Este capitulo contiene todo lo correspondiente a cimentaciones profundas, dentro del marco teórico

1. Capitulo 10
PROCEDIMIENTOS
CONSTRUCTIVOS II

2. NORMA TÉCNICA E.050
SUELOS Y CIMENTACIONES
CAPÍTULO 5
Cimentaciones Profundas

3. 5.1 CIIMENTACIIÓN POR PIILOTES
5.1.1 Programa de Exploración para Pilotes
El programa de exploración para cimentaciones por pilotes se
sujetará a lo indicado en la Sección 2.3, excepto en lo concerniente
a la profundidad mínima de investigación, la cual corresponderá a
la profundidad activa de cimentación.
5.1.2 Capacidad de Carga en Pilotes
El cálculo de capacidad de carga en pilotes se efectuará mediante
cualquiera de los métodos estáticos confiables normalmente
utilizados en la Mecánica de Suelos.
La capacidad estática de carga se calculará por medio de la
siguiente ecuación:

4. ∑QfQu = Qp +
donde:
Qu
Qp
ΣQf
:
:
:
capacidad última del pilote
capacidad última por punta
capacidad última por fricción en los estratos que
intervienen en el efecto de fricción
Dentro de los cálculos de la capacidad de carga de los pilotes no
se deben considerar los estratos licuefactables, ni aquellos de muy
baja resistencia, ni suelos orgánicos ni turbas.
Durante la ejecución de la obra deberán ejecutarse pruebas de
carga y la capacidad de carga deberá ser verificada por una
fórmula dinámica confiable según las condiciones de la hinca.

6. CIMENTACIONES CON PILOTES
• CONCEPTO
• Los pilotes son elementos estructurales que
pueden ser de acero, concreto y madera, y se
usan para construir cimentaciones profundas con
pilotes, el costo es superior a las cimentaciones
superficiales. A pesar del costo el uso de pilotes
es a menudo necesario para garantizar la
seguridad estructural.

7. NECESIDAD DE LAS CIMENTACIONES CON
PILOTES - Requerimientos
• A)
Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente
compresibles y demasiado debiles para soportar la carga transmitida
por la superestructura, se usan pilotes para transmitir la carga al
lecho rocoso o a una capa dura. (vease figura 1a). Cuando no se
encuentra un lecho rocoso a una profundidad razonables debajo de
la superficie del terreno, se usan pilotes para transmitir gradualmente
la carga estructural al suelo. La resistencia a la carga estructural
aplicada proviene principalmente de la resistencia a la fricción
desarrollada en la interfaz suelo-pilote (vease figura 1b).

8. • B)
Cuando están sometidas a fuerzas horizontales
(vease fig 1c), las cimentaciones con pilotes resisten
por flexion mientras soportan aun la carga vertical
transmitida por la superestructura. Este tipo de
situacion se encuentra generalmente en el diseño y
construccion de estructuras de retención de tierra y
en la cimentación de estructuras de gran altura que
estan sometidas a fuerzas grandes de viento y/o
sismicas.
NECESIDAD DE LAS CIMENTACIONES CON
PILOTES - Requerimientos

10. NECESIDAD DE LAS CIMENTACIONES CON
PILOTES - Requerimientos
• C)
Cuando la estructura se encuentran sobre un suelo expansivo y
colapsable que se extienden a gran profundidad por debajo de la
superficie del suelo. Los suelos expansivos se hinchan y se contraen
conforme el contenido del agua crece o decrece y su presion de
expansion puede ser considerable. (vease 1d). Los suelos de tipo
colapsable, tambien se ven afectados por la influencia del agua. Una
disminución repentina de la relacion de vacios del suelo induce
grandes asentamientos de las estructuras soportadas por
cimentaciones superficiales. En este caso los pilotes son una solución
y se usan con éxito, mas alla de la zona posible de cambio de
contenido de agua

11. NECESIDAD DE LAS CIMENTACIONES CON
PILOTES - Requerimientos
• D) Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres
de transmision , plataformas fuera de la costa y losas de
sotanos debajo del nivel freatico, estan sometidas a fuerzas
de levantamiento. Algunos veces se usan pilotes para estas
cimentaciones para resistir la fuerza de levantamiento. (ver
fig.1e).
• E) Los estribos y pilas de puentes generalmente se
construyen sobre cimentaciones de pilotes para evitar la
posible perdida de capacidad de carga que una
cimentacion superficial sufriria por erosión del suelo en la
superficie del terreno. (ver fig. 1f).

13. NECESIDAD DE LAS CIMENTACIONES CON
PILOTES – Requerimientos-Resumen

15. Historia del Pilotaje
• Construir zonas elevadas en zonas húmedas: orillas de lagos (Lago de
Ginebra, hace 4000 años).
• En Robenhausen (Suiza), 100 000 pilotes fueron encontrados bajo un
depósito de terreno de 2000 años de antigüedad.
• En Lough Drumkeery (Irlanda) se encontraron 30 000 pilotes antiguos
de madera oak de 3 m de profundidad.
• Herodoto (escritor Griego, 400 A.C.) explica que en una tribu africana
(PEONIONS) vivian en una zona levantada con pilotes: para contraer
matrimonio cada hombre tenia que hincar 3 pilotes. Eran polígamos.
• Los Fenicios usaban pilotes para las construcciones portuarias. Los
constructores de barcos empezaron a construir las pantallas formadas
por hileras de pilotes o tablestacas.

16. Historia del Pilotaje
• Los cedros del Líbano prácticamente desaparecieron, debido a la exportacion a
Egipto para construir pilotes
• Tanto los Griegos como los Romanos usaron pilotes en todas sus construcciones.
Ejemplo de los Romanos es un puente en Newcastle (UK) con pilotes de madera
negra de roble de 3 m.
• El Emperador Trajano construyó un puente en el Danubio. Cuando se
descubrieron los pilotes estaban en fase de petrificación.
• Vitrubio (arquitecto romano del siglo 0), describe técnicas constructivas para la
ejecución de pilotes y tablestacas.
• La mayoría de los edificios antiguos (siglo VIII) en Venecia se fundamentan
mediante pilotajes. La ciudad empezó en una zona pantanosa.

17. Historia del Pilotaje
• La ciudad de Amsterdam, fundada hace 1000 años, prácticamente se encuentra
construida sobre pilotes de 15-20 m de longitud. Los pilotes de madera
sumergidos han demostrado ser más duraderos que los sometidos a secado-
mojado periódico (en tal caso se usaban grasas para protejer la superficie).
La hinca se hacia mediante un simple trípode que permitía la caída de un peso
que golpeaba el pilote.
• En el siglo XIX empezaron los cambios importantes, tanto en los materiales de
los pilotes como en su ejecución.
• En 1830 se empezaron a usar los pilotes metálicos de forma tubular.
• En 1824 (siglo XIX) Joseph Aspdin patentó el cemento que mas tarde se
conoció como cemento Portland (se parece a las piedras de Portland).
• Hacia finales de siglo aparece el hormigón armado en Francia.
• A principios del siglo XIX empieza a usarse en Inglaterra la máquina de vapor
para levantar las mazas.

18. TIPOS DE PILOTES
1. Pilotes de madera
2. Pilotes de Concreto y Pilotes de
Concreto vaciado en situ
3. Pilotes de Acero

19. I.- Pilotes de madera
• Los Pilotes de madera son troncos de arboles cuyas ramas y corteza
fueron cuidadosamente cortadas. La longitud maxima es de 10 a 20 m.
Para calificar para uso como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin
defectos. En el manual de Practica N° 17 (1959) de la American Society
of Civil Engineers, los divide en tres clases:
– Pilotes Clase A que soportan cargas pesadas, el diametro minimo de fuste
debe ser de 356 mm (14”)
– Pilotes Clase B que se usan para tomar cargas medias. El diámetro mínimo
del fuste debe ser entre 305 y 330 mm (12” y 13”).
– Pilotes clase C que se usan en trabajos provisionales de construcción. Estos
se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote esta
debajo del nivel freatico. El diámetro mínimo de fuste debe ser de 304 mm
(12”).

20. I.- Pilotes de madera
• Los Pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse,
por lo tanto su capacidad generalmente es limitada. Se deben
usar zapatas de acero para evitar daños en la punta del pilote.
• Al momento del hincado los pilotes de madera podrían dañarse
por efecto del impacto del martillo llamado astillameinto. Para
evitar daños a la cabeza del pilote, se usa una banda metálica o
un capuchón o cabezal.
• Debe evitarse el empalme de los pilotes, particularmente
cuando se espera que tomen cargas por flexion o laterales. Sin
embargo si el empalme es necesario, este se hace usando
manguitos tubulares (ver fig 2a) que debe ser 5 veces el
diametro del pilote; o soleras metálicas con pernos (ver fig 2b)

22. I.- Pilotes de madera
• Los Pilotes de madera no se dañaran con el tiempo si permanecen
rodeados de un suelo saturado. En un ambiente marino, estaran
sometidos al ataque de diferentes organismos y dañarse en poco
tiempo. Cuando se localizan arriba del nivel freatico, los pilotes estan
sujetos al ataque de insectos. La vida de los pilotes se incrementara
si se les trata con preservadores como la creosota.

23. II.- Pilotes de Concreto
• Los pilotes de concreto se dividen en dos categorias
basicas
– A) Pilotes Precolados: Se preparan usando refuerzo ordinario y
son de sección transversal cuadrada u octogonales (ver fig 3a). El
refuerzo se proporciona para que el pilote resista el momento
flexionante desarrollado durante su manipulación y transporte.
Algunas propiedades generales de estos pilotes:
Longitud usual: 10 15 m
Carga usual : 300 a 3000 kN (67 a 675 klb)
– Ventajas:
» Pueden ser sometidos a un hincado de alto impacto
» Son resistentes a la corrosión
» Pueden combinarse facilmente con una superestructura de concreto.
– Desventajas:
» Dificiles de ser cortados a la medida precisa
» Dificiles de transportar

25. II.- Pilotes de Concreto
– B) Pilotes colados en situ : Se construyen perforando un agujero en
el suelo y llenandolo de concreto. Estos pilotes se dividen en dos
categorias a1) Ademados y a2) no ademados. Ambos tipos pueden
tener 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 ademe. Cuando el pilote alcanza la profundidad
deseada, se retira el mandril y el tubo se llena de concreto. (ver
figuras 4a, 4b y 4c. ) pilotes ademados sin pedestal.
Algunas propiedades de los pilotes colados en situ:
• Longitud usual: 5 a 15 m
• Longitud maxima:30 a 40m
• Carga usual: 200 a 500 kN
• Carga maxima aproximada: 800 kN

28. II.- Pilotes de Concreto
• Ventajas:
– Relativamente baratos
– Posiblemente inspección antes de verter el concreto
– Fácil de extender
• Desventajas:
– Difíciles de empalmar después del fraguado
– Los ademes delgados pueden dañarse

35. • Los pilotes son tubulares o perfiles H laminados. Los pilotes
tubulares se hincan en el terreno con sus extremos abiertos
o cerrados.
• Las vigas de acero de patin ancho y de seccion I tambien se
usan como pilotes. ( Alma y patines no son iguales).
• Se prefieren los perfiles H porque los espesores del alma y
patines son iguales.
• Cuando es necesario los pilotes de acero se empalman por
medio de soldadura o remaches. La fig. 1a, muestra un
empalme por soldadura en un pilote H. La fig. 1b, muestra
un empalme por soldadura de un pilote tubular. La fig 1c
muestra un empalme por remaches o tornillos de un pilote H.
III.- Pilotes de Acero

37. III.- Pilotes de Acero
• Cuando se esperan condiciones dificiles de hincado por las
condiciones de los suelos (grava densa, lurtitas y roca
blanda), los pilotes de acero se hincan, usando zapatas o
puntas de hincado ver fig 1d y 1e.
• Los pilotes de acero llegan a estar sometidos a corrosión, por
ejemplo en suelos pantanosos, las turbas y otros suelos
orgánicos que son corrosivos. Los suelos con Ph mayor a 7
no son corrosivos.
• Para evitar la corrosión se usan recubrimientos epoxicos,
aplicados en fabrica o se emplea el proceso de galvite.
Ademas se puede utilizar el concreto como recubrimiento
para protejerlos de la corrosión.

39. • Longitud usual: 15 a 60m
• Carga Usual:300 a 1200 kN
• Ventajas
– Son faciles de cortar a las longitudes deseadas
– Pueden resistir altos esfuerzos de hincado.
– Pueden penetrar en estratos como grava densa y roca blanda
– Alta Capacidad de carga
• Desventajas
– Relativamente costosos
– Alto nivel de ruido durante el hincado
– Sujetos a la corrosión
– Los Pilotes H pueden dañarse o desviarse de la vertical durante el hincado
al atravesar estratos duros o en presencia de obstrucciones enormes.
III.- Pilotes de Acero - Propiedades

41. PILAS DE CIMENTACIÓN
• Las pilas de Cimentación son pilotes colados in situ con
undiametro superior al de los pilotes normales. El fuste del
diametro es de 750 mm, con o sin refuerzo de acero y con
o sin pedestal.
• Se define una pila de cimentación para una excavación
(agujero) barrenado o excavado hasta el fondo de la
cimentación de una estructura que luego se rellena con
concreto.
• Se utilizan ademes (guias y protectores de acero) para
sostener el suelo alrededor del suelo para prevenir
cualquier desplome durante la construcción.
• El diametro de la pila generalmente es suficientemente
grande para que una persona pueda entrar a inspeccionar
la excavación.

42. • Se puede usar una sola pila en vez de un grupo de pilotes
con cabezal.
• La Construcción de pilas en depósitos de arena densa y
grava es mas fácil que hincar pilotes.
• Las pilas se pueden construir antes de terminar las
operaciones de nivelación.
• Cuando los pilotes son hincados a golpe de martillo, la
vibración del terreno ocasiona daños a estructuras cercanas,
problema que se evita con el uso de las pilas.
• Los pilotes hincados en suelos arcillosos producen
levantamiento del terreno y ocasiona que pilotes
previamente hincados se muevan lateralmente, lo que no
ocurre durante la construcción de pilas.
• Como la base de una pila puede ampliarse, esta proporciona
una gran resistencia a cargas de tensión o levantamiento.
PILAS DE CIMENTACIóN - Ventajas

43. PILAS DE CIMENTACIóN - Ventajas
• La superficie sobre la cual se construye la pila puede
inspeccionarse visualmente.
• La construcción de pilas utiliza generalmente equipo movil
que bajo condiciones apropiadas del suelo, resulta mas
económico que los métodos usados para la construcción de
cimentaciones de pilotes.
• Las pilas tienen alta resistencia a cargas laterales.
– Desventajas
• La operación de colado puede demorarse por mal tiempo y siempre require
de una cuidadosa inspección o supervición.
• Las excavaciones profundas para pilas puede inducir a perdidas
considerables de soporte o daños a la estructuras cercanas.

44. TIPOS DE PILAS
• Se clasifican de acuerdo a la manera en
que se diseñan para transferir la carga
estructural al subsuelo.
• Estas son:
– Pila Recta
– Pila Acampanada
– Pila Recta empotrada en Roca

45. TIPOS DE PILAS- Pilas Rectas
•Una Pila recta atraviesa la capa superior del suelo
pobre
y la punta descansa sobre un estrato resistente de
suelo
o roca de alta capacidad de carga.
•Al momento de excavar el barreno puede
revestirse con
Una camisa o tubo de acero cuando se requiera.
Para tales pilas, la resistencia a la carga aplicada
puede desarrollarse en la punta y tambien en la
interface suelo-perimetro de la pila.

46. TIPOS DE PILAS- Pilas
Acampanadas
• Consiste en una pila recta
acampanada en el fondo que
descansa sobre un suelo
resistente. La campana se
puede construir en forma de
domo o de cono. Para la
mayoría de pilas que se
construyen en la USA, la
capacidad total de carga se
asigna solo en las puntas. En
Europa se consideran ambas
contribuciones (carga y
fricción)

47. TIPOS DE PILAS- Pila Recta empotrada
en Roca
• Esta puede extenderse
hasta un estrato subyacente
de roca. En el calculo de
carga, el esfuerzo cortante y
de carga desarrollados a lo
largo del perimetro de y la
interface con la roca se
toman en consideración.

48. PROCEDIMIENTO DE
CONSTRUCCION
• El mas comun usado en los EEUU implica la
perforación rotatoria: Existen tres tipos de
métodos:
– Método Constructivo Seco
– Método Constructivo con Ademe
– Método Constructivo Húmedo

51. Metodo Constructivo Seco
• Este Metodo se emplea en rocas y suelos situados arriba del
nivel freatico y que no se desmoronara cuando se perfore el
agujero asu profundidad total. El procedimiento es el siguiente:
– La Excavación se lleva a cabo usando herramientas apropiadas
de perforación de tal manera que el relleno extraido se deposite
cercanamente.
– El concreto se vierte en el agujero de forma tubular
– Si se desea se coloca una jaula de barras de refuerzo en la parte
superior de la pila.
– Se termina el vaciado y la pila se vera de acuerdfo al figura 2a

53. Metodo Constructivo con Ademe
• Este metodo se usa en suelos que existen la posibilidad de
derrumbe o deformación excesiva cuando se efectua la
perforación. El procedimiento es el siguiente:
– La Excavación es similar al metodo en seco
– Cuando se encuentra suelo inestable se introduce lodo bentonico
en la perforación; esta se continua hasta encontrar suelo estable e
impermeable
– Se introduce un ademe en la cavidad cilindrica.
– El lodo se achica del ademe con uan bomba sumergible
– Se introduce una perforadora por el ademe para continuar con la
excavación.
– Si es necesario se agranda la base del agujero con escariador
– Si se require acero de refuerzo se le añade una jaula de acero
sobre toda la profundidad de la excavación.
– Para finalizar se vierte el concreto en la excavación y el ademe se
retira lentamente

56. Metodo Constructivo Humedo
• Este método también es
llamado método de lodo de
perforación. El lodo se usa para
mantener abierto el agujero
durante toda la excavación. El
procedimiento es el siguiente
• :
– La Excavación se realiza en
todo momento con el lodo
– Si se requiere refuerzo, se le
agrega una jaula de acero
– Se vacea el concreto en la
cavidad cilíndrica perforada

62. o Apuntes de Procedimientos Constructivos, Pontificia
Universidad Católica del Perú, 2005.
o Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das,
2000.
o Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Braja M. Das, 1998.
o Diseño de Estructuras de Concreto Armado, Teodoro F.
Harmsen, PUCP, 2000.
o Cimentaciones Superficiales, autor desconocido.
o Diseño de Cimentaciones, UNI, Dr. Jorge Alva Hurtado.
o Formulación de Proyectos de Inversión, UNESCO, 1988
BIBLIOGRAFIA

63. Capitulo 1
PROCEDIMIENTOS
CONSTRUCTIVOS II