Introducción Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llenan de hormigón después de hincados, y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes o elevadas cargas de trabajo por pilote. Los pilotes de perfiles de acero en H penetran en el terreno mas fácilmente que otros tipos, en parte porque desalojan relativamente poco material. ma terial. En consecuencia se usan frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil y especialmente si el material superior obstrucciones o gravas gruesas, es posible que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o se doblen. Pueden producirse pocos defectos serios y pueden notarse los síntomas durante el hincado. Cuando las condiciones sugieran la posibilidad de estos daños, las puntas de los pilotes deben reforzarse. Los pilotes de acero están sujetos a la corrosión. El deterioro es usualmente insignificante, si todo el pilote esta enterrado en una formación natural, pero puede ser intenso en algunos rellenos debido al oxigeno atrapado. Si los pilotes se prolongan hasta el nivel del terreno, o mas arriba del mismo, las zonas inmediatas arriba y abajo del nivel del suelo, son especialmente vulnerables. Una buena defensa para el acero es recubrir las zonas vulnerables con hormigón.
Acero Características de los pilotes de acero. Se utilizan con secciones en H o en Cajón. En tipo cajón pueden rellenarse de hormigón después de haberse colocado. A veces se constituye el pilotaje pil otaje con perfiles planos empalmables, es el tablestacado, que se consiguen con secciones de acero laminado en caliente. Se los utiliza como contención de tierras y como barrera del agua en caso de excavaciones para cimentaciones, sótanos. sótanos. En muelles y zonas ribereñas también suele usarse. Para evitar la corrosión, el acero puede contener una cantidad importante de cobre , se lo llama acero de oxidación controlada o estar impregnado con pintura bituminosa. Los hincados en pilotes de acero son más fuertes y vigorosos. Si es necesario, pueden recuperarse y se les puede hacer variar su longitud por corte o por soldadura.
Pilotes De Perfiles De Acero
Los perfiles estructurales de acero, especialmente los pilotes H y los perfiles WF, son muy usados como pilotes para soportar cargas, especialmente cuando se requiere una alta resistencia por la punta en suelo o en roca. Como el área de la sección transversa es pequeña comparada con la resistencia, se facilita la hinca a través de obstrucciones, tales como las vetas duras cementadas, los viejos troncos de madera y hasta las capas finas de roca parcialmente meteorizada. Los pilotes se pueden obtener en piezas y se pueden cortar o empalmar fácilmente. Los perfiles que ordinariamente se hincan son de 8BP36 al 14BP117 y las cargas de trabajo varían de 40 a 150 toneladas. Se han usado perfiles de ala ancha de hasta 91.5 cms (36 plg) de peralte y también ocasionalmente pilotes formados por canales y rieles de ferrocarril. La longitud la limita la hinca solamente; se han colocado perfiles H de 35.5 cms (14 plg) de mas de 90 m (300 pies) de longitud. Los perfiles H hincados en roca pueden soportar cargas hasta él limite elástico del acero. En rocas muy duras algunas veces se refuerza la punta del pilote con planchas de acero soldadas al alma del perfil para evitar pandeo local. Loa pilotes H penetran el suelo produciendo un desplazamiento mínimo y produciendo un levantamiento del suelo y presión lateral también mínimos. Cuando los pilotes H se usan para resistir por fricción, como el área entre las alas es tan grande, la falla ocurre por esfuerzo cortante, en planos paralelos al alma de la sección que pasa por las aristas exteriores de las alas y por fricción contra el metal en las caras exteriores de las alas. Los perfiles estructurales tienen tres desventajas. Primera, son relativamente flexibles y se desvían o tuercen fácilmente si encuentran obstáculos como piedras grandes o boleos. De hecho algunos pilotes H se han desviado tanto que sus puntas han resbalado sobre el estrato resistente en vez de penetrar en él. Segunda, el suelo se empaqueta entre las alas de perfil de tal manera que el área de rozamiento corresponde al perímetro del rectángulo que circunscribe al pilote en vez de al perímetro total de la sección del pilote. Tercera, la corrosión reduce el área efectiva de la sección transversal. En la mayoría de los suelos es suficiente dejar un margen para corrosión de 1.25 a 2.50 mm, porque la dura película de corrosión protege al pilote de futuros ataques. En suelos fuertemente ácidos como los rellenos y la materia orgánica y en el agua de mar, la corrosión es mucho más seria; en estos casos la protección catódica o la inyección de concreto son necesarios para impedir el deterioro del pilote. Figura.- Secciones de Pilotes de acero
Pilotes De Tubos De Acero
Los tubos de acero rellenos de concreto constituyen excelentes pilotes. En la mayoría de los casos se hincan con el extremo inferior cerrado pon una placa plana o una punta cónica. La placa plana es más económica y tiende a formar una punta cónica de suelo a medida que se hinca el pilote. Unas planchas formando una X soldadas al extremo del tubo ayudan al pilote a penetrar la grava y las capas cementadas y a cortar la capa de roca. Los tubos con el extremo inferior abierto se emplean cuando es esencial un desplazamiento mínimo. Los tacos de suelo que se van introduciendo en el tubo se extraen a intervalos par impedir que se empaqueten y hagan que el pilote se hinque como si estuviera cerrado en la punta. Tanto los pilotes cerrados como los abiertos se rellenan de hormigón después de hincados (y de extraído el suelo de los abiertos); esto aumenta la resistencia del fuste, porque tanto la resistencia del acero como la del concreto contribuyen a la resistencia de la columna. Se han hincado tubos desde 27.3 cms (10.75 plg) de diámetro externo y paredes de 4.8 mm (0.188 plg) de espesor hasta 91.4 cm (36 plg) de diámetro y paredes de 12.7 mm (0.5 plg) de espesor, con capacidades desde 50 hasta mas de 200 toneladas. Las longitudes las limita el equipo de hinca; se han colocado pilotes de tuvo hasta de 60m (200 pies) de largo. Los pilotes de tubo son ligeros, fáciles de manipular e hincar y se pueden cortar y empalmar fácilmente. Son más rígidos que los pilotes H y no se desvían tan fácilmente cuando encuentran un obstáculo. Tienen además la ventaja de poderse inspeccionar interiormente después de hincados y antes de colocar el hormigón. Al hincar los pilotes de acero la masa debe golpear perpendicularmente sobre el centroide de la sección. Un martillo descentrado o que se bambolee "acordonara" el tubo e inclinara el perfil estructural, lo cual destruye la efectividad del golpe. El contenido de carbono del acero del pilote es importante, porque si es muy alto el pilote se rajara y si es muy bajo se deformara. En una obra donde se hincaron en arcilla 161 Km. (100 millas) de pilotes de tuvo de 27.3 cm (10.75 plg) de diámetro y pared de 6.3 mm (0.25 plg) y con longitudes hasta de 49 m (160 pies) se encontró que los tubos de acero fabricados en frío con el 0.22 por ciento de carbono y el 0.6 por ciento de manganeso eran los que mejor se hincaban.
2.01 FABRICACIÓN A. Los pilotes de madera se fabricarán de las mejores maderas conocidas en el lugar de la obra o de sitios cercanos. De todas maneras se procurará utilizar maderas de reconocida calidad. El Contratista deberá presentar al Interventor, el respectivo permiso o licencia ambiental para el uso de la madera propuesta. Las maderas deberán ser tratadas con la composición protectora que asegure una calidad y
durabilidad adecuada. B. Los pilotes de tubos de acero que deban ser rellenados con hormigón deberán estar de acuerdo con las exigencias de la especificación ASTM A 252 Tipo 2. Las placas de cierre para pilotes de puntas cerradas deberán tener las características requeridas por la especificación AASHO M-94. Los tubos tendrán el diámetro fijado por los planos. El espesor de sus paredes no será inferior al indicado en los planos y en ningún caso menor de 3/16 de pulgada. El tubo incluyendo los cierres de puntas, deberán tener una resistencia suficiente para ser hincado por los métodos especificados, sin distorsionarse. Las placas de cierre y soldaduras de unión no deberán proyectarse más allá del perímetro de la punta de los pilotes. C. Los pilotes hechos de acero estructural serán secciones de acero laminado de peso y forma exigidos por los planos. Dicho acero será del tipo usado en estructuras y deberá llenar las exigencias de la especificación AASHO M-94, salvo en el supuesto que las especificaciones especiales exijan un acero de estructura con revestimiento de cobre dicho acero no podrá contener menos del 0.20 ni más del 0.35 por ciento de cobre, y Hwd:40208S02309C3 /02-20-04 Grupo No 1 – EBAR Paraíso 02307-2 ACUACAR – Cartagena, Colombia no se deberá utilizar un acero fabricado por el procedimiento Bessemer ácido. Los pilotes de acero deberán estar fabricados de modo que sus irregularidades no excedan de las tolerancias normales de fabricación. Se procederá al rechazo de pilotes arqueados o dañados en alguna otra forma. D. Los procedimientos, equipos y materiales usados en la fabricación de los pilotes deberán ser previamentes aprobados por ACUACAR y estarán sujetos a su inspección durante la ejecución de los trabajos. 2.02 ENSAYOS Y ACEPTACIÓN A. Ensayos Cuando el pliego de licitación lo exija o cuando sea necesario para calibrar los martillos diesel, el Contratista deberá suministrar e hincar pilotes de prueba de l as dimensiones y en los lugares fijados por el Ingeniero. Los pilotes serán del mismo material detallado en el pliego de licitación y se hincarán hasta el rechazo o a una profundidad o valor aproximado de soporte que sea aprobado por el Ingeniero. Cuando este requiera un ensayo de carga para determinar un valor de soporte, se hincará el primer pilote de prueba de carga hasta llegar al valor de soporte especializado. B. Los subsiguientes pilotes de prueba que se van a ensayar bajo carga, serán hincados hasta los valores de soporte especificado, en la forma determinada por la fórmula aplicable, modificada por los resultados de los ensayos de carga anteriores y los datos de fundación obtenidos. En estas especificaciones se pretende que los pilotes de prueba que se van a ensayar bajo carga deberán bajar entre dos y tres veces el valor
de soporte especificado, excepto cuando sean hincados hasta el rechazo, toquen roca, o sean hincados hasta una cota específica. En cada pilote de prueba, se excavará el suelo hasta el nivel en donde se cimentará la tubería antes que sea hincado. Si fuere necesario, se emplearán chorros de agua junto con el martillo para obtener la penetración deseada. C. Aceptación de Pilotes para el Hincado Los pilotes prefabricados solamente se aceptarán para el hincado si cumplen con los diseños y estas especificaciones. Sus superficies deberán ser lisas, uniformes, libres de bordes salientes, hormigueros u otros defectos. Los pilotes que presenten desperfectos superficiales, deformaciones, deficiencias en dimensiones, grietas, señales de haber sido averiados durante el manejo o resiste ncia a la compresión menor que la especificada, podrán ser rechazados, a juicio del Intreventor. PARTE 3 – EJECUCIÓN 3.01 EQUIPO A. El Interventor deberá aprobar el equipo que el Contratista se propone utilizar. Se podrán utilizar martillos de gravedad, a vapor, aire comprimido, o diesel, de acción simple o doble, siempre y cuando desarrollen la energía mínima especificada y que Hwd:40208S02309C3 /02-20-04 Grupo No 1 – EBAR Paraíso 02307-3 ACUACAR – Cartagena, Colombia sean capaces de transmitir la energía dinámica requerida, para la clase de pilotes empleados y el material en el cual se va a hincar. B. El martillo debe desarrollar una energía por golpe mínima de un pie -libra por cada libra de peso penetrado del pilote. En ningún caso la energía total desarrollada por el martillo será menor de 6000 pies-libras por golpe. C. En caso de que se emplee martillo de gravedad, este tendrá un peso no menor del 50% del peso del pilote, pero en ningún caso menos de 3000 libras, y la caída del martillo no deberá exceder de 8 pies (2.44 m). Se usarán casquetes de protección adecuados para proteger la cabeza del pilote durante el proceso del hincado. E. El equipo deberá mantenerse en buenas condiciones, conservarse y operarse con la eficiencia y capacidad que ordene el Interventor, y deberá ser adecuado para hincar los pilotes más largos que se requieran en la obra. F. La planta y el equipo provistos para martillos a vapor y a aire deberán tener una capacidad suficiente para mantener, durante el trabajo, la presión del martillo especificada por su fabricante. La caldera o tanque estará equipado con un manómetro de presión exacto y otro de tal tipo se aplicará en el lugar de la caída del martillo, para determinar eventuales diferencias de presión entre los dos puntos.
G. Los martillos para pilotes excepto los de caída serán del tipo aprobado a vapor, aire o diesel, que desarrollen suficiente energía para hincar los pilotes a un régimen de penetración no inferior a 3 milímetros (1/8 de pulgada) por golpe con el valor soporte requerido. Cuando se usen martillos de vapor, aire o diesel la energía total desarrollada por el martillo no deberá ser menor de 7.000 pies libras por golpe, excepto lo especificado mas abajo para pilotes de hormigón. 3.02 HINCADO A. El Contratista deberá ejecutar los pilotajes bajo la dirección o asesoría permanente de un especialista en esta clase de trabajo. B. La hinca de los pilotes podrá adelantarse desde el nivel original del terreno hasta la cota definida en los Planos; sin embargo una sobrehinca superior a los 2 metros será considerada excesiva para pilotes. C. El hincado deberá hacerse en operación contínua hasta alcanzar la penetración final. Cuando la operación del hincado tenga que ser interrumpida, no se empezará a medir la penetración por golpe sino después de un minuto de reiniciada la operación. D. Los pilotes deberán hincarse en los sitios exactos y deberán asegurarse contra cualquier desplazamiento o movimiento lateral, mediante el empleo de guías u otro sistema aceptado por el Interventor. E. Excepto cuando la cabeza del pilote esté ajustada dentro de un cabezal formado por un bloque de acero, todo pilote de madera deberá estar provisto de un collar metálico o una envoltura de alambre. Cuando las características del método de hincado sean tales que los pilotes puedan ser dañados, todos sus cabezales deberán ser protegidos por casquetes de diseño aprobado, teniendo con preferencia un amortiguador hecho Hwd:40208S02309C3 /02-20-04 Grupo No 1 – EBAR Paraíso 02307-4 ACUACAR – Cartagena, Colombia de soga u otro elemento adecuado cerca de la cabeza del pilote y fijado dentro de un molde, que a su vez soporte un bloque amortiguador de madera. F. Para pilotes de tipo especial, se deberá proveer cabezales, mandriles, u otros dispositivos que estuvieran de acuerdo con las recomendaciones formuladas al respecto por su fabricante con el objeto de hincar los pilotes evitando la posibilidad de su daño. G. En el caso de pilotes de acero, las cabezas se cortarán en forma cuadrada y se proveerá un casquete destinado a mantener el eje del pilote en la línea con el eje del martillo. Donde los planos lo indiquen, los pilotes de acero serán revestidos en su cabeza, con placas de acero u otros dispositivos.
H. Los pilotes deberán ser mantenidos en línea y posición empleando guías durante las operaciones de hincado. Tales guías deberán construirse de una manera tal que no limiten la libertad de movimiento del martillo y serán mantenidas en su posición por abrazaderas de acero que asegurarán un apoyo lateral rígido sobre el pilote durante el hincado. Excepto el caso de pilotes a través de agua las guías por lo general deberán tener un largo suficiente para hacer innecesario el uso de un falso pilote, y se las diseñará de manera tal que se logre el emplazamiento adecuado de pilotes inclinados. El hincado de pilotes, mediante el uso de pilotes falsos deberá evitarse, si fuera posible, y deberá efectuarse únicamente con permiso escrito del Ingeniero. I. El Contratista deberá presentar a ACUACAR un informe de cada pilote hincado, indicando lo siguiente: 1. Dimensiones del pilote 2. Localización del pilote 3. Secuencia de hinca de los pilotes 4. Tipo y tamaño del martinete 5. Tipo y dimensiones del bloque para protección de la cabeza del pilote 6. Número de golpes por minuto efectuados por el martillo 7. Número de golpes por pie de penetración 8. Número de golpes por pulgada para el último pie de penetración 9. Elevación final de la punta del pilote 10. Todos los demás datos que el Interventor llegue a requerir J. Los martillos a aire o vapor usados para el hincado de pilotes no deberá someter a los mismos a un excesivo e indebido esfuerzo que pueda producir su aplastamiento, astillamiento del hormigón o de la madera o una deformación del acero. El manipuleo los pilotes para forzarlos a adoptar su posición adecuada no será permitido cuando el Ingeniero lo considere excesivo. Cuando a juicio del Interventor un pilote haya sido hincado deficientemente, bien sea porque se haya dañado o porque se haya colocado en posición incorrecta, el Contratista deberá reemplazarlo total o parcialmente de acuerdo con las instrucciones del Interventor. Todo costo adicional ocasionado por dicho reemplazo será por cuenta del Contratista.Hwd:40208S02309C3 /02-20-04 Grupo No 1 – EBAR Paraíso 02307-5 ACUACAR – Cartagena, Colombia 3.03 EXTENSIÓN A. Si por cualquier razón es necesario extender los pilotes con secciones prefabricadas o vaciadas en sitio, se deberá remover el concreto de la parte superior del pilote, dejando expuestas las varillas longitudinales en un tramo igual a 40 diámetros de varilla. El corte final del concreto deberá ser perpendicular al eje del pilote. Si la extensión se hace con una sección prefabricada de pilote, ésta deberá prepararse de la misma manera. Si la extensión se funde totalmente en el sitio, el acero de refuerzo de ella se colocará sobre el extremo recortado del pilote hincado.
B. Los traslapos del refuerzo serán soldados en una longitud no inferior a 30 diámetros de las varillas. Las formaletas para la extensión no deberá permitir filtraciones de la mezcla, y deberán ser dispuestas en tal forma que la extensión quede perfectamente centrada y alineada con el pilote hincado. El concreto empleado para la extensión deberá ser de la misma calidad que el usado en el pilote. No se quitarán las formaletas antes de 7 días y no se proseguirá con la hincada antes de los 28 días de haber vaciado el concreto de la extensión; si el Interventor acepta el uso de acelerantes, él detereminará el tiempo necesario para proseguir con la operación de hincado. 3.04 RECORTES Y EMPOTRAMIENTO A. Una vez hincados y aceptados los pilotes, estos se deberán recortar al nivel indicado en los Planos o según lo aprobado por el Interventor, de tal manera que no se dañe ninguna parte del pilote colocado. B. Las cabezas de los pilotes deberán entrar en las zapatas no menos de 20 centímetros, después de que cualquier material deteriorado de la cabeza del pilote haya sido removido. C. Los pilotes recortados en forma inadecuada serán reemplazados. Cuando la cota de recorte de un pilote de hormigón premoldeado, de un molde acero o de un molde para el moldeo el pilote en el lugar de trabajo, esté debajo del borde inferior del casquete, el pilote deberá levantarse mediante aplicación de un suplemento de hormigón reforzado con acero, de acuerdo con lo indicado en los planos. Los moldes de acero o moldes para el moldeo de pilotes en el lugar de la obra, se recortarán a las cotas fijadas antes de proceder a la colocación de la tubería. D. Los recortes de pilotes de acero se harán en ángulos rectos con respecto al eje del pilote. Dichos cortes se harán en líneas limpias y rectas y cualquier irregularidad debida al corte o por quemado, se nivelará con depósito de material soldado, antes de colocar casquetes de soporte. 3.05 PROTECCIONES A. Para los pilotes de madera no tratada, los cabezales no tratados serán protegidos en la siguiente forma, a menos que los planos o el pliego de condiciones indiquen lo contrario. La superficie aserrada recibirá dos aplicaciones a brocha , de aceite de creosota caliente u otro elemento protector aprobado. Hwd:40208S02309C3 /02-20-04 Grupo No 1 – EBAR Paraíso 02307-6 ACUACAR – Cartagena, Colombia B. En los pilotes de madera tratada, todos los cortes practicados en pilotes de madera y todas las raspaduras, después de haber sido emparejados cuidadosamente, serán cubiertos con por lo menos tres manos de aceite caliente de creosota y brea caliente
de techar. Antes de entrar los bulones, todos sus agujeros serán impregnados con aceite caliente de creosota, por medio de dispositivo aprobado para tratar tale orificios. Todos los agujeros no llenados después de haber sido sometidos a dicho tratamiento, serán cerrados con tapones creosotados de madera. C. Después de haber sido recortados para recibir al casquete, la superficie aserrada de cada pilote tratado recibirá tres capas de aceite caliente de creosota. Luego se procederá a cubrirlas con brea caliente de techar sobre la cual se colocarán dos capas de lona pesada, de 50 X 50 cm, saturadas con brea caliente. Después de ello se colocará una tapa de metal galvanizado de calibre 28, la cual rebasará el pilote en todos sus lados, en un largo de [por lo menos 15 cm, y será doblada en un ángulo de 45° aproximadamente sobre los bordes del pilote. D. Los pilotes tratados deberán manipularse cuidadosamente. No deberán ser golpeados, sus fibras exteriores no serán rotas sus superficies no serán alteradas ni se leas perforará con herramientas. No se emplearán para su manipuleo ganchos, picas o herramientas puntiagudas. E. A menos que al respecto se especifique otra cosa, cuando los pilotes de acero o cilindros de acero para pilotes deban quedar sobre la superficie del terreno o de aguas superficiales, serán protegidos con tres manos de pintura en la forma que se especifique para la limpieza y el pintado de superficies metálicas en los apartes 3.4, 3.5 y 3.6 de la Norma MOP C - 245. Dicha protección se extenderá desde los 60 cm por debajo del nivel del agua o superficie del terreno hasta la parte superior del acero expuesto. 3.06 CAPACIDAD DE SOPORTE A. Definiciones 1. Capacidad de Soporte Final: Es la carga máxima que puede soportar un pilote hasta fallar completamente. 2. Carga Admisible: Es la carga que puede soportar un pilote sin que se produzca falla estructural del pilote, falla del terreno en que se hinca el pilote, o sin que ocurran deformaciones o asentamientos mayores que los admisibles, para la estructura soportada por los pilotes. 3. Carga de Diseño: Esa carga máxima aplicada sobre un pilote o sobre un conjunto de pilotes, de acuerdo con las suposiciones de diseño de la estructura que sostienen.
El 26 de marzo del 2008 ,nuestro equipo empezó la inspección visual de los 4 duques de alba cada uno contiene 12 pilotes de acero de 24” de diámetro.
Descubrimos durante la limpieza que el diámetro de la parte de afuera de los pilotes de acero mostraban severas picaduras y perdida de metal. El equipo decidió la necesidad de llevar a cabo una completa evaluación ultrasónica en 3 elevaciones a lo largo de los ejes verticales de cada uno de los 48 elementos pilotes. Los resultados de las lecturas ultrasónicas determinaron la necesidad de hacer 5 extracciones de corazones en pilotes al azar, y hacerles pruebas de compresión y análisis químicos. Una vez que el líder del equipo recibió los resultados de las pruebas, se le comunico inmediatamente al director de Secretaria de Comunicaciones y Transportes del Estado (SCT) Ingeniero Marco Cesar Theurel Cotero , de la condición critica de las estructuras de los elementos pilotes, en menos de 24 horas se sostuvo una junta con el ingeniero Theurel para tomar medidas precautorias para el transporte publico y vehicular. La principal preocupación fue el reducir las cargas creadas sobre el puente con los equipos pesados y los camiones con sobrepeso así como el sistema del ferrocarril.
