Pile Foundation: Características de idoneidad, clasificación y construcción
Idoneidad de la Fundación Pila:
Los cimientos de pilotes se utilizan bajo las siguientes condiciones:
(i) Cuando el suelo cerca de la superficie del suelo o a una profundidad razonable es demasiado blando o suelto.
(ii) Cuando las cargas son tan altas que no hay suficiente área de plan para acomodar el tamaño de la base requerida.
(iii) Cuando grandes cargas laterales actúan sobre la cimentación.
(iv) Los cimientos de pilotes se utilizan cuando se espera que la estructura lleve grandes cargas elevadas en torres de transmisión y estructuras subterráneas debajo del nivel freático.
(v) La cimentación de pilotes se usa cuando la cimentación está sujeta a cargas inclinadas, cargas excéntricas y momentos.
Clasificación de las pilas:
Las pilas se clasifican de la siguiente manera:
(a) Clasificación basada en materiales y composición:
(i) Pilotes de madera:
Las pilas de madera están hechas de troncos de árboles y están bien sazonadas, rectas y libres de defectos. En la India, las pilas de madera se componen principalmente de troncos de árboles de sal. Estas pilas están disponibles en longitud de 4 a 6 m. Las pilas de madera se utilizan cuando se dispone de un buen estrato de rodamientos a una profundidad relativamente baja.
(ii) Pilotes de hormigón:
Las pilas de hormigón son prefabricadas o fundidas in situ. Las pilas prefabricadas se moldean y curan en el sitio de fundición y luego se transportan al sitio para su instalación. Estas pilas están reforzadas adecuadamente para soportar las tensiones de manejo junto con las tensiones de trabajo. Las pilas prefabricadas son normalmente adecuadas para longitudes cortas. Los pilotes fundidos in situ se construyen perforando el agujero en el suelo y luego rellenando el agujero con hormigón después de colocar el refuerzo.
(iii) Pilotes de acero:
Las pilas de acero son generalmente de secciones en H laminadas o secciones de tubería gruesas. Estas pilas se utilizan para soportar grandes esfuerzos de impacto y donde se desea una menor distribución de la conducción. Los pilotes de chapa de acero y los pilotes en H se usan generalmente para apoyar la excavación abierta y para proporcionar una barrera de filtración.
(iv) Pilotes compuestos:
Una pila que se compone de dos materiales como hormigón y madera o concreto y acero se llama pila compuesta. Las pilas compuestas se utilizan en situaciones en las que una parte de la pila está permanentemente bajo el agua. La parte de la pila que estará bajo el agua puede estar hecha de madera sin tratar y la otra parte puede ser de hormigón.
(b) Clasificación basada en el método de instalación:
(i) pilas aburridas:
Las pilas perforadas se construyen en orificios previamente perforados, ya sea utilizando una carcasa o mediante un agente de estabilización en circulación como la suspensión de betonies. El pozo se llena con concreto luego de colocar el refuerzo. La ventaja de la pila de tablas es que no hay daños debido al manejo y la conducción, lo cual es común en las pilas conducidas.
Las pilas de tableros son de los siguientes tipos:
Pilas de pequeño diámetro hasta 600 mm de diámetro; Pilas de gran diámetro de diámetro superior a 600 mm; bajo montones escariados.
(ii) Pilotes conducidos:
Las pilas conducidas pueden ser de hormigón, acero o madera. Estas pilas se introducen en el suelo por el impacto del martillo. No se requiere aburrido para este tipo de pilas. Cuando una pila es empujada hacia suelos granulares, densifica el suelo y aumenta la resistencia del suelo. Pero cuando se conduce una pila en arcilla saturada, el suelo en lugar de compactarse se vuelve a moldear con una reducción de la fuerza.
(iii) Pilotes conducidos y fundidos in situ:
Es un tipo de pila accionada. Se construyen mediante la conducción de una carcasa de acero en el suelo. Luego, el agujero se llena con concreto colocando el refuerzo y la carcasa se levanta gradualmente.
(c) Clasificación basada en la función:
Las pilas son de los siguientes tipos en función de su uso:
(i) Pilotes de apoyo:
Las pilas que transfieren su carga a un estrato duro y relativamente incompresible, como roca o arena densa, se denominan pilas de apoyo. Estas pilas derivan su capacidad de soporte de los cojinetes de extremo en la punta de la pila.
(ii) Pilotes de fricción:
Las pilas que no descansan sobre un estrato duro pero que derivan de su capacidad de carga a partir de la fricción o adherencia entre la superficie de la pila y el suelo circundante se llaman pilas de fricción.
(iii) Pila de tensión:
Las pilas de tensión también se llaman pilas de elevación. Estas pilas se utilizan para anclar las estructuras sometidas a levantamiento debido a la presión hidrostática.
(iv) Pilotes de compactación:
Estas pilas se utilizan para compactar suelo granular suelto para aumentar su capacidad de carga. Las pilas de compactación no transportan carga y, por lo tanto, pueden ser de un material más débil. Las pilas de arena se pueden utilizar como pilas de compactación.
(v) Pilas de anclaje:
Estas pilas se utilizan para proporcionar anclaje contra el tirón horizontal de la acumulación de hojas.
(vi) Montones y delfines de guardabarros:
Las pilas y los delfines de guardabarros se utilizan para proteger la estructura del frente de agua contra el impacto de cualquier objeto o barco flotante.
Fórmula de Noticias de Ingeniería:
La fórmula de noticias de ingeniería fue publicada por AM Wellington, editor de noticias de ingeniería (Nueva York) en 1888. La fórmula fue desarrollada al equiparar la energía aplicada por el martillo (utilizada para la conducción de pilotes) al trabajo realizado por la pila y la pérdida de energía fue obtenido como
Q a = WH / F (S + C)
Donde Qa = carga permisible en kg
W = Peso del martillo en kg
H = Altura de caída del martillo en cm
S = Penetración por golpe en cm
C = constante empírica en cm
= 0.25 para martillo de simple y doble efecto.
= 2.5 para un martillo
F = Factor de seguridad y se toma como 6.
La fórmula anterior para varios tipos de martillos se puede escribir como:
(i) Martillo de simple efecto.
Qa = WH / 6 (S + 0.25)
(ii) Martillo de doble efecto.
Qa (W + ap) H / 6 (S + 0.25)
donde a = Área efectiva del pistón en cm 2
p = presión media efectiva de vapor en kg / cm 2
(iii) martillo de bajada
Q a = WH - 6 (S + 2.5)
Fórmula Hiley:
Se dice que la fórmula de Hiley es una fórmula completa y se escribe como
donde Qu = capacidad de carga final de pila
W = peso del martillo
H = altura de caída
S = penetración por golpe en cm
Prueba de carga de la pila :
La prueba de carga en la pila es el método más positivo para determinar la capacidad de carga de una pila. Las pruebas de carga se pueden realizar en:
(i) una pila de trabajo o
(ii) una pila de prueba.
Una pila de trabajo es una pila moldeada in situ o accionada para transportar la carga desde la superestructura. La carga de prueba máxima en la pila de trabajo no debe ser más de 1 ½ vez que la carga de diseño. Una pila de prueba es una pila instalada exclusivamente para la prueba. La carga máxima que se puede aplicar en dicha pila es de 2 ½ a 3 veces la carga de diseño o la carga aplicada debe ser tal que dé un asentamiento total de una décima parte del diámetro de la pila.
La configuración de la prueba de carga de pilotes se muestra en la figura 11.20. Consiste en
(i) Un marco de reacción que se carga con kentledge o se apoya en pilas de anclaje. La distancia de los soportes del cuadro de reacción desde la pila debe ser al menos 5 veces el diámetro de la pila.
(ii) Un gato hidráulico para aplicar carga en la cabeza de pilote
(iii) Un conjunto de indicadores de cuadrante (3 o 4 números) para medir el asentamiento de la cabeza del pilote.
Un conjunto de prueba de carga de pila vertical Las pruebas de carga de pila son de dos tipos:
(i) Prueba de carga mantenida:
La pila se carga generalmente por Jacking y la carga se aplica en incrementos adecuados (aproximadamente el 20% de la carga de trabajo estimada). Cada carga incremental se mantiene durante dos horas o hasta que la tasa de liquidación se convierta en 0.2 mm / h, lo que ocurra primero (según IS 2911-1985); Luego se aplica el siguiente incremento de carga.
La liquidación se registra en cada incremento de carga. Para la prueba de carga inicial, la carga continúa hasta 3 veces la carga de diseño, lo que ocurra primero. En una prueba de rutina, la carga continúa hasta 1, 5 veces la carga de diseño. La carga se libera luego en pasos iguales a cero y se realiza un registro de liquidación para cada liberación de carga.
Las curvas de asentamiento de carga para la carga y la descarga se dibujan como se muestra en la figura 11.21. La carga final se puede leer desde la curva si se indica un punto de falla bien definido. Cuando no se obtiene un punto de falla definido, puede tomarse como una carga en la que la liquidación es igual al 10% del diámetro del pilote.
Se aplica un factor de seguridad de 2.0 o 2.5 para obtener la carga permitida.
(ii) Prueba de tasa de penetración constante (ORP):
La prueba de CRP fue desarrollada por Whitaker en el año 1963. Es una prueba de corta duración en la cual la pila se realiza para penetrar en el suelo a una velocidad constante. Una tasa común de penetración es de 0, 75 mm / min para arcilla y 1, 5 mm / min para arena. Las lecturas de presión en el gato y el asentamiento se anotan a intervalos adecuados que no superen los 3 minutos.
La prueba continúa hasta que la carga comienza a disminuir después de alcanzar un valor máximo o hasta que la penetración es al menos el 10% del diámetro de la pila, lo que ocurra primero.
Se grafica una curva de penetración de carga a partir de los resultados de la prueba y la capacidad de carga final de la pila se toma como igual a la carga:
(i) En el punto de falla si el punto de falla bien definido está disponible
(ii) Cuando la carga alcanza un valor máximo y permanece constante durante 50 mm o más de penetración.
(iii) Cuando la penetración es el 10% del diámetro de la pila, ¿cuál es anterior? Se aplica un factor de seguridad de 2.0 o 2.5 para obtener la carga permitida.
Características constructivas de las fundaciones de pila:
Se utilizan tres tipos de materiales para la construcción de pilotes:
(i) Madera
(ii) Acero
(iii) Hormigón.
En su mayoría se utilizan pilas de hormigón. Las pilas de madera y acero son prefabricadas, con áreas de sección transversal de forma rectangular, cuadrada, circular y en H (solo para acero). La madera y los pilotes de acero se instalan levantándolos en posiciones verticales y empujando hacia el suelo usando martillos como se muestra en la figura 11.22.
Los pilotes de concreto se instalan ya sea mediante un agujero de perforación en el suelo o conduciendo directamente al suelo. Dependiendo del método de instalación, las pilas de concreto se clasifican en general como (i) Pilotes perforados (ii) Pilotes impulsados.
(A) Pilas aburridas:
Los pasos involucrados en la construcción de pilotes agujereados son los siguientes:
(i) Perforación de agujero
(ii) Estabilización del agujero.
(iii) Colocación de refuerzos.
(iv) hormigonado
(i) Perforación de agujero:
Para pilotes perforados de diámetro pequeño o mediano, los sinfines manuales se utilizan para taladrar en suelos cohesivos blandos hasta una profundidad limitada a 4, 5 metros. Si la profundidad de taladrado supera los 4, 5 metros, se utilizan sinfines mecánicos. Para pilotes de gran diámetro, se utilizan plataformas de perforación montadas en grúa mecanizadas como se muestra en la figura 11.23.
(ii) Estabilización del agujero:
Para un suelo no autoportante, circula un agente estabilizador en forma de suspensión de bentonita. La lechada de bentonita se desplaza a través del vástago del taladro hasta la base del orificio y se mueve hacia arriba llevando el suelo suelto. Una densidad de suspensión de 10.5 a 12 KN / m 3 es suficiente para la estabilidad del agujero. La suspensión se reutiliza después de permitir que el corte del suelo se asiente en un estanque.
(iii) Colocación del refuerzo:
Una vez que se completa la perforación, la jaula de refuerzo se introduce en el orificio.
(iv) Hormigonado:
Una vez que el refuerzo se coloca dentro del orificio, se vierte un hormigón fácilmente mezclado en el orificio con la ayuda del embudo colocado en la boca del orificio. El hormigonado se lleva a cabo mediante una técnica llamada tremie-concreting, en la cual el concreto es enviado por una tubería para desplazar gradualmente la suspensión de bentonita como se muestra en la figura 11.24. Se requiere cuidado y habilidad para la operación de hormigonado.
(B) Pilote de hormigón prefabricado accionado:
Las pilas de hormigón prefabricado se moldean horizontalmente mediante encofrado de acero en un patio de fundición. (El diámetro y la longitud de dichas pilas están limitados a 450 mm y 20 m respectivamente). El encofrado se retira una vez que se fija el hormigón y se cura la pila. Las pilas se levantan del patio de lanzamiento en posición horizontal y se mantienen verticales antes de conducir hacia el suelo mediante el uso de equipo de conducción.
El equipo de conducción consiste en (figura 11.25):
(i) Marco de conducción de pila
(ii) Martillo de pilotaje
(a) martillo de bajada
(b) Martillo neumático.
(c) Martillo vibratorio.
(iii) Accesorios:
Los accesorios son componentes que se colocan entre la cabeza de la pila y el martillo para transferir la fuerza de conducción a la pila de manera segura, es decir, sin dañar la cabeza de la pila. La figura 11.27 muestra varios componentes colocados entre la cabeza de la pila y el martillo.
(C) Pilotes de concreto in situ impulsados por impulsión:
Los pilotes impulsados in situ son aquellos en los que se crea un agujero al conducir un tubo de acero de extremo cerrado y luego se moldea el concreto reforzado.
Estas pilas son de dos tipos:
(i) Pilotes encajonados
(ii) Pilotes sin revestir
Si la tubería de acero que se introduce en el suelo se llena con concreto, entonces se le llama pila de concreto moldeado in situ impulsado por revestimiento. Si se retira el tubo de acero y el orificio se llena con concreto, entonces se llama pila de concreto in situ fundido impulsado sin revestimiento.
En el caso de la pila revestida, un tubo delgado de acero junto con un mandril central se impulsa junto con la plataforma de conducción de pila. Después de alcanzar la profundidad requerida, el mandril se contrae y se retira y el hormigonado se realiza en el tubo de acero después de colocar la jaula de refuerzo. La pila sin revestimiento se construye al conducir una carcasa con un zapato cónico desmontable en la base.
La jaula de refuerzo se coloca en la carcasa y se vierte el hormigón. A medida que avanza el hormigonado, la cubierta se extrae lentamente y el zapato cónico desmontable se deja en la parte inferior de la pila, como se muestra en la figura 11.29.
