Pilotes de fricción - Estimación de la longitud.

Cuando no se tiene una capa de roca o material duro a una profundidad razonable, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan en el material más blando a profundidades específicas (figura 9.6c). La carga última de esos pilotes se expresa por la ecuación (9.4). Sin embargo, si el valor de Q es relativamente pequeño,

Éstos se denominan pilotes de fricción porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la fricción superficial. Sin embargo, el término pilote de fricción no es muy apropiado, aunque se usa con frecuencia en la literatura técnica; en suelos arcillosos, la resistencia a la carga aplicada es también generada por adhesión.

La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote. Para determinar las longitudes necesarias, un ingeniero requiere de un buen entendimiento de la interacción suelo-pilote, de buen juicio y de experiencia. Los procedimientos teóricos para el cálculo de la capacidad de carga de pilotes se presentan después.

Figura 9.6c Pilotes de Fricción.

Pilotes de Carga de Punta - Estimación de la longitud.

Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de roca o de material rocoso a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca (figura 9.6a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; entonces son llamados pilotes de carga de punta. En la mayoría de esos casos, la longitud necesaria del pilote debe ser establecida lo más preciso.

Si en vez de un lecho rocoso se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y duro a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro (figura 9.6b). Los pilotes con pedestales se construyen sobre el lecho del estrato duro, y la carga última del pilote se expresa como

FIGURA 9.6 (a) y (b) pilotes de punta; (c) pilotes de fricción.

En este caso, la longitud requerida de pilotes se estima con mucha precisión si se dispone de los registros de exploración del subsuelo.

ESTIMACIÓN DE LA LONGITUD DEL PILOTE.

Seleccionar el tipo de pilote por usar y estimar su longitud necesaria son tareas bastante difíciles que requieren buen juicio, los pilotes se dividen en tres categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo:

(a) de carga de punta,  Si los registros de perforación establecen la presencia de lechos de roca o de material rocoso a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca (figura 9.6a). En este caso, la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente; entonces son llamado....

(b) de fricción  Cuando no se tiene una capa de roca o material duro a una profundidad razonable, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan en el material más blando a profundidades

(c) de compactación. Bajo ciertas circunstancias, los pilotes se hincan en suelos granulares para lograr una compactación apropiada del suelo cercano a la superficie del terreno, y se denominan pilotes de

Comparación de los Tipos de Pilotes.

Varios factores afectan la selección de pilotes para una estructura particular en un sitio específico. La tabla 9.2 da una breve comparación de las ventajas y desventajas de los varios tipos de pilotes con base en el material de que están hechos.

TABLA 9.2 Comparación de pilotes hechos de diferentes materiales

Pilotes compuestos y sus Características.

Las porciones superior e inferior de los pilotes compuestos están hechos de diferentes materiales, por ejemplo, se fabrican de acero y concreto o de madera y concreto. Los pilotes de acero y concreto consisten en una porción inferior de acero y en una porción superior de concreto colado en el lugar. Este tipo es el usado cuando la longitud del pilote requerido para un apoyo adecuado excede la capacidad de los pilotes simples de concreto colados en el lugar. Los de madera y concreto consisten en una porción inferior de pilote de madera debajo del nivel permanente del agua y en una porción superior de concreto. En cualquier caso, la formación de juntas apropiadas entre dos materiales diferentes es difícil y por eso, los pilotes compuestos no son muy usados.

Pilotes de Madera y sus Características.

Los de madera son troncos de árboles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud máxima de la mayoría de los pilotes de madera es de entre 30 y 65 pies (10-20 m). Para calificar como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin defectos. El Manual of Practice, No. 17 (1959) de la American Society of Civil Engineers, los divide en tres clases:

1. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 14 pulgs (356 mm).

2. Pilotes clase B que se usan para tomar cargas medias. El diámetro mínimo del fuste debe ser de entre 12 y 13 pulgs (305-330 mm).

3. Pilotes clase C que se usan en trabajos provisionales de construcción. Estos se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote está debajo del nivel freático. El diámetro mínimo del fuste debe ser de 12 pulgs (305 mm).

En todo caso, la punta del pilote no debe tener un diámetro menor que 6 pulgs (150 mm). Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse; por lo tanto, su capacidad se limita a aproximadamente 25-30 toneladas (220-270 kN). Se deben usar zapatas de acero para evitar daños en la punta del pilote (en el fondo). La parte superior de los pilotes de madera también podrían dañarse al ser hincados, para evitarlo se usa una banda metálica o un capuchón o cabezal. Debe evitarse el empalme de los pilotes de madera, particularmente cuando se espera que tomen cargas de tensión o laterales.

Sin embargo, si el empalme es necesario, éste se hace usando manguitos de tubo (figura 9.5a) o soleras metálicas con tornillos (figura 9.5b). La longitud del manguito de tubo debe ser por lo menos de cinco veces el diámetro del pilote. Los extremos a tope deben cortarse a escuadra de modo que se tenga un contacto pleno entre las partes. Las porciones empalmadas deben recortarse cuidadosamente para que queden estrechamente ajustadas dentro de los manguitos o camisas de tubo. En el caso de soleras metálicas con tornillos, los extremos a tope deben también recortarse a escuadra y los lados de las porciones empalmadas deben ser recortadas planas para el buen asiento de las soleras.

FIGURA 9.5 Empalme de pilotes de madera: (a) uso de manguitos tubulares;
(b) uso de soleras metálicas y tornillos

Los pilotes de madera permanecerán indefinidamente sin daño si están rodeados por suelo saturado. Sin embargo, en un ambiente marino, están sometidos al ataque de varios organismos y pueden ser dañados considerablemente en pocos meses. Cuando se localizan arriba del nivel freático, los pilotes son atacados por insectos. Su vida se incrementará tratándolos con preservadores como la creosota.

La capacidad admisible de carga de los pilotes de madera es



Los siguientes esfuerzos admisibles son para pilotes de madera redonda tratada a presión hechos con abeto Pacific Coast Douglas y pino Southern usados en estructuras hidraulicas (ASCE, 1993).

Pilotes de Concreto y sus Caraterísticas.

Los pilotes de concreto se dividen en dos categorías: (a) pilotes prefabricados y (b) colados in situ. Los prefabricados se preparan usando refuerzo ordinario y son cuadrados u octagonales en su sección transversal (figura 9.3). El refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momento flexionante desarrollado durante su manipulación y transporte, la carga vertical y el momento flexionante causado por carga lateral. Los pilotes son fabricados a las longitudes deseadas y curados antes de transportarlos a los sitios de trabajo.

FIGURA 9.3 Pilotes prefabricados con refuerzo ordinario

Los pilotes prefabricados también son presforzados usando cables de presfuerzo de acero de alta resistencia.

La resistencia última de esos cables es de aproximadamente 260 ksi ( = 1800 MN/m2). Durante el colado de los pilotes, los cables se pretensan entre 130-190 ksi (= 900 - 1300 MN/m2) y se vierte concreto alrededor de ellos. Después del curado, los cables se recortan produciéndose así una fuerza de compresión en la sección del pilote. La tabla D.3 da información adicional sobre pilotes de concreto presforzado con secciones transversales cuadradas y octagonales.

Los pilotes colados in situ se construyen perforando un agujero en el terreno y llenándolo con concreto. Varios tipos de pilotes de concreto colados in situ se usan actualmente en la construcción y la mayor parte fueron patentados por sus fabricantes. Esos pilotes se dividen en dos amplias categorías: (a) ademados y (b) no ademados. Ambos tipos tienen un pedestal en el fondo.

Los pilotes ademados se hacen hincando un tubo de acero en el terreno con ayuda de un mandril colocado dentro del tubo. Cuando el pilote alcanza la profundidad apropiada, se retira el mandril y el tubo se llena con concreto. Las figuras 9.4a, 9.4b, 9.4c y 9.4d muestran algunos ejemplos de pilotes ademados sin pedestal.

La tabla 9.1 da información adicional sobre los pilotes ademados. La figura 9.4e muestra un pilote ademado con un pedestal, consistente en un bulbo de concreto expandido que se forma dejando caer un martillo sobre el concreto fresco.

Las figuras 9.4f y 9.4g son dos tipos de pilote sin ademe, uno con pedestal y el otro sin él. Los pilotes no ademados se hacen hincando primero el tubo a la profundidad deseada y llenándolos con concreto fresco. El tubo se retira gradualmente.

Las cargas admisibles para pilotes de concreto colados in situ se dan por las siguientes ecuaciones.

FIGURA 9.4  Pilotes de concreto colados in situ

TABLA 9.1  Descripciones de los pilotes colados en el lugar mostrados en la figura 9.4.

 TABLA D.3a Pilotes de concreto presforzado típicos.(unidades inglesas)

 TABLA D.3b Pilotes de concreto presforzado típicos (unidades IC)