Pilotes telescópicos

Revista Geotecnia 261 Septiembre-Noviembre 2021

Juan J. Correa Rachó Director de CORR, S.A. Catedrático de la UNAM.

El problema del hundimiento regional en la Zona del Lago de la Ciudad de México ha planteado dificultades importantes para la ingeniería de cimentaciones profundas, desde el punto de vista del diseño y del comportamiento a mediano y largo plazo de las edificaciones. El ingeniero Juan José Correa Rachó desarrolló una solución ingeniosa para este problema, que se implementó en algunos casos en la Ciudad de México. Se reproduce aquí una publicación de 1971, alusiva a este procedimiento.

Antecedentes

Debido al hundimiento general de la Ciudad de México, provocado por el bombeo de los pozos urbanos, el problema de la cimentación de los edificios pesados ha tenido que resolverse en forma más o menos ingeniosa por los técnicos mexicanos, ya que no se pueden adoptar las soluciones empleadas en otros países por las condiciones especiales del subsuelo de la ciudad de México.

La última aportación de la ingeniería de cimentaciones es el pilote telescópico (patentado), el cual está indicado para usarse no sólo en la Ciudad de México, sino en todos aquellos lugares en que exista un problema de hundimiento por consolidación, y que se encuentre un estrato resistente de apoyo a una profundidad económicamente alcanzable por las puntas de los pilotes. Un caso muy común es el de las estructuras proyectadas en zonas de rellenos construidos sobre depósitos compresibles (accesos de puentes, edificios industriales en áreas inundables, estructuras portuarias, etc.) en el que la fricción negativa (aquélla ejercida por el subsuelo al “colgarse” de los pilotes en su movimiento descendente) puede anular gran parte de la capacidad de carga útil de dichos pilotes.

Descripción y funcionamiento

El pilote telescópico está constituido por una sección tubular superior, un relleno de grava interior y una sección inferior, existiendo entre ambas una holgura para permitir el desplazamiento entre ellas (grabado 739-10, figura 1).

La carga P es aplicada en la cabeza de la sección superior, parcialmente transmitida al suelo circundante por fricción positiva c y el remanente es transportado a la sección inferior a través del relleno de grava, el cual desarrolla una fricción ζ contra la superficie interior de la sección tubular superior por arqueo de la grava. La sección inferior se apoya en un estrato firme el cual trabaja con un esfuerzo q, calculado con un factor de seguridad adecuado.

La altura h del relleno de grava se determina bajo la base de que ζ alcanza un valor último y de que el movimiento descendente de la sección superior se produce aproximadamente a la misma velocidad que la de la superficie del suelo. Si el movimiento fuera más lento, debido a una subestimación del valor de ζ ult., la fricción negativa podrá forzar hacia abajo la sección superior incrementando los valores de ζ hasta alcanzar el valor de falla.

La otra posibilidad podría ser cuando ζ ult. sea sobrestimada. Si la cimentación piloteada fuera combinada con una losa parcialmente compensada, lo cual es usual en la Ciudad de México, las presiones verticales netas transmitidas al suelo a través de la losa podrían ser incrementadas y los hundimientos actuales de la cimentación con respecto a la superficie del suelo circundante podrían ser mayores que aquéllos calculados considerando a las secciones superiores como pilotes de fricción. Al cesar este proceso de consolidación, la cimentación tendería a hundirse a la misma velocidad que la del terreno circundante.

De acuerdo con lo anterior, se concluye que es mejor diseñar la altura del relleno de grava con un valor de ζ ligeramente inferior al máximo.

En el grabado 740-10 (figura 2) se presenta una gráfica de la carga total de fricción interior transmitida a la punta de un pilote de 15 cm de radio interior, por un relleno de grava de altura h con un coeficiente de fricción de 0.40 y un peso volumétrico sumergido γ = 0.89 t/m3 (sumergido, ya que el pilote estará con agua en su interior generalmente).

Se observa en esta gráfica que para una carga de 100 t de fricción interior únicamente se necesita una altura de grava de 1.70 m. Como los pilotes de fricción de 50 cm de diámetro exterior trabajan normalmente a unas 60 t en la Ciudad de México y los de punta del mismo diámetro a unas 80 t, los pilotes telescópicos pueden trabajar a unas 140 t en el mismo subsuelo.

El grabado 742-10 (figura 4) da la forma de la gráfica fricción desplazamiento en las pruebas efectuadas.

Procedimiento constructivo

El pilote telescópico es de tipo precolado y puede usarse tanto para construcciones nuevas como para recimentaciones de estructuras que han sufrido un desplome o hundimiento anormal.

En el primer caso el pilote se puede hincar por percusión o a presión, y en el segundo a presión únicamente.

En el grabado 743-11 (figura 5) se ilustra el procedimiento de construcción por percusión: primeramente se acopla el primer tramo de la sección tubular con la inferior, y se procede al hincado de ambas en la forma habitual, y ya agotada su longitud, se conecta el segundo tramo de la sección tubular mediante soldadura (para lo cual los bordes de contacto cuentan con placas debidamente ancladas). Se continúa con el hincado hasta que el borde inferior de la sección tubular se encuentra a la distancia prevista con respecto del manto resistente, tras de lo cual y mediante un seguidor se hunde la sección maciza en dicho manto, y finalmente se deposita y vibra el espesor de grava especificado. La distancia entre el borde inferior de la sección tubular y el manto resistente se puede calcular conociendo las velocidades de hundimiento de la superficie del terreno y de dicho manto, y previendo una vida útil de la estructura de unos 60 años, al término de los cuales los pilotes trabajarán por punta y fricción negativa si el proceso de consolidación no ha concluido.

Ventajas

Las ventajas de este tipo de pilote sobre los convencionales o especiales de punta o de fricción son las siguientes:

  • Mayor capacidad de carga. Entre 150 y 250% para las condiciones de la Ciudad de México.
  • No hay que hacer reducciones de carga útil debido a la fricción negativa, como en el caso de pilotes de punta.
  • Los edificios no emergen con respecto al terreno circundante, como en el caso de cimentaciones con pilotes de punta.
  • Usados en cimentaciones parcialmente compensadas se tienen menores hundimientos que cuando se usan pilotes de fricción, siempre y cuando la profundidad de desplante, las cargas y las áreas de cimentación sean iguales. Para obtener el mismo hundimiento de una cimentación parcialmente compensada con pilotes de fricción, se necesita menor profundidad de desplante con pilotes telescópicos.
  • En el caso de cimentaciones parcialmente compensadas con carga excéntrica se pueden obtener hundimientos uniformes sin aumentar la profundidad de desplante en las zonas más cargadas, colocar rellenos en las áreas de poca carga, construir juntas entre cuerpos de diferentes cargas o proyectar voladizos, como en el caso de pilotes de fricción.
  • No requieren conservación

Este texto fue tomado del libro de Ricardo Lasso Herrera Actualidades de construcción, 1971.