Fundación de pila

El contenido del artículo

• Características del uso de cimientos de pilotes.
• El principio de funcionamiento y construcción de la base de pilotes.
• Construcción de una base de pilotes
• Inmersión de pilotes terminados
• Fabricación de pilotes apisonados
• Montones de tornillos

El artículo se centrará en la tecnología de erigir cimientos de pilotes. Consideremos los principales tipos de pilotes, descubramos de qué elementos consisten, cómo se montan, para qué condiciones están diseñados. Entenderemos la mecánica del trabajo de cimentación de pilotes, comprenderemos todos los pros y contras..

Si está interesado en otros tipos de fundaciones, le sugerimos que estudie nuestros otros artículos sobre este tema:

• Cómo drenar el sitio
• Que tipo de base elegir
• Base de tira. Parte 1: tipos, suelos, diseño, costo
• Base de tira. Parte 2: preparación, señalización, movimiento de tierras, encofrado, refuerzo
• Base de tira. Parte 3: hormigonado, operaciones finales
• Base de tira. Parte 4: montaje de estructuras de bloques de hormigón
• Fundación de columna
• Fundación de losa

La gran migración de personas, atraídas por la naturaleza, está siguiendo su curso: la construcción suburbana está experimentando un verdadero auge. Los residentes de las megalópolis desarrollan con confianza y sistemáticamente las áreas suburbanas, construyéndolas cada vez más densamente. Desafortunadamente, no siempre obtenemos un sitio que nos gusta con una topografía aceptable y suelos «buenos». Resulta que todas las golosinas ya pertenecen a alguien, o no hay necesidad de esperar estabilidad de la tierra en esta área: turba, flotadores o, lo que es peor, algún tipo de permafrost. Pero, por supuesto, siempre hay una salida, en este caso, las tecnologías de construcción civil industrial y de varios pisos vinieron al rescate: se trata de cimientos de pilotes, que se utilizan cada vez más en la construcción de casas privadas..

Características del uso de cimientos de pilotes.

La idea de instalar estructuras sobre pilotes no es nueva, la tecnología es conocida por la gente desde hace varios siglos, pero entró en una nueva etapa de desarrollo en la segunda mitad del siglo XIX, cuando en lugar de estanterías de madera, comenzaron a utilizar estructuras hincadas, apisonadas y atornilladas hechas de una combinación de acero y hormigón. La base de pilotes tiene su propia especialización clara, sería incorrecto hablar de sus ventajas sobre otras opciones para organizar la base de la casa y compararlas de acuerdo con las características. En las condiciones para las que se desarrolló, la base de pilotes no tiene competidores, no se puede reemplazar de manera confiable con otra estructura. Los pilotes se pueden utilizar en cualquier tipo de suelo, excepto, quizás, rocas y cimientos con movimientos horizontales muy fuertes, sin embargo, es tecnológicamente y económicamente factible utilizarlos:

• para la construcción de edificios en áreas con alto nivel de agua subterránea;
• donde las capas superiores de la base natural se caracterizan por una capacidad de carga débil (turberas, flotadores), mientras que los suelos densos se encuentran bastante profundos;
• a gran profundidad de congelación (latitudes septentrionales, permafrost);
• en pendientes pronunciadas;
• si la masa del edificio es demasiado grande (por ejemplo, edificios de varios pisos hechos de materiales pesados).

Si hablamos de las características tecnológicas y funcionales de las cimentaciones de pilotes, entonces podemos formular los siguientes puntos, muchos de los cuales lógicamente se siguen uno al otro:

1. Versatilidad y variabilidad (una gran cantidad de soluciones técnicas, siempre hay una opción para cualquier condición).
2. Gran capacidad de carga.
3. Prácticamente no se necesita mano de obra (la mecanización completa de los procesos es aceptable).
4. Industrialización (es posible utilizar elementos que se fabrican íntegramente en fábrica, se minimiza el «factor humano»).
5. Alta velocidad de construcción.
6. La capacidad de construir en cualquier época del año..
7. Ausencia total o minimización de movimientos de tierra.
8. durabilidad (especialmente aplicable a estructuras de hormigón armado).
9. rentabilidad relativa (bajo consumo de material – menor consumo de hormigón, no es necesario retirar y transportar grandes masas de tierra).

El principio de funcionamiento y construcción de la base de pilotes.

Una base de pilotes es un grupo de pilotes ubicados debajo de todo el edificio en forma de «campo de pilotes», o debajo de elementos de construcción específicos (filas, «arbustos», uno por uno).

En la mayoría de los casos, en la parte superior, los pilotes se combinan en un solo sistema utilizando una rejilla: un conjunto de vigas (barras transversales), una celosía (marco) o una losa sólida. Además de estabilizar los pilares de los cimientos individuales, la rejilla está diseñada para distribuir uniformemente las cargas del edificio, por lo que es un elemento portante. Dependiendo de si descansa en el suelo (quizás incluso enterrado), o si existe un hueco entre la superficie y la viga / losa, la rejilla se divide en: baja y alta. Una rejilla baja también puede participar en la transferencia de presión al suelo (aunque en pequeña medida), pero está sujeta a fuerzas de levantamiento y no se puede utilizar en suelos que son peligrosos en este sentido, o se colocan cojines complejos debajo de ella. Una rejilla alta no participa directamente en la interacción suelo / edificio, por lo tanto, no es expulsada por los suelos en expansión y no se mueve «para romperse» en relación con los pilotes. No se puede decir que la rejilla sea parte integral de la cimentación del pilote, ya que existen estructuras con cabezas individuales para cada pilote..

Cualquier pilote es un elemento largo en forma de varilla (a veces con extensiones en varias partes), a través del talón y la superficie lateral del cual las cargas de la parte aérea de la casa se transfieren al suelo. Por supuesto, aquí puede dibujar un cierto paralelo con los postes de la base columnar, solo los pilotes se colocan un orden de magnitud más profundo, y debido a su longitud (léase: el área total grande de las superficies laterales) actúan sobre la base, utilizando también una fuerza de fricción significativa.

Es interesante que los pilotes se instalan no solo estrictamente verticalmente, algunos de ellos pueden ubicarse en ciertos ángulos con el eje de la plomada, lo que permite aumentar la rigidez espacial de toda la cimentación, ya que algunos de sus elementos funcionan de diferentes formas en compresión, flexión, estiramiento. Según la mecánica de interacción con los suelos, las pilas se dividen en:

• bastidores: corte a través de capas inestables y con el fondo descansando sobre una capa densa, de baja compresión con buena capacidad de carga (grava, rocas);
• fricción (pilas de fricción, colgantes): cuando se introducen, compactan el suelo en el área de trabajo y transfieren la carga a una base débil solo debido a las fuerzas de fricción, el efecto de soporte del extremo inferior de la pila es insignificante.

Las pilas se profundizan de varias maneras, por lo tanto, de acuerdo con la tecnología de inmersión en el suelo, las pilas se dividen en varias clases, que pueden cubrir, por así decirlo, el principal surtido de elección en ingeniería civil:

1. Pilotes impulsados: elementos listos para usar que se instalan en una base natural sin excavación, presionándolos, vibrando, martillando.
2. Los pilotes hincados se hacen en el sitio de construcción llenando el pozo con concreto. El pozo se puede perforar o extraer (desplazamiento y compactación).
3. Las pilas de tornillos son tubos de acero con cuchillas en la parte inferior. Se atornillan al suelo, después de lo cual se rellenan desde el interior con una mezcla de hormigón..
4. Pilares: los productos terminados se sumergen en un pozo perforado.
5. Pilotes de soporte: los productos terminados se instalan en la parte inferior de las excavaciones, en fosas o zanjas, y luego se fijan con relleno.
6. Los pilotes de inyección se obtienen bombeando hormigón de grano fino al suelo a alta presión..
7. Las pilas de cajones (sumergidas, bien) se hunden en la base por su propio peso o con el uso de carga adicional. Paralelamente a la inmersión, el suelo se selecciona desde el interior de la cáscara..

Algunos métodos de hincado de pilotes implican el uso de diferentes tipos de conchas que pueden cumplir una función específica. Entonces, para pilotes perforados poco profundos, se utilizan activamente tuberías no recuperables hechas de material para techos, que son tanto la impermeabilización de la parte subterránea como el encofrado en la parte superior. En la tecnología de tubería móvil verticalmente, la carcasa actúa como un encofrado, se retira del corte en paralelo con el trabajo monolítico. Los tubos de hormigón y pilotes tienen una carcasa que realiza una función de carga. La mayoría de los ejes de pilotes no están equipados con revestimientos; tenemos contacto directo «hormigón / suelo».

Para la fabricación de pilotes se utilizan los materiales más tradicionales:

1. Los pilotes de madera fueron de los primeros que se utilizaron, y hay que decir que tuvieron bastante éxito. Por ejemplo, en la construcción de soportes de puentes en San Petersburgo, se utilizaron troncos de coníferas con un diámetro de 20 a 40 cm, algunos de los cuales se han conservado bien hasta nuestro tiempo. En suelos secos, los pilotes de madera normalmente pueden realizar su función durante mucho tiempo, especialmente con nuevos tipos de procesamiento, pero, por supuesto, no pueden competir en durabilidad con los productos de hormigón armado..
2. Los pilotes de hormigón armado son los más populares en este momento. Estos son productos terminados de 3 a 12 metros de longitud, la mayoría de las veces tienen una sección cuadrada sólida (de 20×20 a 40×40 cm), aunque hay otras opciones: redondas, prismáticas, triangulares, complejas. La jaula de refuerzo para el producto de hormigón terminado es necesaria principalmente para soportar cargas de flexión, pero para la inmersión impulsada, el metal también ayuda a soportar cargas de choque, por lo tanto, se aumenta la cantidad de refuerzo estructural transversal en los extremos del pilote..
3. Los pilotes de hormigón no tienen refuerzo de cuerpo completo, pero se aplican marcos de acero en la parte superior.
4. Las pilas de hormigón de escombros pueden contener en su masa hasta un 30% de piedra de escombros.
5. Las pilas de metal son tubos redondos o rectangulares..
6. Las combinaciones de diferentes materiales son bastante comunes, por ejemplo, una tubería de acero de una pila de tornillos se llena con concreto o una punta de metal con cuchillas se coloca en un tronco de madera..

El tipo específico de pila y la tecnología de su inmersión se eligen en función de muchos factores, los principales de los cuales son:

• la masa y estructura del edificio;
• capacidad de carga de cada elemento de la base del pilote;
• características de la base natural;
• condiciones de trabajo en la obra (alta densidad de edificios, estanqueidad …).

A pesar de que no todos los pilotes enumerados anteriormente se utilizan en la construcción privada, la mayoría de las veces, varias opciones para cimientos de pilotes son adecuadas para resolver un cierto problema, luego se elige el más económicamente rentable de los disponibles. Hablaremos más de ellos..

Construcción de una base de pilotes

La construcción de una cimentación de pilotes comienza con las mismas operaciones preparatorias que al crear cualquier otra. Se despeja la zona de trabajo de vegetación y se quita la capa de césped, se preparan los caminos de acceso, se realizan operaciones de drenaje y desagüe, se importan los materiales en su totalidad y se resuelven otros problemas logísticos. Además, las marcas de los ejes del edificio y la ubicación de cada pozo se toman en la naturaleza. Describimos en detalle la etapa preparatoria del ciclo cero en el artículo “Cimentación en tira. Parte 2: preparación, señalización, movimiento de tierras, encofrado, refuerzo «.

Naturalmente, se llevan a cabo estudios preliminares de ingeniería geológica en el sitio, sobre la base de los cuales se revelan todas las propiedades principales de los suelos disponibles: su composición capa por capa, capacidad de carga (compresibilidad), el grado y naturaleza de la humedad (balance hídrico). Paralelamente a la exploración geológica, se calcula la carga operativa de la parte aérea del edificio, que se aplicará a los suelos..

Se presta especial atención a las condiciones laborales. Los matices como la presencia de otros edificios cercanos que podrían resultar dañados, o el espacio reducido en un sitio de construcción, pueden afectar dramáticamente la elección de una tecnología en particular..

Los datos obtenidos se consideran en un complejo, se convertirán en el punto de partida en el desarrollo del proyecto de cimentación de pilotes. El diseño de la cimentación del pilote constará de los siguientes puntos:

• determinación de la capacidad de carga del suelo y cargas de la estructura;
• selección del tipo (sección, material, construcción) de pilotes;
• elección racional de la tecnología de inmersión (incluidas las características específicas del equipo);
• cálculo del número requerido de pilotes y la naturaleza de su ubicación;
• cálculo de la profundidad de buceo;
• diseño de parrilla (altura / profundidad, material, sección);
• modelado del trabajo de la base, comparando posibles deformaciones con las aceptables;
• justificación económica.

A medida que se desarrollaba la serie de artículos, repetidamente abordamos los problemas del desarrollo de las fundaciones y, cuando era posible, dimos recomendaciones prácticas sobre este tema: “Base de tira. Parte 1: Tipos, suelos, diseño, costo «o en la sección Diseño de la base de la columna de la publicación anterior de la Fundación de la columna. En el caso de las cimentaciones de pilotes, la situación es mucho más complicada, principalmente por el hecho de que, desde que hemos elegido y empezado a calcular los pilotes, significa que por definición estamos ante suelos muy problemáticos y una casa relativamente pesada. Por lo tanto, es mejor confiar la creación de un proyecto de trabajo a organizaciones especializadas en esto, que utilizan programas informáticos de modelado para los cálculos y se guían por los GOST actuales..

Inmersión de pilotes terminados

Ya hemos notado que los pilotes que se fabrican en la fábrica (por regla general, estos son productos de hormigón) y ya están en forma terminada sumergidos en la base se denominan pilotes hincados. Esta versión de la cimentación de pilotes se caracteriza por una mayor capacidad de carga, ya que el suelo cerca del eje está compactado. Un efecto secundario del desplazamiento del suelo puede considerarse el estrés dinámico emergente en la base, como resultado, una serie de restricciones en las condiciones de trabajo. En general, la naturaleza industrial de los pilotes de fábrica (a diferencia de los apisonados) garantiza todo tipo de clima y alta tasa de construcción de cimientos, logística conveniente, baja dependencia de la saturación de agua de los suelos, alta capacidad de carga (debido a la compactación) y bajo consumo de material..

El proceso de hincar pilotes en el suelo se lleva a cabo utilizando martillos masivos (la masa de la parte de golpe es de 1,5 a 9 toneladas) instalados en vehículos pesados ​​autopropulsados. Se utilizan habitualmente excavadoras hidráulicas y de cable, grúas sobre orugas, que tienen un mástil de guía rotativo y un martillo diésel, mecánico o hidráulico que se desplaza a lo largo de él. Martillos vibratorios y martillos vibratorios, las instalaciones de prensado también se pueden utilizar como equipo de pilotaje..

El ciclo de hincado del pilote hincado se ve así: la máquina agarra el pilote y lo tira hacia arriba – el pilote se eleva y se introduce en el marco de copra – la parte de impacto del martillo actúa sobre el producto y lo clava en el suelo. Hay varias formas de influir.

Si se usa un martillo diesel, entonces el trabajo principal se lleva a cabo cíclicamente, de acuerdo con el principio del motor de combustión interna (el percutor se deja caer desde una altura, la mezcla de combustible se enciende, el martillo se levanta debido al retroceso).

La bajada y elevación de la parte de trabajo del martillo hidráulico se produce debido a la hidráulica: no hay caída ni retroceso, lo que permite un ajuste fino de la frecuencia y la fuerza motriz..

Los vibradores pesados ​​se fijan en la cabeza del pilote y le transmiten vibraciones dirigidas a lo largo del eje de su tronco. El trabajo de los equipos vibrantes se realiza mediante una estación hidráulica o un motor eléctrico con un mecanismo excéntrico..

En el diseño de las prensas SVU, los elementos principales son: cilindros hidráulicos de carrera de trabajo y carrera de retroceso, así como un bastidor de carga para colgar la carga del ancla. El principio de funcionamiento de tales instalaciones es la aplicación de presión estática constante..

El hincado de pilotes de impacto se considera legítimamente el método de hincado más rápido y económico (desde unos 300 rublos por metro lineal), sin embargo, va acompañado de un nivel significativo de ruido y vibración del suelo, por lo que no se puede utilizar en edificios densos o, por ejemplo, en zonas de deslizamientos de tierra. Otro punto importante: necesita un sitio bastante grande (aproximadamente 15×35 metros).

La profundización de pilotes por hendidura se utiliza si el sitio de construcción está ubicado en la parte histórica de la ciudad, cerca de edificios en ruinas o de emergencia, sobre suelos en movimiento. La ventaja indudable de la sangría es la alta precisión de hincar el pilote, mantener la integridad de su cabeza, la capacidad de medir la capacidad de carga de cada elemento de cimentación en tiempo real, compacidad (puede trabajar en condiciones de hacinamiento, un sitio que mide 10×10 metros, hasta la estructura más cercana, desde 1 metro). Los pilotes de esquina y laterales también se pueden introducir presionando. Esta tecnología es algo más cara, aproximadamente, de 800 rublos por metro lineal..

Examinamos los principios de la inmersión de potencia de la pila terminada; esta es, por así decirlo, la acción principal. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que antes del inicio de la inmersión masiva de los pozos, se instalan pilas de prueba en el sitio, que, después de mantenerse durante varios días (de 1 a 10, según las características del suelo), se someten a pruebas experimentales. El pilote se golpea con un martillo (método dinámico) o se carga de forma escalonada (método estático), después de lo cual se mide el asentamiento. El propósito de esta etapa es determinar la capacidad de carga real de cada elemento de la base del pilote. Con base en los resultados obtenidos, se confirman los cálculos de diseño o se ajusta la longitud, sección, cantidad y sistema de ubicación del campo de pilotes..

La perforación líder se puede utilizar para optimizar el proceso de hincado de pilotes terminados. Este procedimiento permite reducir la carga en el suelo, reducir el ruido y las vibraciones, utilizar pozos más largos y pasar capas de arena de más de 2 metros de espesor. Los pozos tienen un diámetro menor que la sección transversal de los productos de hormigón armado, no alcanzan la elevación de diseño del pilote hundiéndose entre 0,5 y 1 metro de profundidad..

Si el pilote se detiene durante la inmersión (el fenómeno se llama «falla»), entonces se elimina el exceso de su parte aérea y la parte enterrada se prueba para verificar que cumpla con la capacidad de carga de diseño. Si se obtienen resultados insatisfactorios, se instala una pila duplicada adicional cerca.

Después de crear el campo de pilotes, el hormigón de todos los pilotes se corta a la misma altura, los elementos de la jaula de refuerzo se pueden guardar y plegar para su ligadura con la estructura de rejilla..

Al elegir una organización para la construcción de una base de pilotes, es imperativo tener en cuenta las características del equipo del contratista: peso (presión específica del chasis en la base), características del martillo.

Fabricación de pilotes apisonados

Los pilotes apisonados están hechos de hormigón directamente en el sitio de construcción. Dichos cimientos son más difíciles de fabricar y más costosos (de 23,000 rublos por metro cúbico); durante la construcción, dependen en gran medida de las condiciones climáticas y el equilibrio hídrico del suelo. La ventaja de las pilas monolíticas puede considerarse la posibilidad de construcción cerca de los edificios, así como en el interior de los edificios (para la reconstrucción, el fortalecimiento de los cimientos). Además, las opciones parecen no utilizar equipos pesados ​​en el sitio; a veces puede hacerlo con un taladro motorizado o incluso manual (si el diámetro de diseño es de hasta 30 cm). Agregamos que al organizar la expansión del talón, es posible aumentar significativamente la capacidad de carga del pilote y la base en su conjunto. En principio, el proceso de erección de una pila aburrida común consta de las siguientes operaciones:

1. Con la ayuda de un tornillo con un pozo, se hacen pozos en el suelo. Hay muchas opciones para producir un pozo mediante un método de percusión: desplazando el suelo mediante apisonamiento vibratorio, martillando en conchas extraíbles / no extraíbles.
2. Se coloca una jaula de refuerzo en el pozo..
3. Con gatos, se introduce un tubo de hormigón en la cavidad, encima del cual se instala un embudo receptor.
4. El hormigón se introduce en el pozo, la tubería se retira a medida que se llena el pozo.
5. El hormigón se compacta mediante compactación mecánica, neumática o hidráulica.
6. Se forma la cabeza de la pila (conductor de inventario).
7. La pila se asienta hasta que la mezcla de hormigón se haya endurecido por completo..
8. Si es necesario, las cabezas de los pilotes se cortan a la altura de diseño..

Para la mayoría de las etapas de la producción de pilotes apisonados, se pueden aplicar SNiP 3.02.01-87 «Estructuras, cimientos y cimientos de tierra» y SNiP 3.03.01-87 «Estructuras de apoyo y cerramiento». Puede encontrar muchas cosas útiles en nuestro artículo «Base de columna», así como «Base de tira. Parte 3: hormigonado, operaciones finales «.

Montones de tornillos

Este tipo de pilote es independiente, ya que es una clase completa en términos de construcción y método de inmersión. El pilote roscado es un tubo de acero (diámetro 50-300 mm, espesor de pared de 3-6 mm, longitud de una sola pieza hasta 12 metros) con un extremo puntiagudo, al cuerpo del cual se suelda una cuchilla especial, y una cabeza de metal al extremo de la parte aérea. Muchos fabricantes recubren sus productos con compuestos anticorrosivos a base de resinas epoxi; declaran que la vida útil de las pilas de tornillos de alta calidad es de «150 años o más»..

Las ventajas tecnológicas y funcionales de las cimentaciones sobre pilotes roscados se consideran:

• alta velocidad de construcción;
• inmersión sin golpes;
• la posibilidad de instalación manual;
• precisión de instalación;
• falta de movimiento de tierras;
• resistencia sísmica;
• alta resistencia a las fuerzas de las heladas (superficie lateral lisa con un área total pequeña).

Los pilotes roscados se montan atornillándolos y no es necesario el uso de una carga adicional de acción vertical. Por tanto, la inmersión de la pila de tornillos se puede realizar con una herramienta motorizada o incluso manualmente. Si es necesario (capas arenosas, mayor profundidad), se puede utilizar la perforación piloto de pozos auxiliares. Al igual que los pilotes hincados, este método de inmersión permite que el suelo se compacte alrededor del eje. Dependiendo del diámetro del producto, área de la hoja, grosor de la pared, cada pila puede soportar una presión de 1 a 30 toneladas..

Los pilotes instalados se vierten desde el interior con hormigón con una resistencia de M300 y superior. Para mejorar la capacidad de carga, la cavidad de una tubería grande se puede reforzar con un marco de acero..

Después de instalar todo el campo de pilotes, los cuerpos de los pilotes de tornillo se cortan en altura, las cabezas del diseño requerido se montan y se sueldan sobre ellos, lo que depende del tipo de rejilla (para una barra o el primer tronco de corona, para un dintel de hormigón armado, para una losa monolítica).

Así es aproximadamente como vemos los cimientos de pilotes modernos. Por supuesto, fue posible describir lejos en todos los tipos de pilas, pero para comprender en qué dirección moverse y, como resultado, tomar la decisión correcta, debe haber suficiente información. A continuación, tenemos una base monolítica de losa..