Los cimientos de pilotes se construyen cuando no es posible construir la estructura sobre cimientos poco profundos. Dependiendo del tipo de estructura y otros motivos, la selección de cimientos de pilotes se realiza como se describe en el artículo.
Centrémonos en los temas principales de este artículo.
Cimentaciones sobre pilotes: descripción general
Diseño de cimentación de pilotes.
construcción de pastel
Prueba de pila
Empecemos por entender...
¿Qué es una base de pilotes?
Es un tipo de cimentación que se entierra profundamente en el suelo y suele utilizar perfiles circulares en su construcción.
Los cimientos poco profundos descansan sobre el suelo y transfieren cargas verticales directamente al suelo. La capacidad del suelo se da como la capacidad de carga permitida. Si la presión aplicada es menor que la presión de soporte permitida, el diseño geotécnico está bien.
Sin embargo, se utilizan otros métodos y otros parámetros para las cimentaciones sobre pilotes.
El diseño tiene en cuenta la fricción superficial del suelo (positiva y negativa), la fricción superficial de la roca erosionada, la fricción superficial de la roca y la fuerza última de apoyo de la roca.
¿Por qué cuando los pilotes necesitan soportar la estructura?
- Cuando las cargas verticales que actúan sobre la cimentación no pueden ser absorbidas por las cimentaciones superficiales debido a su baja capacidad de carga.
- Si hay capas de suelo débiles, como turba, en el suelo
- Absorber las fuerzas de tracción que actúan sobre la cimentación. Para absorber las fuerzas de tracción, se pueden anclar pilotes a la roca.
- Absorber cargas laterales (presión) que actúan sobre la cimentación. Se erige un pilote inclinado que puede absorber fuerzas de compresión y tracción.
- Cuando hay cargas verticales muy elevadas, especialmente en edificios altos, la capacidad portante del suelo no es suficiente para soportar dichas cargas. Necesitamos apuestas.
Factores que afectan el diseño y construcción de cimientos de pilotes.
- Cargas de superestructura
- Textura de la tierra. La fricción de la piel varía según la naturaleza del suelo. Para capas de suelo como la turba, se debe tener en cuenta la fricción superficial negativa en el diseño geotécnico del pilote.
- Estado de roca. Los valores RQD y CR determinados por las investigaciones del pozo tienen una gran influencia en la capacidad de carga del pilote.
- Los costos de construcción también son un factor importante al seleccionar pilotes como sistema de soporte.
- Debe comprobarse la accesibilidad del sitio web.
- Es necesario comprobar las distancias hasta los límites.
- Se debe comprobar la limitación de vibraciones y niveles sonoros. Una vibración excesiva puede causar daños a los edificios adyacentes.
Tipos de cimientos de pilotes.
Esta categorización se realizó con base en el tipo de material utilizado en la construcción del pilote y el tipo de construcción.
- Pilotes perforados/pilotes de hormigón in situ
- Pilotes hincados/pilotes prefabricados
- Micropilotes
- Muros de tablestacas
- postes de madera
- montones de tornillos
Pilotes perforados o pilotes de hormigón in situ
El tipo de batería más común y utilizado. Los pilotes de tablas se encuentran en la mayoría de las estructuras construidas sobre cimientos de pilotes.
El poste está incrustado en la roca. La profundidad de incorporación a la roca varía según el tipo y cantidad de relleno.
Además, el número de pilotes necesarios para soportar una columna depende de la capacidad portante del pilote y de la carga aplicada.
Primero, determinamos la capacidad de carga geotécnica y estructural del pilote. El valor mínimo de estos valores se considera entonces como la capacidad de carga del pilote.
Como se conoce la carga aplicada, se puede calcular el número de pilotes.
Dependiendo de las cargas aplicadas, los pilotes perforados se construyen como pilotes individuales o como pilotes grupales. Los pilotes en racimo generalmente se requieren para soportar núcleos de corte, muros de corte, núcleos de elevación, etc.
Pilotes hincados/pilotes prefabricados
Se trata de pilotes prefabricados.
Se erigen cuando la carga aplicada es relativamente baja en comparación con los pilotes perforados.
Además, los pilotes prefabricados no se hunden en la roca, sino que se incrustan o se insertan en una capa dura de suelo. Debe haber una capa densa de tierra para sostener la pila y servir como lugar de almacenamiento final.
Estos pilotes son principalmente pilotes con fricción dominante, aunque también están presentes un apoyo en el extremo.
La hincación se puede realizar manualmente, arrojando masa sobre la pila o utilizando una máquina hincavibradora.
Los postes están disponibles en varios tamaños a partir de 400 mm. Además, según el tipo de construcción también se pueden fabricar tamaños más pequeños.
Además, los cimientos de pilotes de este tipo se utilizan a menudo en edificios de poca altura cuando no se pueden construir con cimientos poco profundos.
Micropilotes
Los micropilotes se han vuelto muy populares en la construcción de edificios de poca altura.
Si el estado del suelo es deficiente y la capacidad portante es insuficiente para soportar las cargas de la superestructura, se debe construir una cimentación profunda.
Teniendo esto en cuenta, a la hora de considerar las opciones disponibles, debemos elegir el tipo de cimentación entre pilotes perforados, pilotes prefabricados y micropilotes.
De estos, los pilotes perforados son generalmente más caros que los otros dos tipos.
Dependiendo del tipo y naturaleza de las cargas de la superestructura, se selecciona el tipo de pilote.
Además, a la hora de construir este tipo de cimentaciones, es recomendable buscar la recomendación de un ingeniero geotécnico.
El diseño debe basarse en los parámetros especificados en el informe de prueba del suelo y estos deben verificarse mediante las pruebas necesarias después de la construcción.
Un micropilote es una carcasa de acero rellena de hormigón. Si es necesario y a medida que aumenta el diámetro del micropilote, también se puede insertar en el pilote una jaula de refuerzo para mejorar su capacidad de carga.
Los micropilotes se utilizan en la construcción de muelles y en la construcción de pilares de puentes. Las cargas laterales que actúan sobre el pilar se pueden transferir al suelo mediante micropilotes inclinados.
En la construcción de muelles se utilizan tres o seis pilotes de forma hexagonal para soportar cargas verticales.
El principal riesgo de este tipo de construcciones es la corrosión del acero. Si la batería está expuesta o no cumple con los requisitos de corrosión, puede fallar.
Por otro lado, también hay menos riesgo porque el pilote está bajo tierra y hay menos posibilidades de que todos los componentes responsables de la corrosión entren en él.
Si la estructura se construye en una zona costera, se debe prestar especial atención a la protección del revestimiento de acero.
Los micropilotes se fabrican con tubos de acero de 150, 200, 300 mm, etc.
Muros de tablestacas
Tablestacas también se pueden considerar un tipo de cimentación de pilotes, aunque a diferencia de otros tipos de pilotes, generalmente no se utilizan para soportar estructuras directamente.
Por ejemplo, las Tablestacas se utilizan para soportar el suelo alrededor de la estructura y al mismo tiempo actúan como una estructura permanente. La remoción o la consideración de obras permanentes depende del tipo de construcción y del estado del suelo.
Además, las tablestacas se utilizan a menudo en la construcción para proteger la tierra durante las excavaciones. Para estructuras de sótanos profundos, se puede utilizar Tablestacas adecuadamente ancladas, como se indicó anteriormente.
Además, también es útil en la construcción de ataguías.
Existen diferentes tipos de Tablestacas dependiendo del perfil y disposición de la conexión. Además, podemos seleccionar el muro de tablestacas adecuado según el módulo de sección requerido según los requisitos del proyecto.
El artículo, Muro de contención de Tablestacas analiza el diseño de estabilidad de los muros de contención de Tablestacas.
postes de madera
Se utilizó mejor tecnología no sólo en los edificios actuales sino también en los antiguos.
Sabían que si el terreno era débil, habría que levantar estacas. Por eso, utilizaron material sostenible para ello.
Aún hoy es posible ver cómo se apila madera durante las obras de construcción o ampliación.
En particular, los edificios y los puentes se construyeron sobre pilotes de madera.
Las estacas de madera son duraderas, económicas y sostenibles.
Se utiliza madera especial con buenas propiedades de durabilidad.
Soporte las cargas de fricción superficial y cojinetes finales.
Los pilotes de madera se utilizan en la construcción en zonas muy débiles, donde la maquinaria pesada no puede llegar.
montones de tornillos
El poste se asemeja a un tornillo, como se muestra en la siguiente imagen.
El tipo de tornillo depende del diseño.
También existen diferentes tipos de pilotes de tornillos.
Los pilotes roscados se pueden utilizar para construir conexiones u otras estructuras, como en la construcción de puentes.
Diseño de cimentación de pilotes.
Desde pilotes como tipo de cimentación Según la recomendación del informe de investigación geotécnica, se determina el número de pilotes.
Entonces necesitamos la capacidad de apilamiento.
Para evaluar la capacidad de carga de una base de pilotes, hay dos componentes en la base de pilotes.
Cogemos el más pequeño de abajo.
- Proyecto geotécnico
- Proyecto estructurado
Proyecto geotécnico de pilotes.
La evaluación del comportamiento geotécnico del pilote se basa en las condiciones del suelo y de la roca cuando está anclado en la roca.
La capacidad geotécnica del pilote se puede representar mediante la siguiente ecuación
Qu = Qp + Qs
Dónde
Qu – Capacidad geotécnica máxima del pilote
Qp – Resistencia máxima máxima del pilote
Qs – Máxima fricción de la piel del pelo
La capacidad permitida (Qall) se puede calcular de la siguiente manera:
Qall = Qu / FoS
FoS – factor de seguridad; varía entre 2,5 y 4
Además, existen varios métodos para calcular la capacidad de carga permitida del pilote. El método de aplicación del factor de seguridad puede variar de un país a otro según las normas locales.
A veces se aplica un factor de seguridad separado tanto para el almacenamiento final como para la fricción de la piel, y también se utiliza un factor de seguridad único.
Se observa que también se utiliza un factor de seguridad tan bajo como 2,0 para la fricción de la piel. Se recomienda encarecidamente que se tengan en cuenta las normas locales al diseñar.
Básicamente, existen cinco componentes asociados con la capacidad geotécnica de un pilote.
- Fricción de la piel desde el suelo (fricción de la piel positiva y fricción de la piel negativa)
- Fricción en la superficie de la roca erosionada
- Fricción en la superficie de la roca
- Disposición final de la roca
- Fin del apoyo terrestre
Para pilotes prefabricados, si el pilote termina en el suelo (capa dura), se utiliza el almacenamiento final enterrado. Si el pilote está anclado en roca (pilones perforados colados en el lugar), el soporte final en la roca se utiliza para calcular la capacidad de carga del pilote.
Los cinco parámetros anteriores los proporciona la recomendación geotécnica basada en los datos del estudio del pozo.
Si conocemos los parámetros del suelo, podemos calcular los valores de fricción superficial según las ecuaciones.
Los siguientes métodos están disponibles para calcular la fricción superficial de los suelos.
Fricción de la piel en la arena.
- Basado en la superposición y el ángulo de fricción entre el suelo y el pilote.
- Correlación con las pruebas de penetración estándar (SPT)
- Correlación con la prueba de penetración de cono (CPT)
Frotar la piel en arcilla.
- método λ
- método α
- método β
- Correlación con CPT
La capacidad de carga última del suelo también se puede calcular utilizando varios métodos propuestos. Los planificadores suelen utilizar los siguientes métodos.
repositorio inferior
- Proceso Meyerhof (arena/arcilla)
- Método básico (arena/arcilla)
- Método Coyle y Castello (arena)
- Correlación con SPT y CPT
Fricción de la piel causada por la roca.
La piel de la roca se determina en función de la naturaleza y el tipo de roca.
Generalmente, la fricción superficial máxima de roca fresca y roca erosionada se especifica en el informe de investigación geotécnica.
Necesitamos aplicar el factor de seguridad para calcular la capacidad permitida. Si se especifica la capacidad permitida, podemos usarla directamente.
Almacenamiento puntual de roca (almacenamiento final)
La evaluación se basa en los resultados de las pruebas. Para determinar la resistencia de la roca, generalmente se realiza la prueba de resistencia a la compresión uniaxial (UCS).
La relación entre UCS y el almacenamiento final se utiliza para determinar el valor final.
Los valores RQD y CR también deben verificarse al determinar las capacidades de los pilotes y las longitudes de empotramiento, ya que reflejan la condición de la roca.
En resumen, obtenemos los parámetros geotécnicos requeridos, como la fricción superficial y la capacidad de carga última, del informe de investigación geotécnica. Lo que debemos hacer es aplicar el factor de seguridad requerido y calcular la capacidad geotécnica.
Diseño estructural de pilotes.
La tensión permitida del hormigón en pilotes perforados se considera la siguiente: 0,25 FCU en la mayoría de las normas. Sólo hay pequeñas desviaciones.
- ACI 318: 0,25 fcu
- EC2: 0,26 fcu
- CP4: 0,25 pies cúbicos
Sin embargo, se debe comprobar que los pilotes no estén pandeados, especialmente si se construyen sobre un terreno débil. Por lo tanto, se realiza un análisis de pandeo para cimentaciones sobre pilotes.
Teniendo en cuenta este hecho se puede realizar el diseño estructural o el diseño de refuerzo.
Hay dos métodos/pasos para diseñar una pila.
- Calcule la carga de pandeo crítica y verifique si es mayor que la carga aplicada.
- Realizar análisis y diseño de pandeo más rigurosos.
A continuación encontrará un resumen de los pasos de cálculo. Antes de planificar, debes investigar más.
Paso 01
Calcule la carga crítica de pandeo (Pcr).
Paso 02
Determine la longitud efectiva (Lcr) basándose en Pcr, resortes de tierra, rotación en la parte superior del pilote (posiblemente con alguna fijación rotacional), etc.
Paso 03
Como conocemos las cargas aplicadas, la longitud efectiva y el diámetro del pilote, podemos dimensionar el pilote mediante el método tradicional o mediante software.
A continuación se resumen los factores más importantes que deben considerarse al diseñar cimientos de pilotes.
- Evaluar la capacidad geotécnica y estructural del pilote y considerar el valor más bajo como capacidad del pilote.
- Divida la capacidad del pilote por la carga aplicada (carga de columna o carga aplicada; estado límite de servicio) para determinar el número de pilotes.
- Cuando se quiera dimensionar un grupo de pilotes se debe calcular la carga individual en base al centro de carga y al centro geométrico de cada pilote. Las cargas deben distribuirse según la posición del pilote.
- Si hay más de un pilote, la distancia mínima entre los pilotes debe ser 2,5 veces el diámetro del pilote.
- Aumentar la distancia entre pilotes no permite utilizar la analogía de la armadura para la construcción de cabezas de pilotes. Por lo tanto, se mantiene una distancia entre pilotes de 2,5 a 3 veces el diámetro del pilote.
- En suelos orgánicos se debe prestar atención a la fricción negativa de la piel. De lo contrario, se estimará incorrectamente la capacidad de carga del pilote.
- En suelos muy blandos, como B. turba, el pandeo de los postes debe comprobarse a mayor profundidad.
- Preste atención a RQD y CR. Los valores especificados deben indicarse al decidir las longitudes de los pernos.
- En general, la tolerancia permitida para las desviaciones de diseño según la mayoría de las normas es de 75 mm. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar el bloque. Se requiere atención especial para esquejes individuales. El momento provocado por la centralidad debe ser soportado por las vigas del forjado. Por tanto, esto debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar vigas de suelo.
Construcción de cimientos de pilotes.
Analicemos los pasos básicos a seguir al construir pilotes. El siguiente procedimiento se explica en relación con pilotes de hormigón colados in situ.
Las siguientes tolerancias son desviaciones permitidas en la construcción según diferentes normas.
| código | Tolerancia permitida |
| ACI-336 | 4% del diámetro o 75 mm, lo que sea menor |
| Norma EN 1536 | 100 mm; para diámetro de pilote (D) ≤ 1000 mm
0,1D a 1000 150mm P>1500 Diseño para un ángulo de inclinación inferior a 1 en 15 limitado a 20 mm/m Diseño con un ángulo de inclinación entre 1 en 4 y 1 en 15 limitado a 40 mm/m |
| KP4 – El gran objetivo | 75mm |
| BS 8004 | No más de 1 en 75 verticalmente o 75 mm
Para pilotes perforados con un ángulo de inclinación de hasta 1 en 4, se permite una desviación de hasta 1 en 25. |
Pasos en la construcción de pilotes y aspectos importantes a considerar
- Implementación de apuestas
- Comience quitando la capa superior del suelo hasta el nivel de la roca. Intente siempre mantener la posición del poste como se indica en los dibujos, aunque generalmente existe una tolerancia aceptable de 75 mm.
- Inicie la perforación de rocas y controle la profundidad de perforación de rocas. Es importante asegurarse de que la perforación se realice en roca fresca y no en roca erosionada.
- Se mide en el sitio utilizando muestras, tasa de penetración, datos de registros de pozos y otras profundidades de pilotes, si corresponde.
- Como es difícil localizar roca fresca, la primera capa se deja caer más cerca de un pozo. Luego se pueden evaluar los demás parámetros. En base a esto, podemos proceder a la base del pilote.
- La calidad de la roca se comprueba mediante observación visual.
- Además, se pueden utilizar métodos de prueba, como las pruebas de carga puntual, para comprobar la resistencia de la roca. Los resultados de las pruebas de carga puntual se pueden correlacionar para determinar la capacidad de carga última del pilote. Si los resultados no son satisfactorios, se debe realizar una perforación hasta encontrar roca intacta. El artículo Técnicas de ensayo para materiales de construcción. Para más información sobre ensayos, puedes contactar con nosotros.
- Una vez finalizada la perforación en la roca según las longitudes de empotramiento, se realiza la limpieza.
- El objetivo principal de la limpieza es eliminar barro, arena, etc. de bentonita. Esto también se conoce como enjuague.
- Para garantizar que la pila esté lo suficientemente limpia, se deben verificar algunos parámetros. La siguiente figura muestra los límites. Estos valores cambian de una especificación a otra.
- Tan pronto como el contenido de bentonita en el pozo de excavación alcance los valores límite especificados, se detendrá el lavado.
- A continuación, el tubo del contratista se introduce en el pozo de excavación.
- Luego, el hormigón se vierte lentamente en el contratista. Una vez lleno, el contratista se levanta ligeramente para permitir que el concreto se drene.
- Este concreto irá ascendiendo gradualmente junto con todo el lodo y contaminantes del fondo de la pila. Luego se vuelve a llenar la tolva con hormigón y se deja fluir el hormigón.
- Esto garantiza que el extremo de la tubería del contratista esté siempre en el hormigón fresco. Esto significa que el hormigón fresco siempre se puede mezclar con hormigón fresco y la capa superior de hormigón puede moverse gradualmente hacia arriba.
- Además, es muy importante controlar la velocidad de hormigonado para evitar levantar la jaula de refuerzo. A mayor velocidad, la cesta se eleva.
- Repita este proceso hasta completar el hormigonado.
Prueba de cimientos de pilotes
A diferencia de otras fundaciones, no podemos ver lo que sucede bajo tierra.
Nada visible…
Esto le ayudará a determinar si construimos la pila correctamente.
- Cobertura de refuerzo adecuada
- Sin constricción
- sin bulto
- No se mezcla hormigón con bentonita.
- Sin cavidades (como panales) en el concreto.
- No hay barro en el fondo de la pila
- Etc…
Por lo tanto, debemos probar la pila para asegurarnos de que esté construida correctamente.
Es responsabilidad del contratista realizar pruebas de pilotes en consulta con el consultor del proyecto y una agencia de pruebas independiente.
Método de prueba de pila
Básicamente, existen cuatro tipos de métodos de prueba de pilotes.
- Prueba de integridad de pilotes (prueba de integridad de baja deformación)
- Prueba de carga dinámica (prueba dinámica de carga alta)
- Prueba de carga estática
- Prueba de sonido transversal
Prueba de integridad de la pila
La forma más sencilla de predecir el estado de la pila.
Esta prueba se puede utilizar para predecir protuberancias, constricciones, hendiduras, etc.
Este es el mejor método para identificar el archivo roto, pero no se puede evaluar la capacidad de la pila.
Proporciona una advertencia inicial sobre si el correo está defectuoso.
Las pruebas de integridad de pilotes se utilizan para identificar pilotes que se van a probar utilizando otros métodos, como pruebas dinámicas de pilotes y pruebas de carga estática de pilotes.
Además, este método de prueba es rentable en comparación con otras pruebas. Además, todos los pilotes se prueban utilizando este método.
Prueba de carga dinámica
El método más comúnmente utilizado para determinar la capacidad portante de pilotes en la construcción actual.
A diferencia de una prueba de carga estática, los resultados se proporcionan de inmediato. La capacidad de carga se puede determinar directamente después de las pruebas in situ. Sin embargo, para obtener respuestas precisas después del análisis con software como CAPWAP, se realizan análisis adicionales.
Podemos determinar la fricción del revestimiento del pilote y el soporte último desarrollado para la carga de prueba.
En primer lugar, se simula la prueba del pilote utilizando un software y se ajusta la altura de caída del martillo de modo que no surjan tensiones de tracción que superen las fuerzas permitidas o las soportadas por el refuerzo del pilote.
Esto se llama análisis de ecuaciones de ondas (WEAP). Con este método no es necesario aplicar la carga del martillo varias veces hasta encontrar la carga de prueba.
WEAP establece la relación entre la carga de prueba, la tensión de compresión y el desarrollo de la tensión de tracción.
Por lo tanto, las pruebas se pueden realizar muy fácilmente.
Prueba de carga estática
Este es el método más confiable y convencional de prueba de pilotes. Dado que todas las mediciones se realizan manualmente, tenemos una idea de lo que sucede a medida que aumenta la carga.
Aumentamos la carga sobre el pilote hasta la carga de prueba especificada en el diseño del pilote y luego la reducimos gradualmente.
Se monitorea la deformación del pilote y se verifica que esté dentro de los límites.
Prueba de sonido transversal
Esta prueba verifica el estado de la batería. Esto permite comprobar el estado de la obra en cuestión dentro de los agujeros perforados en la estaca.
Los cables se colocan en la pila. Luego se coloca el dispositivo de prueba en la pila y se prueba. El transmisor y el receptor se utilizan para comprobar el estado de la batería.
En función de la velocidad de las olas, se predice el estado del pilote. Para obtener más información sobre el método de prueba, consulte el artículo de Wikipedia Medición del sonido transversal .
