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La viga de fundación ( Viga antisismica o zocalo ).


Encima del concreto ciclópeo se  construye  laviga de  fundación de 15 x 20 cm.

De acuerdo con  los planos  se construirá la armadura que consta de 3 varillas # 3 amarradas con aros # 2 y  espaciados a distancias uniformes no mayores de 20 centímetros (ver Fig. 33).

Concreto ciclopeo para la base de la viga de fundación.


VIGA ANTlSlSMlCA EN EL ZOCALO.

Una vez terminada la zanja se  debe comprobar con el escantillón la profundidad mínima (la de
los planos) que ocupará el concreto ciclópeo. El concreto ciclópeo utiliza 50%  de concreto  y 50%
de piedra bruta. Las  piedras brutas demasiado grandes  deben quebrarse. La  piedra  bruta es mayor de  15 cm pero no debe exceder  los 20 cm.

No se debe usar concreto ciclópeo en una viga o en un elemento reforzado.

Preparativos para chorrear el concreto ciclópeo

-Debe Iímpiarse  la zanja o formaleta.

-En  un  terreno con pendiente moderada se puede escalonar el ciclópeo y usar  formaletas. Asimismo  debe hacerse con la viga de fundación o cuando se  usa  el cimiento de losa  corrida,  (ver  Figs.  10,  11  y  12). Para el empalme  de  las estructuras en  los cambios de nivel mencionados, se  debe usar  # 3,  tantas
como  tenga la estructura que se va a empalmar, a la manera que se muestra en  la Fig. 10.

-La  piedra bruta se  acumula al borde de  la zanja.

-La  zanja  debe  mantenerse  húmeda  para evitar que la tierra absorba el agua del concreto al chorrearlo y este pierda calidad.

-El fondo de la zanja debe estar nivelado.

-Es  importante  hacer  el  trazado  y  dejar  las previstas de  tubería  de aguas negras y  de pluviales antes de chorrear el ciclópeo.

Chorreado del cimiento ciclópeo

Sobre la primera capa de concreto se colocan las piedras,  y se  repite  la operación hasta llenar la totalidad.

Las piedras brutas deben acomodarse sobre las capas de concreto para hacer un material  compacto. Las piedras deben quedar aisladas entre sí y de las paredes de tierra de la zanja.

Definiciones de fundaciones.


Ancho de una fundación − Mínima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Azuche − Pieza metálica que se coloca en el extremo de penetración de un pilote para protegerlo contra los daños durante el hincado y para facilitar su penetración a través de los materiales muy densos.

Caballete de pilotes − Tipo de caballete en el cual los pilotes trabajan como columnas.

Fundación profunda − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo las cargas al suelo o la roca a una cierta profundidad  debajo de la estructura ya sea por resistencia de punta, adherencia o fricción, o ambas.

Fundación superficial  − Fundación que deriva su apoyo transfiriendo la  carga directamente al suelo o la roca a poca profundidad.

Hundimiento (plunging) − Comportamiento observado en algunos ensayos de carga de pilotes, donde el asentamiento del  pilote continúa aumentando aún sin aumento de la carga.

Longitud de una fundación − Máxima dimensión en planta de un elemento de fundación.

Pilote − Unidad de fundación profunda relativamente esbelta, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se instala  hincando, perforando, barrenando, inyectando o de alguna otra manera y que deriva su capacidad del suelo que lo rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de su punta.

Pilote combinado de fricción y punta − Pilote que deriva su capacidad de la contribución tanto de la resistencia de punta  desarrollada en la punta del pilote como de la resistencia movilizada a lo largo del fuste. 

Pilote de carga − Pilote cuyo propósito es soportar carga axial por fricción o resistencia de punta.

Pilote de fricción − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del suelo movilizada a lo  largo del fuste del pilote.

Pilote de punta − Pilote cuya capacidad de carga se deriva principalmente de la resistencia del material de fundación sobre  el cual se apoya la punta del pilote.

Pilote inclinado − Pilote hincado con un ángulo de inclinación respecto de la vertical para lograr mayor resistencia a las cargas laterales.

Pilote perforado − Unidad de fundación profunda, total o parcialmente empotrada en el terreno, que se construye colando  hormigón fresco en un pozo perforado con o sin armadura de acero. Los pilotes perforados derivan su capacidad del suelo  que los rodea y/o de los estratos de suelo o roca debajo de  su punta. Los pilotes perforados también se conocen como  pozos de fundación, pozos romanos o pilares perforados.

Relación de sobreconsolidación (OCR) − Se define como la relación entre la presión de preconsolidación y la tensión efectiva vertical actual.

Roca competente − Masa de roca con discontinuidades cuya abertura es menor o igual que 3,2 mm.

RQD (Rock Quality Designation)  − Designación de la calidad de la roca.

Superficies de deslizamiento (slickensides)  − Superficies pulidas y ranuradas que se producen en las rocas y suelos  arcillosos como resultado de desplazamientos por corte a lo largo de un plano.

Tensión efectiva − Tensión neta a través de los puntos de contacto de las partículas de suelo, generalmente considerada  equivalente a la tensión total menos la presión del agua intersticial. 

Tensión total − Presión total ejercida en cualquier dirección tanto por el suelo como por el agua.

Tubificación − Erosión progresiva del suelo provocada por la filtración de agua que produce un tubo abierto en el suelo a  través del cual el agua puede fluir de manera descontrolada y peligrosa.

Zapata aislada  − Apoyo individual para las diferentes partes de  una unidad de la subestructura; la fundación  correspondiente se denomina fundación mediante zapatas.

Zapata combinada − Zapata que soporta más de una columna.

Fundaciones campos de aplicación.


Los requisitos de esta sección se deberán aplicar para el  diseño de zapatas, pilotes hincados y pilotes perforados.

Si se han de seleccionar procedimientos de cálculo de  resistencia diferentes a los especificados en el presente  documento, se deberá considerar la base probabilística de  estas Especificaciones, la cual produce una combinación  interrelacionada de las cargas, los factores de carga, los  factores de resistencia y la  confiabilidad estadística. Se  pueden utilizar otros métodos, especialmente si estos  métodos han sido reconocidos localmente y se consideran  adecuados para las condiciones regionales, siempre que se  considere la naturaleza estadística de los factores indicados  anteriormente a través del uso consistente de la teoría de la  confiabilidad y que sean aprobados por el Propietario.

La especificación de métodos de análisis y cálculo de  resistencia para las fundaciones incluidos en el presente
documento no implica que las verificaciones en obra y/o la  reacción a las condiciones reales correspondientes a la  obra ya no serán necesarias. Las prácticas tradicionales de  diseño y construcción de las fundaciones siempre deben  ser consideradas, aún cuando se diseñe de acuerdo con  estas Especificaciones.

Encofrado pilotes de hormigón.

Como ya sabemos, los pilotes de hormigón armado se utilizan en aquellas obras donde los cimientos son débiles. Para obtener una buena base para cimentar, se clavan en el terreno cierto número de pilotes y sobre sus cabezas, o sobre una losa de hormigón que se asienta sobre aquéllas, se procede a levantar la construcción proyectada.

Se utilizan, pues, en obras en el mar o en los rtos, en terrenos arenosos muy sueltos, en terrenos fangosos, etc. Van constituidos por un pilar de hormigón generalmente de sección circular, con una punta metálica, utilizada para que no sufra deformaciones durante la hinca y facilitar ésta.

Si sólo e han de obtener unos pocos pilotes, se pueden obtener en la misma obra mediante la disposición de unos moldes sobre el suelo previamente preparado. En estos casos, la sección de los pilotes suele ser cuadrada.

El encofrado de estas piezas es muy sencillo, ya que si se ha preparado satisfactoriamente el terreno dándole una superficie bien lisa y horizontal, en donde suele echarse arena para que la superficie del hormigón no asiente sobre el terreno, el molde sólo cçnsistirá en dos tableros lar gueros para las .caras laterales y otros dos para cerrar aquellos por los extremos de cabeza y de pie.

Los tableros costeros irán debidamente arriostrados con tornapuntas y costillas clavadas en el suelo y llevdrán unos codales para impedir que se abran o cierren por la parte superior.

Cuando la fabricación de pilotes se hace en serie, es decir, en plan comercial, suelen disponerse encofrados continuos de madera o hierro, los cuales son llenados de hormigón mediante un adecuado sistema de hormigonado, ya sea por vagonetas, blondines, etc.

La superficie superior de tos pilotes no lleva encofrado, es decir, queda al aire y se obtiene como cuando se enrasa una superficie de hormigón de una losa, etc.

Características de Martillos para Hinchar Pilotes. Tablas.



Este tipo de Martillo es el indicado para atravesar tierras cuya composición sea la de arcillas duras, gravas compactas y arenas con gran resistencia, y el de la tabla 24 es para terrenos de arcillas y gravas con resistencia normal.


Continuando con los martillos de la firma Warrington-Vulcan presentamos en la tabla 25 las referencias de tipos seriados, correspondiendo las energías indicadas a las del choque estando basadas en la carrera normal del martillo. 


Otro tipo similar al anterior es el de doble efecto con la ventaja de que el numero de impactos es doble y su consumo de aire comprimido o vapor, mucho menor.

Maquinaria para la Hincha de Pilotes.

Dará una idea bastante exacta de lo que es un martinete para la hinca de pilotes, nuestras figuras 150 y 151 que, aunque anticuado y rústico, es donde se basó la moderna maquinaria que luego reseñaremos. 


El martinete que describimos, es un aparato de madera cuya misión es hacer subir y bajar un peso que al oficiar de maza golpea la cabeza del pilote a cuyo esfuerzo el pilote se va hincando en el terreno.

Como más tarde veremos hay muchos tipos de martinetes, de trinquete de vapor, etc.; pero el que ahora nos ocupa es accionado mediante cuerdas de las que tira el obrero para que se eleve la maza, y luego soltarlas con lo que, la mayor, por su propio pesa golpea la cabeza del pilote, hasta que se produce el rechazo y el pilote no puede entrar más, lo que quiere decir que se ha encontrado terreno firme.

En muchas ocasiones no se llega al verdadero rechazo, sino que se da una serie de golpes con un peso determinado y si no avanza, o tiene un avance 1imitado se considera que se ha encontrado un terreno lo suficientemente firme para dar por terminada la operación. En toda esta maquinaria, repetimos, hay muchos tipos que van desde el casquillete doble de 25 metros de altura hasta el que va montado sobre camión, requiriéndose para su puesta a punto un corto espacio de tiempo.

Los martinetes de estructura metálica están compuestos de perfiles laminados con objeto de facilitar el montaje de las mismas facilitándose as un cómodo desplazamiento y su situación exacta en el punto o puntos de hincaduras es debido a unos rodillos que llevan en su base.
La energía motriz que empele a los martinetes es el vapor, merced a una caldera que llevan instalada en su base que genera una máquina y dos cabrias: una para el martillo o maza y la otra para el pilote. También, y además del vapor, puede utilizarse petróleo, electricidad, etc., siendo esta última (si se dispone de ella) la más recomendable, ya que evita humo y ruidos.

Una máquina de este tipo es el modelo XVII de la casa Franki. Puede hincar pilotes del diámetro usual con tubos de 52 centímetros de diámetro para las que se emplea una maza de 3.200 kilos en peso. La longitud máxima es de 9 metros con 70 centímetros, no obstante puede alcanzar los 18 metros mediante dispositivos de prolongación. El peso total de la máquina es de 15.000 kilos incluyendo la cabria con sus tres tambores acmetros; cabrias de 5 tambores y potencia del motor 130 CV.
Para pilotes de gran longitud, la casa antes citada fabrica otro tipo que denomina XIII y que es capaz para pilotes cualquiera que sea su diámetro. Las características de esta máquina son: Longitud máxima de pilotes = 30 metros; cabria de 6 tambores y potencia del motor 130 CV.

Desde el año 1887 se viene empleando con éxito, en los Estados Unidos, el martillo Warrington-Vulcan de simple efecto accionado por aire comprimido a media presión o vapor y cuya maza es un peso equivalente al del total de la máquina. Su conjunto se mueve por medio del aire comprimido o vapor, aunque en la caída de la maza sólo interviene la gravedad.

Siendo relativamente pequeña la altura desde donde cae el pisón, el pilote recibe el impacto sin que su cabeza se agriete ni dañe y sin que se produzca excesivo rechazo o vibración.

Una pequeña válvula de distribución y un pequeño paso de vapor o aire comprimido, actúan de reductores con lo que I gasto es el mínimo.

Los perfiles laminados de hierros en U constituyen la armazón de la máquina y disponiendo dos de ellos a uno y otro costado de la misma, actuarán de guía para el martillo.

Como es natural existen muchos modelos, pero para determinar el más conveniente hay que considerar las características del terreno y la relación entre peso del mazo y del pilote. Como regla general se estima que el mazo debe tener la suficiente energía para sobreponerse a la inercia del pilote, la fricción peculiar y resistencia elástica y el suficiente peso para que, durante el impacto, se reduzca al mínimo la inevitable pérdida de energía.

En las tablas 23 y 24 presentamos las características de los martillos a utilizar, según las condiciones del terreno, martillos y pilote empleado. Los martillos son de la casa Warrington-Vulcan.

Cálculo de Pilotes: Consideraciones para Pilotes de Hormigón Armado y de Madera.

El cálculo de pilotes se realiza teniendo en cuenta:

a) Su construcción.
b) El transporte del taller a la obra por las vibraciones que sufre el material.
e) Su Levantamiento por grúa.
d) Su hinca.
e) Las cargas a soportar.

Como regla general se puede decir que el cálculo se basa, principalmente, en los esfuerzos que sufre durante su transporte y la tensión producida al ser izado por la grúa para prepararlo a la hinca.

También, como es natural, entra en juego la sección del hormigón y del hierro de que está compuesta su armadura; así como también la transmisión de fuerzas por frotamiento con el terreno y presión de la punta. 

Aunque estas circunstancias quedarán perfectamente determinadas con pilotes y cargas de ensayo, empíricamente se puede tomar la de l’2 toneladas por cada centímetro de longitud del pilote enteramente embutido en el terreno.

Una vez determinado el número de pilotes a colocar, será necesario determinar la forma de la losa sobre la que irá la construcción cuya forma geométrica se habrá escogido, partiendo de colocar los pilotes al tresbolillo, formar una figura (losa) cuadrada, rectangular o poligonal, según más interese en cada caso.

Despreciando el peso propio de la losa y el de la tierra superpuesta, se determinarán, para el cálculo de las mismas, los momentos y la reacción que el pilote ejerce en su eje, pues es necesario tener muy en cuenta el esfuerzo cortante a que está sometida la losa.

Seguidamente y por las tablas, damos las diferentes medidas de las losas para cimentaciones con pilotes de hormigón armado y de madera. La carga concentrada es de 30 toneladas para los primeros y 15 para los segundos La distancia entre ejes es de 0’90 y 0’75 respectivamente.




Extracción de Pilotes.


La extracción de los pilotes se realiza generalmente sólo en los casos en que se han colocado de forma transitoria, pudiéndose realizar esta operación con un trozo de palanca (fig. 148) que, como podrá observar el lector, por uno de sus extremos tiene dispuesta una tenaza, un anillo de agarre o una cadena, según expresa la citada figura. 

Figura 148


Figura 148

Otro procedimiento, que para pilotes de gran longitud es más eficaz, consiste en utilizar una prensa hidráulica (fig. 149) que colocada en forma fija permite un desarrollo de mayor fuerza extractora y es de fácil manejo.

También, en ciertas ocasiones, se utilizan explosivos.

DESMOCHADO DE PILOTES: Colocación de Pilotes.


El desmochado de los pilotes consiste en cortarlos a nivel de la rasante del terreno.

COLOCACION DE PILOTES
Los pilotes se colocan al tresbolillo o formando otras figuras semejantes. De entre ellos se retira la tierra removida, cuyos huecos se rellenan con hormigón. Posteriormente se forma (enmarcándolos a todos) un emparrillado de madera chapada, sobre la que se apoya toda la construcción o edificio; algo similar a lo representado en la figura 147.
Para mayor facilidad de hincar el pilotaje oblicuamente, se usan pilotes de tornillo, que son los que, en vez de una punta característica, tienen un tornillo.
Si la longitud o la profundidad que hay que alcanzar es tal que no es posible contar con pilotes de madera de una sola pieza, pueden empalmarse dos, uniéndolas primero sólidamente con varillas de hierro y luego recubriéndolas con hormigón. 

 Figura 147

Pilotes Derquí.


Otro tipo de pilote de los más empleados en España es el «Derquí». Sus características corresponden al de tipo Strauss, aunque más perfeccionado. El hormigonado se efectúa mediante una campana de cierre estanco. Las tuberías de moldeo y perforación se recuperan por fases.

El vertido del hormigón en el interior del tubo se efectúa disponiendo una tolva o campana en su parte superior con cierre totalmente estanco y el llenado se realiza sin disgregación del árido, con lo que se logra una mayor homogeneidad del material.

Otro tipo de pilote Derquí es el conocido con el nombre de «con estroma» y que es muy adecuado para terrenos muy blandos, caracterizándose por tener la base ensanchada y una doble armadura, la normal y otra de tela metálica cuya forma recuerda los antiguos corsés femeninos y que se coloca después de vertido el hormigón en la base ampliada. Se emplean, como puede verse en las figuras 144, 145 y 146, dos tubos de diferente diámetro, el mayor para dar a la base el ensanche necesario (fig. 144), y una vez hormigonado éste y colocado el corsé de tela metálica se coloca el segundo tubo (figs. 145). A medida que se va hormigonando se retiran los dos tubos, realizando el vertido del hormigón como en el pilote descrito en primer lugar por medio de la tolva o campana Derquí.


Para cargas muy próximas entre sí y fuertemente concentradas, se utiliza el pilote Derquí con ensanche excavado, cuyo procedimiento consiste, mediante trépanos ya rotativos, ya por percusión y con tubos, llegar hasta la profundidad conveniente a la del pilote, menos dos metros a fin de poder ensanchar la base.

Pilote Radio.

Es uno de los más usados en España. La perforación se efectúa como si se tratara de un sondeo de gran diámetro, con diversos elementos, de forma que se van conociendo las diversas zonas de terreno que se van atravesando, con lo que se adapta la longitud del pilote a la resistencia de éstos.

Una vez perforado, se coloca la armadura y acto seguido se rellena con hormigón mediante una cuchara especial, cerrada en su extremo inferior por una válvula automática que se abre cuando se apoya en el fondo, con lo que se evita que el hormigón se mezcle con el agua que pueda existir entre el tubo y la forma. Se va rellenando por partes y lentamente se apisona a la vez que se va retirando el tubo de forma, con lo que el pilote no sale cilíndrico sino con protuberancias que son como las resultantes de su adherencia en el terreno.

El diámetro de los tubos es entre 35 y 45 cm, lo que resulta para el pilote de 40 a 60 cm según el terreno y sus características.

Para terrenos de poca consistencia son de gran aplicación.

Pilotes Wilhem.


Este es un sistema perfeccionado del <<Simplex>>, en el sentido de darle más superficie a la base, para lo que se utiliza un explosivo que al estallar hace un cono esférico, por donde se introduce el hormigón (figuras 140, 141, 142 y 143). 


Figuras 140, 141, 142 y 143

Su proceso de construcción es el siguiente:

1. ° En el terreno se hinca un tubo de acero en cuyo seno inferior se deposita una carga de dinamita protegida con un tablero de madera.

2. ° Se rellena el tubo con hormigón fluido.
 
3. ° Se extrae un poco de tubo y se provoca la explosión, a cuyo efecto el terreno se comprime, produciéndose el vano esférico mencionado anteriormente, y que pasa a ocupar el hormigón fluido.
 

4. ° Se rellena el tubo, que se va sacando poco a poco hasta la formación del pilote.

Pilotes Simplex.


Es muy utilizado en los Estados Unidos. Consiste en clavar un tubo de acero provisto, en su parte inferior, de una punta resistente. La forma de operar es la siguiente: Se va echando el hormigón al mismo tiempo que se va extrayendo el pilote poco a poco y a medida que se van sucediendo las tongadas, las que se apisonan mediante el pisón suspendido de un cable. En las figuras 137, 138 y 139 puede verse el hincado, retirado y como queda finalmente el pilote.

A veces, a la base se le da una mayor superficie, denominándose en este caso Pilote «Simplex Prensado.

Tiene el inconveniente de que la tarea de extraer el tubo se hace penosa y difícil y dificultándose, caso de tener armadura, su apisonado hasta el punto de que puede modificarse su posición.

Pilotes Vibro.


Son los formados mediante tubos de un largo máximo de 20 metros. Su hinca es por medio de martinetes, llevando en su interior una armadura compuesta de 4 varillas de 20 mm 0 Son muy utilizados en Inglaterra (figs. 135 y 136).

Otro pilote similar al SIMPLEX es el  <<Strauss>>, diferenciándose únicamente en que la introducción del tubo se ejecuta mediante taladro.





La Corrosión de los Pilotes Metálicos.


Cuando los pilotes metálicos se colocan en suelos no agresivos, la corrosión que sufre el acero no resulta crítica, por lo cual es suficiente prever un margen de 1,5 a 2,5 mm de espesor adicional de la sección transversal, ya que la dura película de óxido que se forma protege el pilote de futuros ataques corrosivos. Es conveniente, sin embargo, antes de hincarlos, revestirlos de pinturas asfálticas que aíslan el metal del contacto directo con el suelo.

Pero si los pilotes metálicos están en agua de mar, o en suelos fuertemente ácidos - con materias orgánicas en descomposición, la acción destructiva es mucho más drástica y se deben tomar precauciones especiales, tales como ahogar los pilotes en concreto, formando pilotes combinados o revestirlos de pinturas adecuadas. Buenos resultados ha dado asimismo el empleo de determinadas aleaciones del acero, la mejor de las duales ha resultado el acero cúprico.

Pilotes Metálicos.

Los perfiles estructurales de acero, así como las secciones tubulares, son comúnmente usados como pilotes. Se prefieren en general las secciones H reforzadas, por ser las que soportan mejor las grandes presiones que le impone la superestructura. Los pilotes metálicos tienen sección — transversal reducida, por lo cual al penetrar en el terreno, desplazan sólo limitados volúmenes de suelo. Además, son capaces de atravesar estratos duros con gran facilidad, así como romper las piedras de boleo que encuentran en su camino, o perforar troncos o raíces de rbo1es enterrados.

Los pilotes metálicos trabajan bien por punta, como columnas, y se pueden cortar o empalmar fci1mente como muestra la figura 12.28. Cuando los pilotes son muy esbeltos y descansan en suelos rocosos, se suele reforzar su punta con planchas de acero, para evitar el pandeo local. Estos pilotes también son aptos para resistir solicitaciones en flexión compuesta y flexo torsión y por su gran área de contacto con el suelo de fundación, se produce una importante fricción a lo largo de su fuste, que incrementa la capacidad portante del pilote.

El esquema a) de la figura 12.28 corresponde al empalme soldado de dos perfiles 1 mediante dos canales, y el esquema b) a una unión empernada, con plancha de base. Estas uniones son similares a la usadas en columnas metálicas. Los esquemas c) y d) muestran secciones tubulares, donde el empalme se realiza mediante un anillo metálico que se suelda en ambos extremos al tubo. Los pilotes metálicos tubulares se emplean generalmente en obras marítimas y se van soldando a tope o mediante anillos, a medida que penetran en el suelo. Su diámetro varía entre 20 y 100 cm. Pueden tener así  mismo forma troncoc6nica, con su extremos inferior cerrado, pero son más comunes los cilíndricos con el extremo abierto.

Cuando se desea incrementar su resistencia por punta, se pueden usar los pilotes metálicos con disco inferior, como muestra la figura 12.29 a) el cual está reforzado con nervios para aumentar su área de base. Estos pilotes de disco son indicados para suelos granulares.

Los pilotes metálicos se pueden colocar según dos técnicas diferentes:

* Pilotes hincados
* Pilotes roscados

La hinca de estos pilotes es similar a la usada en los de concreto armado. Para evitar el deterioro y cambio de forma de la cabeza del pilote, se lo recubre con un cabezote o sombrerete adecuado, donde golpea la maza del martinete, y amortigua el impacto por percusi6n. Los pilotes roscados son los que se colocan preciándolos con un movimiento circular y penetran atorni1lndose en el suelo con su punta provista de un tornillo de Arquímedes. Ver figura 12.29 b), el cual a su vez  incrementa el área portante. En suelos blandos, se utilizan roscas con cuerpo cilíndrico y hélices muy salientes, mientras que en suelos resistentes, como las arenas y gravas, es más usual el empleo de roscas con cuerpo cónico y hélices poco salientes. (Ver Sección 12.6 Método Grimaud).


Construcción de Pilas Excavadas: Método con Lodo Natural o Bentonitico.

Este método se conoce como excavación mojada y resulta especialmente indicada en suelos muy blandos, donde es imposible mantener estables las paredes del pozo sin entibación.

Cuando los estratos superiores son resistentes, el proceso puede comenzarse con el método en seco y al alcanzar estratos desmoronables en el subsuelo, se introduce la camisa y se continúa la perforación, como se ha descrito previamente. Al alcanzar la profundidad necesaria, se llena el
- tubo con lodo y se retira la camisa.

Una de las ventajas de este método permite no tener que vaciar el concreto inmediata
- mente después de excavado el pozo, ya que el lodo estabiliza las paredes del mismo. El lodo a usar - es de dos tipos:

-Lodo natural
-Lodo bentonitico 


El lodo natural es el que se prepara con el suelo del lugar, mezclándolo con agua y con minerales pesados, de modo que el lodo adquiera la misma densidad del suelo y ejerza una presión Interna igual a la del suelo que ha sido excavado. Este lodo debe tener una consistencia tal que mantenga en suspensión las partículas de los suelos granulares. El vaciado del concreto se realiza haciéndolo descender hasta el fondo de la excavación mediante tolvas o tubos y a medida que se llena el pozo con el concreto fresco, se desplaza el lodo, que es recogido en la superficie en fosas especialmente colocadas a tal fin. Por eso a este método se lo conoce como de lodo desplazado.

Más usual es el empleo del lodo bentonitico. La bentonita es una arcilla tixotrópica
- del tipo de la montmorillonita que se expende en forma de polvo y presenta la capacidad de poder absorber grandes cantidades de agua. Posee sodio como base de cationes y al ser - mezclada con agua forma una suspensión o gel coloidal que por agitación pasa al estado plástico.

El límite líquido de la bentonita s6dic es del orden del 500%, y las partículas coloidales de la bentonita que se mantienen en suspensión fluida, penetran en las paredes del suelo, por permeabilidad, y se depositan entre los granos de la masa del terreno con el cual están en contacto. Al penetrar el lodo entre los granos va depositando elementos coloidades y por efecto de la tixotropía, se convierte en gel plástico, que modifica las características de un cierto espesor de las paredes del pozo, otorgándoles cohesión y disminuyendo su permeabilidad. Este proceso forma una costra o torta en las paredes de la excavación, que puede alcanzar varios centímetros de espesor,
 
La acción estabilizante del lodo bentonitico es muy duradera, de modo que se pueden excavar todas las pilas de la obra, llenarlas de este lodo, y luego proceder al vaciado del concreto en forma simultánea o sucesiva.

La técnica de la construcción de pilas o muros colados con bentonita es relativamente reciente, pues su origen data de 1950, cuando se la comenzó a usar con éxito en exploraciones petroleras. El efecto del lodo asegura la estabilidad de
las paredes del pozo excavado, aun en arenas sin cohesión y bajo el nivel freático.

Las pilas de gran sección también pueden excavarse con barrenos rotativos como muestra la figura 12.27, pudiendo alcanzar los 3 m de diámetro. El suelo barrenado se va extrayendo y en
- su lugar se llena el pozo con lodo bentonitico, hasta terminar la excavación. Debe escogerse un barreno que permita el libre flujo del lodo, pues de lo contrario, se puede producir un vacío debajo que provoque el derrumbe de las paredes en la altura donde no hay lodo en suspensión.

Cuando se debe colocar armadura resistente, se la hace descender dentro del lodo hasta ubicarla en su posición correcta, y luego se procede a vaciar el concreto utilizando la tolva según se indicó previamente. Como el concreto tiene mayor densidad que el lodo, lo desplaza, y este sube y es recogido en la superficie para su posterior tratamiento y decantación.

El tratamiento a que se somete la bentonita resulta un proceso de reciclado, pues el
lado debe ser periódicamente controlado para verificar su densidad, su viscosidad, su contenido de arena e impurezas, etc. La balanza de lodos indica cuando el contenido de arena es muy grande. En este caso, se debe proceder al desarenado del lodo, para su posterior utilización en la construcción de otras pilas. Debido al gran volumen de lodo empleado, el proceso de decantación es lento y costoso, y consiste básicamente en el siguiente proceso:

1) Controlar la densidad utilizando la balanza de lodos
2) Verificar que la viscosidad no sea muy elevada
3) Tamizar las muestras para constatar el contenido de arena y limos

En algunas ocasiones se procede también a efectuar ensayos de filtrado y control de muestra seca mediante un filtro de prensa. Es conveniente por medio de eyectores producir la circulación forzada de la bentonida, para activar su remoción y obtener una óptima dispersión.

Los ensayos indican en todos los casos el nivel de entumecimiento necesario del lodo
- bentonitico, pues si resulta demasiado espeso, la rigidez obstaculiza la decantación y el proceso se vuelve difícil y se encarece. De todos modos, la experiencia evidencia que la evacuación de los - lodos no utilizables es siempre más costosa que el reciclado y decantación de los mismos.

Se tratara luego nuevamente el uso del lodo bentonitico para la construcción de muros colados, con características muy similares a la técnica empleada en las pilas mencionadas. En los muros o pantallas, sin embargo, debido a su limitado espesor, se debe proceder a la construcción de los muros gula antes de excavar, para asegurar la verticalidad y estabilidad de la excavación,
 pues la circulación del lodo puede producir una erosión importante.

Debe tenerse en cuenta, sin embargo, en todos los casos mencionados, que la costra o torta que se forma en las paredes de la excavación antes de vaciar el concreto, elimina en la mayoría de los casos, o al menos disminuye notablemente la fricción que se produce entre el fuste de la pila y el suelo que lo rodea.

Construcción de Pilas Excavadas: Método con Camisas. Sistema Chicago, Gow y Benoto.

Cuando las condiciones del suelo son tales que existe el peligro de derrumbe de las paredes de la excavación, o cuando la pila se extiende más allá del nivel del agua subterránea, se usan camisas o tubos de gran diámetro para mantener el hueco en su forma hasta que se vacía el concreto.

La más económica de las camisas es la de madera con anillos de acero, que se van clavando a medida que la excavación desciende. Ver figura 12.25 a). Es el conocido “Método Chicago” pues fue usado por primera vez por la Compañía Sooy Smith en Chicago en 1894. La excavación se realiza a mano en tramos de 60 cm para arcillas blandas y de hasta 1,8 m
para arcillas firmes.

Cuando se alcanza la profundidad deseada y si el suelo es suficientemente resistente, se forma la campana de base. Las pilas construidas por el método Chicago alcanzan los 60 m de profundidad, con diámetros de hasta 3,5 rn.
Otro sistema de construcción de pilas de gran tamaño es el “Método Gow”, que utiliza tubos de acero con tramos de diferente diámetro, dándole a la pila la forma telescópica. Los tubos van disminuyendo su dimensión en 5 cm a medida que se hallan más profundos en el subsuelo, como muestra la figura 12.25 b).
El método más conocido, sin embargo, es el “Método Benoto”, para la ejecución de las pilas excavadas, el cual utiliza dos mecanismos diferentes:

a) Los cucharones trépanos
b) Movimientos vibratorios de la máquina entubadora

La figura 12.26 muestra dos modelos diferentes de cucharones trépanos, aptos para extraer grandes volúmenes de suelo en cada operación. Estos cucharones derivan su nombre de que trabajan simultáneamente como trépanos, perforando el suelo y excavándolo para formar el pozo de la pila, y son especialmente indicados para terrenos con grandes piedras de boleo en el subsuelo, o en condiciones difíciles e perforar. Debido a su forma, se los conoce también por cucharones de almeja.

Según se indica en la figura 12.26, los filosos dientes de los cucharones se abren para penetrar en el suelo, y luego se cierran herméticamente para retirarla tierra atrapada dentro del cucharón. El equipo está provisto de una gula o barra telescópica llamada “Kelly” que permite un fácil manejo del sistema. El elevado peso de los cucharones permite que éstos penetren en el suelo por calda libre, y el operativo se facilita en suelos flojos.


Hay también cucharones hidráulicos que eliminan los inconvenientes del cierre mecánico. En este caso el sistema es accionado por uno o dos gatos conectados a las palas del cucharón mediante una biela. Además, los cucharones están unidos a un cuerpo superior alargado y macizo de peso de 2 a 3 t según las dimensiones del pozo a perforar.

En suelos fácilmente desmoronables o en excavaciones bajo el agua, previamente al uso de los cucharones, se hunden tubos de encofrado mediante movimientos vibratorios de la maquinaria entubadora. Luego se extrae el suelo dentro del tubo, con los cucharones, se coloca la armadura resistente en su lugar,  y se vacía el concreto. Esta operación se realiza haciendo descender el concreto - fresco dentro de los cucharones estancos, hasta el fondo del pozo, para que no sea lavado por el agua subterránea.

Estos movimientos vibratorios de la máquina entubadora sirven también para compactar el concreto a medida que se va vaciando la pila. De esta manera, el fuste resulta rugoso, lo cual aumenta considerablemente la fricción lateral con el suelo. En algunos casos, es posible vaciar pilas con el método Benoto, inclinadas hasta 15° con respecto a la vertical.

Construcción de Pilas Excavadas: Método en Seco.

Cuando la excavación no alcanza el nivel freático, y donde no exista el peligro de derrumbe de las paredes del pozo excavado, como ocurre por ejemplo en los suelos arcillosos firmes y homogéneos, se puede aplicar el método de excavación en seco. La forma m simple de excavar es a mano, con palas, si bien este procedimiento queda limitado sólo a las excavaciones de poca profundidad, en suelos firmes.

Mas usual es el empleo de adecuados equipos de perforación, tales como los de broca y barreno, o bien máquinas excavadoras especiales que consisten en un gran cucharón incorporado a una grúa. El cucharón va sujeto a una barra telescópica y esta accionado por un sistema hidroeléctrico.
Los pozos así cavados alcanzar los 3 m de diámetro y llegan a 40 m de profundidad. Para mejorar su resistencia por punta, se usan perforadoras especiales, capaces de ensanchar el fondo dándole forma de campana.

Para ello se hace rotar la perforadora al tiempo que se extienden sus afiladas aletas inferiores, progresivamente. El tiempo que se requiere para terminar la excavación depende de las características del suelo y de la geometría del pozo. Una excavación de 20 m de profundidad y 1 m de
- diámetro, realizada en seco, puede terminarse en 30 minutos, si el suelo es ardua firme.

Concluida la perforación, se coloca la armadura y se vacía el concreto, llenando la totalidad del pozo. En algunos casos, se omite la armadura, o se la ubica solamente en la parte superior de la pila, generalmente en el 1/3 de la altura.