El pilotaje se utiliza cuando no es posible realizar una cimentación superficial; por ejemplo, cuando se deben transmitir cargas a gran profundidad (más de 6 m o bien más de 8 diámetros del pilote). Se trata de una solución constructiva que se remonta a los palafitos, siendo práctica habitual en los puertos o en ciudades como Murcia, donde se han usado los prefabricados de madera como cimentación.
Por cierto, el material de este artículo forma parte del curso que puedes seguir en línea, en el siguiente enlace: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/
El cálculo de pilotes no se desarrolla hasta prácticamente el siglo XX, con el nacimiento de la Mecánica del Suelo, exceptuando fórmulas de hinca del siglo XIX y ciertas reglas de buena práctica. A continuación se describen los conceptos fundamentales sobre los pilotes, cómo se pueden clasificar y construir.
En efecto, los pilotes son piezas largas, a modo de pilares enclavados en el terreno, que alcanzan una profundidad suficiente para trasmitir las cargas de la estructura. Se denomina fuste a la parte del pilote en contacto con el suelo, mientras que altura libre es la longitud de la parte que emerge del suelo. La base es el plano inferior del pilote o proyección en planta de toda o parte de la punta, y que habitualmente se denomina “punta”. El encepado transmite los esfuerzos de la estructura a los pilotes (Figura 1). En cuanto a tamaños, habitualmente se consideran pilotes de gran diámetro si éste supera el metro; en cambio los micropilotes son aquellos con diámetros inferiores a 30 cm. En cuanto a profundidad, se consideran pilotes cortos hasta 10 – 12 m, y pilotes largos a partir de los 30 – 35 m, aunque los límites son discutibles. Los pilotes pueden clasificarse de muchas formas, algunas son las siguientes.
Según la forma de trabajo (ver Figura 2) los pilotes pueden ser:
- Pilotes por punta: alcanzan el estrato resistente, transmitiéndose las cargas por punta, comprimiéndose el pilote. El terreno circundante dificulta el pandeo. La deformación del pilote es muy pequeña por su rigidez, de forma que el movimiento relativo con el terreno no es significativa. También se llaman pilotes columna.
- Pilotes por fuste: no alcanzan un estrato resistente, transmitiendo la carga al terreno circundante por rozamiento a través del fuste. Se llaman también pilotes flotantes o de fricción.
Sin embargo, los pilotes trabajan de forma combinada, tanto en punta como en fuste. En realidad, el reparto de cargas entre la punta y el fuste depende de las rigideces relativas del pilote y del terreno. Es por ello que, aunque muchos proyectistas descansan la responsabilidad del trabajo del pilote a su punta, la realidad es que estos pilotes trabajan de forma mixta. Además, pueden estar sometidos a tracción cuando existe subpresión que tiende a levantar la estructura por encontrarse total o parcialmente por debajo del nivel freático, es decir “flota”. En rellenos en proceso de consolidación, el pilote se ve arrastrado por el terreno que asienta, denominándose este fenómeno “rozamiento negativo”. Si la estructura recibe esfuerzos horizontales, algunos pilotes pueden trabajar a tracción y otros a compresión. También trabajan a flexión si están empotrados y resisten el empuje de las tierras al excavar. Asimismo, se podría hablar aquí de los pilotes de mejora del terreno, que corresponden a técnicas generales que normalmente se realizan previamente.
Por tanto, los pilotes resultan muy apropiados en casos como los siguientes:
- Cuando se disponga de un terreno competente a poca profundidad (5-6 m)
- Las cargas de la estructura sean importantes y concentradas
- La estructura sea sensible a movimientos absolutos o diferenciales
- El nivel freático se encuentre muy alto y sea difícil ejecutar losas
- Para limitar el efecto de las cargas en estructuras próximas
- Como elemento de contención formando pantallas de pilotes
- Para contener movimientos de ladera
- Para resistir cargas horizontales (normalmente combinado con otros y con inclinación)
- Para compensar tracciones (subpresiones)
El Código Técnico de Edificación clasifica los pilotes en los siguientes tipos:
- Pilote aislado: es un pilote alejado suficientemente de otros para no interactuar con aquellos. Si los pilotes se hormigonan “in situ”, no se permiten pilotes aislados para diámetros menores a 450 mm, mientras que entre 450 y 1000 mm de diámetro se pueden utilizar si se arriostran lateralmente. Si los pilotes son prefabricados hincados se podrán construir aislados siempre que se arriostren en dos direcciones ortogonales y se demuestre que los momentos resultantes en dichas direcciones se anulan o se absorben por la armadura del pilote o por las vigas riostras.
- Grupo de pilotes: conjunto de pilotes suficientemente próximos para interactuar entre sí o unidos mediante elementos estructurales.
- Zonas pilotadas: son pilotes de escasa capacidad portante individual, regularmente especiados o situados en puntos estratégicos, que sirven para reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones.
- Micropilotes: son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles que se introducen en un taladro de pequeño diámetro, y que pueden estar inyectados con una lechada de mortero.
El Código Técnico de Edificación también distingue los pilotes por el material:
- Hormigón “in situ”: se pueden ejecutar mediante excavación previa del terreno o por desplazamiento de éste.
- Hormigón prefabricado: armado (hormigones de alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado.
- Acero: secciones tubulares o perfiles en doble U o en H. Se hincan con protecciones en la punta (azuches).
- Madera: para pilotar zonas blandas ampliar y como apoyo de estructuras con losa o terraplenes.
- Mixtos: acero tubular rodeados y rellenos de mortero.
Por la forma de ejecución, este Código Técnico los clasifica en:
- Pilotes prefabricados hincados: donde se desplaza el terreno, sin hacer excavaciones.
- Pilotes hormigonados “in situ”: donde se excava el terreno antes de hormigonar.
Sin embargo, existen casos mixtos, con perforación e hinca, como pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”, la perforación más hinca, la perforación más vibración, hinca más inyección u otros. La tipología condiciona la alteración del terreno en el entorno del pilote y por tanto, la resistencia y deformabilidad.
Se consideran pilotes de gran diámetro los comprendidos entre 850 y 3000 mm. Se utilizan para grandes cargas, ahorran encepado y se pueden inspeccionar desde el interior. Sin embargo no son adecuados cuando se requiere resistencia importante por fuste, pues en ese caso tenemos más perímetro si tenemos más pilotes de menor diámetro. Lo habitual es que estos pilotes se construyan mediante lodos estabilizadores, camisa recuperable o sin entubación.
Otra posibilidad es ejecutar pilotes acampanados por su base, utilizando para ello un balde de quijadas. El ensanche de la base del pilote, al doble del diámetro del fuste, permite aumentar mucho la resistencia por punta en arcillas firmes. Con esta tipología se pueden construir pilotes de hasta 20000 kN.
Como los pilotes aislados no resisten bien los esfuerzos horizontales ni los momentos, se emplean grupos de pilotes unidos mediante un encepado en cabeza. El encepado reparte las cargas y se predimensionan como rígidos, con un canto de 1,5 veces el diámetro de los pilotes. No se debería colocar un pilar importante sobre menos de tres pilotes y tampoco se debería colocar un muro importante sobre menos de dos filas de pilotes. Por otra parte, cuando una serie de pilotes están cerca unos de otros, se produce una reducción de la resistencia global por interacción mutua. En general, no se considera el efecto de grupo para una separación entre ejes de pilotes igual o mayor a 3 diámetros.
En lo que sigue, dividiremos los pilotes en pilotes de desplazamiento, pilotes de perforación, pilotes inyectados y micropilotes.
No es posible afirmar, de forma categórica, que un procedimiento constructivo de un pilote sea mejor a otro. La elección es un arte complejo, pues supone balancear las ventajas e inconvenientes para cada uno de los casos. A veces, varias técnicas son válidas y la elección final es un problema económico o de plazo. Pero otras veces hay soluciones malas, incluso algunas buenas mal ejecutadas. Siempre hay que vigilar la construcción y realizar pruebas de carga sin no hay experiencia directa para controlar la carga admisible.
El profesor Celma (2014) nos sugiere los siguientes criterios para la elección del tipo de pilote (Tabla 1):
En la Tabla 2 se recogen algunas de las características de los pilotes más frecuentes. Algunas de estas características se comentarán más adelante durante el curso.
Tabla 2. Características de los pilotes más frecuentes (Justo Alpañes et al.)
| Tipo |
Lmax (m) |
dmax (mm) |
Qmax (kN) |
Circunstancias en las que no puede utilizarse |
| Prefabricado de hormigón |
90 |
425 |
1600 |
Cercanía de edificios antiguos |
| Barrena continua |
23 |
1000 |
3300 |
Cuando hay bolos
Pilotes inclinados |
| Perforado con lodos |
25 |
2000 |
13000 |
Terrenos muy permeables.
Pilotes inclinados |
| Perforado en seco |
80 |
3000 |
20000 |
Solo se puede usar en suelos firmes |
| Entubación recuperable |
25 |
1500 |
10000 |
Pilote caro |
Os dejo a continuación un vídeo explicativo sobre este tema que espero sea de vuestro interés.
Aquí tenéis una explicación que hice para mis estudiantes, con la información algo más ampliada.
También os dejo este vídeo de geotecnia.ONLINE sobre pilotes.
Referencias:
CELMA, J.J. (2014). Cuadernos de mecánica del suelo y cimentaciones. Apuntes Universitat Politècnica de València, 194 pp.
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
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