Pilote (fonamentació)

Archiu:Chojnow modernizacja torow 09270004.jpg

Estacat de pilotes en la modernisació de vies férrees en Chojnów, Polònia.

Archiu:קיר שיגומים כלונסאות1.jpg

Es denomina pilote a un element constructiu utilisat per a fonamentació d'obres, que permet traslladar les càrregues fins a un estrat resistent del sol, quan este es troba a una profunditat tal que fa inviable, tècnica o econòmicament, una fonamentació més convencional per mig de zapatas o lloses.

Té forma de columna colocada en vertical en l'interior del terreny sobre la que es recolza l'element que li transmet les càrregues (pilar, encepado, llosa...) i que transmet la càrrega al terreny per rozamiento del fuste en el terreny, recolzant la punta en capes més resistents o per abdós métodos al mateix temps.

Tipos de pilotes

Primers pilotes

És el tipo de pilote més antic, normalment de fusta, i es va inventar per a fer fonamentacions en zones en sol humit, en el nivell freàtic alt o inundades. Eren de fusta, troncs senzillament descortezados i la seua capacitat portante es destacava ben aplegant a una capa del terreny suficientment resistent, o be, per rozamiento del pilote en el terreny. Un eixemple conegut és la ciutat de Tenochtitlan, part de l'actual Ciutat de Mèxic, edificada sobre el llit del llac Texcoco.

Pilotes de substitució

Archiu:Foundation pile scheme.svg

Procés d'eixecució d'un pilote in situ.

Archiu:PileDriving.jpg

Estacat de pilotes per a un pont en Estats Units.

La denominació s'aplica quan el método constructiu consistix en realisar una perforació en el sol a la qual, una volta terminada, se li colocarà un armat en el seu interior i posteriorment es reblirà en formigó.

En ocasions, el material en el que s'està cimentant, és un sol friccionante (com són arenes, materials grossos i rovines, els quals poden ser considerats com a materials friccionantes ya que en posseir una estructura cohesiva tan fràgil, qualsevol moviment com el que produïx la broca o útil en perforar o la simple presència d'aigua en el sol entre uns atres, fa que es trenque dita cohesió i el material treballe com un sol friccionante); és per això que es presenten solsides en l'interior de les parets de la perforació. A este fenomen se li denomina «caiguts», i per això es recorre a diversos métodos per a evitar que es present.

Per la forma d'eixecució del buidat, es distinguixen bàsicament dos tipos de pilotes: els de extracció i els de desplaçament. Un pilote d'extracció es realisa extraent el terreny, mentres que el de desplaçament s'eixecuta compactar. En abdós casos s'utilisen diferents tècniques per a mantindre l'estabilitat de les parets de l'excavació.

Els tipos de pilotes in situ està arreplegats en les Normes Tecnològiques de l'Edificació.

Pilote in situ de desplaçament en azuche

Usualment com a pilotage de poca profunditat treballant per punta, recolzat en roca o capes dures (estrat ferm) de terreny, despuix de travessar capes blanes. També com a pilotage treballant per fuste i punta en terrenys granulars mijos o fluixos, o en terrenys de capes alternades coherents i granulars d'alguna consistència

Pilote in situ d'extracció en entubación recuperable

Este tipo de pilote s'eixecuta excavant el terreny i utilisant una camisa (tubo metàlic a modo d'encofrat), que evita que es derroque l'excavació. Una volta completat el buidat, i segons es va hormigonando el pilote, es va retirant gradualment la camisa, que pot ser reutilisada novament.

Usualment com a pilotage de poca profunditat treballant per punta, recolzat en roca. També com a pilotage treballant per fuste en terreny coherent de consistència ferma, pràcticament homogéneu.

Pilote in situ d'extracció en camisa perduda

S'eixecuta pel mateix sistema del tipo in situ d'extracció en entubación recuperable, en la diferència de que la camisa metàlica no s'extrau, sino que queda unida definitivament al pilote.

Usualment com a pilotage treballant per punta recolzat en roca o capes dures de terreny i sempre que es travessen capes de terreny incoherent fi en presència d'aigua, o existixca fluix d'aigua i en alguns casos en capes de terreny coherent bla; quan existixquen capes agressives al formigó fresc. La camisa s'utilisarà per a protegir un tram dels pilotes expost a l'acció d'un terreny agressiu al formigó fresc o a un fluix d'aigua. La llongitut del tubo que constituïx la camisa serà tal que, suspesa des de la boca de la perforació, profundise dos diàmetros per baix de la capa perillosa.

Pilote in situ perforat sense entubación en fancs tixotrópicos

És un pilote d'extracció, en el que l'estabilitat de l'excavació es confia a l'acció de fancs tixotrópicos. Usualment com a pilotage treballant per punta, recolzat en roca o capes dures de terreny. Quan es travessen capes blanes que es mantinguen sense solsides per efecte dels fancs.

Pilote in situ barrenado sense entubación

Archiu:Pile drilling tool 2.jpg

Barrena per a l'eixecució de pilotes.

Usualment com a pilotage treballant per punta, recolzat en capa de terreny coherent dur. També com a pilotage treballant per fuste en terreny coherent de consistència ferma pràcticament homogéneu o coherent de consistència mija en el que no es produïxquen solsides de les parets.

Pilote in situ barrenado i hormigonado per tubo central de barrena

Usualment com a pilotage treballant per punta, recolzat en roca o capes dures de terreny. També com a pilotage treballant per fuste i punta en terrenys de compacidad o consistència mija, o en terrenys de capes alternades coherents i granulars d'alguna consistència

Es tracta de pilotes per desplaçament de les terres per mig d'una barrena contínua. Posteriorment s'eixecuta el hormigonado per bombeig pel tubo central existent en l'interior de la barrena.

Este sistema resulta apropiat per a sols blans i inestables i en presència d'aigua. L'armadura s'introduïx una volta perforat i hormigonado el pilote, per lo que genera l'inconvenient de que per la densitat del formigó, la llongitut d'armat no supera els 7,00-9,00 m.

Pilotes estacats

Archiu:Pile Driving 2.jpg

Estacat de pilotes per a la construcció d'un moll en Tampa, Florida.

Archiu:Bohrpfahlwand Waldschloesschenbruecke Dresden1. caps block 4

Mur de pilotes tangentes en Dresde, Alemània. Una tècnica molt utilisada és crear una barrera de pilotes i després excavar per a construir murs soterrats.

Consistix en introduir elements prefabricar de formigó o seccions metàliques per mig de piloteadoras en el sol.

Dits elements es coloquen verticalment sobre la superfície del terreny i posteriorment «estacats» en el pis a pur de colps de "martinete", açò fa que l'element descendixca, penetrant el terreny, tasca que es prolonga fins que s'alcança la profunditat de l'estrat resistent i es produïxca el «rebuig» del sol en cas de ser un pilote que treballe per «punta», o d'aplegar a la profunditat de disseny, en cas de ser un pilote que treballe per «fuste» (pilote flotant).

Pilotes prefabricar

Els pilotes prefabricar pertanyen a la categoria de fonamentacions profundes, també li'ls coneix pel nom de pilotes premoldeados; poden estar construïts en formigó armat ordinari o en formigó pretensado.

Els pilotes de formigó armat convencional s'utilisen per a treballar a compressió; els de formigó pretensado funcionen be a tracció, i servixen para tablestacas i quan deuen quedar sumergits baix l'aigua. Estos pilotes es claven en el terreny per mig de colps que efectua un martinete o en una pala metàlica equipada per a estacada del pilote.

La seua secció sol ser quadrada i les seues dimensions normalment són de 30 × 30 cm o 45 × 45 cm. També es construïxen en seccions hexagonals en casos especials. Estan composts per dos armadures: una llongitudinal conon una separació de 5 cm en una llongitut d'un metro. La punta va reforçada en una peça metàlica especial per a facilitar l'estaca.

Pilotes excèntrics

Els pilotes excèntrics són els que s'ubiquen fòra dels eixos de les columnes i de les contratables en edificis urbans en estructura reticular, oferint ventages substancials respecte dels tradicionals instalats a cel obert abans del desplante de l'edificació, colats en lloc o prefabricar estacats a colps de martell i coincidentes en els eixos, lo que dit en atres paraules significa que els pilotes excèntrics poden instalar-se despuix d'haver-se iniciat la construcció de l'edifici. Quan este ya té algun pes s'usa com a llastre gratuït per a donar la reacció d'estacat a l'equip hidràulic que és compacte, silenciós, sense vibracions, net i de major capacitat que la donada en colps de martell.

Les ventages substancials de caràcter financer a favor del propietari i de tipo ingenieril a favor dels tècnics participants, degudes al simple canvi d'ubicació dels pilotes, són les següents:

• Aforro del temps total de construcció de l'edifici en eliminar del programa d'obra el que correspondria a l'instalació tradicional dels pilotes feta abans de l'inici de la construcció.
• Es garantisa la verticalitat dels pilotes gràcies al tipo de perforació en el subsol, que guia la punta del pilote segons la llínea de la gravetat fins a aplegar a la capa de respal.
• Els pilotes poden ser de qualsevol tipo de funcionament, a saber: recolzats per punta, flotants, o de fricció negativa, segons s'haja decidit per l'Estudi de Mecànica de Sols.
• La totalitat dels pilotes recolzats en estrat dur es reboten a la càrrega de prova quan la punta aplega a l'estrat i la fricció lateral és despreciable, garantisant l'immovilitat dels pilotes baix tota solicitación de càrrega i sense cost adicional per al propietari. L'immovilitat s'aprofita en casos específics per a controlar els esforços i les deformacions del conjunt «solc-edifici-pilote», instalant mecanismes moderns a prova de sismes molt enèrgics, tant en obres noves a on han originat el concepte «construïxca abans, estaque despuix», o en edificis que ya estant en funcionament requerixen ser recimentados sense deixar de funcionar, per a recuperar la verticalitat perduda perque és riesgoso que s'hagen reduït els factors de seguritat de l'estructura consumits per l'inclinament, la que posa en risc la seguritat dels usuaris, la del propi edifici i la de les edificacions adjacents, aixina com les instalacions públiques baix les banquetas i també per a recuperar els nivells correctes quan aparentment els edificis han «emergit» respecte del nivell de les banquetas en la via pública.
• Quan en les edificacions es presenten problemes generats per un comportament distint del subsol a l'esperat per nosatres, com succeïx en les zones llacustres subjectes a procés de consolidació per pèrdua d'humitat, per sobrecàrrega o per l'efecte nociu de sismes d'alta energia, l'excentricitat dels pilotes permet en tot moment si fora necessari o convenient, canviar el seu tipo de funcionament dissenyat d'orige.

Micropilotes

Les diferències principals entre un pilote convencional de formigó in situ i un micropilote es troben en el procés d'eixecució i en el tamany de l'element. Els micropilotes solen ser usualment metàlics d'un diàmetro no superior a 350 mm. La seua ventaja front als pilotes convencionals és que els equips necessaris per a la seua eixecució són molt més llaugers i permeten accedir a llocs a on les màquines necessàries per a realisar pilotes no podrien aplegar. Ademés d'açò , els micropilotes són buidats en un procés d'injecció de concret per mig d'un tubo que va des de la part superior fins al fondo del micropilote , i un pilote pot ser buidat en processos més senzills com introduir el concret des de la part superior i que per l'efecte de la gravetat descendixca fins al fondo, açò es conseguix degut a que el diàmetro del pilote és major i hi ha menys possibilitats de que el concret s'obstruïxca.

Principi de funcionament

Els pilotes transmeten al terreny les càrregues que reben de l'estructura per mig d'una combinació de rozamiento lateral o resistència per fuste i resistència a la penetració o resistència per punta. Abdós depenen de les característiques del pilote i del terreny, i la combinació idònea és l'objecte del proyecte. Per a un pilote circular, hormigonado in situ i recolzat la punta inferior del qual està sobre un estrat de resistència apreciable la càrrega d'afonament vénen donada per:

A on:

$H,\varnothing$, altura i diàmetro del pilote.

$q$, sobrecàrrega [kN/m²] sobre la base de fonamentació del pilotage.

$\gamma ,\mu$, pes específic del terreny i coeficient de rozamiento terreny-pilote.

${\sigma }_t$ pressió admissible sobre l'estrat en que es recolza la punta del pilote.

cal senyalar que, com en tot treball relacionat en l'ingenieria geotécnica, existix cert grau d'incertitut en la capacitat final d'un pilote. És per açò que bona part de l'investigació que es ve desenrollant en este camp té que vore en métodos que permeten fer un control de calitat a baix cost del pilotage abans d'aplicar les càrregues. El método més obvi encara que el més costós és fer una prova de càrrega. Com a métodos alternatius podem mencionar: proves de resonància, prensa hidràulica de Osterberg, proves d'anàlisis d'ones, proves sísmiques.

En molts casos les teories que permeten estimar la resistència de fuste i la resistència de punta són de tipo empíric. És dir, són el resultat d'un anàlisis estadístic del comportament de certs pilotes en determinades condicions de terreny. Per lo tant, és sumament important conéixer l'orige i les condicions baix les quals determinades fòrmules de càlcul són vàlides.