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Pilas y Pilotes - Definicion, Metodos

Las pilas son fundaciones profundas de gran capacidad de carga, que se diferencian de los pilotes en sus dimensiones. Las pilas tienen usualmente sección transversal circular u oblonga como muestra la figura 12.25 y por lo general llevan armadura longitudinal y transversal. Su diámetro varía entre 0,8 y 2,2 m. Las características de las pilas y sus ventajas se enumeran a continuación:

* Pueden resistir cargas axiales superiores a las 500 t e incluso alcanzan las 1.000 t
* Su altura promedio es de 35 m, pudiendo construirse bajo el nivel freático
* Soportan cargas horizontales e inclinadas, con buena resistencia a flexión
* Su construcción no afecta los edificios circundantes, pues no se producen vibraciones por lo cual se pueden ubicar próximas a linderos
* El lapso de servicio es prácticamente ilimitado, aun en medios agresivos, tal como ocurre con las construcciones costeras, o en pilas de puentes sobre ríos.
* Transfieren las cargas a estratos profundos, lo cual es especialmente ventajoso cuando existe el peligro de socavación por las corrientes fluviales y marítimas, o las mareas.
* Pueden construirse sin cabezales, o con cabezales de reducidas dimensiones




Las pilas, en forma similar a los pilotes, pueden ser excavadas o perforadas, y trabajan por punta o fricción lateral. Si las pilas descansan en roca dura, solo se toma en cuenta su resistencia por punta, como una columna o pilar de grandes dimensiones, despreciándose su resistencia por fricci6n lateral. Pero cuando el suelo es homogéneo de gran profundidad, la resistencia a fricci6n alcanza magnitudes importantes.
Debido a sus grandes dimensiones, las pilas suelen sufrir asentamientos, los cuales suelen controlar el diseño. Para construir las pilas excavadas existen tres métodos diferentes.

-Método en seco
-Método con camisa
-Método del lodo natural o bentonitico


** Metodo 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.


** 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.

** 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.


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Fuente: http://ingenieriacivil.co.cc



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