Calculo de Pilotes

CAPITULO 3 DISEÑO Y PROCESOS CONSTRUCTIVOS 3.1 DISEÑO TIPO DE PILOTES Para el diseño tipo de pilotes, se ha basado la investigación en los resultados de laboratorio proporcionados por ICIA S.A. de C.V. (Anexo N-2), encontrándose como la zona 1, ubicada en El Centro de Gobierno, como la que reúne las condiciones más desfavorables y en consecuencia el uso de pilotaje para la construcción de un edificio de cuatro o más niveles. Al mismo tiempo se realizarán dos diseños adicionales, los cuales se realizarán en la zonas 2 y 3, conforme a los ensayos recopilados en el Departamento de Ingeniería de la Alcaldía Municipal de San Miguel. 3.1.1 RESISTENCIA DEL PILOTE En los datos obtenidos mediante los sondeos de penetración estándar para la zona 1, encontramos la presencia de material arcilloso en los distintos estratos, por lo que, de acuerdo a esas condiciones, procederemos al cálculo de la resistencia por punta del pilote, según Meyerhof (1976, presenta la ecuación en forma matemática análoga a la de Terzaghi, a partir de un mecanismo de falla distinto. La diferencia radica principalmente en el cálculo de los factores de seguridad): EJEMPLO PARA LA ZONA 1: Se utiliza la fórmula de resistencia de la punta del pilote, asumiendo que el pilote colado in situ tiene un funcionamiento similar, ya que se apoya sobre un suelo firme. De la Ecuación Meyerhof, Capítulo 2, pág. 62, tenemos: Qp = Ap (cNc* + q´Nq*)

99

donde: Qp: resistencia de la punta Ap: área de la punta del pilote c: cohesión del suelo que soporta la punta del pilote q´: esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote Nc*, Nq*: factores de capacidad de carga Datos: •

En el estudio de suelos ICIA S.A. DE C.V. (Anexo N-2), se recomienda el diámetro del pilote igual a 30 cms, por lo que: D = 0.30 m, diámetro del pilote

•

Cálculo de área del pilote: Ap = πD²/4

Donde: Ap = área del pilote π = 3.1416 D = diámetro del pilote = 0.30 m Sustituyendo en ecuación: Ap = 3.1416 (0.30m)² / 4 = 0.0706 m² •

Cálculo de la cohesión, de acuerdo a la fórmula empírica utilizada por los laboratorios nacionales basada en los ensayos y experiencias realizadas en el país. c = Qu / 2

Donde: c = cohesión del suelo Qu = 5 kg/cm², capacidad última de carga del suelo donde se apoyará el pilote. (Ver tabla 2.0, pág. 98, sondeo S-2) Sustituyendo en ecuación tenemos: c = 5 kg/cm² / 2 = 25,000 kg/m²

100

•

Para el cálculo del ángulo de fricción interna del suelo, se utilizan los valores propuestos para arcillas en condiciones consolidadas (ver tabla 1.3, pág. 28). Ø = 30°

•

Los factores de seguridad de carga de Meyerhof, han sido tomados de acuerdo al ángulo de fricción interna del suelo y son adimensionales, por lo que se tiene (ver tabla 1.10, pág. 62): Nc* = 30.14 Nq* = 18.40

•

La profundidad de desplante ó longitud del pilote Df, fue recomendada por el laboratorio de suelos, basados en la capacidad del suelo a esa profundidad y los resultados N de penetración estándar: Df = 4.0 m

•

Otro dato a tener en cuenta es el peso volumétrico del material (γ), para este caso se ha obtenido el dato según la tabla 1.4, pág. 33, arcillas firmes o consolidadas, por lo tanto tenemos: γ = 1,700 kg/m³

•

Para obtener el esfuerzo vertical en la punta del pilote, se calcula multiplicando la longitud del pilote por el peso volumétrico de la arcilla consolidada a esa profundidad: q´ = Df . γ

Donde: q´= esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote Df = profundidad de desplante o longitud del pilote γ = peso volumétrico del material Sustituyendo en ecuación: q´ = 4.0 x 1,700 = 6,800 kg/m² 101

•

Como factor de seguridad para el empleo de pilotes, se han seguido los lineamientos referenciados en el Manual de Cimentaciones Profundas de la Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, el cual sugiere utilizar el valor 3, para condiciones normales de servicio (ver pág. 64) : FS = 3.0

Sustituyendo los datos anteriores en la ecuación de Meyerhof, tenemos: Qp = 0.0706 m² (25,000 kg/m² (30.14) + 6,800 kg/m² (18.40)) = 0.0706 m² (753,500 kg/m² + 125,120 kg/m²) = 0.0706 m² (878,620 kg/m²) Qp = 62,030.57 kg Teniendo la capacidad de carga del pilote, procedemos al cálculo de su capacidad admisible de carga: Qadm = Qp/ FS Donde: Qadm = capacidad de carga admisible Qp = capacidad de carga del pilote FS = factor de seguridad Sustituyendo en ecuación tenemos: Qadm = 62,030.57 kg / 3 = 20,676.80 kg Qadm del laboratorio = 20.0 Ton ó 20,000 kg (ver Anexo N-2)

102

3.1.1.1 CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN EL ESFUERZO CORTANTE ENTRE EL GRUPO DE PILOTES Y LA ZAPATA. Los pilotes se distribuyen generalmente bajo las zapatas en grupos, uno bajo cada columna. El grupo se corona con una zapata de distribución, el cual distribuye la carga de la columna a todos los pilotes del grupo. Esta interacción de pilotes, son en muchos aspectos similares a las zapatas sobre el suelo, excepto por dos características: la primera, que las reacciones en la zapata actúan como cargas concentradas sobre los pilotes individuales, en vez de hacerlo como presiones distribuidas. La segunda, si el total de todas las reacciones de los pilotes de un grupo se divide por el área de la zapata para obtener una presión uniforme equivalente, se encuentra que esta presión es sustancialmente mayor en la zapata que corona el grupo de pilotes que en las zapatas superficiales. Por lo anterior, se determina que los momentos, y en particular los cortantes, también son mayores en forma recíproca, lo cual exige mayores alturas de zapata que para aquéllas superficiales con dimensiones horizontales similares. Con el fin de distribuir la carga a todos los pilotes de manera uniforme, es aconsejable en todo caso suministrar rigidez considerable, es decir, un buen espesor de la zapata que corona el grupo de pilotes. Para el cálculo de la porción efectiva Re disponible para resistir las cargas no mayoradas de las columnas, es igual a la carga admisible del pilote (Qadm) menos el peso de la zapata, del relleno y la sobrecarga por pilote, entonces obtenemos: Re = Qadm – Wf Donde: Re = Reacción efectiva Qadm = Carga admisible del pilote Wf = Peso de la zapata, relleno y sobrecarga dividido por el número de pilotes. La cantidad y ubicación de los pilotes en dicho grupo se determina mediante aproximaciones sucesivas, partiendo de la condición de que la carga en el pilote sometido a 103

mayor carga no debe exceder la carga admisible del pilote. Con una distribución lineal de cargas en los pilotes a causa de la flexión, la máxima reacción de un pilote es: Rmax = P/n + M/Ipg/c Donde: P = carga máxima (incluye peso de la zapata, relleno, etc) M = momento que debe resistir el grupo de pilotes Ipg = momento de inercia del grupo completo de pilotes con respecto al eje centroidal alrededor del cual se produce la flexión. n = número de pilotes c = distancia desde eje hasta el pilote más alejado. Los pilotes se distribuyen generalmente en patrones ajustados, que minimizan el costo de la zapata de coronamiento, pero no pueden colocarse a espaciamientos menores que los permitidos por las condiciones de hinchamiento. Se acostumbra a utilizar un espaciamiento aproximado de tres veces el diámetro de la cabeza del pilote, pero no menor de 60 cms. Comúnmente los pilotes con cargas admisibles entre 30 y 70 toneladas están espaciados a 90 cms. El diseño de las zapatas sobre pilotes es similar al de zapatas para columnas individuales. Un método consiste en diseñar la sección de la zapata para las reacciones de los pilotes calculadas con las cargas de las columnas mayoradas. Para un grupo de pilotes cargado en forma concéntrica, se recomienda tomara una reacción del pilote para el diseño a la resistencia igual a: Ru = Re x factor de carga Donde: Factor de carga = (1.4D + 1.7L)(D+L) De este modo, la zapata de coronamiento del grupo de pilotes se diseña para que sea capaz de desarrollar la capacidad admisible del grupo de pilotes. El espesor es controlado por cortante. Con respecto a esto debe tenerse en cuenta tanto el cortante por punzonamiento o 104

en dos direcciones, como el cortante por flexión o en una dirección. El cortante se produce por las reacciones concentradas de los pilotes en el lugar de las presiones distribuidas de contacto. Por lo tanto, para calcular el cortante si la sección crítica interfecta la circunferencia de uno o más pilotes, el código del ACI 15.5.3 tiene en cuenta el hecho de que la reacción del pilote no es en verdad una carga puntual, sino que se distribuye sobre el área de contacto del pilote. De acuerdo con esto, el código establece le siguiente para pilotes con diámetro dp: El cálculo del cortante en cualquier sección a través de una zapata sobre pilotes se debe realizar de acuerdo con lo siguiente: -

La reacción total de cualquier pilote cuyo centro se localice a una distancia dp/2 ó mayor por fuera de esta sección debe considerase que produce cortante en esta sección.

-

La reacción de cualquier pilote cuyo centro se localice a una distancia de dp/2 ó mayor por dentro de la sección debe considerarse que no produce cortante en esta sección.

-

Para posiciones intermedias del centro del pilote, la porción de reacción del pilote que se considera que produce cortante en la sección debe basarse en una interpolación lineal entre el valor total dp/2 por fuera de la sección y cero a dp/2 dentro de la sección.

Además de verificar el cortante en dos direcciones y en una dirección, como se describió anteriormente, también debe investigarse el cortante por punzonamiento para el pilote individual. Particularmente en el caso de la zapata sobre una pequeña cantidad de pilotes sometidos a cargas considerables, el espesor requerido pude quedar controlado por la posibilidad de punzonamiento del pilote hacia arriba a través de la zapata. El perímetro crítico para esta acción se localiza de nuevo a una distancia d/2 por fuera del borde superior del pilote. Sin embargo, para zapatas con espesores relativamente grandes y con pilotes muy cercanos entre sí, los perímetros críticos alrededor de los pilotes adyacentes pueden

105

traslaparse. En este caso, el fracturamiento, si se presenta, ocurrirá indudablemente a lo largo de una superficie inclinada hacia afuera o alrededor de los dos pilotes adyacentes. Fuente: Diseño de Estructuras de Concreto, 2003.

3.1.2 EFICIENCIA DE GRUPO DE LOS PILOTES Según el libro Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das, 2001: “La determinación de la capacidad de carga del grupo de pilotes es extremadamente complicada, y no se ha resuelto todavía por completo. Cuando los pilotes se colocan cerca uno de otro, una razonable hipótesis es que los esfuerzos transmitidos por los pilotes al suelo se traslapan, reduciendo así la capacidad de carga de los pilotes. Idealmente, los pilotes en un grupo deben espaciarse de manera que la capacidad de carga del grupo no sea menor que la suma de sus capacidades individuales. En la práctica, la separación mínima de centro a centro de los pilotes es 2.5D y en situaciones ordinarias es aproximadamente es 3D y 5D. (D = diámetro del pilote)”. EJEMPLO PARA LA ZONA 1: Para el cálculo de la eficiencia de grupo de pilotes, es necesario considerar un número de pilotes que resistirán las cargas que soportan las zapatas. Para este caso, se ha establecido una carga de 80 ton, que llegan a una zapata de 1.25m x 2.5m: Hay diferentes fórmulas para calcular la eficiencia, consideraremos la fórmula establecida por Feld (Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das, 2001), en la cual la capacidad de carga del pilote se reduce en 1/16 por cada diagonal adyacente o fila de pilotes: De la carga total establecida de 80 ton, se requerirán teóricamente la cantidad de 4 pilotes, resistiendo cada uno de ellos 20 ton.

106

Por lo anterior se requiere verificar la pérdida de carga de los pilotes trabajando en grupo, determinando su eficiencia de la siguiente manera:

η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% Donde: η = eficiencia del grupo de pilotes Qadm = capacidad de carga admisible del pilote = 20 ton. Xi = sumatoria de la capacidad admisible perdiendo cada uno 1/16 por cada pilote en fila o adyacente. Para cada pilote tenemos una perdida en grupo de 3/16.

1/16

1/16 P = Pérdida del pilote = 3/16

P

1/16

Sustituyendo datos en la ecuación de eficiencia del grupo de pilotes tenemos para 4 pilotes: η = 100% - Σ (20 x 3/16 + 20 x 3/16 + 20 x 3/16 + 20 x 3/16) = 100% - 15% η = 85% (eficiencia del grupo de pilotes) Teniendo la eficiencia del grupo de pilotes, es necesario conocer la capacidad de carga del grupo Qg = Qadm . η . Npilotes Donde: Qg = carga de grupo de pilotes

107

Npilotes = numero de pilotes (4) Sustituyendo de la ecuación: Qg = 20ton(85%)(4) Qg = 68 ton. Teniendo una capacidad de carga menor que la establecida por la estructura que es de 80 ton. Se establece matemáticamente: lo siguiente que con 4 pilotes obtenemos una carga menor de 80 ton, por lo que se procederá a aumentar el número de pilotes ó aumentar su diámetro:

Aumentando 1 pilote a la zapata: Eficiencia para grupo de 5 pilotes:

1/16

1/16 P = Pérdida del pilote = 4/16

P 1/16

1/16

η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% = 100% - Σ (20 x 3/16 + 20 x 3/16 + 20 x 3/16 + 20 x 3/16 + 20 x 4/16) = 100% - 20% η = 80% (eficiencia del grupo de pilotes) Carga total del grupo de 5 pilotes: Qg = Qadm . η . Npilotes = 20 ton (80%) (5) Qg = 80 ton

108

Se concluye que aumentando un pilote logramos la carga necesaria de 80 ton que soportará la estructura, mediante el grupo de 5 pilotes. Zapata aislada

2.50 mts

Pilote 30 cms 1.25 mts

Espaciamiento centro a centro de pilotes de 2.5D a 5.0D D = diámetro de 30 cms.

3.1.3 DISEÑO ESTRUCTURAL DE CADA PILOTE COLADO IN SITU El diseño estructural de cada pilote estará regido bajo la normativa del ACI 318R-2002, y específicamente las secciones siguientes: -

Sección 7.6 “Límites para el espaciamiento del acero de refuerzo”, subsección 7.6.3 “En elementos reforzados con espirales, o en miembros a compresión reforzados con anillos, la distancia libre entre varillas longitudinales no será menor de 1.5db (diámetro de la varilla), ni de 4 cms”.

109

-

Sección 7.7 “Protección de concreto para el acero de refuerzo”, subsección 7.7.1 “Concreto colado en obra. El concreto colado en contacto con el suelo y permanentemente expuesto a él, tendrá un recubrimiento mínimo de 7.5 cm”

-

Sección 7.10.4 “Espirales. Acero de refuerzo en espiral para elementos a compresión”, subsecciones:

a) 7.10.4.2 “Para elementos colados en el lugar, el diámetro de las espirales no debe ser menor de 1.0 cm”. b) 7.10.4.3 “El espaciamiento libre entre espirales no debe exceder de 7.5 cm, ni ser menor a 2.5 cm”. c) 7.10.4.4 “El anclaje del refuerzo en espiral se deberá aumentar 1.5 vueltas más de la varilla o del alambre en cada extremo de la unidad espiral”. d) 7.10.4.5 “En traslapes de refuerzo en espiral, estos serán una longitud de 48 db, pero no menor de 30 cm, o se soldarán”. -

Sección 9.3 “Resistencia de Diseño”, subsección 9.3.2 “Factor de reducción de resistencia, φ, debe ser el siguiente: compresión axial y flexocompresión axial: elemento con refuerzo en espiral 0.75”.

-

Sección 10.9 “Limites de acero de refuerzo para elementos sujetos a compresión”, subsecciones:

a) 10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.08 veces el área total de la sección”. b) 10.9.2 “El acero de refuerzo longitudinal mínimo en elementos sujetos a compresión, debe ser de 4 varillas dentro de los anillo circulares o rectangulares, 3 varillas dentro de anillos triangulares, y 6 varillas confinadas por espiral”. - Sección 12.3 “Longitud de desarrollo de varillas corrugadas”, subsección 12.3.2 “La longitud de desarrollo básica debe ser (0.075 db f´y) / √f´c.

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CÁLCULO DEL ACERO DE REFUERZO, PILOTE EN LA ZONA 1: Los pilotes serán colados in situ y de 30 cms, con una longitud Df=4.0 mts. Como consideraciones de diseño especificada (ACI 318R-2002, Capitulo 2, sección 2.1), para el concreto y el acero tenemos: f´c = 210 kg/cm², Resistencia a la compresión especificada del concreto. f´y = 2,800 kg/cm², Resistencia mínima a la fluencia del acero. El cálculo del acero de refuerzo mínimo de cada pilote, será determinado por los siguientes métodos: a) Método empírico, basado en la práctica realizada en nuestro país por algunos diseñadores estructurales para la construcción de pilotes colados in situ: As = (Qadm – 0.60(Ap)(f´c)) / φf´y Donde: As: acero mínimo de refuerzo Qadm: capacidad admisible de carga del pilote Ap: área de la sección del pilote f´c: esfuerzo a la compresión del concreto f´y: esfuezo de fluencia del acero φ: factor de reducción Datos: •

Capacidad admisible de carga del pilote (Qadm): 20 ton ó 20,000 kg, según el cálculo de resistencia del pilote, pág. 102

•

Área del pilote (Ap): para un pilote de 30 cms de diámetro, es igual a 706.86 cm², pág. 100

•

Resistencia a la compresión (f´c): 210 kg/cm²

111

•

Resistencia a la fluencia del acero (f´y): 2,800 kg/cm²

•

Factor de reducción (φ): según ACI 318R-2002, sección 9.3 “Resistencia de Diseño”, subsección 9.3.2, es igual a 0.75 (adimensional).

Sustituyendo en ecuación tenemos: As = (20,000 kg – 0.60(706.86 cm²)(210 kg/cm²)) / (0.75)(2,800 kg/cm²) = (20,000 – 89,064.36) / 2,100 = -69,064.36 / 2,100 As = -32.88 cm² Como el valor de As es negativo, se tomará como porcentaje mínimo de acero: 0.01 (ACI 318R-2002: sección 10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”), entonces tenemos: As = 0.01 (706.86 cm²) As = 7.07 cm² b) Método Normativo, el cálculo del acero mínimo de refuerzo As, estará regido bajo las normas determinadas por el ACI 318R-2002, para lo cual tenemos siguiente ecuación: As = 0.01 Ag Donde: As: acero mínimo de refuerzo Ag: área gruesa de la sección del pilote 0.01: porcentaje mínimo de reducción.

112

Se ha establecido la ecuación anterior, de acuerdo a la siguiente sección del ACI: -

10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”.

Datos: •

Área gruesa (Ag): el valor del área gruesa es igual al valor del área de la sección del pilote Ap, entonces tenemos: 706.86 cm².

Sustituyendo datos en ecuación tenemos: As = 0.01 (706.86 cm²) As = 7.07 cm², área de refuerzo mínima requerida. Luego se procede al cálculo de varillas del pilote de acuerdo al ACI: -

Sección 10.9.2 “El acero de refuerzo longitudinal mínimo en elementos sujetos a compresión, debe ser de 4 varillas dentro de los anillo circulares o rectangulares, 3 varillas dentro de anillos triangulares, y 6 varillas confinadas por espiral”.

Para esta sección tomaremos como mínimo 6 varillas longitudinales, así: Área ؽ” = 1.29 cm² x 6 varillas Área ؽ” = 7.74 cm², equivalente al As. Luego se realiza el cálculo de la longitud de desarrollo que se anclará entre la zapata y el pilote de la siguiente manera: ACI Sección 12.3 “Longitud de desarrollo de varillas corrugadas”, subsección 12.3.2 “La longitud de desarrollo básica debe ser (0.075 db f´y) / √f´c. Además no deber ser menor de 20 cms, sección 12.3.1.

113

Lbd = (0.075 db f´y) / √f´c = (0.075 (1.27)(2,800))/ √210 = 18.40 cm < 20.0 cm. Por lo tanto trabajamos con 20 cms. Para finalizar se procede al cálculo del acero de los estribos según ACI sección 7.10.4.2 “Para elementos colados en el lugar, el diámetro de las espirales no debe ser menor de 1.0cm”. Estribo de espiral = Ø3/8” ó No.3 El traslape del estribo de espiral según el ACI sección 7.10.4.5 “En traslapes de refuerzo en espiral, estos serán una longitud de 48 db (diámetro varilla), pero no menor de 30 cm, o se soldarán”. Por lo tanto tenemos: Traslape = 48 (0.952) = 45.70 cms > 30 cms, no requiere soldadura La separación del espiral según ACI sección 7.10.4.3: “El espaciamiento libre entre espirales no debe exceder de 7.5 cm, ni ser menor a 2.5 cm”. Por lo que queda a criterio del diseñador, y con lo cual sugerimos: Separación normal del espiral = 7.5 cms Separación en área de confinamiento = 5.0 cms

114

DETALLE SIN ESCALA DE ARMADO DEL ACERO DE REFUERZO Concreto vibrado f´c = 210 kg/cm2 Recubrimiento de 7.5 cm, según ACI sección 7.7 6 No.4, según ACI sección 10.9.2 y espaciamiento distribuido uniforme en diámetro interno de 22,5 cm. Estribo de Espiral No.3, según ACI sección 7.10.4.2

30 cm Zapata aislada

Empotramiento entre pilote y zapata no menor de 5cm

Ldb = 20 cms, según cálculo mediante ACI sección 12.3. Doblado a 90°

Zona confinamiento 50 cms, sepación espiral 5.0 cms

Separación normal de espiral 7.5 cm

Df = 4.0 mts

Terreno Natural 30 cms.

115

EJEMPLO PARA LA ZONA 2 Se ha determinado el sondeo número 18 de la tabla estratigráfica del promedio de esta zona, la presencia de materiales arcillosos inorgánicos de alta plasticidad (CL-CH) a una profundidad de 7mts y N=40, por lo que para poder cimentar una edificación de 95 ton, se requiere del uso de cimentaciones profundas (pilotes), para llegar a ese estrato resistente. A continuación se procede al cálculo de la capacidad de carga del pilote, haciendo uso nuevamente de la ecuación 1: Qp = Ap (cNc* + q´Nq*) Donde: Qp: resistencia de la punta Ap: área de la punta del pilote c: cohesión del suelo que soporta la punta del pilote q´: esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote Nc*, Nq*: factores de capacidad de carga Datos: •

Se asume para diferenciar el ejemplo 1, un diámetro del pilote de 0.40 mts. D = 0.40 m

•

Cálculo del área del pilote: Ap = πD²/4 = 3.1416 (0.40m)² / 4 = 0.126m²

•

Para calcular la capacidad de carga del suelo, hacemos uso de la tabla 1.6, pág. 45, la cual correlaciona el “N” número de golpes. En esta zona tenemos un promedio de N=40, entonces: Qu =3.8 kg/cm²

•

Cohesión empírica: c = Qu / 2

116

Sustituyendo en ecuación: c = 3.8 kg/cm² / 2 = 19,000 kg/m² •

Angulo de fricción interna, de la tabla 1.3, pág. 28, encontramos para este tipo de material valores de 20 a 30, por lo cual consideramos: Ø = 28°

•

Factores de seguridad de Meyerhof para un ángulo de 28°, tabla 1.10, pág. 62: Nc* = 25.80 Nq* = 14.72

•

Profundidad de desplante o longitud del pilote, representa la profundidad de 7.0 mts menos 2.0 mts teóricos del desplante de la cimentación superficial: Df = 5.0 m

•

Peso volumétrico del material: γ = 1,700 kg/m³

•

Esfuerzo vertical del pilote: q´ = Df . γ q´ = 5.0 x 1,700 = 8,500 kg/m²

•

Factor de seguridad: FS = 3.0

Sustituyendo los datos anteriores en la ecuación 1, tenemos: Qp =0.126 m² (19,000 kg/m² (25.80) + 8,500 kg/m² (14.72)) =0.126 m² (490,200 kg/m² + 125,120 kg/m²) =0.126 m² (615,320 kg/m²) Qp =77,530.32 kg 117

•

Teniendo la capacidad de carga del pilote establecida, procedemos al cálculo de su capacidad admisible de carga: Qadm = Qp/ FS

Qadm = 77,530.32 kg / 3 = 25,846.44 kg Qadm =26.0 Ton ó 26,000 kg.

CALCULO DE EFICIENCIA PARA LA ZONA 2: La carga que se considerará para el caso de este ejemplo es de 95.0 ton con una zapata de 2.0m x 2.50m: η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% Para 4 pilotes: η = 100% - Σ (26x 3/16 + 26x 3/16 + 26x 3/16 + 26x 3/16) = 100% - 19.50% η = 80.50% (eficiencia del grupo de pilotes) Carga total del grupo de pilotes: Qg = Qadm . η . Npilotes Qg = 26 ton (80.50%) (4) Qg = 83.72 ton. Teniendo una capacidad de carga en grupo menor que la establecida por la estructura que es de 95 ton, se establece lo siguiente: con 4 pilotes obtenemos una carga de 83.72 ton, menor de la requerida, por lo que se procederá a aumentar el número de pilotes ó aumentar su diámetro (según criterio del diseñador):

118

Aumentando 1 pilote a la zapata: Eficiencia para 5 pilotes: η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% = 100% - Σ (26x 3/16 + 26x 3/16 + 26x 3/16 + 26x 3/16 + 26x 4/16) = 100% - 26.0% η = 74% (eficiencia del grupo de pilotes) Carga del grupo de 5 pilotes: Qg = Qadm . η . Npilotes = 26 ton (74%) (5) Qg = 96.2 ton Con este resultado, se satisface la carga establecida de 95.0 ton de la estructura propuesta.

Zapata aislada

2.50 mts

Pilote 40 cms 2.0 mts

Espaciamiento centro a centro de pilotes de 2.5D a 5.0D D = diámetro de 40 cms.

119

CÁLCULO DEL ACERO DE REFUERZO, PILOTE EN LA ZONA 2: Los pilotes serán colados in situ y de 40 cms, con una longitud Df=5.0 mts. Como consideraciones de diseño especificada (ACI 318R-2002, Capitulo 2, sección 2.1), para el concreto y el acero tenemos: f´c = 210 kg/cm², Resistencia a la compresión especificada del concreto. f´y = 2,800 kg/cm², Resistencia mínima a la fluencia del acero. El cálculo del acero de refuerzo mínimo de cada pilote, será determinado por los siguientes métodos: c) Método empírico, basado en la práctica realizada en nuestro país por algunos diseñadores estructurales para la construcción de pilotes colados in situ: As = (Qadm – 0.60(Ap)(f´c)) / φf´y Donde: As: acero mínimo de refuerzo Qadm: capacidad admisible de carga del pilote Ap: área de la sección del pilote f´c: esfuerzo a la compresión del concreto f´y: esfuezo de fluencia del acero φ: factor de reducción Datos: •

Capacidad admisible de carga del pilote (Qadm): 26 ton ó 26,000 kg, según el cálculo de resistencia del pilote, pág. 118

•

Área del pilote (Ap): para un pilote de 40 cms de diámetro, el área es igual a 1,256.64 cm², pág. 116

•

Resistencia a la compresión (f´c): 210 kg/cm²

120

•

Resistencia a la fluencia del acero (f´y): 2,800 kg/cm²

•

Factor de reducción (φ): según ACI 318R-2002, sección 9.3 “Resistencia de Diseño”, subsección 9.3.2, es igual a 0.75 (adimensional).

Sustituyendo en ecuación tenemos: As = (26,000 kg – 0.60(1,256.64 cm²)(210 kg/cm²)) / (0.75)(2,800 kg/cm²) = (26,000 – 158,336.64) / 2,100 = -132,336.64 / 2,100 As = -63.0 cm² Como el valor de As es negativo, se tomará como porcentaje mínimo de acero: 0.01 (ACI 318R-2002: sección 10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”), entonces tenemos: As = 0.01 (1,256.64 cm²) As = 12.57 cm² d) Método Normativo, el cálculo del acero mínimo de refuerzo As, estará regido bajo las normas determinadas por el ACI 318R-2002, para lo cual tenemos siguiente ecuación: As = 0.01 Ag Donde: As: acero mínimo de refuerzo Ag: área gruesa de la sección del pilote 0.01: porcentaje mínimo de reducción.

121

Se ha establecido la ecuación anterior, de acuerdo a la siguiente sección del ACI: -

10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”.

Datos: •

Área gruesa (Ag): el valor del área gruesa es igual al valor del área de la sección del pilote Ap, entonces tenemos: 1,256.64 cm².

Sustituyendo datos en ecuación tenemos: As = 0.01 (1,256.64 cm²) As = 12.57 cm², área de refuerzo mínima requerida. Luego se procede al cálculo de varillas del pilote de acuerdo al ACI: -

Sección 10.9.2 “El acero de refuerzo longitudinal mínimo en elementos sujetos a compresión, debe ser de 4 varillas dentro de los anillo circulares o rectangulares, 3 varillas dentro de anillos triangulares, y 6 varillas confinadas por espiral”.

Para esta sección tomaremos como mínimo 7 varillas longitudinales, así: Área No.5 = 2.0 cm² x 7 varillas Área No.5 = 14.0 cm², >As = 12.57 cm², entonces ok. Luego se realiza el cálculo de la longitud de desarrollo que se anclará entre la zapata y el pilote de la siguiente manera: ACI Sección 12.3 “Longitud de desarrollo de varillas corrugadas”, subsección 12.3.2 “La longitud de desarrollo básica debe ser (0.075 db f´y) / √f´c. Además no deber ser menor de 20 cms, sección 12.3.1.

122

Lbd = (0.075 db f´y) / √f´c = (0.075 (1.59)(2,800))/ √210 = 23.0 cm > 20.0 cm. Por lo tanto trabajamos con 23 cms. Para finalizar se procede al cálculo del acero de los estribos según ACI sección 7.10.4.2 “Para elementos colados en el lugar, el diámetro de las espirales no debe ser menor de 1.0cm”. Estribo de espiral = Ø3/8” ó No.3 El traslape del estribo de espiral según el ACI sección 7.10.4.5 “En traslapes de refuerzo en espiral, estos serán una longitud de 48 db (diámetro varilla), pero no menor de 30 cm, o se soldarán”. Por lo tanto tenemos: Traslape = 48 (0.952) = 45.70 cms > 30 cms, no requiere soldadura La separación del espiral según ACI sección 7.10.4.3: “El espaciamiento libre entre espirales no debe exceder de 7.5 cm, ni ser menor a 2.5 cm”. Por lo que queda a criterio del diseñador, y con lo cual sugerimos: Separación normal del espiral = 7.0 cms Separación en área de confinamiento = 5.0 cms

123

DETALLE SIN ESCALA DE ARMADO DEL ACERO DE REFUERZO Concreto vibrado f´c = 210 kg/cm2 Recubrimiento de 7.5 cm, según ACI sección 7.7 7 No.5, según ACI sección 10.9.2 y espaciamiento distribuido uniforme en diámetro interno de 32,5 cm. Estribo de Espiral No.3, según ACI sección 7.10.4.2

40 cm Zapata aislada

Empotramiento entre pilote y zapata no menor de 5cm

Ldb = 23 cms, según cálculo mediante ACI sección 12.3. Doblado a 90°

Zona confinamiento 50 cms, sepación espiral 5.0 cms

Separación normal de espiral 7.0 cm

Df = 5.0 mts

Terreno Natural 40 cms.

124

EJEMPLO PARA LA ZONA 4 Se ha determinado el sondeo número 16 de la tabla estratigráfica del promedio de esta zona, la presencia de materiales arcillosos con contenido orgánico (MH-OH) a una profundidad de 6.5mts y N=47, por lo que para poder cimentar una edificación propuesta de 110 ton, se requiere del uso de cimentaciones profundas (pilotes), para llegar al estrato resistente. A continuación se procede al cálculo de la capacidad de carga del pilote, haciendo uso nuevamente de la ecuación de Meyerhof: Qp = Ap (cNc* + q´Nq*) Donde: Qp: resistencia de la punta Ap: área de la punta del pilote c: cohesión del suelo que soporta la punta del pilote q´: esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote Nc*, Nq*: factores de capacidad de carga Datos: •

Se asume para diferenciar los ejemplos anteriores y por su carga, un diámetro del pilote de 0.50 mts. D = 0.50 m

•

Cálculo del área del pilote: Ap = πD²/4 = 3.1416 (0.50m)² / 4 = 0.196 m²

•

Para calcular la capacidad de carga del suelo, hacemos uso de la tabla 1.6, la cual correlaciona el “N” número de golpes. En esta zona tenemos un promedio de N=47, entonces: Qu = 4.8 kg/cm²

•

Cohesión empírica: c = Qu / 2

125

Sustituyendo en ecuación: c = 4.8 kg/cm² / 2 = 24,000 kg/m² •

Angulo de fricción interna, de la tabla 1.3, encontramos para este tipo de material (arcilla orgánica) valores de 20 a 30, por lo cual consideramos: Ø = 22°

•

Factores de seguridad de Meyerhof para un ángulo de 22°, tabla 1.10: Nc* = 16.88 Nq* = 7.82

•

Profundidad de desplante o longitud del pilote, representa la profundidad de 6.50 mts menos 2.0 mts teóricos del desplante de la cimentación superficial: Df = 4.50 m

•

Peso volumétrico del material: γ = 800 kg/m³

•

Esfuerzo vertical del pilote: q´ = Df . γ q´ = 4.50 x 800 = 3,600 kg/m²

•

Factor de seguridad: FS = 3.0

Sustituyendo los datos anteriores en la ecuación 1, tenemos: Qp =0.196 m² (24,000 kg/m² (16.88) + 3,600 kg/m² (7.82)) =0.196 m² (405,120 kg/m² + 28,152 kg/m²) =0.196 m² (433,272 kg/m²) Qp =84,921.30 kg 126

•

Teniendo la capacidad de carga del pilote establecida, procedemos al cálculo de su capacidad admisible de carga: Qadm = Qp/ FS

Qadm = 84,921.30 kg / 3 = 28,307.10 kg Qadm = 28.0 Ton ó 28,000 kg.

CALCULO DE EFICIENCIA PARA LA ZONA 4: La carga que se considerará para el caso de este ejemplo es de 110.0 ton con una zapata de 2.50m x 2.50m: η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% Para 4 pilotes: η = 100% - Σ (28x 3/16 + 28x 3/16 + 28x 3/16 + 28x 3/16) = 100% - 21.0% η = 79.0% (eficiencia del grupo de pilotes) Carga total del grupo de pilotes: Qg = Qadm . η . Npilotes Qg = 28 ton (79.0%) (4) Qg = 88.48 ton. Teniendo una capacidad de carga en grupo menor que la establecida por la estructura propuesta de 110 ton, se establece lo siguiente: con 4 pilotes obtenemos una carga de 88.48, menor de la requerida, por lo que se procederá a aumentar el número de pilotes ó aumentar su diámetro:

Aumentando el diámetro de los pilotes a 60 cms: D = 0.60 m 127

•

Cálculo del área del pilote: Ap = πD²/4 = 3.1416 (0.60m)² / 4 = 0.28 m²

•

Se hace necesario calcular nuevamente la capacidad de carga del pilote, por lo tanto, sustituyendo nueva área en la ecuación: Qp = Ap (cNc* + q´Nq*)

Qp =0.28 m² (24,000 kg/m² (16.88) + 3,600 kg/m² (7.82)) =0.28 m² (405,120 kg/m² + 28,152 kg/m²) =0.28 m² (433,272 kg/m²) Qp =121,316.16 kg •

Calculando la nueva carga admisible del pilote: Qadm = Qp/ FS

Qadm = 121,316.16 kg / 3 = 40,438.72 kg Qadm = 40.0 Ton ó 40,000 kg. Calculo de la eficiencia para 4 pilotes de 0.60m: η = 100% - Σ (Qadm . Xi)% = 100% - Σ (40x 3/16 + 40x 3/16 + 40x 3/16 + 40x 3/16) = 100% - 30% η = 70.0% (eficiencia del grupo de pilotes) Carga del grupo de 4 pilotes: Qg = Qadm . η . Npilotes = 40 ton (70%) (4) Qg = 112.0 ton

128

Con este resultado, se satisface la carga establecida de 110.0 ton de la estructura propuesta. 2.50 mts

Zapata aislada

1.5D

2.50 mts Pilote 60 cms

3D

Espaciamiento centro a centro de pilotes de 2.5D a 5.0D D = diámetro de 60 cms.

CÁLCULO DEL ACERO DE REFUERZO, PILOTE EN LA ZONA 4: Los pilotes serán colados in situ y de 60 cms, con una longitud Df=4.5 mts. Como consideraciones de diseño especificada en el Manual de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, se recomienda para pilotes mayores de 60 cms utilizar: f´c = 280 kg/cm², Resistencia a la compresión especificada del concreto. f´y = 2,800 kg/cm², Resistencia mínima a la fluencia del acero.

129

El cálculo del acero de refuerzo mínimo de cada pilote, será determinado por los siguientes métodos: e) Método empírico, basado en la práctica realizada en nuestro país por algunos diseñadores estructurales para la construcción de pilotes colados in situ: As = (Qadm – 0.60(Ap)(f´c)) / φf´y Donde: As: acero mínimo de refuerzo Qadm: capacidad admisible de carga del pilote Ap: área de la sección del pilote f´c: esfuerzo a la compresión del concreto f´y: esfuezo de fluencia del acero φ: factor de reducción Datos: •

Capacidad admisible de carga del pilote (Qadm): 40 ton ó 40,000 kg, según el cálculo de resistencia del pilote, pág. 128

•

Área del pilote (Ap): para un pilote de 60 cms de diámetro, el área es igual a 2,827.44 cm², pág. 128

•

Resistencia a la compresión (f´c): 280 kg/cm²

•

Resistencia a la fluencia del acero (f´y): 2,800 kg/cm²

•

Factor de reducción (φ): según ACI 318R-2002, sección 9.3 “Resistencia de Diseño”, subsección 9.3.2, es igual a 0.75 (adimensional).

Sustituyendo en ecuación tenemos:

130

As = (40,000 kg – 0.60(2,827.44 cm²)(280 kg/cm²)) / (0.75)(2,800 kg/cm²) = (40,000 – 475,009.92) / 2,100 = -435,009.92 / 2,100 As = -207.15 cm² Como el valor de As es negativo, se tomará como porcentaje mínimo de acero: 0.01 (ACI 318R-2002: sección 10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”), entonces tenemos: As = 0.01 (2,827.44cm²) As = 28.27 cm² f) Método Normativo, el cálculo del acero mínimo de refuerzo As, estará regido bajo las normas determinadas por el ACI 318R-2002, para lo cual tenemos siguiente ecuación: As = 0.01 Ag Donde: As: acero mínimo de refuerzo Ag: área gruesa de la sección del pilote 0.01: porcentaje mínimo de reducción. Se ha establecido la ecuación anterior, de acuerdo a la siguiente sección del ACI: -

10.9.1 “El área del acero de refuerzo longitudinal para elementos no compuestos sujetos a compresión, no debe ser menor de 0.01, ni mayor que 0.8 veces el área total de la sección”.

Datos:

131

•

Área gruesa (Ag): el valor del área gruesa es igual al valor del área de la sección del pilote Ap, entonces tenemos: 2,827.44 cm².

Sustituyendo datos en ecuación tenemos: As = 0.01 (2,827.44 cm²) As = 28.27 cm², área de refuerzo mínima requerida. Luego se procede al cálculo de varillas del pilote de acuerdo al ACI: -

Sección 10.9.2 “El acero de refuerzo longitudinal mínimo en elementos sujetos a compresión, debe ser de 4 varillas dentro de los anillo circulares o rectangulares, 3 varillas dentro de anillos triangulares, y 6 varillas confinadas por espiral”.

Para esta sección tomaremos como mínimo 8 varillas longitudinales, así: Área No.7 = 3.87 cm² x 8 varillas Área No.7 = 30.96 cm², >As = 28.27 cm², entonces ok. Luego se realiza el cálculo de la longitud de desarrollo que se anclará entre la zapata y el pilote de la siguiente manera: ACI Sección 12.3 “Longitud de desarrollo de varillas corrugadas”, subsección 12.3.2 “La longitud de desarrollo básica debe ser (0.075 db f´y) / √f´c. Además no deber ser menor de 20 cms, sección 12.3.1. Lbd = (0.075 db f´y) / √f´c = (0.075 (2.22)(2,800))/ √280 = 27.90 cm > 20.0 cm. Por lo tanto trabajamos con 28.0 cms. Para finalizar se procede al cálculo del acero de los estribos según ACI sección 7.10.4.2 “Para elementos colados en el lugar, el diámetro de las espirales no debe ser menor de

132

1.0cm”. Y como el pilote no trabaja por cortante queda a criterio del diseñador aumentar el diámetro del espiral. Estribo de espiral = Ø3/8” ó No.3 El traslape del estribo de espiral según el ACI sección 7.10.4.5 “En traslapes de refuerzo en espiral, estos serán una longitud de 48 db (diámetro varilla), pero no menor de 30 cm, o se soldarán”. Por lo tanto tenemos: Traslape = 48 (0.952) = 45.70 cms > 30 cms, no requiere soldadura La separación del espiral según ACI sección 7.10.4.3: “El espaciamiento libre entre espirales no debe exceder de 7.5 cm, ni ser menor a 2.5 cm”. Por lo que queda a criterio del diseñador, y con lo cual sugerimos: Separación normal del espiral = 6.5 cms Separación en área de confinamiento = 4.0 cms

133

DETALLE SIN ESCALA DE ARMADO DEL ACERO DE REFUERZO Concreto vibrado f´c = 280 kg/cm2 Recubrimiento de 7.5 cm, según ACI sección 7.7 8 No.7, según ACI sección 10.9.2 y espaciamiento distribuido uniforme en diámetro interno de 52,5 cm. Estribo de Espiral No.3, según ACI sección 7.10.4.2

60 cm Zapata aislada

Empotramiento entre pilote y zapata no menor de 5cm

Ldb = 28 cms, según cálculo mediante ACI sección 12.3. Doblado a 90°

Zona confinamiento 50 cms, sepación espiral 4.0 cms

Separación normal de espiral 6.5 cm

Df = 4.5 mts

Terreno Natural 60 cms.

134

3.2 PROCESOS CONSTRUCTIVOS 3.2.1 GENERALIDADES Estos procedimientos dependen de las condiciones del terreno, capacidades de carga del suelo, la magnitud de las estructuras, disponibilidad de equipo y otros. Eligiendo por medio del diseño, el tipo de cimentaciones profundas a emplearse, ya sean pilotes hincados o colados in situ. Para estos pilotes se excava el terreno mediante el equipo de perforación en varios diámetros. Estas excavaciones pueden hacerse en seco o con alguna protección temporal de la perforación; para tener mayores rendimientos y seguridad en las obras, es recomendable realizarlas utilizando equipos de perforación hidráulicos. En nuestro país, se cuenta con equipos de perforación de varios diámetros, con capacidades de rotación desde 10 ton-mt hasta 18 ton-mt. Estos equipos permiten la ejecución de pilotes en diámetros desde 0.30 mt hasta 2.50 mts y con profundidades hasta alcanzar los 45.0 mts. Dependiendo del tipo del terreno y dimensiones de los pilotes, estos pueden tener una capacidad de carga entre 10 Kg/cm² hasta 40 Kg/cm².* Para realizar construcciones de pilotes con diámetros y profundidades mayores que los mencionados anteriormente, se tendrá que gestionar con empresas extranjeras para el alquiler de equipos ó subcontratos para su ejecución.

* Información proporcionada por Rodio-Swissboring de El Salvador.

135

3.2.2 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES COLADOS IN SITU 3.2.2.1 MÉTODO SECO Método que se aplica sobre el nivel freático donde no existe el peligro de derrumbe o socavación al perforar el pozo hasta el fondo. Un suelo que cumple con estas características sería una arcilla homogénea y firme. También puede aplicarse este método en el caso de suelos de bajo nivel freático, si la permeabilidad es tal que la filtración en el pozo es mínima, mientras permanece abierto. Para construir estos pilotes es necesario hacer un replanteo de la zona y ubicar con topografía el centro de cada pilote. Se procede después a colocar el equipo de perforación en el sitio adecuado y la correcta selección de la broca helicoidal (Fig. 3.0) y barrena para iniciar la excavación. FIG. 3.0 BROCA HELICOIDAL TIPO

Luego se efectúa la perforación hasta la profundidad requerida (Ftg. 3.1), depositando el material excavado en un lugar conveniente para su desalojo posterior. Una vez alcanzada la profundidad total de la excavación puede usarse un ampliador o ensanchador para ampliar el fondo del pozo.

136

FOTOGRAFÍA. 3.0 PERFORACIÓN DE PILOTES

Trabajos de perforación realizados en la construcción de paso a desnivel entre el Boulevar Constitución y Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador. Se observa la excavación del terreno mediante equipo de perforación, utilizando una broca helicoidal.

El porcentaje de acero de refuerzo que debe colocarse en los pilotes, así como la longitud de refuerzo vertical, se determina en base a las condiciones de carga. Algunas veces se omite el acero de refuerzo, por considerarse que el pilote no soportará esfuerzos laterales, en cambio otras veces es necesario colocarlo a lo largo de toda la longitud del pilote cuando está expuesto a condiciones de cargas laterales ó se coloca el acero de refuerzo en la punta del pilote (cabeza). La correspondiente armadura con todos sus separadores colocados, se baja lo más centrado posible (Ftg. 3.1) evitando tocar las paredes laterales de la perforación para no producir arrastre de material (Ftg. 3.2).

137

FOTOGRAFÍA. 3.1 COLOCACIÓN DE ARMADURA

Trabajos de colocación de armadura de Pilotes realizados en la construcción de paso a desnivel entre el Boulevar Constitución y Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador. FOTOGRAFÍA. 3.2 COLOCACIÓN DE ARMADURA

Armadura de acero colocada y en posición para el colado de concreto hidráulico.

138

Una vez posicionada la armadura en el lugar correcto, se inician los trabajos del concreto, utilizando el método TREMIE de llenado por flujo inverso. Por el interior de la armadura se bajan en tramos de tubos acoplables, roscados y sellados mediante el equipo o maquinaria hasta el fondo de la perforación, se coloca la tolva en su parte superior, se obtura unión tolva con cañería mediante tapete (embudo). Luego se vuelca el concreto en la capacidad de la tolva, se retira el tapete y en forma continua se inicia el llenado del pilote. El volumen de concreto que se carga por tolva se desliza hacia el fondo desplazando el agua y posibles impurezas hacia el exterior (superficie). A medida que avanza el llenado (Ftg. 3.3) se van retirando los tubos, estando siempre el tubo puntera sumergido evitando de esta forma el contacto con el agua. Cabe acotar la importancia del concreto el cual debe tener de preferencia un revenimiento de 6 a 7 pulg., con agregado mediano, logrando con esto un libre deslizamiento en el interior de la tubería y un perfecto acomodamiento contra las paredes laterales y los estribos de la armadura. FOTOGRAFÍA. 3.3 COLADO DE PILOTES IN SITU

Trabajos de Colado de Pilotes in situ, realizados en la construcción de paso a desnivel entre el Boulevar Constitución y Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador.

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3.2.2.2 MÉTODO ENTUBADOS O ADEME Este sistema se adopta donde la naturaleza del terreno a trabajar es tan crítica que las paredes de las perforaciones no logran sostenerse aplicando fangos estáticos (bentonita o gel). El equipo montado sobre oruga tiene la suficiente potencia y adaptaciones necesarias para introducir, girando camisas acoplables entre sí hasta llegar donde las condiciones del suelo lo requieran. Una vez colocada la camisa, se excava su núcleo interior con el sistema más adecuado a las características del suelo, hélice o balde bucket (3.1). FIG. 3.1 BALDE O BUCKET TIPICO

En el caso de no haber alcanzado la cota de profundidad requerida, luego de haber vaciado el interior se acopla un nuevo tramo y se continúa en tareas sucesivas hasta alcanzar el nivel de apoyo del pilote. Cabe destacar que se puede dar una conjunción de sistemas; encamisar solamente una parte de la perforación donde la naturaleza del terreno lo requiera y luego continuar perforando, ya sea con presencias de aguas o aplicando lodos estabilizantes. Es de suma importancia destacar que este método, calificado como de última generación (Ftg. 3.4), no transmite ningún tipo de vibraciones a posibles edificios linderos, ya que el encamisado se produce por giro y no por hincado o vibrohincado.

140

FOTOGRAFÍA. 3.4 MÉTODO ENTUBADOS O ADEME

Equipo sobre orugas, introduciendo camisas acoplables antes de la perforación. Trabajos realizados en Guatemala por Rodio-Swissboring

Una vez que se ha logrado la limpieza del interior de la camisa se baja la armadura metálica con sus correspondientes separadores y se la posiciona en su lugar. Para el colado, el sistema a adoptar depende totalmente de las características del suelo de trabajo. En muchas ocasiones se produce un llenado en seco utilizando tubos para evitar disgregamiento del concreto. En caso de presencia de aguas o lodos bentoníticos, se aplica el sistema Tremie o Contractor de llenado por flujo inverso. Por el interior de la armadura se bajan tuberías en tramos aclopables, roscados y sellados mediante O'ring (empaque para evitar pérdida de lechada) hasta el fondo de la perforación. Se procede al vaciado del concreto de igual forma que el método seco. Una vez lleno el pilote, se procede al retiro de la camisa (Ftg. 3.5), ya sea produciendo el giro de la misma o con pequeños golpes de extracción, luego se van desacoplando los tramos de ésta sucesivamente hasta sacarla totalmente. Una vez concluida esta operación nos queda el pilote terminado.

141

FOTOGRAFÍA. 3.5 ADEME RECUPERABLE

Retiros de camisa utilizando pluma sobre oruga en la construcción de un puente. Trabajos realizados en Guatemala por Rodio-Swissboring

3.2.2.3 METODO CON LODOS ESTABILIZANTES Se realiza con un equipo de accionamiento hidráulico y consiste en perforar hasta la cota de fundación requerida, en dicha excavación se utiliza mecha helicoidal para inicio y luego balde “bucket”, esta herramienta posee la particularidad de almacenar todo el material cortado en su interior evitando que éste quede disgregado en la perforación. Estas operaciones se realizan con el aporte constante de fangos estabilizantes (Ftg. 3.6) para garantizar la estabilidad de las paredes laterales de la excavación y sostenerlas evitando posibles desmoronamientos de terreno.

142

FOTOGRAFÍA. 3.6 ESTABILIZACIÓN BENTONÍTICA

Utilización de bentonita en la perforación, estabilizando las paredes. Trabajos realizados en pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.

El lodo estabilizante es conocido comúnmente como bentonita, que es una arcilla la cual contiene una gran cantidad de monmorilonita. Al ser mezclada con agua, forma un coloide con moléculas de bentonita intercaladas con moléculas de agua. Al someter la bentonita a presión, las placas hidratadas se adhieren al terreno, mientras que las moléculas de agua se introducen en el terreno y por último, al prolongar este contacto se forma una película de bentonita comúnmente denominada cake, comportándose esta capa como una película de protección y permite que la mayor presión hidrostática dentro de la perforación, mantenga estable las paredes y evite cualquier desprendimiento de la misma.

143

Una vez alcanzada la profundidad solicitada se procede al bajado de armadura (Ftg. 3.6) con sus correspondientes separadores. Esta operación se realiza normalmente con el tiro libre de la perforadora usándola como grúa. Se introduce la armadura del pilote hasta que el fondo de éste queda de 20 a 30 cms., sobre el fondo de la excavación; esto será posible porque la armadura se sostendrá de la parte superior con vigas de acero o algún elemento especial diseñado para dicha función. Para cargas axiales, los pilotes generalmente llevan una cuantía de acero entre el 0.5 a 0.10% del área nominal del pilote. Para dar una mayor rigidez a la armadura, cada tramo deberá quedar soldado en varias de las barras del esfuerzo vertical. Posicionada la armadura en el lugar correcto, se deben de tomar debidas precauciones para asegurar la mejor calidad. En el caso de la tubería, esta deberá retirarse mientras se está haciendo el colado, ya sea por tensión vertical o movimientos oscilatorios. En el caso de utilizar la bentonita, durante el proceso de excavación, el lodo se carga con arena y descansa al fondo; como primer paso, es necesario utilizar e bucket para retirar el exceso de arena. Luego, se procede a retirar hasta cierta tolerancia del 5.0% en peso, toda la arena que está en suspensión; para hacer esto, se debe de bombear lodo mezclado con material de excavación del fondo hacia fuera y sustituirse por lodo nuevo, es decir, desarenado.

144

FOTOGRAFÍA. 3.6 BAJADO DE ACERO DE REFUERZO

Bajado del acero de refuerzo o armadura mediante grúa, luego de la perforación del terreno. Trabajos realizados en pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.

Cuando el lodo retirado del fondo de excavación cumple con las normas establecidas (Tabla 3.0), se considera que el panel está listo para ser colado (Fig. 3.7). TABLA 3.0

CARACTERISTICAS

MINIMO ACEPTABLE

MÁXIMO ACEPTABLE

Densidad

1.10 ton/m³

1.25 ton/m³

Viscosidad

30

45

Contenido de agua

-

5%

Para evitar que se segregue el concreto es necesario utilizar una tubería tipo TREMIE, esta tubería permite que el concreto fluya desde el fondo de la excavación y que por su mayor peso específico pueda desplazar la bentonita y cualquier impureza. Esta tubería quedará al

145

inicio del colado a 20 cms del fondo de la excavación y luego deberá mantenerse embebida en el concreto entre 2.0 y 4.0 mts; el colado con este tipo de tubería debe hacerse en forma constante y sin interrupciones. FIG. 3.7 FIJACIÓN DEL ACERO DE REFUERZO

Bajado, fijación y colocación del acero de refuerzo del pilote, previo al colado.Trabajos realizados en construcción de pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.

3.2.2.4 METODO NIVEL FREÁTICO Este tipo de tareas se efectúan con un equipo perforador rotativo de accionamiento hidráulico. Se perfora hasta la cota de fundación requerida, utilizando mecha helicoidal para poder iniciar marcando la perforación (Ftg. 3.8). Esta mecha se utiliza hasta encontrarse con el nivel freático, cuando la presión de ésta comienza a inundar la perforación se cambia de herramienta colocando balde “bucket”. Este elemento, especialmente diseñado para ser utilizado en trabajos por debajo de niveles acuíferos, corta por su fondo y almacena todo el material en su interior evitando que éste quede disgregado en la perforación. Esta característica es de suma importancia ya que cuando se alcanza la 146

cota requerida la perforación se encuentra totalmente limpia, sin ningún material grueso suelto que pueda impedir u ocasionar un mal llenado del pilote. FOTOGRAFÍA. 3.8 MAQUINARIA PARA PERFORACIÓN CON BUCKET

Maquinaria sobre oruga utilizando bucket durante la perforación previo al colado del pilote. Trabajos con método nivel freático, Guatemala.

Luego se procede al bajado de la armadura, que se realiza normalmente con el tiro libre del equipo perforador. La correspondiente armadura con todos sus separadores colocados, se baja lo más centrado posible evitando tocar las paredes laterales de la perforación para no producir arrastre de material. Una vez posicionada la armadura en el lugar correcto, se inician los trabajos de vaciado del concreto del pilote, se utiliza el método TREMIE de llenado por flujo inverso. El proceso a seguir es igual al método seco. A medida que avanza el llenado se van retirando los tubos, estando siempre el tubo puntera sumergido en el concreto evitando de esta forma el contacto con el agua. Se recomienda tener un revenimiento entre 7 y 8 pulg., con agregado mediano, logrando con esto un libre deslizamiento en el interior de la tubería y un perfecto acomodamiento contra las paredes laterales y los estribos de la armadura. 147

3.2.2.5 SISTEMA HÉLICE CONTÍNUA

Este sistema de última generación se ejecuta con equipos de alta potencia-torque y que poseen la más avanzada tecnología aplicada a la construcción y controles de calidad de los pilotes. Normalmente se aplica este método donde los suelos a perforar son inestables, con presencia de nivel freático, desmoronables y que ante los trabajos de perforación con los métodos tradicionales pueden llegar a colapsar, a diferencia de otros como los lodos bentoníticos, se obtienen altas producciones (dependiendo del tipo y espacio de obra) y una mayor limpieza de la misma. Se trata de hacer la Ingeniería de fundación sobre la base del sistema constructivo adoptado tratando de unificar el diámetro a utilizar. La forma de ejecutar el pilote es la siguiente: el equipo trabaja con una hélice continua de 12.0 mts. de longitud y posee un prolongador para alcanzar los 18.0 mts. de profundidad. Mediante giro y empuje introduce la mecha en el suelo hasta la cota de fundación, luego se acopla el equipo con la bomba de concreto. A medida que se va extrayendo la mecha del terreno por el interior del eje de la misma se bombea el concreto, comparandola contra la velocidad de ascenso de la mecha por medio de un equipo computarizado, evitando no levantar de más si no está la mezcla ocupando el lugar. Se trabaja de esta forma hasta extraer la total longitud de la mecha, inmediatamente se toma la armadura con el tiro libre de la máquina y se la coloca, ayudándola a entrar mediante peso o por vibración de la misma, quedando de esta forma el pilote terminado.

148

FOTOGRAFÍA. 3.9 MAQUINARIA PARA PERFORACIÓN HÉLICE CONTINUA

Maquinaria trabajando con el sistema de hélice continua en perforación del suelo, previo a la colocación del acero de refuerzo. Italia, 2003.

3.2.2.6 MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES ARTESANALES

En nuestro país, durante los últimos años, se ha incrementado el uso de pilotes de concreto colados en el sitio. Generalmente en la construcción de obras de menor magnitud que no requieren el uso de perforadoras mecánicas, plumas, etc., el constructor realiza este tipo de obras mediante cimentaciones artesanales. La utilización de este método se caracteriza por el tipo de equipo y métodos utilizado por una excavación con barrenos de uso manual, fabricados de acero en un taller de mecánica, generalmente con poco control de calidad. El método se utiliza en aquellas construcciones

149

técnicas de las obras como la industria viviendista y pequeños edificios y donde es necesario colar, muchos pilotes de diámetros reducidos. Se procede de la siguiente manera: Impulsado con fuerza un barreno de fabricación artesanal de forma helicoidal hacia dentro del terreno por una o más personas, se perfora hasta la profundidad determinada por un estudio geotécnico. Generalmente cuando se utiliza este método las profundidades no son muy grandes, llegando a alcanzar 10 mts las máximas perforaciones. Este proceso de excavación tiene muchos inconvenientes: •

Si se encuentra un estrato de suelo de gran resistencia por donde debe pasar el barreno, éste necesita más fuerza para poder perforarlo, por lo que esta fuerza extra hace que el barreno se desvíe unos pocos centímetros, perdiendo la perforación su verticalidad original. Esto puede ser perjudicial, pues estas discontinuidades podrían afectar la transmisión de carga en el pilote.

•

Es bastante probable que a medida se excava no toda la tierra removida puede ser sacada del pozo, por lo que existen azolves en el fondo. Lo que el constructor hace en general es compactar este azolve con un pisón largo, pero esta práctica no es muy recomendable, pues el compactado no puede hacerse correctamente y aunque se esté en el estrato resistente, el pilote no se colocará originalmente sobre él, por lo que al soportar el peso de la superestructura se asentará una distancia igual al espesor del azolve compactado.

•

Si se encuentra en el proceso de excavación un estrato rocoso, el barreno natural no podrá pasar por él. Muchas veces se mal interpretan estos estratos creyéndose que ya se ha llegado al estrato resistente, cuando probablemente sea una pequeña formación rocosa que cederá cuando el pilote sea cargado.

Luego de haber realizado la excavación se procede a la colocación del acero de refuerzo vertical, el cual consiste como mínimo de 4 a 6 varillas longitudinales de 3/8” o de 1/2” con estribo de espiral de 1/4” o 3/8”, dependiendo del diseño estructural. El refuerzo se coloca en el pozo sin la ayuda de ninguna grúa, sometiéndolos muchas veces a esfuerzos por doblado en su introducción. 150

Cuando ya está colocado el acero, se procede al colado del concreto que generalmente es de una resistencia a la compresión de 210 kg/cm² con un revenimiento de 6 a 7 pulgadas. El colado puede realizarse de dos maneras diferentes: •

Con concreto premezclado en planta y transportado en camiones revolvedores o mediante bombeo. Este concreto se baja del camión y se va colocando en bateas especiales de gran tamaño; luego es transportado en carretillas de llantas con neumáticos hasta el pozo a ser colado. Muchas veces el camión revolvedor puede llegar cerca del pilote a colar, y ahorrarse los acarreos en carretillas.

•

Fabricando el concreto con máquinas revolvedoras de 1/2 a 2 bolsas. Esto se hace cuando la cantidad de concreto a colocar no alcanza con la cantidad que transporta un camión. Este proceso debe tener una mayor supervisión y mayor control de las mezclas realizadas, algunas veces se fabrica el concreto a mano, pero esto no es recomendable y ningún tipo de supervisión debería permitir este método, por mínima que sea la cantidad de concreto a colar.

Para verter el concreto en el pozo también se utilizan dos métodos: •

Se vierte el concreto directamente en caída libre en la oquedad. Este procedimiento es totalmente incorrecto porque la caída libre produce segregación en el concreto disminuyendo la resistencia de éste.

•

Por medio de una tolva y trompa de elefante, primeramente se deja caer por la tolva un poco de concreto más fluido de lo normal en caída libre; esto sirve para que luego caiga el concreto normal ya bajo presión, al crearse un vacío dentro de la tolva.

Cuando se vibra o compacta el concreto, se hace con un vibrador en sus regiones superficiales.

151

CASO

DE

NIVEL

FREÁTICO

EN

CONSTRUCCIÓN

DE

PILOTES

ARTESANALES. En el caso de encontrarse nivel freático de manera superficial, y las paredes de la perforación son estables y permiten trabajar en agua sin mayores dificultades, no hay necesidad de encamisar las paredes. De lo contrario se procederá a encamisarlo, generalmente con tubo PVC. El día del colado se deberá hacer una limpieza en el fondo de la perforación. Posteriormente se coloca la armaduría con sus separadores, para evitar arrastre de material. Luego se procede al vaciado del concreto, haciéndolo por caída por medio de tubos o preferiblemente bombeado, utilizando éste algún tipo de aditivo acelerante del fraguado, esto provoca al mismo tiempo el ascenso del agua de la perforación, la cual es expulsada del agujero. Terminado el pilote se procederá a demoler la cabeza de éste por estar muy contaminada y sustituirla por un nuevo concreto de calidad.

152

ACCESORIOS DE PERFORACIÓN

Barrena de Perforación

Camisa de Perforación

Otros usados en perforaciones

Mecha

Balde bucket

Carotieri (fresa para rocas)

Bulbo ensanchador

153

3.2.3 EQUIPO UTILIZADO EN LA CONSTRUCCIÓN 3.2.3.1 GRÙAS Son máquinas que sirven para el levantamiento y manejo de objetos pesados, contando para ello con sistema de malacates que acciona a uno ò varios cables, montados sobre una pluma y cuyos extremos terminan en gancho. Para facilitar su función, la unidad motriz y los diferentes mecanismos de la máquina le permiten girar alrededor de un eje vertical y a la pluma moverse en un plano horizontal. Las plumas de la grúa pueden ser rígidas cuando están formadas por estructuras modulares (de tubo o de ángulo estructural), o bien telescópicas cuando están formadas por elementos prismáticos que deslizan unos dentro de otros. Para la construcción de cimentaciones profundas se usan generalmente grúas móviles de pluma rígida, bien sea para montar sobre ellas equipo especializado. Para el montaje de equipo de perforación o hincado, usualmente se requieren grúas de 45 a 80 ton. de capacidad nominal, con plumas rígidas de 18.3 mts de largo. Para las maniobras se emplean grúas de menor capacidad nominal, aunque superior a 15 ton., las condiciones del terreno dictaminan la conveniencia de que estén montadas sobre neumático o sobre orugas. En la siguiente tabla se muestra una guía de grúas usuales para trabajos de construcción de cimentaciones profundas.

154

TABLA 3.1 GRÚAS MOVILES

Marca

American

Bauer

Bucyrus Erie

Casagrande

Modelo

Capacidad Peso ton

ton

599 C

36.29

-

5299

45.36

7220

Marca

Modelo

Capacidad Peso ton

ton

LS68

13.61

17.67

-

LS98

24.49

27.70

45.36

-

LS108-B

40.82

38.40

5299 A

54.40

-

LS108-D

45.36

38.04

5300

63.50

-

LS118

54.43

54.70

7225 A

77.25

-

LS318

72.58

63.30

7260

90.70

-

LS418A

99.77

92.02

9260

113.50

-

LS138-H

68.04

55.92

9270

136.08

-

LS208-H

68.04

58.97

A100HC

100.00

-

LS218-H

90.72

80.02

A1500HC

167.80

-

HS833HD

40.00

39.60

DS640

40.00

40.00

HS843HD

60.00

56.80

BS650

50.00

50.00

HS853HD

80.00

81.20

BS660

60.00

65.00

HS833HD

90.00

96.40

BS680

80.00

80.00

HS883HD

120.00

109.40

BS6100

110.00

90.00

222

90.70

74.52

BS6120

120.00

100.00

777S-1

153.50

113.40

BS6180

180.00

160.00

777S-2

160.00

150.14

22B

12.00

19.30

888S-1

196.80

154.08

38B

-

-

888S-2

208.60

189.98

54B

-

-

127.00

118.94

61B

66.50

67.30

3950W

136.00

136.84

C20

20.00

22.00

3950D

136.00

143.40

C40

40.00

35.60

4100WS-1

181.40

166.28

C50

50.00

48.65

4100WS-2

208.60

204.38

C60

60.00

63.70

4100WS-3

217.70

218.64

C90

95.00

83.80

670WCL

70.00

-

550

50.00

-

5060

60.00

50.52

5100

100.00

78.37

Link-Belt

Liebherr

Manitowoc 3900WS-2

P&H

155

3.2.3.2 PERFORADORAS Son máquinas para hacer barrenos en el suelo por rotación y percusión. En el caso de las rotatorias, la torsión se transmite por medio de una barra en cuyo extremo inferior se coloca una herramienta de avance tal como una broca, un bote cortador, una hélice. La barra se hace girar con algún mecanismo o bien se levanta y se deja caer sobre el fondo de la perforación, lo cual da lugar a que las perforadoras sean rotatorias o de percusión respectivamente. a) Perforadoras rotatorias. Para la construcción de cimentaciones profundas, se emplean generalmente dos tipos de perforaciones con sistema rotatorio: •

Con Barretón o Kelly de perforación; ya sea montada sobre orugas, sobre grúa o sobre camión. En este caso, el Kelly puede ser de una sola pieza o bien telescópico de varias secciones, con el cual se extrae de manera intermitente el suelo perforado.

•

Con Hélice continua; montada sobre grúa o sobre oruga. El suelo se extrae de manera continua, conforme se perfora el suelo.

•

Con Bauer de circulación inversa, con estos equipos se opera con el principio de un air-lift, para la construcción de pilotes estos equipos pueden perforar profundidades mayores a 100 mts.

La selección de la perforadora mas adecuada para un proyecto dado, dependerá de las características que presenten los materiales del lugar, así como del diámetro y profundidad de las perforaciones por realizar. A continuación se muestra una lista de perforadoras con Barretón o Kelly telescópico y de Hélice continua, que son más utilizados en la construcción de cimentaciones profundas:

156

TABLA 3.2 PERFORADORAS MAS UTILIZADAS PERFORADORAS DE BARRETÓN O KELLY TELESCÓPICO Marca

Bauer (Alemania)

Diámetro máx.

Profundidad

(m)

máx. (m)

9,486

1.20

40

S/Oruga

22,440

1.80

57

BG22S

S/Oruga

22,440

3.00

57

BG30

S/Oruga

37,434

3.00

63

BG50

S/Oruga

37,434

3.00

83

125CH

S/Grúa

17,300

-

Opcional

400CH

55,300

-

Opcional

-

3.00

26

Modelo

Tipo

Par kg-m

BG9

S/Oruga

BG22H

Calwelld

200C

S/Grúa S/Camión

(USA)

42LH

S/Camión

-

2.10

30

5200LH

S/Camión

-

3.50

52

ADL

9,000

1.50

18

Catdrill 18

S/Camión S/Grúa

12,000

2.50

80

Catdrill 22

S/Grúa

22,000

2.50

54

B10HS

S/Oruga-camión

10,000

1.50

35

B12HS

S/Oruga-camión

12,200

1.80

45

B18HS

S/Oruga

18,300

2.00

73

RT3-S

S/Grúa

21,000

2.20

78

R-16

S/Oruga

16,000

2.00

60

R-15

S/Oruga

15,600

2.00

60

R-10

S/Oruga

10,000

1.50

46

9,700 1.50 S/Oruga PERFORADORAS DE HÉLICE CONTINUA

34

Casagrande (Italia)

Soilmec (Italia)

CM-39 Bauer

BG14

S/Oruga

14.28

0.90

14.9

(Alemania)

BG30

S/Oruga

37.43

1.20

21.6

LH-CFA17

S/Oruga

9.99

0.60

17

HD-CFA21

S/Oruga

9.99

0.80

21

HD-CFA24

S/Oruga

9.99

1.00

24

R-16

S/Oruga

16.00

1.10

21.5

SM-49

S/Oruga S/Grúa

8.85

0.95

23.5

6.10

0.80

32

Casagrande (Italia) Soilmec (Italia)

HY-42

157

b) Perforadoras por percusión. Las perforadoras por percusión, a través de un sistema, que puede ser mecánico-neumático o hidráulico, transmiten una serie rítmica de impacto al material por perforar, por medio de un elemento de corte o ataque, llamado martillo de fondo. Su aplicación principal es en rocas, ya que en suelos se reduce su eficiencia. Para cimentaciones profundas pueden alcanzar hasta los 100 cm de diámetro, como se indica en la siguiente tabla: TABLA 3.3 CARACTERÍSTICAS DE PERFORADORES DE FONDO Frecuencia de

Diámetro de

Peso del

perforación (cm)

martillo (Kg)

Champion 180

45-61

1,492

950

944

Champion 240

61-86

2,488

925

1,322

Champion 330

83-109

5,707

925

2,454

Modelo

operación (golpes/minutos)

Consumo de aire* (L/s)

* Operando con una presión de 10.2 x 10^5 Pa.

3.2.3.3 OSCILADORAS DE ADEMES Equipo utilizados para el uso de ademes, con un movimiento rotacional alterno y una fuerza vertical. Se utilizan combinados con perforación rotatoria o la extracción de material. Usualmente están acoplados a una perforadora rotatoria sobre orugas, con la que se comparte la central hidráulica, aunque también operan en forma independiente, con una central propia. En la siguiente tabla se presentan algunos modelos y capacidades de osciladoras:

158

TABLA 3.4 OSCILADORAS DE ADEMES Marca Bauer

Casagrande

Soilmec

Modelo

Diámetro máx. (cms)

Par de torsión (KN-m)

BV 880-04

-

450

BV 10-04

-

1,000

GSP-S-1000

220

1,280

GSP-S-1500

270

1,830

GSL-S-1000

205

1,200

MGT-700

180

550

MGT-1000

200

1,200

MGT-1500

250

2,200

3.2.3.4 MARTILLOS PARA HINCADO Son equipos que generan impacto en serie para el hincado de pilotes. Los martillos piloteadores originales, fueron masas de caída libre, que se colocaban en posición previa al descenso mediante sistemas manuales o mecánicos. Con el desarrollo de la tecnología se utilizó vapor de agua o aire comprimido para levantar la masa que cae; mejoras posteriores dieron lugar al uso del vapor y aire comprimido para acelerar la caída de la masa durante su descenso lográndose una mayor energía en el impacto. Los más comunes, son martillos de combustión interna que emplean diesel como combustible para levantar la masa golpeadora, al mismo tiempo que se aprovecha su explosión para incrementar el impacto del hincado. Existen diversos tipos de martillos para el hincado de pilotes:

159

TABLA 3.5 TIPOS DE MARTILLO PARA EL HINCADO Elemental

Caída libre Vapor

Acción simple

Neumáticos Diferenciales Vapor

Doble acción

Neumáticos Hidráulicos Abiertos

Diesel

Cerrados Baja frecuencia, mayor de 40 Hz

Vibratorios

Alta frecuencia, mayor de 140 Hz

Vibratorios - Impacto

-

Los tipos de martillos más usados son los de doble acción y de tipo hidráulico, a manera de ejemplo, a continuación se presentan los martillos IHC, de la serie S y SC: Serie “S”. El peso de la masa de golpe de la serie S, es relativamente ligero, la velocidad de impacto hace que estos martillos sean ideales para hincar pilotes de acero (tubos), vigas H y pilotes en la costa. TABLA 3.6 CARACTERÍSTICAS MARTILLO “S” CARACTERISTICAS

UNIDAD

S-35

S-70

S-90

S-200

Energía del golpe máximo sobre el pilote.

kNm

35

70

90

200

Energía del golpe mínima sobre el pilote.

kNm

2

2

2

10

bl/min

60

50

50

45

Pistón/masa de golpe

Ton

3

3.5

4.5

10

Martillo con pistón en el aire.

Ton

7.3

8.3

9.2

24.5

Diámetro exterior del martillo.

cm

61

61

61

91.5

Longitud del martillo.

cm

560

713

788

892

Datos de operación.

Número de golpes a energía máxima. Pesos

Dimensiones

160

Serie “SC”. Este tipo de martillos tienen una velocidad de impacto más baja que el de la serie S, por ser el pistón más pesado. Son la mejor elección para hincar pilotes de concreto ó para usarse en diferentes obras. TABLA 3.7 CARACTERÍSTICAS MARTILLO “SC” CARACTERISTICAS UNIDAD SC-30 SC-50

SC-60

SC-110

Datos de operación. Energía del golpe máximo sobre el pilote.

kNm

30

50

60

110

Energía del golpe mínima sobre el pilote.

kNm

1

1

3

6

bl/min

50

50

50

40

Pistón/masa de golpe

Ton

1.7

3.3

6

7.9

Martillo con pistón en el aire.

Ton

4.1

5.9

9.5

14.1

Diámetro exterior del martillo.

cm

60

66

76.2

102

Longitud del martillo.

cm

506

528

604

560

Número de golpes a energía máxima. Pesos

Dimensiones

3.3 CONTROL DE CALIDAD Y SEGURIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN 3.3.1 CONTROL DE CALIDAD A continuación se describen las características de los materiales comúnmente empleados en la construcción de pilotes y pilas, así como también las exigencias para el control de calidad del material y del producto terminado. Como complemento del control de calidad, se hará referencia donde corresponda a las normas aplicables en nuestro país, tales como: ASTM (American Society for Testing and Materials), ACI (American Concrete Institute), AWS (American Welding Society), API (American Petroleum Institute), NOM (Norma Oficial Mexicana) y otras.

161

3.3.1.1 ACERO DE REFUERZO El acero de refuerzo debe satisfacer la norma ASTM A-615M-96, “Varillas corrugadas y lisas de acero, procedentes de lingote o palanquilla, para acero de refuerzo”, y por consiguiente cumplir con las características físicas y químicas establecidas. a) Características Físicas: se refieren a la resistencia a la tensión, al diámetro, peso unitario, dimensiones y espaciamiento de las corrugaciones, y el doblado. Las varillas de esta norma se clasifican, conforme a su límite de fluencia mínimo, en dos grados: 40 y 60. -

El diámetro nominal de una varilla corrugada es equivalente al de una varilla lisa que tenga la misma masa nominal que la varilla corrugada.

-

El número de designación de las varillas corrugadas corresponde al número de octavos de pulgada de su diámetro nominal. TABLA 3.8 NÚMERO DE DESIGNACIÓN, MASAS, DIMENSIONES NOMINALES Y REQUISITOS DE CORRUGACIÓN PARA REFUERZO DE CONCRETO

Numero de designación 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Masa nominal kg/m 0.248 0.560 0.994 1.552 2.235 3.042 3.973 5.060 6.404

Dimensiones nominales A B C mm mm² mm 6.4 32 20 9.52 71 29.9 12.7 129 39.9 15.88 200 49.9 19.05 284 59.8 22.22 387 69.8 25.4 510 79.8 28.65 645 90.0 32.26 819 101.4

A: diámetro B: área de la sección transversal C: perímetro

Requisitos de corrugación D E F mm mm mm 4.5 0.2 2.4 6.7 0.4 3.6 8.9 0.5 4.9 11.1 0.7 6.1 13.3 1.0 7.3 15.5 1.1 8.5 17.8 1.3 9.7 20 1.4 10.9 22.3 1.6 12.2

D: espaciamiento máximo promedio E: altura máxima promedio F: distancia máxima entre estremo de corrugaciones transversales

162

TABLA 3.9 REQUISITOS DE TENSIÓN

Grado

A

B

MPa

MPa

Alargamiento mínimo en 203 mm, por designación %

(Kg/cm²) (Kg/cm²)

40 60

500

300

(4,921)

(2,812)

620

420

(6,348)

(4,218)

3

4,5,6

7

8

9

10

11

12

11

10

9

8

9

9

8

8

7

7

A: resistencia minima a la tensión; B: límite de fluencia mínimo. TABLA 3.10 REQUISITOS DE DOBLADO A 180º Diámetro del vástago

Número de asignación

Grado 40

Grado 60

3,4,5

3.5d

3.5d

6

5d

5d

7,8

-

5d

9,10

-

7d

d: diámetro nominal de la muestra.

Las muestras deben doblarse alrededor de un vástago, sin agrietarse en la parte exterior de la zona doblada. La prueba debe realizarse a temperatura ambiente y en ningún caso a menos de 16 grados centígrados. b) Características Químicas: deberá verificarse que en análisis de la colada el contenido de fósforo no exceda de 0.05% y que en el análisis del producto terminado no exceda de 0.0625%. c) Muestreo: para los ensayos de tensión, doblado y determinación de las características dimensiónales y de la corrugación, se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada 10ton ó fracción, ó por cada embarque o entrega, lo que sea menor. Para el análisis químico de la colada y del producto terminado se debe tomar una muestra de la colada durante el vaciado y en varillas representativas de dicha colada, respectivamente. 163

3.3.1.2 SOLDADURA. El acero de refuerzo de 1¨ y mayor no se debe traslapar sino que se debe soldarse a tope o unirse mediante un dispositivo roscado (copplers), tipo Dividag o similar. Debe cumplir con las normas siguientes: ACI 439.3R-91, ASTM E 1032-95/142-92/94-93, ANSI/AWS/D 1.4-98 y NOM-H-121-1988. a. Calificación del soldador: Antes de iniciar cualquier trabajo de soldadura se debe calificar al soldador en la posición y de tipo de soldadura que debe realizar. La calificación debe realizarse por un inspector calificado, quien emitirá un reporte indicando la aceptación o rechazo del soldador. b. Radiografías: tomar radiografías de una unión soldada constituye una prueba no destructiva. Las radiografías deben tomarse de conformidad con las normas antes mencionadas cuando estas sean mayores a 1¨.

Con el producto terminado, se acostumbra acordar entre el contratista y el dueño o el supervisor, cuantas uniones se van a examinar. De los resultados obtenidos se decide la aceptación o rechazo del lote. 3.3.1.3 AGUA El agua para la fabricación de los lodos de perforación y del concreto deberá ser potable, limpia, fresca y libre de materia orgánica e inorgánica, ácidos y álcalis, en suspensión o en solución, y de cualquier sustancia que pueda causar efectos deletéreos en el concreto, en cantidad tal que puedan afectar la calidad y durabilidad del lodo de perforación o del concreto. Debe cumplir con las siguientes normas: ASTM C 685-98.a ó NOM-C-122-1982. Podrá obtenerse de fuentes públicas o de pozos, pero no de las excavaciones. No deberá utilizarse agua no potable en el concreto, a menos que se cumpla con las siguientes condiciones:

164

1) La selección de las proporciones del concreto debe basarse en mezclas de concreto utilizando de la misma fuente. 2) Los cubos de mortero para pruebas, hechos con agua no potable, deben tener resistencias iguales a los 7 y 28 días, de por lo menos 10% de la resistencia de muestras similares hechas con agua potable. La compasión de las prueba de resistencia debe hacerse en muestras idénticas, excepto por el agua del mezclado, elaborados y probados de acuerdo con las normas ASTM C-109 “Test Meted fot Compresive Strength of Hidraulic Cement Mortars”.

TABLA 3.11 VALORES CARCTERÍSTICOS Y LÍMITES TOLERABLES DE SALES E IMPUREZAS Límites en ppm. Impurezas

Cemento rico en

Cemento sulfato

calcio

resistente

En aguas naturales (limos y arcillas)

2000

2000

En aguas recicladas (finos de cemento y agregados)

50000

35000

400

600

700

1000

Sulfatos, como SO4**

3000

3500

Magnesio, como Mg++*

100

150

Carbonatos, como CO2

600

600

5

3

Álcalis totales, como Na+

300

450

Total de impurezas en solución

3500

4000

0

0

150

150

No menos de 6

No menor de 6.5

Sólidos en suspensión

Cloruros, como Cl* Para concreto con acero de preesfuerzo y piezas de fuentes** Para otros concretos reforzados en ambiente húmedo o en contacto con metales, como aluminio, hierro galvanizado y otros similares***

Dióxido de carbono, disuelto como CO2

Grasas y aceites Materia orgánica (oxígeno consumido en medio ácido) Valor del PH

165

*

Las aguas que excedan los limites enlistados para cloruros, sulfatos y magnesio, podrán

emplearse si se demuestra que la concentración calculada de estos compuestos en el agua total de la mezcla, incluyendo el agua de absorción de loa agregados u otros orígenes, no excede dichos limites. ** El agua se puede usar siempre y cuando las arenas que se empleen en el concreto acusen un contenido de material orgánica cuya colaboración sea inferior a 2, de acuerdo con el método de la norma NMX-C-088-1997-ONNCCE. *** Cuando se use cloruro de calcio (CaCl 2) como aditivo acelerante, la cantidad de este deberá tomarse en cuenta para no exceder el límite de cloruros de esta tabla. 3.3.1.4 AGREGADO FINO Material conocido como arena, que pasa por la malla 4.75mm, 0.187in (No 4) y se retiene en la malla 0.075mm (No 200). El agregado fino esta formado por material natural procesado, una combinación de ambos o artificial. a) Granulometría: deberá satisfacer la granulometría mostrada en la tabla 3.12, de acuerdo a las normas ASTM C-33 ó NMX C-111-1992. TABLA 3.12 GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO Material retenido*

Criba

%

9.5 mm (3/8”)

0

4.75 mm (No.4)

0–5

2.36 mm (No.8)

0 – 20

1.18 mm (No.16)

15 – 50

0.60 mm (No.30)

40 – 75

0.30 mm (No.50)

70 – 90

0.15 mm (No.100)

90 – 98

* acumulado en masa 166

1) Estar dentro de la zona que establece la tabla 3.12, excepto en los casos que se indican en el párrafo 3 y 4. 2) El modulo de finura debe estar comprendido entre 2.30 y 3.10, con una tolerancia de +/0.20, con respecto al valor del modulo de finura empleado en el diseño del proporcionamiento del concreto. 3) El retenido parcial de la masa total en cualquier malla no debe ser mayor de 45%. Pueden aumentarse los porcentajes del retenido acumulado de la masa ensayada en la malla MO.300 (No 50) y MO.150 (No 100) a 95 y 100%, respectivamente, siempre y cuando el contenido de cemento sea mayor de 250kg/m³ (2452N/m³) para concreto con aire incluido, o mayor de 300kg/m³ (2943N/m³) para concreto sin aire incluido, o bien, supliendo las diferencias del material que pase por esta malla, mediante la adición de un material finamente molido y aprobado. NOTA: Se considera concreto con aire incluido, aquel que tiene un contenido de aire mayor de 3% fabricado con un cemento o aditivo inclusor de aire. 4) En el caso de que los agregados que pretendan emplearse, no cumplan con las tolerancias indicadas en los incisos 1), 2) y 3), pueden usarse siempre y cuando se tengan antecedentes de comportamiento aceptables, en el concreto elaborado con ellos, o bien, que los resultados de las pruebas realizadas a estos concretos sean satisfactorias, en este caso, los agregados se pueden usar siempre que se haga el ajuste apropiado al proporcionamiento del concreto, para compensar las diferencias en la granulometría.

167

b) Sustancias nocivas: TABLA 3.13 GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO Concepto

Material retenido*

Grumos de arcillas y partículas deleznables

0.3

Carbón y lignito En concreto aparente

0.5

En otros concretos

1.5

Materiales finos que pasan la malla No.200 en concreto: Sujeción a la abrasión

3.0*

En otros concretos

5.0*

* En masa de la muestra total, en %. ** En el caso de material fino que pasa por la malla F0.075 mm (No 200), si este es producto de la desintegración de rocas, los porcentajes límites se incrementan a 5 y 7%, respectivamente. Los materiales que rebasen estos límites deben estar sujetos a la aprobación del usuario. b) Sanidad y materia orgánica: El agregado fino, sometido a cinco ciclos del método de prueba que establece la NOM-C-75-1985, debe tener una perdida de masa no mayor de 10% con sulfato de sodio, o 15% si se usa sulfato de magnesio. El agregado fino que no cumpla con lo anterior, podrán aceptarse si existen antecedentes documentales de su empleo en concretos de propiedades semejantes, elaborados con agregados del mismo banco que causan un comportamiento satisfactorio en condiciones de intemperismo semejantes a las que se va a someter el nuevo concreto. El agregado fino debe de estar libre de cantidades perjudiciales de impureza orgánicas. Los agregados que al efectuar la prueba a la que se refieren las normas, den un color mas oscuro que el No.3 deben rechazarse, excepto si se demuestra que la coloración es debida a la presencia de pequeña cantidades de carbón, lignito o partículas semejantes, o bien, si se

168

demuestra que el efecto de las impurezas orgánicas en morteros ensayados a 7 días dan resistencias no menores del 95%, conforme al método establecido.

3.3.1.5 AGREGADO GRUESO. Material conocido como grava, que es retenido en la malla 4.76mm, 0.187in (No.4) constituidos por cantos rodados, triturados o procesados, rocas trituradas, escoria de alto horno, escoria volcánicas, concreto reciclado o una combinación de ellos u otros, y cuya composición granulométrica varia dentro de los limites de la tabla 3.14. a) Granulometría: para pilas y pilotes el agregado máximo usual es de 19mm (¾”). En la tabla 3.3.1.7 se dan los requisitos granulométricos para gravas desde 25mm (1”) hasta 9.5(3/8”). Cuando se tenga agregados gruesos fuera de los límites antes indicados, deberán procesarse para satisfacer dichos límites. En el caso de aceptar que los agregados no cumplan dichos límites, deberá ajustarse el procedimiento del concreto para compensar las deficiencias granulométricas, por lo tanto, deberá demostrarse que el concreto tiene un comportamiento adecuado. TABLA 3.14 GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO Tamaño nominal

37.5

25.0

19.0

12.5

9.5

4.75

2.36

1.18

(mm)

(1 ½”)

(1”)

(3/4”)

(1/2”)

(3/8”)

(No.4)

(No.8)

(No.16)

25.0 a 12.5

100

90 a 100

20 a 55

0 a 10

0a5

-

-

-

25.0 a 9.5

100

90 a 100

40 a 85

10 a 40

0 a 15

0a5

-

-

25.0 a 4.75

100

95 a 100

-

25 a 60

-

0 a 10

0a5

-

19.0 a 9.5

-

100

90 a 100

20 a 65

0 a 15

0a5

-

-

19.9 a 4.75

-

100

90 a 100

-

20 a 55

0 a 10

0a5

-

12.5 a 4.75

-

-

100

90 a 100

40 a 70

0 a 15

0a5

-

9.5 a 2.36

-

-

-

100

85 a 100

10 a 30

0 a 10

0a5

169

b) Sustancias nocivas: el agregado grueso deberá satisfacer lo indicado en la tabla 3.15. Es de esperarse que los límites correspondientes a cada clase designada, sean suficientes para asegurar un comportamiento satisfactorio del concreto para los diferentes tipos de concretos y partes de la obra. Cuando no puedan conseguirse estos agregados de calidad adecuada para satisfacer, por lo menos, algunos de los usos mencionados, estos pueden cumplir al someterlos al tratamiento adecuado. TABLA 3.15 LIMITES MÁXIMOS DE CONTAMINACIÓN Y REQUISITOS FÍSICOS DE CALIDADDEL AGREGADO GRUESO EN PORCENTAJE G Elementos

A

B

C

D

Región de intemperismo No expuestos a la intemperie: zapatas de Cimentación, columnas, vigas y pisos interiores 10.0 2.0 Con recubrimiento Pisos interiores, sin recubrimiento 5.0 2.0 Expuestos a la intemperie: muros de Cimentaciones, muros de retención, pilas, 5.0 6.0* 8.0 2.0 Muelles y vigas Sujetos a exposición frecuente de humedad: Pavimentos, losas de puentes, andadores, 4.0 5.0 6.0 2.0 Patios, pisos de entrada y estructuras marítimas Expuestos a la intemperie concretos arquitectónicos 2.0 3.0 4.0** 2.0 Región de intemperismo apreciable Losas sujetas a tráfico abrasivo: Losas de puentes, pisos, andenes y pavimentos: Concreto arquitectónico 4.0 2.0 Otras clases de concretos 8.0 2.0 A. B. C. D. E. F. G. * **

Total de terrones de arcilla y partículas deleznables Partículas de roca sílice con masa específica menor de 2.4 Suma de los conceptos anteriores Material fino que pasa la malla No.200 Carbón y lignito Pérdida por abrasión Pérdida en la prueba de sanidad (intemperismo acelerado) Ver nota 4 Ver nota 2

170

Sulfato de sodio

Sulfato de magnesio

1.0 50

-

-

1.0 50

-

-

0.5 50

12

18

0.5 50

12

18

0.5 50

12

18

0.5 50 1.0 50

-

-

E

F

NOTAS: 1) Esta limitación se aplica a materiales donde la roca sílice alterada se encuentra como impureza, no es aplicable al agregado grueso que es predominantemente de sílice alterada. La limitación del uso de tales agregados se basa en el antecedente de servicio en donde se empleen tales materiales. 2) En el caso de agregados triturados, si el material que pasa por la malla No.200 es del producto de la pulverización de rocas exentas de arcilla y/o pizarras, este límite puede incrementarse a 3%. 3) La pérdida por abrasión del agregado grueso debe ser determinada en una muestra con granulometría lo más cercana a la que va a ser usada en la producción del concreto. Cuando se use más de un tamaño o más de una granulometría en un solo tamaño, el límite de abrasión debe aplicarse a cada una de ellas. Las escorias de altos hornos enfriadas al aire, trituradas, quedan excluidas de los requisitos de abrasión, la masa volumétrica compacta de estos materiales de 1,120 Kg/m³. 4) Para construcciones de concreto en regiones cuya altitud sea mayor de 3,000 m sobre el nivel del mar, estos requisitos deben reducirse en un 1%. 3.3.1.6 CEMENTO El cemento es el conglomerante hidráulico que resulta de la pulverización del clinker a un grado de finura determinado, al cual se le adiciona sulfato de calcio y agua. El clinker es el material sintético granular, resultante de la cocción a una temperatura de 1,400°C de materias primas de naturaleza calcárea y arcilloferuginosa, previamente triturados, dosificados, mezclados, pulverizados y homogeneizados. Esencialmente está constituido de silicatos, aluminatos y ferroaluminatos cálcicos. El cemento internacionalmente utilizado es el tipo Pórtland, que debe satisfacer la norma ASTM C 150-98. Entre los tipos de cemento Pórtland tenemos: ordinario, puzolánico, con escoria granulada de alto horno, y compuesto. La composición de los tipos de cementos se define en la siguiente tabla: 171

TABLA 3.16 COMPOSICIÓN DE LOS CEMENTOS EN PORCENTAJES Componentes Tipo

Denominación

Clinker Portlan + yeso

CPO

de alto

Materiales

Humo

Puzolánicos

de

(3)

Sílice

horno

Caliza

Minoritarios (2)

95-100

-

-

-

-

0-5

50-94

-

6-50

-

-

0-5

40-94

6-60

-

-

-

0-5

50-94

6-35

6-35

1-10

6-35

0-5

90-99

-

-

1-10

-

0-5

Cemento Pórtland Puzolánico

CPEG

granulada

Cemento Pórtland ordinario

CPP

Escoria

Cemento Pórtland con escoria de alto horno

CPC

Cemento Pórtland comupuesto (1)

CPS

Cemento Pórtland con humo de sílice

NOTAS: 1) El cemento Pórtland compuesto debe llevar como mínimo dos componentes principales, excepto cuando se adiciones caliza, ya que esta puede ser en forma individual en conjunto de clinker más yeso. 2) Componentes minoritarios, deben ser uno o mas de los componentes principales, a menos que estén incluidos ya como tales en el cemento. 3) Los materiales puzolánicos incluyen: puzolánas naturales, artificiales y/o cenizas volantes. Los cementos se clasifican también por su resistencia mecánica a la compresión en cinco clases, definidas en la siguiente tabla:

172

TABLA 3.17 ESPECIFICACIONES MECÁNICAS Y FÍSICAS DEL CEMENTO Resistencia a la compresión

Tiempo de fraguado

Estabilidad de volumen en

(Nt/mm²)

(mín.)

%

Clase resistente

3 días

28 días

Inicial

Final

Expansión

Contracción

mínimo

mínimo

máximo

mínimo

máximo

mínimo

máximo

20

(*)

20

40

45

600

0.8

0.2

30

(*)

30

50

45

600

0.8

0.2

30R

20

30

50

45

600

0.8

0.2

40

(*)

40

-

45

600

0.8

0.2

40R

30

40

-

45

600

0.8

0.2

(*) Resistencia inicial: para un cemento es la resistencia mecánica a la compresión a los tres días. Para indicar que un tipo de cemento debe cumplir con una resistencia inicial especificada, se le agrega la letra R después de la clase. Solo se definen valores de resistencia inicial a 30R y 40R. 3.3.1.7 ADITIVOS Es un material diferente del agua, de los agregados y del cemento, que se emplea como complemento del mortero o concreto, y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado, para modificar algunas de las características del concreto. Estos aditivos pueden ser químicos (ver tabla 3.18) y minerales, satisfaciendo con las normas ASTM C 309-98, 494-98a, 618-99. Los aditivos minerales se presentan generalmente pulverizados, con finura mayor que la del cemento, y sirve para mejorar las propiedades físicas del concreto fresco, especialmente cuando se están usando agregados de granulometría diferente. Estos aditivos se clasifican en tres tipos: •

Químicamente inertes: son la bentonita, la cal hidratada, el talco, los suelos cuarzosos y los suelos calizos. 173

•

Puzolánicos: son los materiales silíceos o sílico-alumínicos, que en sí no poseen o poseen poco valor cementante, pero que finalmente pulverizados y en presencia de la humedad reaccionan con el hidróxido de calcio, a temperaturas normales, formando un compuesto que posee propiedades cementantes. Entre los puzolánicos se encuentran las cenizas y vidrios volcánicos, las tierras diatomáceas, algunas lutitas.

•

Cementantes: son los cementos naturales, cales hidráulicas, los cementos de escoria (mezcla de escoria de fundación con cal) y escoria de fundición de hierro granulado. TABLA 3.18 TIPOS DE ADITIVOS QUÍMICOS

Tipo

Características

I

Reductores de agua

Observaciones Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada. Prolonga el tiempo de fraguado y el desarrollo de

II

Retardantes de fraguado

resistencia del concreto, sin modificar necesariamente el contenido de agua de la mezcla. Recorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de la

III

Acelerantes de fraguado

resistencia del concreto, sin modificar necesariamente la cantidad de agua de la mezcla. Prolonga el tiempo de fraguado y reduce la cantidad de

IV

Retardantes y reductores de agua

agua de mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada. Acorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de

V

Acelerantes y reductores de agua

resistencia del concreto y disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada. Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida,

VI

Súper reductores de agua

para producir concreto de una resistencia dada, en una cantidad considerablemente mayor que los reductores de agua normales. Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la cantidad de

VII

Súper reductores de agua y retardantes

agua de la mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada, en una magnitud mayor que los retardantes y reductores de agua normales.

174

3.3.1.8 CONCRETO El concreto es un material compuesto, formado esencialmente por un medio cementante en el cual están embebidas partículas o segmentos de agregados y aditivos, si es el caso. El concreto de cemento hidráulico, el cementante lo forma una mezcla (pasta) de cemento y agua. A continuación se hacen referencias a las normas técnicas que rigen el concreto: •

ACI: 211.5R-96, 214-89, 304.11R-92, 308-92, 309-1R-96, 516R-65, 517-2R-92.

•

ASTM C : 31/C M-98, 33-99, 39-96, 94N-99, 109/C 109M-99, 138-92, 143M-98, 171-97, 172-97, 173-94, 231-97, 309-98, 617-98.

a) Proporcionamiento: El proporcionamiento de los constituyentes de la mezcla debe efectuarse de acuerdo a la norma ACI 211.5R-96, en el entendido de que se están usando materiales que satisfagan los requisitos de calidad exigido en las normas respectivas. b) Fabricación: La fabricación del concreto debe cumplir con la norma ACI 304.11R-92, de acuerdo al tamaño de la obra, el concreto podrá ser fabricado en obra ó premezclado en una planta y transportado al sitio mediante camiones mezcladores y/o agitadores, de conformidad con las normas ASTM C 94-98c.

c) Colocación: La colocación del concreto debe cumplir con la norma ACI 304-1R-92. La consolidación debe efectuarse por vibración, de conformidad con la norma ACI 309.1R-96, con excepción de las pilas o pilotes colados en el lugar, en las que el concreto se coloca con tubería Tremie y no requieren vibración.

175

d) Curado: El curado consiste en mantener un contenido satisfactorio de humedad y temperatura en el concreto recién colado, para que se puedan desarrollar las propiedades requeridas. Debe efectuarse con la norma ACI 308.1R-98, y puede efectuarse mediante: •

Curado con agua: por anegamiento o inmersión, rociado de niebla o aspersión, costales, mantas de algodón y alfombras húmedas, tierra húmeda, arena y aserrín húmedos, paja o heno húmedos.

•

Materiales selladores: partículas plásticas, debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 171-97a. Papel impermeable, debe cumplir con los requisitos de las normas ASTM C 171-97a.

•

Membranas de curado: es un líquido que se aplica a la superficie de concreto terminada, debe cumplir con la norma ASTM C 309-98a.

•

Curado con vapor a alta presión: debe cumplir con los requisitos de las normas ACI 516R-65; y a baja presión debe cumplir con los requisitos de la norma ACI 517-2R92.

e) Especimenes de concreto: Para el control de calidad del concreto mediante muestreo y ensayo de especimenes cilíndricos estándar de 15cm de diámetro por 30.48cm de altura, salvo que se especifique otro tamaño, se deberá satisfacer las siguientes normas: ASTM C 39, 617, 143, 31, 172, 138. Para la evaluación de los resultados de control de calidad de los ensayos cilíndricos se seguirán los requisitos de la norma ACI 214-89.

3.3.2 PRUEBAS DE VERIFICACIÓN DEL CONCRETO DE LOS PILOTES TERMINADOS. Entre los métodos utilizados para la verificación del concreto de los pilotes o pilas terminados se encuentran los siguientes: Métodos directos e indirectos, los cuales deben satisfacer con las normas ASTM C 39-96, 42M-99, 174-97, 597-97, 803M-97, 805-97, 90093 y 1040-93. 176

A continuación se describen algunos de estos métodos utilizados internacionalmente: 1- Métodos Directos: Se entienden como tales a los métodos destructivos: a) Prueba de muestreo: se realiza con una broca de diamante accionada por una perforadora de rotación para muestrear el concreto endurecido, recurriendo a la extracción de corazones, el muestreo debe hacerse hasta que el concreto tenga el endurecimiento suficiente para permitir la extracción del corazón sin alterar la adherencia entre el concreto y el agregado grueso. Se considera que para obtener corazones sanos, el concreto debe tener como mínimo, 14 días de edad. El muestreo debe realizarse de conformidad a las normas ASTM C 42-99. Este método presenta los siguientes inconvenientes: •

El costo es alto, ya que las brocas de diamante son caras.

•

Es imposible detectar anomalías en toda la sección transversal de las pilas o pilotes, ya que generalmente las perforaciones se realizan al centro de la misma y, dado lo reducido de su diámetro deja incertidumbre acerca del estado que guarda la pila o pilote cerca de la periferia.

•

La resistencia obtenida de los corazones de concreto tiende a estar por debajo de la obtenida de cilindros, fabricados durante el colado, por lo que la decisión sobre la calidad de la pila o pilote debe considerar esta condición.

•

El tiempo de ejecución de la perforación es considerablemente largo.

b) Prueba de extracción: este método mide la fuerza requerida para extraer una varilla de acero previamente colada con el extremo y embebido. Debido a su forma, el ensamblaje de varilla de acero se extrae junto con un trozo de concreto con la forma aproximada de un tronco de cono. Esta prueba debe cumplir con la norma ASTM C 900-93. La resistencia de la extracción se calcula con la relación de la fuerza al área idealizada del cono truncado, y es cercana a la resistencia del corte de concreto. Se correlaciona con la 177

resistencia a la compresión de cilindros estándar o con la de corazones para una amplia gama de condiciones de curado y de edad. 2- Métodos Indirectos: Entendiendo como tales a los métodos no destructivos: a) Prueba de integridad de pilotes (PIT): Es un equipo que permite realizar pruebas de integridad de pilotes de modo no destructivo, con lo cual no se dañan las estructuras por el hincado o colado in situ. El funcionamiento ocurre a través de un pequeño martillo que cuando golpea un acelerómetro conectado al PIT, genera una onda comprensiva la cual desciende por el pilote. Esta onda cuando encuentra algún cambio en la sección transversal o en la calidad del concreto, crea una onda de tensión ascendente, que más tarde se observa en la cabeza del pilote. Los registros, posteriormente son capaces de mostrar la velocidad de la onda en los distintos sectores del pilote y a través de esto se obtiene la localización de los defectos. La magnitud del defecto, se obtiene por la magnitud de la reflexión temprana. Estas pruebas son rápidas, económicas de realizar y permiten que un operador, en un solo día, aplique las pruebas en un gran número de pilotes o pilas ya colocados.

Realización de Prueba PIT en un pilote colado in situ.

178

El equipo de campo, esta compuesto por: •

PIT, instrumento muy compacto y construido sin partes movibles para condiciones de campo duras, transportables fácilmente y que permite la operación de una persona.

•

Martillo

•

Acelerómetro

b) Ensayo dinámico de pilotes (PDA): Este ensayo principalmente determina la capacidad de ruptura de la interacción entre el pilote y el suelo, para esfuerzos estáticos axiales. Difiere de las tradicionales pruebas de carga estáticas por el hecho de que la carga es aplicada dinámicamente, a través de golpes de un sistema de percusión adecuado. La medición se hace por medio de la instalación de sensores en el fuste, en una sección situada por lo menos dos veces el diámetro del pilote abajo de su cabeza. Las señales de los sensores son enviadas por cable al equipo PDA, donde son almacenadas y procesadas. En pilotes colados “in situ”, es recomendable hacer una preparación previa, la que consiste en la ejecución de un cabezal de concreto para recibir los impactos. Los sensores deben ser instalados preferentemente en el fuste del pilote, y no en el cabezal.

Realización de Prueba PDA en pilotes colados in situ, utilizando sensores.

179

Los golpes son aplicados por cualquier sistema capaz de liberar un peso en caída libre. Debe usarse madera contrachapada, a veces encimadas por una chapa metálica, para amortiguamiento de los golpes. c) Prueba Cross Hole: consiste en la emisión de una vibración que se genera dentro de un tubo lleno de agua, que se coloca fijo en el armado, previo al colado. La captación de esta onda se realiza por medio de un receptor colocado al mismo nivel del emisor pero en otro tubo; la operación se repite a lo largo del elemento, obteniéndose una gráfica en la cual se aprecia el tiempo de preparación de las ondas captadas. Cada anomalía detectada se caracteriza por una disminución drástica de la amplitud de onda, captada y en un incremento de tiempo de recorrido. Para la ejecución de este método de verificación se requiere que previamente sean colocados tubos metálicos a lo largo de todo el elemento. De la cantidad de estos dependerá la precisión de la verificación. Este método presentas las siguientes ventajas: •

Buena localización de anomalías tanto en profundidad como en la sección de las pilas y pilotes, siempre que sea suficiente el número de tubos para la ejecución de la prueba.

•

Interpretación en forma inmediata.

•

Registro continuo en toda la longitud del elemento.

Una desventaja de este método es la imposibilidad de detectar la calidad del concreto entre la pila o pilote y el terreno natural, la máxima distancia recomendada entre los sensores es de 1.50m.

180

3.3.3 SUPERVISION DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE PILAS O PILOTES La supervisión de la construcción de pilas y pilotes debe garantizar que se construyan de conformidad con las hipótesis de diseño y las especificaciones de construcción, y dentro de las tolerancias aceptables o, en caso de presentarse una desviación excesiva, proporcionar la información necesaria para poder aplicar medidas correctivas. El comportamiento de una cimentación profunda depende, en gran medida, de su construcción. La correcta selección del procedimiento y del equipo de construcción, la calidad de la mano de obra y el control estricto de todo el proceso, son aspectos esenciales en la construcción de una cimentación profunda. La supervisión debe realizarla el proyectista, contando con personal de amplia experiencia en los trabajos de construcción de cimientos profundos, y que tenga la preparación académica necesaria y suficiente para ver e interpretar lo que ve. Es necesario que la supervisión sea continua durante toda la construcción, a fin de asegurarse de que las condiciones del subsuelo sean congruentes con la del diseño y que la construcción se lleve a cabo de conformidad con: •

Reconocer procedimientos de construcción eficientes.

•

Interpretar correctamente los registros de perforación y de los hincados de pilotes.

•

Evaluar adecuadamente las condiciones reales del subsuelo.

3.3.3.1 PILAS Y PILOTES COLADOS “IN SITU” a) Supervisión: La supervisión de construcción de las pilas y pilotes incluye, entre otros aspectos: •

La corroboración de su localización.

•

La vigilancia durante la perforación.

•

El control de la fabricación y manejo del lodo de perforación, si se requiere.

181

•

La protección del agujero, entendido como tal el cuidado de su estabilidad durante la perforación y durante la colocación del armado y del colado del concreto.

•

La protección de las construcciones vecinas.

•

La verificación de la verticalidad de la perforación y de las dimensiones del fuste y de la campana, si la hubiere.

•

La conformidad de la profundidad de desplante y de las características del material en que se apoyara el elemento.

•

La revisión del acero de refuerzo y que cuente con los elementos rigidizantes necesarios para su manejo.

•

La verificación de la calidad de los materiales de construcción.

•

La vigilancia del izado, manejo y colocación del acero de refuerzo.

•

La verificación de que los procedimientos de colocación del concreto y de manejos delos lodos sean los adecuados.

Deberá realizarse con una brigada de topografía el trazo de cimentación, marcado con una estaca la localización del centro de cada elemento, indicando la profundidad de perforación y la de desplante. Una vez terminada la colocación del pilote o el colado de este deberá verificarse su posición real, siempre con una brigada de topografía, a fin de comparar con la tolerancia prevista. La supervisión deberá contar en obra con una copia del estudio geotécnico, el que, además de información general sobre secuencia estratigráfica, tipos de suelos y resistencia al corte, deberá contar con la siguiente información: •

Presencia de estratos permeables de grava, arena o limo; niveles piezométricos en tales estratos.

•

Nivel piezométrico en el estrato de apoyo.

•

Caudal del agua que fluye de los estratos de apoyo hacia el barreno (aún en roca).

•

Presencia de obstrucciones grandes arriba del nivel de desplante y procedimientos para la remoción de las mismas.

•

Presencia de gas natural en el suelo o roca.

•

Análisis químico del agua freática.

182

•

Caudal de descarga de las bombas de achiques, cuando se usen, y determinación del porcentajes de finos arrastrados por el agua. Para esto resulta útiles los tanques de sedimentación con cretas vertedoras.

b) Excavación. Entre los puntos que se deben verificar o anotar durante la excavación, destacan: •

Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación individual, hora de inicio y de terminación de la excavación, equipo utilizado, personal.

•

Localización topográfica de la pila o pilote al inicio y al termino de la excavación.

•

Conformidad del procedimiento de excavación con las especificaciones de construcción o con la práctica correcta (se aconseja que toda obra de cimentación tenga sus propias especificaciones que rijan durante toda la construcción).

•

Verticalidad y dimensiones de la excavación a intervalos regulares. La verticalidad de la excavación se debe comparar con el valor de proyecto y con la desviación permisible especificada.

•

Bondad del método y equipo usado para atravesar estratos permeables, si los hubiere.

•

Bondad del método y equipo usado para atravesar grandes obstrucciones, si las hubiere.

•

Seleccionar adecuadamente la secuela de excavación y colado, cuando se contemple ejecutar simultáneamente varios pilotes o pilas relativamente cercanas, a fin de garantizar el movimiento del equipo, su seguridad, la de las construcciones vecinas, así como la estabilidad de las excavaciones.

•

Registro de los estratos de suelo atravesados durante la excavación.

•

Profundidad de empotramiento en el estrato de apoyo y cota del fondo de la perforación.

•

Elevación y geometría de la campana, si hubiere.

•

Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse mediante inspección visual, siempre que sea posible). Para altas capacidades de carga se recomienda la obtención de núcleos y el ensayo in situ del material hasta una profundidad de 1 a 2 diámetros

183

bajo el nivel de desplante. El supervisor debe decidir cuando se a alcanzado el estrato de apoyo y cual es la profundidad correcta de los pilotes o pilas. •

Limpieza del fondo y de las paredes de la excavación y del ademe permanente (o perdido), si lo hubiere, con la herramienta adecuada.

•

Gasto de filtración hacia la excavación.

•

Calidad del lodo bentonìtico, si se requiriera.

•

Perdida del lodo, si la hubiera (hora, elevación, cantidad).

•

Cuando la excavación atraviese arcillas blandas bajo el nivel freático, no debe extraerse la cuchara a velocidad tal que provoque succión y, en consecuencia, caídos. En este caso conviene subir la cuchara en etapas, permitiendo el establecimiento de la presión, o dejando en el centro de la misma una tubería que permita el rápido paso del lodo hacia la parte inferior de la cuchara mientras este suba despacio. Se debe evitar el uso indiscriminado de los lodos y el nivel del lodo deberá permanecerá lo mas arriba posible del nivel freático.

c) Colado del concreto. Después de haber inspeccionado y aprobado la excavación, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los aspectos que se deben verificar o anotar, destacan: •

Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación de los pilotes o pilas, hora de inicio y hora de terminación del colado.

•

Calidad del concreto: proporcionamiento, revenimiento, resistencia, agregado máximo, hora de mezclado, hora de salida, hora de llegada, hora de inicio de descarga, hora de termino de la descarga, volumen del colado, identificación del o de los camiones. Se deberá tomar una muestra de tres cilindros de cada 10m³ de concreto para el ensayo a la edad de 28 días.

•

Que el método de colocación y posicionamiento correcto del tubo o canalón de descarga del concreto sean los correctos; llevar registros continuos del embebimiento del extremo del tubo tremie en el concreto. No usar tubería que tenga elementos que se atoren por dentro ni por fuera.

184

•

Observar las condiciones del fondo del agujero, si es que es posible, inmediatamente antes del colocar el concreto.

•

Observar las condiciones de las paredes del agujero o del ademe de acero que estará en contacto con el concreto fresco y anotar la posición del nivel freático detrás del ademe. El concreto deberá colocarse inmediatamente después de esta inspección.

•

Observar si el acero de refuerzo esta limpio y colocado en su posición correcta y si el diámetro, longitud y espaciamiento de las varillas longitudinales delos estribos es el adecuado. La unión de las varillas deben ser a base de soldadura, a tope.

•

Observar que la posición del acero de refuerzo sea de conformidad con los planos y especificaciones.

•

Observar el método de colocación del concreto y asegurarse de que no hay segregación de material cuando se utilizan procedimientos tales como caída libre desde, una tolva, tubería tremie y botes con descarga de fondo. No usar concreto bombeado a menos que sea colocado con tubería tremia.

•

Cuando se deba colocar concreto bajo lodo bentonitico, debe hacerse una limpieza previa de este, desarenándolo, o bien una sustitución completa del lodo.

•

Realizar pruebas en el concreto fresco, tales como: revenimiento, aire incluido y peso volumétrico.

•

Asegurarse de que el concreto se coloca en forma continua, sin interrupciones ni retrasos largos y que dentro del ademe se mantenga una altura de concreto suficiente si es que se va a extraer. Si no se utiliza el ademe, verificar el peso del concreto sea suficiente para equilibrar la presión hidrostática presente.

•

Calcular el volumen del concreto colocado y compararlo con el equivalente a la altura de la perforación.

•

La supervisión debe de estar pendiente de que el concreto no se contamine con el suelo debido del desprendimiento de las paredes.

•

Consolidar mediante vibración el último tramo de 1.50 a 3.0mt. De altura cuando el concreto tenga un revenimiento menor de 10.0cm (lo cual no se aconseja; el revenimiento mínimo debe de ser de 15.0cm, para asegurar un flujo continuo).

•

Determinar la cota del descabece y la longitud exacta de cada elemento.

185

•

Verificar in situ la calidad de los pilotes y pilas terminadas, mediante algunas de las pruebas antes mencionadas.

•

Verificar topográficamente la localización final de los pilotes o pilas terminadas.

d) Criterios de aceptación. •

Localización.

•

Concreto.

•

Tubería tremie.

•

Acero de refuerzo.

Todos estos elementos se contemplan en la siguiente tabla: TABLA 3.19 TOLERANCIA ACEPTADAS EN LA FABRICACIÓN DE PILAS Y PILOTES.

TOLERANCIA CON RELACION

CONCEPTO

ALASESPECIFICACIONES

Traslape de acero de refuerzo

Menor al 50% en una sección

Separación del acero de refuerzo tanto en el

Mayor de 20.0cm

sentido longitudinal como en el transversal Acero de refuerzo en extremo

Sin dobleces y recubrimiento Mayor de 7.0cm; con ademe metálico recuperable

Recubrimiento del acero de refuerzo

mayor de 14.0cm. Mayor de 10.0 veces el tamaño máximo de

Diámetro interior del tubo tremie

agregados del concreto y menor de 12.0¨

Unión entre tramos de tubo tremie

Impermeable cuando se introduzca en agua

Revenimiento del concreto

Mayor de 18.0cm

Tamaño máximo de agregado del concreto

3/4” 15.0% del diámetro de la sección delos pilotes o

Excentricidad radial con relación al trazo de los pilotes o pilas medido en la plataforma de trabajo

pilas, en suelos con presencia de boleo se acepta el 20.0%

Desviación horizontal con relación al eje de

2.0% de la longitud total de la pila o pilotes, en

inclinación proyectado

suelos muy heterogéneos se acepta el 4.0%.

186

•

Verticalidad: La tolerancia permisible esta comprendida entre 1.0 y 2.0% de la longitud final de los pilotes o pilas, pero sin exceder el 12.5% del diámetro de la pila o pilotes o 38.0cm en el fondo, lo que sea menor.

•

Campana: El área del fondo de campana no será menor del 98.0% de la especificada. En ningún caso la inclinación del talud de las paredes de la campana será menor de 55.0 grados con la horizontal y el arranque vertical de la campana debe tener cuando menos 15.0cm de altura. El talud vertical de la campana debe ser preferentemente una línea recta o, en su defecto, ser cóncavo hacia abajo. En ningún caso ser cóncavo hacia arriba en mas de 15.0cm medidos en cualquier punto a lo largo de una regla colocada entre sus extremos.

•

Limpieza: Se deberá remover todo el material suelto y de azolve del fuste y de la campana antes de colar el concreto. En ningún caso el volumen de tales materiales excederá el equivalente al que fuera necesario para cubrir un 5.0% del área en un espesor de 5.0cm.

•

Ademe: El ademe debe manejarse y pretejerse de tal modo que no se ovale mas de2.0% del diámetro nominal.

e) Informes diarios: La supervisión entregara un informe diario firmado al director de la obra, al proyectista estructural y al ingeniero geotécnico, en formas preparadas ex profeso. Estos informes deben contener lo siguiente: •

Localización precisa y dimensiones de las perforaciones realizadas.

•

Elevación precisa del brocal del fondo.

•

Registro de mediciones de la verticalidad.

187

•

Método empleado para la perforación.

•

Descripción de las condiciones en que se encontró el nivel freático.

•

Descripción de los materiales encontrados durante la perforación.

•

Descripción de las obstrucciones encontradas y removidas.

•

Descripción del ademe temporal o recuperable y del permanente colocado, incluyendo su finalidad. Longitud y espesor de la pared, así como el empotramiento y sello obtenido, si estaba proyectado.

•

Descripción de cualquier movimiento del suelo o del agua, estabilidad de campana y de las paredes, perdida del suelo, método de control y necesidades de bombeo.

•

Datos obtenidos de la medición directa de la perforación y de la campana.

•

Descripción de los métodos de limpieza alcanzado inicialmente.

•

Elevación a la cual se encontró el material de apoyo. Descripción del material de apoyo, sondeos realizados, método de muestreo, velocidad de avance en roca, especimenes recuperados, pruebas realizadas y conclusiones alcanzadas en relación con el material de apoyo.

•

Descripción del grado de limpieza justamente antes de colar el concreto.

•

Registro de la profundidad del espejo de agua dentro de la perforación y gasto de filtración antes de colar el concreto.

•

Registro de la supervisión del acero de refuerzo, en cuanto al armado en si, posición y calidad.

•

Método de la colocación del concreto y de la extracción del ademe, si lo hubiere. Registro de la carga de altura del concreto durante la extracción del ademe. Registro de la elevación del concreto al iniciar la consolidación por vibración, si fuere el caso.

•

Registro de las dificultades encontradas. Debe contener posibles huecos, posible estrangulamiento y posible colapso del ademe.

•

Condición del concreto entregado en obra, incluyendo el revenimiento, peso volumétrico, aire incluido, fabricación y ensayos de cilindros a compresión y otras pruebas.

188

•

Registro de cualquier desviación de las especificaciones y decisiones tomadas al respecto.

f) Causas más comunes de pilas y pilotes defectuosos. •

Formación de huecos en el fuste por la extracción inadecuada del ademe.

•

Desconchamiento del suelo, dando lugar a contaminación del concreto.

•

Localización incorrecta, falta de verticalidad o refuerzo inadecuado.

•

Colocación inadecuada del concreto, dando lugar a segregación.

•

Estrangulamiento del fuste.

•

Colapso del ademe.

•

Formación de justas frías.

•

Migración del agua y segregación, que originan un concreto débil.

•

Concreto de baja calidad entregado en obra.

•

Contaminación del concreto con lodo de perforación.

•

Estrato de apoyo inadecuado.

3.3.4 MEDIDAS DE SEGURIDAD La construcción de cimentaciones profundas, como sucede en otras especialidades, requiere de medidas de seguridad particulares durante su desarrollo. Las ventajas que se obtienen al trabajar dentro de un ambiente en el que se cuidan y vigilan los aspectos de seguridad de las personas que intervienen directamente en los trabajos, así como la de las personas que pueden estar cerca o dentro del área de ejecución; asimismo, se logra disminuir considerablemente el riesgo al que se someten los equipos de construcción. A continuación se describen algunos aspectos a tomar en cuenta:

189

1- Equipo de protección personal. Entre estos tenemos: a) Protección para la cara y ojos: es necesaria cuando existe un riesgo inherente para los ojos debido a partículas volantes, químicos peligrosos y radiaciones. b) Protección para los pies: es necesaria cuando el trabajador está expuesto a sufrir lesión en los pies debido a temperatura, sustancias corrosivas, sustancias peligrosas, caída de objetos que podrían generar alguna lesión al pie, o cuando deba trabajar bajo condiciones de humedad. c) Protección para las manos: es necesaria cuando el trabajador está expuesto a cortaduras, quemaduras, o daños producidos por agentes físicos o químicos. d) Protección para el cuerpo: la ropa apropiada para el trabajo deberá ser usada el personal, y no se deberá utilizar ropa que se sature con líquidos inflamables o con agentes corrosivos y oxidantes. Se deberán proporcionar también cascos de protección. e) Protección auditiva: los niveles de ruido arriba de 90 dba son frecuentes durante operaciones de construcción. Esta exposición no puede ser reducida a niveles inferiores, por lo que los trabajadores deberán utilizar la protección auditiva. f) Protección respiratoria: será necesaria la utilización de mascarillas cuando el personal esté expuesto a excesos de polvo en las zonas de trabajo. 2- Primeros auxilios. a) Un botiquín de primeros auxilios deberá ser provisto en el lugar de trabajo. b) Se deberá tener un servicio de asistencia médica para los casos de emergencia. c) Algún personal podrá ser entrenado en caso de requerirse los primeros auxilios, y deberán poseer certificados de haber recibido el curso por la cruz roja. 3- Salubridad. a) El agua que se suministre en cada lugar de trabajo, deberá ser potable. b) Deberá existir facilidad de servicios sanitarios que serán colocados en cada sitio de trabajo. 190

c) De acuerdo al Ministerio del Medio Ambiente, se deberá proporcionar 1 servicio sanitario por cada 20 trabajadores. d) Los servicios sanitarios deberán permanecer limpios y con papel sanitario. e) Adecuadas facilidades de lavado, deberán ser provistos para los trabajadores encargados de trabajos que involucren operaciones con pinturas o recubrimientos. f) Al no existir sanitarios cerca de la obra, se deberán proporcionar sanitarios móviles. 4- Extintores de fuego. Los extintores de fuego tipo ABS, deberán permanecer cargados y revisados mensualmente y se les dará un servicio anualmente. Se deberán colocar en un perímetro cercano de las áreas de trabajo y en la maquinaria a utilizar. 5- Soldaduras. Los riesgos para los trabajadores que realizan los trabajos con soldaduras provienen de la exposición a vapores inflamables, gases tóxicos por encontrarse en lugares estrechos o confinados. Por lo que antes de comenzar cualquier operación de soldadura se deberá tomar en cuenta las siguientes normas de seguridad: a) Ningún tipo de soldadura estará permitido realizar en ambientes explosivos. b) Se deberá remover o guardar todo material de combustible de las áreas de trabajo. c) Proveer el extintor mas conveniente, contenedores de agua y manqueras para todas los lugares de trabajo. d) Algunos accesorios que deberán proveerse para realizar esta práctica son: guantes no inflamables, casco adecuado y protección para los ojos con pantallas oscuras debido a los destellos que produce la soldadura con rayos ultravioleta. 6- Seguridad con la maquinaria de construcción. Una correcta elección del procedimiento constructivo y del equipo por utilizar, disminuye la posibilidad de errores humanos durante las maniobras, mejorando la calidad de la cimentación que se construye, y reduciendo los costos en la mayoría de los casos. A

191

continuación se comentan algunas recomendaciones para las obras mas comunes de cimentaciones profundas: a) Accesos y plataformas de trabajo: Los equipos utilizados en las cimentaciones profundas requieren de accesos firmes y seguros, ya que se trata de maquinaria pesada que transita sobre orugas o neumáticos. No se debe trabajar sobre plataformas inestables, procurando apoyar los equipos lejos de las orillas de los hombros de los taludes. b) Obstáculos terrestres y/o aéreos: La altura convencional de los equipos diseñados para la construcción de cimentaciones profundas es superior a los 20 m; antes de iniciar cualquier trabajo es necesario inspeccionar el lugar donde se desarrollarán, observando con especial atención los obstáculos terrestres y/o aéreos, que en la mayoría de los casos corresponden a instalaciones eléctricas o de algún otro tipo. En el caso de que los obstáculos mencionados existan, se debe proceder a solicitar la interrupción de los servicios. c) Cables: Durante las maniobras de fabricación de pilotes, perforación e hincado se debe poner atención a los cables de acero usados en las maniobras, incluyendo su colocación, utilización, mantenimiento y revisión de accesorios. d) Grúas: El sistema de frenos de los tambores de las grúas debe estar en óptimas condiciones, ya que un descuido en su mantenimiento puede provocar perder el control de la maniobra de las cargas. Es recomendable conocer las capacidades de carga y longitudes e inclinaciones de las plumas de las grúas, para evitar que el equipo falle con alguna carga.

192

e) Maniobra: Durante las maniobras, ninguna persona debe permanecer debajo de la carga. Para el manejo y dirección de la posición de los pilotes hincados, se recomienda utilizar cables de manila o polipropileno que tenga la longitud suficiente que permita cumplir con lo anterior.

f) Movimiento de pilotes prefabricados: Se debe garantizar que la resistencia del concreto a adquirido la capacidad necesaria para poder levantar los pilotes de las camas de fabricación. Los puntos de levante deben estar definidos desde el habilitado del acero para garantizar que los esfuerzos serán inferiores a los resistentes y estén repartidos en las anclas adecuadamente, durante la maniobra de despegue de pilotes. El desmoldante utilizado debe evitar que un pilote quede adherido al molde para que los esfuerzos no varíen de los considerados. No es recomendable levantar un pilote de un extremo para despegarlo de la cama. g) Cargas: No es conveniente jalar cargas con la grúa, para evitar balanceos que puedan golpear la caseta donde se encuentra el operador, o bien el desplazamiento de la carga en otra dirección. Durante las maniobras, se debe mantener la carga lo mas cercano posible al suelo, evitando que el personal se encuentre sobre la misma. h) Equipo: El personal no debe bajar ni subir de un equipo que esté en movimiento. Se deberá mantener limpio el parabrisas de la grúa para permitir siempre buena visibilidad. Antes de abrir alguna conexión o llave de algún sistema hidráulico para su revisión, se recomienda verificar que el sistema haya liberado la presión. Cuando el equipo esté funcionando, no es conveniente cargar combustible. La revisión de depósitos de combustible y de baterías debe realizarse utilizando lámparas sordas.

193

7-Colocación del material en la obra a) Acero de refuerzo. Debido a que el acero de refuerzo ya habilitado debe ser maniobrado en condiciones diferentes a las del elemento diseñado por construir, es necesario conocer el comportamiento del armado al ser maniobrado. Al introducir los armados dentro de los moldes de los pilotes o en la perforación de las pilas, es necesario revisar que los estribos estén debidamente amarrados para evitar que se desprendan durante la maniobra. Es recomendable también revisar que lo largo de los castillos no quede desperdicios de acero, así como herramientas, antes de realizar las maniobras. Es necesario considerar la longitud de los armados para determinar la posible presencia de deformaciones que provoquen rotura de amarres, o bien se determina si se requieren utilizar peine de levante para pilotes o introducir el armado para pilas. En ocasiones se resuelve este problema colocando rigidizadores en los armados. b) Concreto. En algunas cimentaciones se realizan los colados con bomba y pluma, debido a las dimensiones del terreno en el que se trabaja, el nivel en el cual se encuentra el equipo de cimentación, o la falta de acceso a la zona. En estas condiciones se debe revisar el correcto funcionamiento de las llaves en las uniones de la tubería, para evitar que el concreto se derrame cayendo juntas con las mismas. Cuando se utilicen depósitos portátiles para colocar el concreto, debe garantizarse que el soporte sea el adecuado para la carga y que el mecanismo de la compuerta trabaje correctamente, para evitar que el concreto caiga antes de llegar a donde se va a depositar, esta maniobra debe realizarse con un manejo suave. En el colado de las pilas o pilotes es necesario que el personal este alrededor de la perforación para manejar correctamente la tubería tremie, por lo que se debe contar con una estructura en la cual el trabajador pueda pararse y que evite su caída dentro de la perforación. Esta estructura también garantiza la seguridad durante el acoplamiento de los tramos de tubería. 194

En caso de utilizar calderas de vapor para el curado del concreto en la fabricación de los pilotes, se debe revisar periódicamente los depósitos de combustible, tuberías, válvulas, conexiones y serpentín para evitar explosiones. Este equipo debe de ser utilizado por personal capacitado específicamente para esta actividad. No es recomendable tratar de abrir una conexión cuando el equipo este en operación, ya que este trabaja con presiones y temperaturas altas, pudiendo provocar del vapor quemaduras y la conexión puede desprenderse con gran fuerza. 8-Perforación a) Brocales. Para evitar caídos de material dentro de las perforaciones, es importante utilizar brocales adecuados de acero, concreto u otros, para evitar exponer a algún peligro a los trabajadores y al equipo que se encuentra adyacente a la perforación. Se recomienda que el brocal utilizados para estos casos, quede empotrado en la perforación por lo menos dos veces su diámetro. En cuanto a la parte superior, es necesario que sobre salga de 30 a 40cm como mínimo, del nivel de trabajo. b) Perforaciones adyacentes. Es importante llevar acabo una planeación en la ejecución de las perforaciones, para evitar hundimientos accidentales, los cuales son provocados por fallas en las paredes de las perforaciones o comunicación de ellas al existir vibraciones en el suelo. c) Retiro de material. El material producto de las perforaciones es muy inestable para el apoyo del equipo, debido a su estado suelto. Cuando se perfora por debajo del nivel freático, el problema aun es mayor, ya que la superficie de trabajo se cubre de lodo. Cuando se utilizan lodos bentoniticos para la estabilización de las paredes de las perforaciones, la plataforma de trabajo puede llegar a ser inestable y resbaladiza. Cuando no se logra retirar eficientemente los lodos de la superficie, se debe tener cuidado en señalizar y proteger los puntos donde se encuentren perforaciones abiertas. 195

d) Descenso a perforación. En algunos procedimientos constructivos, es necesario la construcción de campanas (pilas), o simplemente la inspección ocular del desplante de las perforaciones, para lo cual el personal deberá descender a su interior. Es recomendable poner especial atención a la presencia de gases tóxicos o ausencia de aire respirable. Estas circunstancias se advierten cuando se perforan en formaciones calcáreas, turba, materia orgánica en productos de descomposición, rellenos sanitarios o basureros. Las características del subsuelo o la vibración del equipo dentro y fuera de la perforación, pueden hacer fallar la estabilidad de las paredes de la perforación, por lo que es conveniente utilizar ademes metálicos en toda la longitud, evitándose así que la perforación se cierre con el personal en su interior. Los trabajadores dentro de una perforación siempre deben de utilizar un armes de seguridad, el cual se sujetara a un cable de rescate durante todo el tiempo que permanezca laborando en su interior. e) Perforaciones abiertas. Es común que algunas perforaciones queden abiertas temporalmente en cambios de turno, por lo que es recomendable utilizar tapas especiales que eviten la caída accidental de alguna persona. En caso de que los trabajos continúen inmediatamente al finalizar la perforación, es suficiente con señalizar el área.

196