Pilotes de cimentación

Los pilotes de cimentación son elementos que hacen parte importante de los proyectos de ingeniería, ya que permiten trabajar en cimentación profunda, es decir, cuando el terreno no tiene capacidad para estabilizar la carga muerta a nivel superficial. Este es el caso de suelos muy húmedos, obras públicas en zonas montañosas o construcciones sobre el agua. Su finalidad consiste en transmitir las cargas de la estructura hasta llegar a la capa del suelo más honda, donde haya capacidad de carga suficiente para soportar el peso.

La función de los pilotes, en pocas palabras, es transmitir las cargas que reciben de la estructura mediante una combinación de rozamiento lateral o resistencia por fuste y resistencia a la penetración o resistencia por punta. En el primer caso, nos referimos a una fuerza de rozamiento que se origina entre las paredes del terreno y el pilote; mientras que la resistencia a la penetración es un indicador del nivel de compactación del terreno. Un modo de medir la resistencia a la penetración muy común consiste en calcular la resistencia del suelo al movimiento de un cono de penetración, dividiéndola entre la profundidad.

Los pilotes se colocan verticalmente sobre la superficie del suelo a través de golpes, empleando para ello una pala metálica o un martinete, máquinas que están equipadas con un martillo neumático precisamente para esta clase de tareas. Precisamente, nuestras piloteadoras cuentan con la capacidad de trabajar en cimentación profunda, preparando el terreno hasta alcanzar la profundidad requerida entre las capas del suelo para sentar las bases de la estructura. Puede darse un rechazo del suelo en caso de ser un pilote que trabaja por punta o llegar a la profundidad de diseño, en el escenario de los pilotes por fricción.

¿Cuándo se usan los pilotes?

Los pilotes de cimentación son cilindros alargados, elaborados a partir de un material resistente como el concreto y que se empujan a través del suelo por medio de una piloteadora para construir el soporte de una estructura. Esto es muy común al trabajar en capas de tierra débiles a nivel de la superficie, en cuyo caso el terreno no tiene capacidad para soportar el peso del edificio, por lo que las cargas deben ser distribuidas de manera uniforme, pasando por alto la capa inestable y llegando a una más resistente.

Los pilotes también se usan cuando un edificio o estructura tiene cargas concentradas muy pesadas, como en las edificaciones de gran altura, para construir un puente o un tanque de agua. En este caso, los cimientos de los pilotes disponen de la capacidad de soportar cargas superiores a las bases usuales a nivel superficial, como zapatas o losas de cimentación. También son comunes en los terrenos que están sometidos a variaciones de temperatura considerables, ya sea por hinchamientos del suelo o arcillas expansivas.

Los pilotes se usan cuando las cargas transmitidas no se pueden distribuir de manera adecuada y, por ende, la cimentación superficial excedería la capacidad portante del suelo. Además, en los casos en los que el terreno o suelo inmediato a los cimientos produce asientos repentinos y que el estrato resistente se halla a una relativa profundidad. Si la obra estará ubicada sobre el agua o una capa freática muy cercana a nivel del suelo, en edificios de altura expuestos a fuertes vientos o condiciones climáticas agresivas, en construcciones que ameritan elementos que trabajen por tracción, como estructuras de cables o aquellas que van ancladas en el suelo y cuando se necesita resistir cargas inclinadas.

¿Cómo trabaja el pilotaje en construcción?

Cimentación rígida de primer orden

Por el modo en que trabaja el pilotaje y su finalidad dentro de la obra, responde a diferentes clasificaciones. El pilote, en general, opera por punta, hincándose a cierta profundidad del terreno. Las puntas de los pilotes de cimentación se clavan en suelo firme, de forma que garantizan el apoyo en ese estrato, incluso si se produjera una ligera descarga por rozamiento del fuste, una vez que atraviesa estratos menos resistentes. Esto denota una importante actuación de las fuerzas de sustentación sobre la punta del pilote y, en menor medida, del rozamiento de la superficie lateral del pilote. Se le considera como el mejor apoyo y el más seguro en cimentación profunda, porque se apoya en un buen terreno.

Cimentación rígida de segundo orden

En este caso, hablamos de un tipo de pilotes de cimentación que se topan con un estrato del suelo resistente, pero con la característica adicional de contar con un menor espesor y otros inferiores poco firmes. Por ello, es importante hincar la piloteadora hasta hallar terreno firme de mayor grosor, que pueda distribuir las cargas y tenga una capacidad portante óptima para sostener la estructura. Si la punta del pilote perfora la primera capa firme, es posible que sufra asientos diferenciales de cierta consideración. Al igual que en la cimentación de primer orden, las fuerzas de sustentación ejercen su influencia sobre la planta del pilote y, por efecto de rozamiento, actúa sobre las caras laterales.

Cimentación flotante

Finalmente, si el terreno donde van a construir se distingue por contar con un estrato de suelo firme a gran profundidad, los pilotes estarán inmersos en una capa blanda, sin apoyarse en ningún estrato firme, por lo que la carga muerta que se transmite hacia el terreno se logra solo por efecto de rozamiento del fuste del pilote. Para ello, deben calcular la longitud del pilote en función de su resistencia. En líneas generales, los especialistas en piloteadoras sabemos que los pilotes de longitud menor que la anchura de la obra no están diseñados para soportar la carga, por lo que se deben prever los riesgos asociados.

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