para tablestacas y cuando deben quedar sumergidos bajo el agua. Estos pilotes se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica equipada para hincada del pilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm x 30 cm o 45 cm x 45 cm También se construyen con secciones hexagonales en casos especiales. Están compuestos por dos armaduras: una longitudinal con cuatro varillas de 25 mm de diámetro, y otra transversal compuesta por estribos de varilla de 8 mm de sección como mínimo. La cabeza del pilote se refuerza mediante cercos con una separación de 5 cm en una longitud de un metro. La punta va reforzada con una pieza metálica especial para facilitar la hinca.

Pilotes excéntricos

Los pilotes excéntricos son los que se ubican fuera de los ejes de las columnas y de las contratables en edificios urbanos con estructura reticular, ofreciendo ventajas sustanciales respecto de los tradicionales instalados a cielo abierto antes del desplante de la edificación, colados en sitio o prefabricados hincados a golpes de martillo y coincidentes con los ejes, lo que dicho en otras palabras significa que los pilotes excéntricos pueden instalarse después de haberse iniciado la construcción del edificio. Cuando éste ya tiene algún peso se usa como lastre gratuito para dar la reacción de hincado al equipo hidráulico que es compacto, silencioso, sin vibraciones, limpio y de mayor capacidad que la dada con golpes de martillo.

Las ventajas sustanciales de carácter financiero a favor del propietario y de tipo ingenieril a favor de los técnicos participantes, debidas al simple cambio de ubicación de los pilotes, son las siguientes:

  • Ahorro del tiempo total de construcción del edificio al eliminar del programa de obra el que correspondería a la instalación tradicional de los pilotes hecha antes del inicio de la construcción.
  • Se garantiza la verticalidad de los pilotes gracias al tipo de perforación en el subsuelo, que guía la punta del pilote según la línea de la gravedad hasta llegar a la capa de apoyo.
  • Los pilotes pueden ser de cualquier tipo de funcionamiento, a saber: apoyados por punta, flotantes, o de fricción negativa, según se haya decidido por el Estudio de Mecánica de Suelos.
  • La totalidad de los pilotes apoyados en estrato duro se rebotan a la carga de prueba cuando la punta llega al estrato y la fricción lateral es despreciable, garantizando la inmovilidad de los pilotes bajo toda solicitación de carga y sin costo adicional para el propietario. La inmovilidad se aprovecha en casos específicos para controlar los esfuerzos y las deformaciones del conjunto “suelo-edificio-pilote”, instalando mecanismos modernos a prueba de sismos muy enérgicos, tanto en obras nuevas donde han originado el concepto "Construya Antes Hinque Después", o en edificios que ya estando en funcionamiento requieren ser recimentados sin dejar de funcionar, para recuperar la verticalidad perdida porque es riesgoso que se hayan reducido los factores de seguridad de la estructura consumidos por la inclinación, la que pone en riesgo la seguridad de los usuarios, la del propio edificio y la de las edificaciones adyacentes, así como las instalaciones públicas bajo las banquetas y también para recuperar los niveles correctos cuando aparentemente los edificios han “emergido” respecto del nivel de las banquetas en la vía pública.
  • Cuando en las edificaciones se presentan problemas generados por un comportamiento distinto del subsuelo al esperado por nosotros, como sucede en las zonas lacustres sujetas a proceso de consolidación por pérdida de humedad, por sobrecarga o por el efecto nocivo de sismos de alta energía, la excentricidad de los pilotes permite en todo momento si fuere necesario o conveniente, cambiar su tipo de funcionamiento diseñado de origen.

Micropilotes

Las diferencias principales entre un pilote convencional de homigón "in situ" y un micropilote se encuentran en el proceso de ejecución y en el tamaño del elemento. Los micropilotes suelen ser usualmente metálicos de un diámetro no superior a 350mm. Su ventaja frente a los pilotes convencionales es que los equipos necesarios para su ejecución son mucho más ligeros y permiten acceder a lugares donde las máquinas necesarias para realizar pilotes no podrían llegar. además de esto , los micropilotes son vaciados con un proceso de inyección de concreto por medio de un tubo que va desde la parte superior hasta el fondo del micropilote , y un pilote puede ser vaciado con procesos mas sencillos como introducir el concreto desde la parte superior y que por el efecto de la gravedad descienda hasta el fondo , esto se logra debido a que el diámetro del pilote es mayor y hay menos posibilidades de que el concreto se obstruya

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