control de calidad y seguridad pilotes de concreto

CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO CAPITULO V

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CAPITULO V: CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO.

5.1 CONTROL DE CALIDAD

La calidad del proceso constructivo y la calidad de materiales, deben estar sujetos a un control; esta actividad se realizará bajo el cargo del constructor quien deberá hacer que se cumpla.

La calidad es un conjunto de propiedades y características de un producto o servicio que le dan la aptitud de satisfacer los requisitos expresados o tácitos, por lo tanto, el control de la calidad estará basado en las normas, reglamentos y documentos aplicables al contrato así como a las especificaciones propias del mismo.

Dentro de las normas aplicables en nuestro país para el control de calidad tenemos: ASTM (American Society for Testing and Materials), ACI (American Concrete Institute), AWS (American Welding Society), API (American Petroleum Institute), NOM (Norma Oficial Mexicana) y otras.

Para garantizar el control de calidad, es necesario que el constructor destine los recursos básicos, que garanticen los procedimientos constructivos ideales, además, se deben tener los recursos para realizar ensayos respectivos.

El responsable del control de calidad, deberá poseer experiencia en dicha rama. En proyectos de gran magnitud, se necesita una cuadrilla topográfica, inspectores y laboratoristas de suelos entre otros; este personal se encarga de verificar las condiciones necesarias para la recepción y conformidad de la obra ejecutada.


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A continuación se describirán las características de los materiales comúnmente empleados en la construcción de pilotes, así como las exigencias que se requieren para el control de calidad del material y del producto terminado.

5.1.1 Acero de refuerzo

El acero de refuerzo debe satisfacer los requisitos de calidad establecidos en la norma ASTM A615 para el tipo lingote, para varillas lisas, varillas corrugadas, que se emplean para el refuerzo del concreto, además de la prueba de doblado establecida en la misma y por consiguiente, cumplir con las características físicas y químicas que se establecen en dichas normas. Entre otras normativas que establecen requisitos para el acero de refuerzo están ASTM A 370‐97a, que establece los métodos estándares de experimentación mecánica del acero; ASTM 510‐96 específica los requisitos generales de las barras de acero al carbono y ASTM A 617 describe las especificaciones en barras aceradas para el concreto de refuerzo.

a) Características Físicas:

Se refieren a la resistencia a la tensión, al diámetro, peso unitario, dimensiones y espaciamiento de las corrugaciones, y el doblado.

Las varillas de esta norma se clasifican, conforme a su límite de fluencia mínimo, en dos grados: 40 y 60. 9(ver tabla 5.1)

Tabla 5.1: Clasificación del Acero

Grado Fy

40 2800

60 4200 fy = Límite de fluencia


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En la tabla 5.2 se presenta el número de designación, masas, dimensiones nominales y requisitos de corrugación para refuerzo de concreto según lo establecido por la norma ASTM 615.

Tabla 5.2: Número de designación para barras corrugadas, pesos nominales, dimensiones nominales y requisitos de corrugado, según norma ASTM – A 615

N° de designación de barra

Peso Nominal Kg/m

Dimensiones nominales Requisitos de corrugado en mm

Diámetromm

Área de la Sección

Transversalcm

Perímetroen mm

Espaciamiento Promedio máximo

Altura Promedio Mínima

Garganta Máxima en 12.5%

del perímetro Nominal

3 0.560 0.952 0.71 29.9 6.7 0.38 3.5

4 0.994 1.270 1.29 39.9 8.9 0.51 4.9

5 1.552 1.588 2.00 49.9 11.1 0.71 6.1

6 2.235 1.905 2.84 59.9 13.3 0.96 7.3

7 3.012 2.222 3.87 69.9 15.5 1.11 8.5

8 3.973 2.540 5.10 79.9 17.8 1.27 9.7

9 5.059 2.865 6.45 90 20.1 1.42 10.9

10 6.403 3.226 8.19 101.4 22.6 1.62 11.4

11 7.900 3.581 10.06 112.5 25.1 1.80 13.6

14 11.381 4.300 14.52 135.1 30.1 2.16 16.5

18 20.238 5.733 25.81 180.1 40.1 2.59 21.9

En la tabla 5.3 se presentan los valores mínimos de resistencia a fluencia, así como los valores de máxima resistencia a la tensión para varillas de grado 40 y 60, como también los porcentajes mínimos de elongación.


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Tabla 5.3: Requisitos de tensión, fluencia y elongación según norma ASTM – A 615

Grado 40 Grado 60 Máxima resistencia a la tensión valor mínimo PSI (MPa)

70, 000 483

90, 000 621

Limite de fluencia mínimo PSI (Mpa)

40, 000 276

60, 000 414

Elongación en 8 pulgadas % mínimo 3 11 9 4, 5, 6 12 9

7 11 8 8 10 8 9 9 7 10 8 7 11 7 7 14 ‐ 7

En lo que respecta al doblado de las varillas, la norma ASTM A 615 establece los requerimientos para el ensayo de las mismas, las cuales se detallan en la tabla 5.4

Tabla 5.4: Especificaciones del diámetro del pin para el ensayo de doblado, según norma ASTM – A 615

Número de designación de barra Diámetro del vástago para ensayo

de doblado Grado 40 Grado 60

3, 4, 5 4d* 4d*

6 5d* 5d*

7, 8 5d* 6d*

9, 10, 11 5d* 8d* * d = diámetro de la varilla

Las muestras deben doblarse alrededor de un vástago, sin agrietarse en la parte exterior de la zona doblada. La prueba debe realizarse a temperatura ambiente y en ningún caso a menos de 16 grados centígrados.


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b) Características Químicas:

Deberá verificarse que en análisis de la colada el contenido de fósforo no exceda de 0.05% y que en el análisis del producto terminado no exceda de 0.0625%.

c) Muestreo:

Para los ensayos de tensión, doblado y determinación de las características dimensionales y de la corrugación, se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada 10 ton. ó fracción, ó por cada embarque o entrega, lo que sea menor. Para el análisis químico de la colada y del producto terminado se debe tomar una muestra de la colada durante el vaciado y en varillas representativas de dicha colada, respectivamente.

5.1.2 Soldadura

Cuando se utiliza acero de refuerzo mayores de 1” no se deben traslapar, sino que se debe soldarse a tope o unirse mediante un dispositivo roscado, tipo Dividag o similares.

Dentro de algunas normativas que rigen el control de calidad están: El código estructural de soldadura de concreto reforzado (ANSI/AWS/D 1.4‐98); ASTM E 94‐93 menciona prácticas recomendadas para la experimentación de radiografías en soldaduras; ASTM E 142‐92; describe métodos para el control de calidad en las radiografías; ACI 439.3R‐91 especifica las conexiones mecánicas para las barras de acero de refuerzo.

Antes del inicio de la soldadura se debe calificar al soldador en la posición y tipo de soldadura a realizar. La calificación se realiza mediante un inspector calificado quien dictaminará si el soldador es aceptado o rechazado.


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En las soldaduras de acero de refuerzo es necesario realizar radiografías para verificar la calidad de la soldadura, determinando si hay vacíos o si dicha actividad ha generado destrucción en el acero de refuerzo.

5.1.3 Agua

El agua para la fabricación de los lodos de perforación y del concreto deberá ser limpia, fresca y libre de materia orgánica e inorgánica, ácidos y álcalis, en suspensión o solución, y de cualquier sustancia que pueda causar efectos deletéreos en el concreto, en cantidad tal que puedan afectar la calidad y durabilidad del lodo de perforación o del concreto. Se podrá obtener de fuentes públicas o de pozos, pero no de las excavaciones.

Entre algunas normas que establecen requisito de control de calidad están:

NOM‐C‐122‐1982: “Industria para la Construcción‐ Agua para concreto” y la norma ASTM 685‐ 98a entre otras.

No deberá utilizarse agua no potable para elaborar concreto, a menos que se cumpla con las siguientes condiciones:

• Selección de las proporciones del concreto debe basarse en mezclas de concreto utilizados de las mismas fuentes.

• Los cubos de mortero para pruebas, hechos con agua no potable, no deben tener resistencias que varíen a los 7 y 28 días, en más de un 10% de la resistencia de muestras similares hechas con agua potable o destilada. La comparación de muestras idénticas, excepto por el agua de mezclado, elaborados y probados de acuerdo con la norma ASTM C‐109 “Método de prueba para esfuerzos de compresión de morteros de cemento hidráulico”.


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En la tabla 5.5 se presentan valores que establecen los límites permisibles de sales e impurezas que deben contener el agua necesaria para la elaboración de lodos de perforación y el concreto.

Tabla 5.5: Valores característicos y límites máximos tolerables de sales e impurezas para Aguas no Potables. 31

Impurezas Límites en ppm

Cemento rico en calcio

Cemento sulfato resistente

Sólidos en suspensión: En aguas naturales (limos y arcillas) En aguas recicladas (finos de cemento y agregados)

2000 50000

2000 35000

Cloruros, como CL* Para otros concretos reforzados en ambiente húmedo o en contacto con metales, como aluminio, hierro galvanizado y otros similares**

700 1000

Sulfatos, como SO4 * 3000 3500 Magnesio, como Mg++* 100 150 Carbonatos, como CO2 600 600 Dióxido de carbono, disuelto como CO2 5 3 Álcalis totales, como Na+ 300 450 Total de impurezas en solución 3500 4000 Grasa y aceites 0 0 Materia orgánica (oxigeno consumido en medio ácido)

150 150

Valor del PH No menos de 6 No menor de 6.5

* Las aguas que excedan los límites enlistados para cloruros, sulfatos y magnesio, podrán emplearse si se demuestra que la concentración calculada de estos compuestos en el agua total de la mezcla, incluyendo el agua de absorción de los agregados u otros orígenes, no excede dichos límites.

** Cuando se use cloruro de calcio (CaCl2) como aditivo acelerante, la cantidad de este deberá tomarse en cuenta para no exceder el límite de cloruros que se muestran en la tabla.

31 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas; Norma Mexicana NOM‐122‐1982 Y ASTM C‐94.


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5.1.4 Agregado fino

Se denomina agregado fino a la arena que pasa por la malla 9.52 mm. (3/8”) y se retiene en la malla 0.15 mm. (# 100), puede estar formado por material natural, natural procesado, una combinación de ambos o artificial.

Las normas que rigen en nuestro medio la calidad de los agregados finos son: ASTM C – 33 y ASTM C – 136.

a) Granulometría

En la norma ASTM C‐33 se describe los requisitos granulométricos del agregado fino. La granulometría se determina mediante mallas que retienen la arena, en la tabla 5.6 se detallan los porcentajes de arena que se retienen en las mallas basadas en la Norma Mexicana (NOM‐C‐111‐1992).

Tabla 5.6: Requisitos granulométricos del agregado fino basados en la norma ASTM C – 33

Malla Material retenido *

% 9.5 mm (3/8”) 0 4.75 mm (N° 4) 0 – 5 2.36 mm (N° 8) 0 – 20 1.18 mm (N° 16) 15 – 50 0.60 mm (N° 30) 40 – 75 0.30 mm (N° 50) 70 – 90 0.15 mm (N° 100) 90 – 98

* Acumulado en masa


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♦ Requisitos de la granulometría

1) El módulo de finura debe estar comprendido entre 2.30 y 3.10, con una tolerancia de +/‐ 0.20, con respecto al valor del módulo de finura empleado en el diseño del proporcionamiento del concreto.

2) El retenido parcial de la masa total en cualquier malla no debe ser mayor de 45%. Pueden aumentarse los porcentajes del retenido acumulado de la masa ensayada en la malla MO.300 (No 50) y MO.150 (No 100) a 95 y 100%, respectivamente, siempre y cuando el contenido de cemento sea mayor de 250 kg/m³ (2452 N/m³) para concreto con aire incluido, o mayor de 300 kg/m³ (2943 N/m³) para concreto sin aire incluido, o bien, supliendo las diferencias del material que pase por esta malla, mediante la adición de un material finamente molido y aprobado.

NOTA: Se considera concreto con aire incluido, aquel que tiene un contenido de aire mayor de 3% fabricado con un cemento o aditivo inclusor de aire.

3) En el caso de que los agregados que pretendan emplearse, no cumplan con las tolerancias indicadas en los incisos anteriores, pueden usarse siempre y cuando se tengan antecedentes de comportamiento aceptables, en el concreto elaborado con ellos, o bien, que los resultados de las pruebas realizadas a estos concretos sean satisfactorias, en este caso, los agregados se pueden usar siempre que se haga el ajuste apropiado al proporcionamiento del concreto, para compensar las diferencias en la granulometría.


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b) Sustancias Nocivas

Los agregados finos, pueden contener sustancias o elementos nocivos que perjudican la trabajabilidad del concreto. Sin embargo, existen rangos permisibles del contenido de sustancias nocivas en los agregados finos. (Ver tabla 5.7).

Tabla 5.7: Límites máximos de sustancias nocivas en agregados finos32

Concepto Material retenido* Grumos de arcillas y partículas deleznables 0.3

Carbón y lignito: En concreto aparente 0.5 En otros concretos 1.0

Materiales finos que pasan la malla N° 200 en concreto: Sujeto a abrasión 3.0** En otros concretos 5.0**

Partículas de baja gravedad específica 1.0* * En masa de la muestra total, en % ** En el caso de material fino que pasa la malla N° 200, si este es producto de la desintegración de rocas, los porcentajes límites se incrementan a 5 y 7%, respectivamente. Los materiales que rebasen estos límites deben estar sujetos a la aprobación del usuario.

5.1.5 Agregado grueso

Se denomina agregado grueso a la grava, que es retenido en la malla 4.76mm (N° 4), generalmente está constituido por cantos rodados, triturados o procesados, rocas trituradas, escoria de alto horno, escorias volcánicas, concreto reciclado o una combinación de ellos u otros.

32 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


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a) Granulometría

Al igual que en agregados finos, los agregados gruesos varía su granulometría basada en la norma ASTM C – 33 (tabla 2 de dicha norma). En pilas y pilotes el agregado máximo usual es de 19 mm. (¾”). En la tabla 5.8 se dan los requisitos granulométricos para gravas desde 25 mm. (1”) hasta 9.5 (3/8”).

Tabla 5.8: Requisitos Granulométricos para el agregado grueso basados en la norma ASTM C‐33. Tamaño nominal (mm)

37.5 (1 ½”)

25.0 (1”)

19.0 (3/4”)

12.5 (1/2”)

9.5 (3/8”)

4.75 (No.4)

2.36 (No.8)

1.18 (No.16)

25.0 a 12.5 100 90 a 100 20 a 55 0 a 10 0 a 5 ‐ ‐ ‐25.0 a 9.5 100 90 a 100 40 a 85 10 a 40 0 a 15 0 a 5 ‐ ‐25.0 a 4.75 100 95 a 100 ‐ 25 a 60 ‐ 0 a 10 0 a 5 ‐19.0 a 9.5 ‐ 100 90 a 100 20 a 65 0 a 15 0 a 5 ‐ ‐19.9 a 4.75 ‐ 100 90 a 100 ‐ 20 a 55 0 a 10 0 a 5 ‐12.5 a 4.75 ‐ ‐ 100 90 a 100 40 a 70 0 a 15 0 a 5 ‐9.5 a 2.36 ‐ ‐ ‐ 100 85 a 100 10 a 30 0 a 10 0 a 5

Cuando se tengan agregados gruesos fuera de los límites antes indicados, deberán procesarse para que satisfagan dichos límites. En el caso de aceptar que lo agregados no cumplan dichos límites, deberá ajustarse el proporcionamiento del concreto para compensar las deficiencias granulométricas; por lo tanto, deberá demostrarse que el concreto fabricado tiene un comportamiento adecuado.

La normativa que rige el empleo de los agregados en las mezclas de concreto es la norma ASTM C 33.


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b) Sustancias Nocivas

En los agregados gruesos los límites de contenido de sustancias nocivas, no deben perjudicar comportamiento satisfactorio del concreto. En aquellos casos que no se tengan los agregados de la calidad indicada, se pueden someter a métodos de limpieza de manera que puedan cumplir con los requisitos establecidos en la tabla 5.9.

Tabla 5.9: Límites máximos de contaminación y requisitos físicos de calidad del agregado grueso en porcentaje33

Elementos A B C D E F

G Sulfato de

sodio

Sulfato de magnesio

Región de intemperismo moderado No expuestos a la intemperie: zapatas de cimentación, columnas, vigas y pisos interiores con recubrimiento.

10.0

‐

‐

2.0

1.0

50

‐

‐

Pisos interiores, sin recubrimiento 5.0 ‐ ‐ 2.0 1.0 50 ‐ ‐ Expuestos a la intemperie: muros de cimentaciones, muros de retención, pilas, muelles y vigas.

5.0

6.0*

8.0

2.0

0.5

50

12

18

Sujetos a exposición frecuente de humedad: pavimentos, losas de puentes, andadores, patios, pisos de entrada y estructuras marítimas.

4.0

5.0

6.0

2.0

0.5

50

12

18

Expuestos a la intemperie concretos arquitectónicos.

2.0

3.0

4.0**

2.0

0.5

50

12

18

Región de intemperismo apreciable Losas sujetas a tráfico abrasivo: losas de puentes, pisos, andenes y pavimentos: Concreto arquitectónico. Otras clases de concretos.

4.08.0

‐ ‐

‐ ‐

2.02.0

0.51.0

50 50

‐ ‐

‐ ‐



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A. Total de terrones de arcilla y partículas deleznables. B. Partículas de roca sílice con masa específica menor de 2.4. C. Suma de los conceptos anteriores. D. Material fino que pasa la malla No.200. E. Carbón y lignito. F. Pérdida por abrasión. G. Pérdida en la prueba de sanidad (intemperismo acelerado).

* Esta limitación se aplica a materiales donde la roca sílice alterada se encuentra como impureza, no es

aplicable al agregado grueso que es predominantemente de sílice alterada. La limitación del uso de tales agregados se basa en el antecedente de servicio en donde se empleen tales materiales. ** En el caso de agregados triturados, si el material que pasa por la malla No.200 es del producto de la pulverización de rocas exentas de arcilla y/o pizarras, este límite puede incrementarse a 3%.

c) Coeficiente volumétrico

El agregado grueso debe tener un coeficiente volumétrico no menor de 0.15, conforme al método de prueba de la norma NOM C – 164.

5.1.6 Cemento

a) Tipos de cemento

La norma ASTM C–150‐98 establece cinco tipos de cementos. Además la norma ASTM C‐595: “Especificaciones estándar para cementos hidráulicos mezclados”; ASTM C‐845: “Especificaciones estándar para cementos hidráulicos expansivos”.

En la tabla 5.10 se presenta un resumen de los tipos de cemento y sus usos.


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Tabla 5.10: Tipos de cementos según la norma ASTM y la norma canadiense CSA34

Tipos de cemento Descripción y aplicaciones

Tipo I o normal Este tipo es para uso general. Entre sus usos se incluyen pavimentos y aceras, edificios de concreto reforzado, puentes, etc.

Tipo II o moderado

Se usa cuando sean necesarias precauciones contra el ataque moderado por los sulfatos, como en las estructuras de drenaje, donde las concentraciones de sulfatos en las aguas subterráneas sean algo más elevadas que lo normal, pero no muy graves.

Tipo III o de rápido endurecimiento

Este tipo de cemento permite obtener con rapidez elevadas resistencias, usualmente en una semana o menos. Se usa cuando se tienen que retirar los moldes lo más pronto posible, o cuando la estructura se debe poner en servicio rápidamente.

Tipo IV o de bajo calor de hidratación

Es para usarse donde el grado y la cantidad de calor generado se debe reducir al mínimo.

Tipo V o resistente a los sulfatos. Este tipo de cemento se usa solamente en concreto sujeto al efecto intenso de los sulfatos.

En la tabla 5.11 se detallan otros tipos de cemento Portland con características especiales.

Tabla 5.11: Cemento Portland con características especiales35 Tipo de cemento Características

Cemento con inclusores de aire

En la especificación ASTM C 175 se incluyen los tres tipos de cemento con inclusores de aire, con los nombres de tipos IA, IIA, y IIIA. Corresponden en composición a los tipos I, II y III, respectivamente de la especificación ASTM C 150; sin embargo, tienen pequeñas cantidades de materiales inclusores de aire mezclados con la escoria durante la manufactura.

34 Fuente: Norma ASTM C‐150

35 Fuente: Ídem anterior


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Cemento Portland blanco

El cemento blanco se fabrica de acuerdo a las especificaciones ASTM C 150 y C 175, la diferencia principal entre el cemento blanco y el gris es su color, y se usa principalmente en elementos arquitectónicos como paneles prefabricados, para fachadas, recubrimientos de terrazos, de estuco, pintura para cemento y para concreto decorativo.

Cemento Portland de escoria de altos hornos

Estos cementos pueden usarse en las construcciones ordinarias de concreto, cuando las propiedades específicas de otros tipos no se requieren. Sin embargo, como condiciones opcionales pueden ser de bajo calor de hidratación (MH), moderada resistencia a los sulfatos (MS), o ambas; el sufijo adecuado puede añadirse a la designación del tipo.

Cementos Portland puzolánicos

Los cementos Portland puzolánicos incluyen cuatro tipos (IP, IP‐A, P y P –A) el segundo y el cuarto contienen un aditivo inclusor de aire, como se especifica en la norma ASTM C 595. Se usan principalmente en estructuras hidráulicas grandes como pilas de puentes y presas.

Cemento para mampostería

Los cementos para mampostería se hacen de acuerdo con los requisitos de las especificaciones ASTM C91 o CSA A8. Son mezclas de cemento Pórtland, aditivos para incluir aire y materiales suplementarios, seleccionados por su facilidad de producir manejabilidad, plasticidad y de retener el agua a los morteros para mampostería.

5.1.7 Aditivos

Es un material diferente del agua, de los agregados y del cemento, que se emplea como complemento del mortero o concreto, y que se agrega a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado, para modificar algunas de las características del concreto. Los aditivos se encuentran en el mercado, algunos pueden ser químicos y otros minerales los requisitos que deben cumplir se establecen en las normas ASTM C 260‐98: “ Especificaciones para mezclas de concreto armado con inclusores de aire; ASTM C 309‐98: “Especificaciones


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estándar para uso de membranas de curado en el concreto”; ASTM C 494‐98a: “Especificaciones estándar para uso aditivos químicos en mezclas de concreto” y ASTM C 618‐99: “Especificaciones estándar para uso de aditivos minerales en las mezclas de concreto”.

a) Inclusores de Aire

Cuando se prevea que los agregados puedan reaccionar con los álcalis del cemento, o que el concreto estará sometido a condiciones climáticas severas y extremas, o a exposición severa en medios de alto contenido de sulfatos, es recomendable la inclusión de aire en el concreto, en determinados porcentajes que dependen del tamaño del agregado que se esté usando en la fabricación del concreto. Este aditivo, generalmente líquido, se incorpora durante el proceso de revoltura mediante el agua de mezclado.

b) Aditivos Minerales

Estos aditivos generalmente se presentan pulverizados, con finura mayor que la del cemento, y sirven para mejorar las propiedades físicas del concreto fresco, especialmente cuando se está usando agregados de granulometría diferente. Estos aditivos se clasifican en tres tipos:

• Los químicamente inertes

• Los puzolánicos

• Los cementantes.

Los químicamente inertes son: la bentonita, la cal hidratada, el talco, los suelos cuarzosos y los suelos calizos.


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Los puzolánicos son: los materiales silíceos o sílico‐alumínicos, que en si no poseen o poseen poco valor cementante, pero que finamente pulverizados y en presencia de la humedad reaccionan con el hidróxido de calcio, a temperaturas normales, formando un compuesto que posee propiedades cementantes.

Entre los puzolánicos se encuentran las ceñosas y vidrios volcánicos, las tierras diatomáceas y algunas lutitas.

Los cementantes: son los cementos naturales, cales hidráulicas, los cementos de escoria (mezclas de escoria de fundición con cal) y escorias de fundición de hierro granulado.

c) Membranas de Curado

La membrana de curado es un líquido que se aplica a la superficie del concreto terminado, con el objeto de evitar la evaporación del agua y así garantizar su presencia para la reacción con la misma. Deben satisfacer los requisitos de la norma ASTM C 309 así como también la norma NOM C 81‐1981.

d) Aditivos químicos

Existe una variedad de aditivos químicos que pueden utilizarse en las mezclas de concreto. El uso de estos aditivos, dependerá de las características que presente el concreto. (Ver tabla5.12).


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Tabla 5.12: Tipos de aditivos químicos36

Tipo Características Observaciones

I Reductores de agua Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada.

II Retardantes de fraguado

Prolonga el tiempo de fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto, sin modificar necesariamente el contenido de agua de la mezcla.

III Acelerantes de fraguado

Recorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de la resistencia del concreto, sin modificar necesariamente la cantidad de agua de la mezcla.

IV Retardantes y reductores de aguaProlonga el tiempo de fraguado y reduce la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada.

V Acelerantes y reductores de agua

Acorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de resistencia del concreto y disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida para producir concreto de una consistencia dada.

VI Súper reductores de agua

Disminuyen la cantidad de agua de mezcla requerida, para producir concreto de una resistencia dada, en una cantidad considerablemente mayor que los reductores de agua normales.

VII Súper reductores de agua y retardantes

Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la cantidad de agua de la mezcla requerida para producir concreto de una resistencia dada, en una magnitud mayor que los retardantes y reductores de agua normales.



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5.1.8 Concreto

El concreto es un material compuesto, formado esencialmente por un medio cementante en el cual están embebidas partículas o fragmentos de agregados y aditivos, si es el caso. En concretos de cemento hidráulico, el cementante, lo forma una mezcla (pasta) de cemento y agua. Para el concreto se tienen las siguientes normas que rigen el control de calidad (ver tabla 5.13).

Tabla 5.13: Normas ASTM y ACI para el control de concreto Norma Descripción

ASTM C 31/C 31M‐98

Prácticas estándar para elaborar y curar especímenes de prueba en campo

ASTM C 33‐99 Especificaciones estándar para agregados del concreto

ASTM C 39‐96 Métodos de prueba estándar para especímenes de concreto sometidos a esfuerzos de compresión

ASTM C 94 M‐99 Especificaciones estándar para la elaboración de concreto mezclado in situ ASTM C 109/C 109 M‐99

Métodos de prueba estándar para morteros de cemento hidráulico sometidos a esfuerzos de compresión

ASTM C 138‐92 Métodos de prueba estándar para unidades de peso, rendimiento y contenido de aire en concreto

ASTM C 143 M‐98

Métodos de prueba estándar para hundimientos de concretos

ASTM C 171‐97ª Especificaciones estándar para materiales de curado en concreto ASTM C 172‐97 Practica estándar para muestreo de mezcla de concreto fresco

ASTM C 173‐94e Pruebas estándar para el contenido de aire en concretos por el método volumétrico

ASTM C 231‐97e Métodos de pruebas estándar para contenidos de aire en concretos por el método de presión

ASTM C 309‐98a Especificaciones estándar para membranas de curado del concreto

ASTM C 617‐98 Práctica estándar para especímenes cilíndricos de concreto en campo

ACI 211.5R‐96 Práctica estándar para la selección de la proporción de concretos normales y pesados.

ACI 214‐89 Prácticas recomendadas por el ACI para evaluación de los resultados de pruebas de esfuerzos hechos a concretos.

ACI 304.11R‐92 Guía para medir, mezclar, transportar y colocar concreto ACI 308 ‐92 Práctica estándar para curado del concreto ACI 309‐1R ‐96 Práctica estándar para la consolidación del concreto ACI 516 R ‐65 Curado a vapor por altas presiones: práctica moderna ACI 517‐2R‐92 Curado acelerado de concretos a presión atmosférica


200

a) Proporcionamiento.

El proporcionamiento de los constituyentes de la mezcla, es decir los materiales usados, deben satisfacer los requisitos de calidad exigidos en las normas respectivas.

b) Fabricación.

La fabricación del concreto debe cumplir con el reglamento ACI 304.11R de acuerdo al tamaño de la obra, el concreto podrá ser fabricado en obra o premezclado en una planta y transportarlo al sitio mediante camiones mezcladores y/o agitadores, de conformidad con las norma ASTM C 94.

c) Colocación.

La colocación deben cumplir con el reglamento ACI 304.1R. La consolidación debe hacerse por vibración, de conformidad con la norma ACI 309.1R, con excepción de las pilas coladas en el lugar, en las que el concreto se coloca con tubería tremie y no requiere vibración.

d) Curado.

El curado consiste en mantener un contenido satisfactorio de humedad y temperatura en el concreto recién colado, para que se puedan desarrollar las propiedades requeridas. Debe efectuarse de conformidad con el reglamento ACI 308.1R y puede efectuarse mediante:

i. Curado con agua:

• Por anegamiento o inmersión.

• Rociado de niebla o aspersión.

• Costales, mantas de algodón y alfombras húmedas.


201

• Tierra húmeda o Arena y aserrín húmedos.

• Paja o henos húmedos.

ii. Materiales selladores:

• Película plástica. La película debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 171.

• Papel impermeable. Debe cumplir con los requisitos que establecen las normas ASTM C 171.

• Membranas de curado. Deben cumplir con las especificaciones de la ASTM C 309.

iii. Curación a vapor:

• A alta presión. Debe cumplir con los requisitos establecidos en el reglamento ACI 516 R.

• A baja presión. Debe cumplir con los requisitos de la norma ACI 517–2R.

e) Ensayes para verificar la calidad del Concreto.

Para el control de calidad del concreto, mediante el muestreo y ensaye de especímenes cilíndricos estándar de 15cm de diámetro por 30.48 cm de altura, se deberán satisfacer con los requisitos de las normas ASTM C 39, C 617, C 143, C31, C 172 Y C 138.

Para la evaluación de los resultados de control de calidad se seguirán los requisitos de la norma ACI 214‐89.


202

5.1.9 Lodos de perforación

En el capitulo anterior se menciono los lodos de perforación, como una técnica que se utilizan para la estabilización de las paredes de perforación, enfriar las herramientas de perforación y arrastrar, mediante circulación contínua, los recortes hacia la superficie.

Generalmente se utiliza agua potable y arcilla bentonítica para formar los lodos de perforación, sin embargo también se utiliza aceite y polímeros, así como agua de mar en zonas costeras.

El control de calidad está basado en el seguimiento de las propiedades como densidad, viscosidad, agua de filtrado y contenido de arena de acuerdo con los métodos de prueba que establecen las siguientes normas:

• ASTM D 4380‐93e: Métodos de prueba para la densidad de lodos bentonitícos.

• ASTM D 4381‐93e: Método de prueba para el contenido de arena por volumen de lodo bentonitícos.

• ACI 336.1 y ACI 336.1R‐98: Referencia de especificaciones para la construcción de pilares perforados y comentarios.

Los lodos de perforación pueden estar compuestos por los siguientes elementos:

Bentonita

Es una arcilla del grupo montmorilonítico [(OH)4 Si8 Al4O20 nH2O], originada por la descomposición química de las cenizas volcánicas; puede ser sódica o cálcica.

Agua

Debe cumplir con los requisitos exigidos para el agua que se utilizara en la fabricación del concreto, aunque en algunos casos se puede utilizar agua de


203

mar siempre y cuando se le incorpore al lodo de perforación un aditivo estabilizante, cuya función es incrementar la estabilidad del sistema.

Barita

La barita, sulfato de bario ([SO4]2Ba), se utiliza cuando se requiere incrementar la densidad del lodo. La densidad de la barita es de alrededor de 4.2g/cm.3

Se sabe que la barita tiene efectos erráticos en las propiedades del fluido y puede causar perdida de estabilidad coloidal.

Polímeros

El alto costo de la bentonita, sumados al alto costo del transporte ha obligado a desarrollar nuevos materiales coloidales. La mayoría de polímeros son orgánicos de cadena larga o, sales de silicatos inorgánicos. Los polímeros presentan algunas ventajas que a continuación se mencionan:

• Son presumiblemente, más fáciles de preparar y de controlar.

• Requieren solo una fracción del total que se utilizaría de bentonita, por lo general entre 10 y 20%.

• Su rendimiento es mayor porque permite un mayor de usos.

• Se pueden utilizar con agua salada o con agua de mar, sin perder sus propiedades coloidales.

Entre las propiedades que debe satisfacer un lodo de perforación, sobresalen los siguientes (ver tabla).


204

Tabla 5.14: Propiedades requeridas para Lodos de Perforación37

Propiedades Rango de resultados a

68 F (20 C)

Método de Ensaye

Densidad del lodo antes del colocado, a 30cm del fondo de la perforación, Kg/m3 Lodos minerales (bentonita) Diseño por fricción Diseño por punta Lodos con polímero Diseño por fricción Diseño por punta

85, máximo (1.36x103) 70, máximo (1.12x103)

64, máximo (1.02x103) 64, máximo (1.02x103)

Balanza de Lodos ASTM D 4380

Viscosidad Marsh, (s/l) Lodos minerales (bentonita) Lodos con polímeros

26 a 50 40 a 90

Cono Marsh y copa

Contenido de arena en volumen % antes del colado, a 30cm del fondo de la perforación Lodos minerales (bentonita) Diseño por fricción Diseño por punta Lodos con polímeros Diseño por fricción Diseño por punta

20 máximo 4 máximo

1 máximo 1 máximo

ASTM D 4381

PH durante la excavación 7 a 12 ASTM D 4972

Dosificación

Debe de dosificarse para el estrato de suelo más crítico que se encontrará en la excavación y se correlacionará con la velocidad mínima necesaria, de acuerdo con la tabla 5.15.

37 Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


205

Tabla 5.15: Relación entre el tipo de suelo y su tendencia al colapso38

Tipo de suelo Tendencia al Colapso

Suelo Seco Suelo con agua Arcilla No No Limo Usualmente no No algo Arena limosa Algo Apreciable Arena fina, húmeda Apreciable Apreciablemente alta Arena gruesa Apreciablemente Alta Alta Grava arenosa Alta Muy alta Grava Muy alta Muy alta

Nota: No: Indica que la superficie es estable, pero no indefinidamente Algo: Indica que el descascaramiento se puede producir en cualquier momento después de que se expone a la superficie. Apreciable: Indica que el colapso puede ocurrir en cualquier momento Alta y muy alta: Indican que la excavación fallará a menos que se proteja

Para dosificar el lodo, se determina la fracción del suelo no coloidal necesario para estabilidad de paredes, se elige la viscosidad Marsh en función del suelo, (ver tabla 5.16), luego se establecen los límites de control (ver tabla 5.17) además se determina si es necesario el uso de agentes de control como la barita, polímeros, controladores de pérdida de fluidos, entre otros.

Tabla 5.16: Viscosidad Marsh para algunos tipos de suelos39

Tipo de suelo Viscosidad Marsh s / 946cm3

Excavación en seco Excavación con nivel freático Arcilla 27 – 32 ‐ Arena limosa, arena arcillosa 29 – 25 ‐ Arena con limo 32 – 37 38 – 43 Fina a gruesa 38 – 43 41 – 47 Y grava 42 – 47 55 – 65 Grava 46 – 52 60 – 70

38 Fuente: Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.

39 Fuente: Idem anterior


206

Tabla 5.17: Límites de control para las propiedades del lodo, para diseño40

Función A* B C D F G H

% Kg/m3 Centi poises

lb/pie2 %

Soporte >3‐4 > 1.03 > 1.03 ‐ ** ‐ > 1***

Sellado >3‐4 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 1

Arrastre de recortes >3‐4 ‐ ‐ >21‐15

‐

Desplazamientos del concreto

< 15 < 1.25 < 1.25 < 20 ‐ ‐ < 23

Separación de los no coloides

‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ <30

Bombeo ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Variable ‐ Limpieza física <15 ‐ < 1.25 ‐ ‐ ‐ <25

Límites >3‐4 <15

> 1.03< 1.25

> 1.03 < 1.25

< 20 ‐

>12‐15 ‐

>12‐15 ‐

> 1 < 25

A: Contenido de bentonita promedio B: Peso volumétrico C: Densidad D: Viscosidad plástica E: Viscosidad Marsh F: Resistencia del gel, 10 min G: pH H: Contenido de arena * Es muy variable, según la marca ** Es mas aplicable la resistencia al corte del enjarre *** Opcional

En la fabricación del lodo, el tiempo que se toma para la hidratación completa de la bentonita depende del método de mezclado. Se considera que el mezclado es satisfactorio si la resistencia mínima del gel, determinada con el viscosímetro rotacional es de 36 dinas/cm2. Los lodos preparados con mezcladores de alta velocidad resultan mejor hidratados y con mayor resistencia al cortante que cuando se usan mezcladores de baja velocidad.

40 Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


207

Debido a la absorción de agua y formación de grumos, la bentonita debe incorporarse gradualmente al equipo de mezclado a través de la descarga de agua, mediante un cono dosificador y una vez mezclada, recircular una o dos veces más y luego pasarla a un tanque de almacenamiento para permitirle que continúe su hidratación y expansión. Se recomienda un envejecimiento mínimo de 24 horas antes de usarla.

El control de calidad de los lodos estará enfocada al control de la densidad, viscosidad, agua de filtrado, espesor del enjarre y contenido de arena.

5.1.10 Verificación del producto terminado

Después de finalizado el producto, se realizan pruebas basadas en las siguientes normas:

ASTM C 39‐96: Métodos de prueba estándar para la compresión de especímenes de concreto.

ASTM C 42M‐99: Métodos de prueba para obtener y probar núcleos de vigas de concreto.

ASTM C 174‐97: Métodos de prueba para medir longitudes de núcleos de concreto.

ASTM C 597‐97: Métodos de prueba para velocidad de pulso en el concreto.

ASTM C 803M‐97: Métodos de prueba para la resistencia a la penetración del endurecimiento del concreto.

ASTM C 805‐97: Método de prueba del número de rebotes en el concreto endurecidos.

ASTM C 1040‐93: Métodos de prueba par densidad de concretos endurecidos y no endurecidos por métodos nucleares.


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5.2 Prueba de verificación de cargas de diseño de los pilotes

Método de prueba estándar para pilotes bajo carga estática axial de compresión (Prueba de capacidad de carga).

La necesidad de realizar pruebas de carga a pilotes se justifica debido a que el análisis de la capacidad de carga de estos elementos está sujeto a incertidumbres tanto de las teorías del comportamiento del sistema pilote‐suelo, así como la dificultad de definir confiablemente, mediante trabajo experimental, el comportamiento mecánico de los suelos de un sitio.

Lo anterior lleva a recomendar que las pruebas deban realizarse para determinar a escala natural el comportamiento cimentación‐suelo y siempre que económicamente sea factible, sabiendo que normalmente generan ahorros en los costos de una cimentación.

Los objetivos que se persiguen con la prueba de carga son:

• Determinar la capacidad de carga vertical de pilotes apoyados en estratos firmes.

• Definir confiablemente la longitud necesaria de los pilotes de fricción.

• Definir la capacidad de la carga lateral.

• Ensayar el tipo de pilote, las técnicas y equipos de hincado y verificar si es necesario realizar perforaciones previas.

El método de prueba estándar para pilotes bajo carga estática axial de compresión, se basa en la norma ASTM D 1143‐81, revisada en 1994. La prueba es aplicable a toda cimentación profunda que funcione de una manera similar a los pilotes sin importar su método de instalación.

Entre otras normas que hacen referencia a la prueba de carga están: La norma ASTM D 3689: “Método de prueba para pilotes individuales con carga axial a tensión y el Instituto Nacional Americano de Normas B 30.1: Código de Seguridad para Gatos Hidráulicos.


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La capacidad de carga en todos los pilotes, excepto los hincados hasta la roca, no alcanza su valor máximo hasta después de un período de reposo. Los resultados de los ensayos de carga no son una buena indicación del funcionamiento de los pilotes, a menos que se hagan después de un periodo de ajustes. En el caso de pilotes hincados en suelo permeable este período es de dos o tres días, pero para pilotes rodeados total o parcialmente por limo o arcilla, puede ser de más de un mes.

Los ensayos de carga se pueden hacer construyendo una plataforma o cajón en la cabeza del pilote o grupo de pilotes, en la cual se coloca la carga, que puede ser arena, hierro, bloques de concreto o agua. Para hacer un ensayo más seguro y más fácilmente controlable, se usan, para aplicar la carga, gatos hidráulicos de gran capacidad cuidadosamente calibrados. La reacción del gato será tomada por una plataforma cargada o por una viga conectada a pilotes que trabajaran a tracción. Una ventaja adicional del uso de gatos es que la carga sobre el pilote se puede variar rápidamente a bajos costos. Los asentamientos se miden con un nivel de precisión o, preferiblemente, con un micrómetro montado en un soporte independiente. (Ver fotografía 5.1).

Fotografía 5.1: Prueba de carga axial a compresión, aplicada a un pilote colado en el sitio en San Martin, San Salvador.


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♦ Procedimiento estándar de carga

A menos que ocurra primero la falla, se carga al pilote al 200% de la carga de diseño para pruebas en pilotes individuales; para pruebas en grupo de pilotes se carga a un 150% de la carga de diseño. La carga se aplica en incrementos del 25% de la carga de diseño individual o de grupo. Se debe mantener cada incremento de carga hasta que la razón de asentamiento no sea mayor que 0.01 in (0.25 mm)/ h, pero no más de 2 horas. Si el pilote de prueba no ha fallado, retirar el total de la carga después de 12 horas si el asentamiento en la punta en un periodo de una hora no es mayor que 0.01 in (0.25 mm); de otra manera permitir que toda la carga permanezca sobre el pilote de prueba o grupo de pilotes por 24 horas. Luego del tiempo de espera requerido, retirar la carga de prueba en decrementos de 25% de la carga total de la prueba con intervalos de 1 hora entre decrementos. Si la falla del pilote ocurre, se continúa aplicando presión con el gato hasta que el asentamiento sea igual al 15% del diámetro del pilote o dimensión diagonal.

5.3 Pruebas de verificación del concreto de los pilotes terminados

Para la verificación del concreto de los pilotes o pilas terminados se utilizan métodos directos e indirectos, los cuales deben satisfacer con las normas ASTM C 39‐96, 42M‐99, 174‐97, 597‐97, 803M‐97, 805‐97, 900‐93 y 1040‐93.

5.3.1 Métodos Directos

Son utilizados para la verificación de la calidad de un elemento pero a través de la destrucción de una pequeña área del mismo. En la tabla 5.18 se describen los métodos más comunes aplicados internacionalmente.


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Tabla 5.18: Métodos Directos41 Método Descripción

Ensaye del concreto endurecido

El muestreo se realiza con una broca de diamantes accionada por una perforadora a rotación. Para muestrear el concreto endurecido se recurre a la extracción de corazones. El muestreo debe hacerse hasta que el concreto tenga el endurecimiento suficiente para permitir la extracción del corazón sin alterar la adherencia entre el mortero y el agregado grueso. Se considera que para obtener corazones sanos el concreto debe tener como mínimo, 14 días de edad. Este ensayo debe realizarse conforme a la norma ASTM C 42.

Circuito de Televisión

Aprovechando la perforación se acostumbra observar el agujero mediante un circuito de televisión, lo que permite la observación directa de las paredes y del fondo. Tiene la desventaja de que únicamente se pueden detectar las fallas muy remarcadas, dejando dudas en cuanto a contaminación y segregación del concreto, las cuales no son severas pero sí importantes para el comportamiento del elemento.

Resistencia a la Penetración

Conocida como prueba de Windsor; esta prueba estima la resistencia del concreto a partir de la profundidad de penetración de una varilla de metal dentro del concreto, con una cantidad de energía generada mediante una carga de pólvora estándar. El principio es que la penetración es inversamente proporcional a la resistencia del concreto a la compresión, pero la relación depende la dureza del agregado. La resistencia a la penetración debe correlacionarse con la resistencia a compresión de especímenes estándares del mismo concreto o con la de corazones extraídos del mismo concreto. La norma que lo rige es ASTM C – 803.

Prueba de Extracción

Este método mide la fuerza requerida para extraer una varilla de acero previamente colado con el extremo agrandado y embebido. Debido a su forma, el ensamblaje de la varilla de acero se extrae junto con un trozo de concreto con la forma aproximada de un tronco de cono. La resistencia a la extracción se calcula con la relación de la fuerza al área idealizada del cono truncado, y es cercana a la resistencia a la compresión de cilindros estándar o con la de corazones, para una amplia gama de condiciones de curado y de edad. La norma que rige a este método es ASTM C900.

41 Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos 2001.


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5.3.2 Métodos Indirectos

Se entienden como tales a los métodos que no son destructivos. Los más utilizados en El Salvador son:

a) Prueba de Integridad de Pilotes

Esta prueba detecta potenciales defectos peligrosos tales como fracturas mayores, estrechamientos, incrustaciones de suelo o huecos. La prueba no requiere preparaciones especiales o tubos de acceso y es ejecutada tanto en pilas como pilotes de diferentes tipos.

Procedimiento

Las pruebas de integridad son llevadas a cabo por medio de un acelerómetro de alta sensibilidad, un martillo de 6 libras y un procesador de datos. (Ver fotografía 5.2).

Fotografía 5.2: Prueba de integridad de pilotes mediante un acelerómetro colocado en la cabeza del pilote.


213

El acelerómetro se fija por medio de cera (cera de petróleo por lo general) a la superficie de la cabeza del pilote, la cual debe estar lo más lisa posible y libre de polvo o fragmentos de concreto. Es recomendable esperar hasta que el concreto alcance por lo menos su resistencia de proyecto, antes de empezar el ensayo del pilote. Se aconseja que el concreto de la cabeza del pilote esté libre de contaminación (suelo, restos de bentonita, etc.) para una prueba más confiable.

Este acelerómetro recoge pulsos provenientes de un golpe del martillo de 6 libras, así como los reflejos de este mismo pulso debidos a cambios en la impedancia del pilote (cambio de la calidad del concreto y/o del área transversal del pilote), discontinuidades en el pilote (fracturación severa, juntas frías, juntas mecánicas) y el reflejo del fondo del pilote. (Ver fotografía 5.3).

Fotografía 5.3: Obtención de datos mediante un procesador que los almacena y luego se transfieren a un computador donde se hace un análisis más detallado.


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Los datos recabados por el acelerómetro son analizados y guardados por el procesador de datos para su posterior transferencia y análisis más detallado con un computador. Este procesador aplica funciones de amplificación que mejoran los registros de aceleración y que ayudan a la identificación clara de defectos, ya que la energía del pulso se ve amortiguada tanto por el mismo material constitutivo del pilote como por resistencias del suelo. (Ver figura 5.1).


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Cada uno de los registros se identifica con el nombre del pilote, su diámetro, fecha en que se practicó la prueba, así como los valores aplicados para los filtros de alta y baja frecuencia. En la parte inferior del gráfico se esquematiza el pilote horizontalmente, dicho esquema se obtiene estableciendo como datos

Figura 5.1: Datos obtenidos en un computador de una prueba de integridad.


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de entrada un valor de la velocidad de propagación de la onda dentro del concreto, así como la longitud del pilote en la realidad. Se aplica como valor estimado de la velocidad de propagación de la onda 4,000 m/s (el valor promedio en el concreto es de 4,000 m/s, dato que puede variar en un 10% en más o en menos). La línea que sigue una forma exponencial arriba del esquema del pilote, representa la variación exponencial del factor de amplificación, el cual es aplicado a partir de una profundidad equivalente al 20% de la longitud del pilote (aplicando un valor unitario) y que va variando hasta el máximo valor establecido al llegar al fondo estimado del pilote.

El equipo de campo, está compuesto por:

• PIT, instrumento muy compacto y construido sin partes movibles para condiciones de campo duras, transportables fácilmente y que permite la operación de una persona.

• Martillo.

• Acelerómetro.

b) Ensayo dinámico de pilotes

El ensayo dinámico consiste básicamente en dejar caer una masa importante desde una cierta altura sobre la cabeza del pilote, instrumentando el mismo mediante sensores, efectuando después cálculos por ordenador a partir de la respuesta obtenida del pilote. Se utilizan para ello modelos matemáticos que simulan el comportamiento del pilote y su interacción con el suelo utilizando la ecuación de la onda, siendo “Capwap” el programa más utilizado.


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El principal objetivo del Ensayo Dinámico es obtener la capacidad de ruptura del suelo. Sin embargo, paralelamente muchos otros datos pueden ser obtenidos por el ensayo. Algunos de los más importantes son:

1. Tensiones máximas de compresión y de tracción en el material del pilote durante los golpes.

2. Nivel de flexión sufrido por el pilote durante el golpe.

3. Informaciones sobre la integridad del pilote, incluso la localización de eventual daño y estimativa de su intensidad.

4. Energía efectivamente transferida para el pilote, permitiendo estimar la eficiencia del sistema de hinca.

5. Desplazamiento máximo del pilote durante el golpe.

6. Velocidad de aplicación de los golpes y estimativa de altura de caída para martillos Diesel simple acción.

7. A través del análisis Capwap es posible separarse la parcela de resistencia debida a fricción de la resistencia de punta, y determinar la distribución de fricción a lo largo del fuste. Ese análisis, generalmente hecho posteriormente en gabinete a partir de los datos almacenados por el PDA, permite también obtener otros datos de interés, como el límite de deformación elástica del suelo.

Ensayo dinámico en pilotes hincados

Existen dos maneras básicas de hacer el Ensayo Dinámico en pilotes hincados:

1) Es posible instalar los sensores en el inicio de la hinca, y registrar los golpes mientras el pilote va penetrando en el suelo. Ese tipo de ensayo obtiene informaciones como el desempeño del sistema de hinca, riesgos de rotura,


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etc. La capacidad de carga de un pilote al final de la hinca generalmente es diferente de aquella tras un período de reposo, debido a fenómenos como disipación de poro‐presión, relajación, etc. Por lo tanto, la capacidad medida al final de la hinca no puede ser comparada directamente con el resultado de una prueba estática.

2) Para determinación de la correcta capacidad de carga de largo plazo del pilote hincado, es recomendable hacerse el ensayo en una rehinca, realizada algunos días después del término de la hinca. El intervalo de tiempo entre el final de la hinca y la realización del ensayo deberá ser el mayor posible, principalmente en suelos arcillosos. El martillo es repuesto sobre el pilote, los sensores son instalados y enseguida se aplican algunos pocos golpes. Cuando es posible controlar la altura de caída del martillo, es usual empezar con una altura baja, e ir aumentando gradualmente la energía aplicada, hasta que se verifique la ruptura del suelo, o cuando el PDA indique tensiones que pongan en riesgo la integridad del material del pilote. La ruptura del suelo generalmente se caracteriza cuando la resistencia deja de aumentar (o a veces hasta disminuye) con el aumento de la altura de caída.

Fotografía 5.4: a) Instalación de sensores a lo largo del fuste para el ensayo dinámico; b) Análisis de los datos mediante un ordenador digital.

ba


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Ensayo dinámico en pilotes colados en el sitio

En pilotes colados "in situ", es recomendable hacer una preparación previa, la que consiste en la ejecución de un cabezal de hormigón para recibir los impactos. Los sensores deben ser instalados preferentemente en el fuste del pilote, y no en el cabezal. Los golpes son aplicados por cualquier sistema capaz de liberar un peso en caída libre. Debe usarse madera contrachapada, a veces encimadas por una chapa metálica, para amortiguamiento de los golpes. El ensayo se ejecuta de la misma manera que en el ítem 2 anterior, excepto que generalmente en esos casos es necesario cuidar que el pilote no entre en régimen de hinca.

La norma aplicable para el ensayo en obra es la ASTM D 4945 "Método estándar para tensión alta de ensayos dinámicos en pilotes".

c) Prueba Cross Hole:

Consiste en la emisión de una vibración que se genera dentro de un tubo lleno de agua, que se coloca fijo en el armado, previo al colado. La captación de esta onda se realiza por medio de un receptor colocado al mismo nivel del emisor pero en otro tubo; la operación se repite a lo largo del elemento, obteniéndose una gráfica en la cual se aprecia el tiempo de preparación de las ondas captadas.

Cada anomalía detectada se caracteriza por una disminución drástica de la amplitud de onda, captada y en un incremento de tiempo de recorrido.

Para la ejecución de este método de verificación se requiere que previamente sean colocados tubos metálicos a lo largo de todo el elemento. De la cantidad de estos dependerá la precisión de la verificación.


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Este método presenta las siguientes ventajas:

• Buena localización de anomalías tanto en profundidad como en la sección de las pilas y pilotes, siempre que sea suficiente el número de tubos para la ejecución de la prueba.

• Interpretación en forma inmediata.

• Registro continuo en toda la longitud del elemento.

Una desventaja de este método es la imposibilidad de detectar la calidad del concreto entre la pila o pilote y el terreno natural, la máxima distancia recomendada entre los sensores es de 1.50 mt.

5.4 Supervisión durante la construcción de pilas o pilotes

La supervisión de la construcción de pilas y pilotes debe garantizar que se construyan de conformidad con las hipótesis de diseño y las especificaciones de construcción, y dentro de las tolerancias aceptables o, en caso de presentarse una desviación excesiva, proporcionar la información necesaria para poder aplicar medidas correctivas.

El comportamiento de una cimentación profunda depende, en gran medida, de su construcción. La correcta selección del procedimiento y del equipo de construcción, la calidad de la mano de obra y el control estricto de todo el proceso, son aspectos esenciales en la construcción de una cimentación profunda.

La supervisión debe realizarla el proyectista, contando con personal de amplia experiencia en los trabajos de construcción de cimientos profundos, y que tenga la preparación académica necesaria y suficiente para ver e interpretar lo que ve. Es necesario que la supervisión sea contínua durante toda la construcción, a fin de asegurarse de que las condiciones del subsuelo sean congruentes con la del diseño.


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5.4.1 Guía de supervisión durante la construcción de pilotes colados in situ

a) Supervisión:

La supervisión de construcción de las pilas y pilotes incluye, entre otros aspectos:

• La corroboración de su localización.

• La vigilancia durante la perforación.

• El control de la fabricación y manejo del lodo de perforación, si se requiere.

• La protección del agujero, entendido como tal el cuidado de su estabilidad durante la perforación y durante la colocación del armado y del colado del concreto.

• La protección de las construcciones vecinas.

• La verificación de la verticalidad de la perforación y de las dimensiones del fuste y de la campana, si la hubiere.

• La conformidad de la profundidad de desplante y de las características del material en que se apoyara el elemento.

• La revisión del acero de refuerzo y que cuente con los elementos rigidizantes necesarios para su manejo.

• La verificación de la calidad de los materiales de construcción.

• La vigilancia del izado, manejo y colocación del acero de refuerzo.

• La verificación de que los procedimientos de colocación del concreto y de manejos de los lodos sean los adecuados.


222

Deberá realizarse con una brigada de topografía el trazo de cimentación, marcado con una estaca la localización del centro de cada elemento, indicando la profundidad de perforación y la de desplante. Una vez terminada la colocación del pilote o el colado de este, deberá verificarse su posición real, siempre con una brigada de topografía, a fin de comparar con la tolerancia prevista.

La supervisión deberá contar en obra con una copia del estudio geotécnico, el que, además de información general sobre secuencia estratigráfica, tipos de suelos y resistencia al corte, deberá contar con la siguiente información:

• Presencia de estratos permeables de grava, arena o limo; niveles piezométricos en tales estratos.

• Nivel piezométrico en el estrato de apoyo.

• Caudal del agua que fluye de los estratos de apoyo hacia el barreno (aún en roca).

• Presencia de obstrucciones grandes arriba del nivel de desplante y procedimientos para la remoción de las mismas.

• Presencia de gas natural en el suelo o roca.

• Análisis químico del agua freática.

• Caudal de descarga de las bombas de achiques, cuando se usen, y determinación del porcentajes de finos arrastrados por el agua. Para esto resulta útiles los tanques de sedimentación con crestas vertedoras.


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b) Excavación.

Entre los puntos que se deben verificar o anotar durante la excavación, destacan:

• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación individual, hora de inicio y de terminación de la excavación, equipo utilizado, personal.

• Localización topográfica del pilote al inicio y al término de la excavación.

• Conformidad del procedimiento de excavación con las especificaciones de construcción o con la práctica correcta (se aconseja que toda obra de cimentación tenga sus propias especificaciones que rijan durante toda la construcción).

• Verticalidad y dimensiones de la excavación a intervalos regulares. La verticalidad de la excavación se debe comparar con el valor de proyecto y con la desviación permisible especificada.

• Beneficios del método y equipo usado para atravesar estratos permeables, si los hubiere.

• Beneficios del método y equipo usado para atravesar grandes obstrucciones, si las hubiere.

• Seleccionar adecuadamente la secuela de excavación y colado, cuando se contemple ejecutar simultáneamente varios pilotes relativamente cercanos, a fin de garantizar el movimiento del equipo, su seguridad, la de las construcciones vecinas, así como la estabilidad de las excavaciones.

• Registro de los estratos de suelo atravesados durante la excavación.

• Profundidad de empotramiento en el estrato de apoyo y cota del fondo de la perforación.


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• Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse mediante inspección visual, siempre que sea posible). Para altas capacidades de carga se recomienda la obtención de núcleos y el ensayo in situ del material hasta una profundidad de 1 a 2 diámetros bajo el nivel de desplante. El supervisor debe decidir cuándo se ha alcanzado el estrato de apoyo y cuál es la profundidad correcta de los pilotes.

• Limpieza del fondo y de las paredes de la excavación y del ademe permanente (o perdido), si lo hubiere, con la herramienta adecuada.

• Gasto de filtración hacia la excavación.

• Calidad del lodo bentonítico, si se requiriera.

• Perdida del lodo, si la hubiera (hora, elevación, cantidad).

• Cuando la excavación atraviese arcillas blandas bajo el nivel freático, no debe extraerse la cuchara a velocidad tal que provoque succión y, en consecuencia, caídos. En este caso conviene subir la cuchara en etapas, permitiendo el establecimiento de la presión, o dejando en el centro de la misma una tubería que permita el rápido paso del lodo hacia la parte inferior de la cuchara mientras este suba despacio. Se debe evitar el uso indiscriminado de los lodos y el nivel del lodo deberá permanecerá lo más arriba posible del nivel freático.

c) Colado del concreto.

Después de haber inspeccionado y aprobado la excavación, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los aspectos que se deben verificar o anotar, destacan:


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• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación de los pilotes, hora de inicio y hora de terminación del colado.

• Calidad del concreto: proporcionamiento, revenimiento, resistencia, agregado máximo, hora de mezclado, hora de salida, hora de llegada, hora de inicio de descarga, hora de término de la descarga, volumen del colado, identificación del o de los camiones. Se deberá tomar una muestra de tres cilindros de cada 10m³ de concreto para el ensayo a la edad de 28 días.

• Que el método de colocación y posicionamiento correcto del tubo o canalón de descarga del concreto sean los correctos; llevar registros continuos del embebimiento del extremo del tubo tremie en el concreto. No usar tubería que tenga elementos que se atoren por dentro ni por fuera.

• Observar las condiciones del fondo del agujero, si es que es posible, inmediatamente antes del colocar el concreto.

• Observar las condiciones de las paredes del agujero o del ademe de acero que estará en contacto con el concreto fresco y anotar la posición del nivel freático detrás del ademe. El concreto deberá colocarse inmediatamente después de esta inspección.

• Observar si el acero de refuerzo está limpio y colocado en su posición correcta y si el diámetro, longitud y espaciamiento de las varillas longitudinales de los estribos es el adecuado. La unión de las varillas deben ser a base de soldadura, a tope.

• Observar que la posición del acero de refuerzo sea de conformidad con los planos y especificaciones.

• Observar el método de colocación del concreto y asegurarse de que no hay segregación de material cuando se utilizan procedimientos tales como caída


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libre desde, una tolva, tubería tremie y botes con descarga de fondo. No usar concreto bombeado a menos que sea colocado con tubería tremie.

• Cuando se deba colocar concreto bajo lodo bentonítico, debe hacerse una limpieza previa de este, desarenándolo, o bien una sustitución completa del lodo.

• Realizar pruebas en el concreto fresco, tales como: revenimiento, aire incluido y peso volumétrico.

• Asegurarse de que el concreto se coloca en forma contínua, sin interrupciones ni retrasos largos y que dentro del ademe se mantenga una altura de concreto suficiente si es que se va a extraer. Si no se utiliza el ademe, verificar el peso del concreto sea suficiente para equilibrar la presión hidrostática presente.

• Calcular el volumen del concreto colocado y compararlo con el equivalente a la altura de la perforación.

• La supervisión debe de estar pendiente de que el concreto no se contamine con el suelo debido del desprendimiento de las paredes.

• Consolidar mediante vibración el último tramo de 1.50 a 3.0 mt. De altura cuando el concreto tenga un revenimiento menor de 10.0 cm (lo cual no se aconseja; el revenimiento mínimo debe de ser de 15.0 cm, para asegurar un flujo contínuo).

• Determinar la cota del descabece y la longitud exacta de cada elemento.

• Verificar in situ la calidad de los pilotes terminados, mediante algunas de las pruebas antes mencionadas.

• Verificar topográficamente la localización final de los pilotes terminados.


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Tabla 5.19: Tolerancias aceptadas en la fabricación de pilotes.

Concepto Tolerancia con relación a las

especificaciones Traslape de acero de refuerzo Menor al 50% en una sección Acero de refuerzo en extremo Sin dobleces y recubrimiento Recubrimiento del acero de refuerzo Mayor de 2.5cm y menor de 5.0cm

Diámetro interior del tubo tremie Mayor de 10.0 veces el tamaño máximo de agregados del concreto y menor de 12.0¨

Unión entre tramos de tubo tremie Impermeable cuando se introduzca en agua Revenimiento del concreto Mayor de 12 cm. Tamaño máximo de agregado del concreto 3/4” Excentricidad radial con relación al trazo del pilote medido en la plataforma de trabajo

25% de la diagonal mayor de la sección del pilote

Cimbra longitudinal ± 1.0cm por cada 3.0m de longitud Cimbra transversal ± 1.0cm en cualquier sentido Desviación del eje del pilote Menor de 0.3cm por cada 3.0m de longitud Retiro del pilote de su cimbra Cuando el concreto alcance el 50% de su f´c Traslapes de acero de refuerzo Menor al 50% en una sección Hincado del pilote Cuando el concreto alcance el 70% de su f`c Desviación horizontal con relación al eje de inclinación proyectado

2% de la longitud total del pilote; en suelos muy heterogéneos se acepta el 4%


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d) Informes diarios:

La supervisión entregará un informe diario firmado al director de la obra, al proyectista estructural y al ingeniero geotécnico, en formas preparadas ex profeso. Estos informes deben contener lo siguiente:

• Localización precisa y dimensiones de las perforaciones realizadas.

• Elevación precisa del brocal del fondo.

• Registro de mediciones de la verticalidad.

• Método empleado para la perforación.

• Descripción de las condiciones en que se encontró el nivel freático.

• Descripción de los materiales encontrados durante la perforación.

• Descripción de las obstrucciones encontradas y removidas.

Fotografía 5.5: Prueba de revenimiento, en el recuadro se verifica mediante una cinta el revenimiento que presenta el concreto


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• Descripción del ademe temporal o recuperable y del permanente colocado, incluyendo su finalidad. Longitud y espesor de la pared, así como el empotramiento y sello obtenido, si estaba proyectado.

• Descripción de cualquier movimiento del suelo o del agua, estabilidad de campana y de las paredes, pérdida del suelo, método de control y necesidades de bombeo.

• Descripción de los métodos de limpieza alcanzado inicialmente.

• Elevación a la cual se encontró el material de apoyo. Descripción del material de apoyo, sondeos realizados, método de muestreo, velocidad de avance en roca, especímenes recuperados, pruebas realizadas y conclusiones alcanzadas en relación con el material de apoyo.

• Descripción del grado de limpieza justamente antes de colar el concreto.

• Registro de la profundidad del espejo de agua dentro de la perforación y gasto de filtración antes de colar el concreto.

• Registro de la supervisión del acero de refuerzo, en cuanto al armado en sí, posición y calidad.

• Método de la colocación del concreto y de la extracción del ademe, si lo hubiere. Registro de la carga de altura del concreto durante la extracción del ademe. Registro de la elevación del concreto al iniciar la consolidación por vibración, si fuere el caso.

• Registro de las dificultades encontradas. Debe contener posibles huecos, posible estrangulamiento y posible colapso del ademe.

• Condición del concreto entregado en obra, incluyendo el revenimiento, peso volumétrico, aire incluido, fabricación y ensayos de cilindros a compresión y otras pruebas.


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• Registro de cualquier desviación de las especificaciones y decisiones tomadas al respecto.

f) Causas más comunes de pilotes defectuosos.

• Formación de huecos en el fuste por la extracción inadecuada del ademe.

• Desconchamiento del suelo, dando lugar a contaminación del concreto.

• Localización incorrecta, falta de verticalidad o refuerzo inadecuado.

• Colocación inadecuada del concreto, dando lugar a segregación.

• Estrangulamiento del fuste.

• Colapso del ademe.

• Formación de juntas frías.

• Migración del agua y segregación, que originan un concreto débil.

• Concreto de baja calidad entregado en obra.

• Contaminación del concreto con lodo de perforación.

• Estrato de apoyo inadecuado.


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5.4.2 Guía de supervisión de pilotes hincados

5.4.2.1 Supervisión del hincado de pilotes

Destacan los siguientes aspectos a tomar en cuenta:

• Información general: fecha, condiciones atmosféricas, hora, identificación del pilote.

• Localización topográfica del pilote.

• Perforación previa: diámetro, longitud.

• Registro estratigráfico de la perforación previa.

• La verticalidad de los pilotes hincados a intervalos regulares durante su instalación. Esto se puede hacer verificando la alineación de las cabezas de hincado y de la parte visible del pilote, por medio de un nivel de albañil colocado contra la cara del pilote y del cabezal.

• La estabilidad y alineación de las resbaladeras de las guías.

• El número de golpes.

• Desplazamiento del pilote bajo los golpes a distintas profundidades.

• Posición, tipo y calidad de las uniones o juntas.

• Localización, hora y duración de cualquier interrupción durante el hincado.

• Desplazamientos elásticos y permanentes, y golpes por centímetro al final del hincado.

• Elevación del terreno natural, de la punta del pilote y del descabece.

• Cualquier otra información pertinente.


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5.5 Medidas de seguridad.

5.5.1 Introducción.

La construcción de cimentaciones profundas, al igual que otro tipo de especialidades, requiere que se tomen en cuenta medidas de seguridad particulares durante su ejecución.

Una elección correcta de los procesos constructivos y del equipo por utilizar, disminuye las posibilidades de errores humanos durante las diferentes actividades en ejecución, con esto estaríamos reduciendo y vigilando los aspectos de seguridad, preservando la integridad de los trabajadores que intervienen directamente en los trabajos, así como reduciendo el riesgo de los costos en la mayoría de los casos.

5.5.2 Medidas de seguridad de equipo

a) Accesos y plataformas de trabajo

Toda maquinaria utilizada que se emplea para la construcción de cimentaciones profundas requiere de accesos firmes y seguros, ya que se trata de maquinaria pesada que transita sobre orugas o neumáticos. No se debe trabajar sobre plataformas inestables, procurando apoyar los equipos lejos de las orillas de los hombros de los taludes.

b) Obstáculos terrestres y/o aéreos

La altura convencional de los equipos diseñados para la construcción de cimentaciones profundas es superior a los 20 mts; antes de iniciar cualquier trabajo es necesario inspeccionar el lugar donde se desarrollaran, observando


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con especial atención los obstáculos terrestres y/o aéreos, que en la mayoría de los casos corresponden a instalaciones eléctricas o de algún otro tipo.

Los trabajos deben ser organizados para evitar que el equipo golpee accidentalmente estructuras existentes dentro de la obra o adyacentes a la misma con el propósito de evitar su colapso o deterioro. Con lo anterior también se evitan las volcaduras de equipos provocados por las cargas y los nuevos puntos de apoyo, que modifican los centros de gravedad de los mismos.

c) Cables

Durante las maniobras de fabricación de pilotes, perforación e hincado se debe poner atención a los cables de acero usados en las maniobras, incluyendo su colocación, utilización, mantenimiento y revisión de accesorios.

d) Grúas

El sistema de frenos de los tambores de las grúas debe estar en óptimas condiciones, ya que un descuido en su mantenimiento puede provocar perder el control de la maniobra de las cargas. Es recomendable conocer las capacidades de carga y longitudes e inclinaciones de las plumas de las grúas, para evitar que el equipo falle con alguna carga.

e) Maniobra

Durante las maniobras, ninguna persona debe permanecer debajo de la carga. Para el manejo y dirección de la posición de los pilotes hincados, se recomienda utilizar cables de manila o polipropileno que tenga la longitud suficiente que permita cumplir con lo anterior.


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f) Movimiento de pilotes prefabricados

Se debe garantizar que la resistencia del concreto ha adquirido la capacidad necesaria para poder levantar los pilotes de las camas de fabricación. Los puntos de levante deben estar definidos desde el habilitado del acero para garantizar que los esfuerzos serán inferiores a los resistentes y estén repartidos en las anclas adecuadamente, durante la maniobra de despegue de pilotes.

El desmoldante utilizado debe evitar que un pilote quede adherido al molde para que los esfuerzos no varíen de los considerados. No es recomendable levantar un pilote de un extremo para despegarlo de la cama.

g) Cargas

No es conveniente halar cargas con la grúa, para evitar balanceos que puedan golpear la caseta donde se encuentra el operador, o bien el desplazamiento de la carga en otra dirección. Durante las maniobras, se debe mantener la carga lo más cercano posible al suelo, evitando que el personal se encuentre sobre la misma.

h) Equipo

El personal no debe bajar ni subir de un equipo que esté en movimiento. Se deberá mantener limpio el parabrisas de la grúa para permitir siempre buena visibilidad. Antes de abrir alguna conexión o llave de algún sistema hidráulico para su revisión, se recomienda verificar que el sistema haya liberado la presión.

Cuando el equipo esté funcionando, no es conveniente cargar combustible. La revisión de depósitos de combustible y de baterías debe realizarse utilizando lámparas sordas.


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5.5.3 Colocación del material a utilizar en la obra.

a) Acero de refuerzo

Al introducir los armados dentro de los moldes de los pilotes o en la perforación de las pilas, es necesario revisar que los estribos estén debidamente amarrados para evitar que se desprendan durante la maniobra. Es recomendable también revisar que lo largo de los castillos no quede desperdicios de acero, así como herramientas, antes de realizar las maniobras.

Es necesario considerar la longitud de los armados para determinar la posible presencia de deformaciones que provoquen rotura de amarres, o bien se determina si se requieren utilizar peine de levante para pilotes o introducir el armado para pilas. En ocasiones se resuelve este problema colocando rigidizadores en los armados.

b) Concreto

En algunas cimentaciones se realizan los colados con bomba y pluma, debido a las dimensiones del terreno en el que se trabaja, el nivel en el cual se encuentra el equipo de cimentación, o la falta de acceso a la zona. En estas condiciones se debe revisar el correcto funcionamiento de las llaves en las uniones de la tubería, para evitar que el concreto se derrame cayendo juntas con las mismas.

Cuando se utilicen depósitos portátiles para colocar el concreto, debe garantizarse que el soporte sea el adecuado para la carga y que el mecanismo de la compuerta trabaje correctamente, para evitar que el concreto caiga antes de llegar a donde se va a depositar, esta maniobra debe realizarse con un manejo suave.

En el colado de las pilas o pilotes es necesario que el personal esté alrededor de la perforación para manejar correctamente la tubería tremie, por lo que se


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debe contar con una estructura en la cual el trabajador pueda pararse y que evite su caída dentro de la perforación. Esta estructura también garantiza la seguridad durante el acoplamiento de los tramos de tubería.

En caso de utilizar calderas de vapor para el curado del concreto en la fabricación de los pilotes, se debe revisar periódicamente los depósitos de combustible, tuberías, válvulas, conexiones y serpentín para evitar explosiones. Este equipo debe de ser utilizado por personal capacitado específicamente para esta actividad. No es recomendable tratar de abrir una conexión cuando el equipo este en operación, ya que este trabaja con presiones y temperaturas altas, pudiendo provocar del vapor quemaduras y la conexión puede desprenderse con gran fuerza.

5.5.4 Perforación

a) Brocales

Para evitar caídos de material dentro de las perforaciones, es importante utilizar brocales adecuados de acero, concreto u otros, para evitar exponer a algún peligro a los trabajadores y al equipo que se encuentra adyacente a la perforación.

Se recomienda que el brocal utilizado para estos casos, quede empotrado en la perforación por lo menos dos veces su diámetro. En cuanto a la parte superior, es necesario que sobre salga de 30 a 40cm como mínimo, del nivel de trabajo.

b) Perforaciones adyacentes

Es importante llevar a cabo una planeación en la ejecución de las perforaciones, para evitar hundimientos accidentales, los cuales son provocados por fallas en


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las paredes de las perforaciones o comunicación de ellas al existir vibraciones en el suelo.

c) Retiro de material

El material producto de las perforaciones es muy inestable para el apoyo del equipo, debido a su estado suelto. Cuando se perfora por debajo del nivel freático, el problema aun es mayor, ya que la superficie de trabajo se cubre de lodo. Cuando se utilizan lodos bentoníticos para la estabilización de las paredes de las perforaciones, la plataforma de trabajo puede llegar a ser inestable y resbaladiza. Cuando no se logra retirar eficientemente los lodos de la superficie, se debe tener cuidado en señalizar y proteger los puntos donde se encuentren perforaciones abiertas.

d) Descenso a perforación

En algunos procedimientos constructivos, es necesario la construcción de campanas (pilas), o simplemente la inspección ocular del desplante de las perforaciones, para lo cual el personal deberá descender a su interior. Es recomendable poner especial atención a la presencia de gases tóxicos o ausencia de aire respirable.

Estas circunstancias se advierten cuando se perforan en formaciones calcáreas, turba, materia orgánica en productos de descomposición, rellenos sanitarios o basureros.

Las características del subsuelo o la vibración del equipo dentro y fuera de la perforación, pueden hacer fallar la estabilidad de las paredes de la perforación, por lo que es conveniente utilizar ademes metálicos en toda la longitud, evitándose así que la perforación se cierre con el personal en su interior.


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Los trabajadores dentro de una perforación siempre deben de utilizar un arnés de seguridad, el cual se sujetara a un cable de rescate durante todo el tiempo que permanezca laborando en su interior.

e) Perforaciones abiertas

Es común que algunas perforaciones queden abiertas temporalmente en cambios de turno, por lo que es recomendable utilizar tapas especiales que eviten la caída accidental de alguna persona.

En caso de que los trabajos continúen inmediatamente al finalizar la perforación, es suficiente con señalizar el área.

5.5 Medidas de seguridad para el hincado de pilotes

a) Manejo de los pilotes

Dependiendo de las características de los materiales utilizados en los pilotes, así como de su sección y longitud, es necesario conocer los puntos de donde se deben sujetar los pilotes para realizar su hincado.

Durante la maniobra de instalación de los pilotes en las perforaciones previas, el personal debe estar alejado del punto de hincado cuando menos 1.5 veces la longitud del pilote por hincar.

Esta maniobra es exclusivamente del operador la grúa, por lo que no es necesario que el personal de tierra se encuentre cerca de esta actividad.

Es recomendable que se aleje lo suficiente por si existiera algún error en la maniobra, o por si se corrieran los cables, perdiendo el control del pilote.


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En caso de no existir perforación previa al hincado, el pilote deberá ser sujetado a una guía.

En estos casos será necesario realizar una excavación en el punto por hincar, a una profundidad de 50 cm (1.7ft), cuando menos, respetando la geometría del pilote, donde se colocará la punta del pilote; en el otro extremo se asentará el golpeador del martillo, el cual estará guiado, garantizándose así que el pilote no se desplomará ni resbalará.

b) Hincado

Cuando un martillo ha trabajado y está caliente, se debe asentar en la cabeza del pilote suavemente ya que se corre el riesgo de que se dispare accidentalmente.

La excentricidad del martinete sobre la sección del pilote puede provocar desprendimientos de concreto, además de la ruptura del mismo, sin poder controlar sus efectos, por lo que durante el hincado de un pilote, no deberá existir ninguna persona en tierra cerca de esta actividad por lo menos en 10 m (33ft) de distancia.

Cuando el martinete esté en operación no se requiere de ningún trabajador en tierra, por lo que no es necesario que estén trabajadores junto al pilote que se está hincando.

Para martillos diesel, el cable que corta el suministro de combustible debe estar en manos del personal, permanentemente; nunca se deber dejar amarrado o suelto, ya que de éste depende el control del mismo. Este cable deberá tener la longitud suficiente que permita cumplir con el punto anterior.


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Si por accidente no se puede llegar a utilizar el cable del ahogador cuando el martinete esté en operación, es necesario cortar la manguera de suministro de combustible o contar con una llave que evite el paso del mismo.

Cuando se hincan pilotes de dos o más tramos, el primer tramo debe estar sujeto al igual que el siguiente tramo.

En ocasiones no es posible maniobrar pilotes de grandes longitudes, por lo que es necesario efectuar el hincado con varios tramos. El primer tramo deberá estar sujeto al igual que el siguiente tramo. Nunca se soltará el tramo superior durante la unión con el tramo inferior.

Durante el hincado, es necesario que el pilote se asegure a la guía del martinete con un cable auxiliar, o mediante dispositivos especiales, evitar que en caso de cualquier falla del elemento o error en la operación, se pierda el control del pilote.

5.6 Medio ambiente

En casi todas las obras de Ingeniería, se provoca un cambio en el medio ambiente, ya sea por el uso de materiales naturales para la construcción o por la modificación del entorno para la ejecución de un proyecto. Este hecho tiene una importancia especial en el caso de las cimentaciones profundas.

En este apartado se recopilan y describen brevemente algunos efectos, relacionados con la construcción de cimentaciones profundas, debidos a ruido, generación de humos, disposición de lodo bentonítico, y vibraciones durante los trabajos. El medio ambiente puede ser agresivo con los materiales con los que se construyen cimentaciones profundas de concreto. Se comentan algunas de las principales causas del deterioro de estos materiales.


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5.6.1 Contaminación

a) Ruido

El control del ruido en las construcciones cobra día mayor importancia. El control del ruido es necesario para proteger la salud de los trabajadores en el sitio, y para eliminar molestias al público en general.

El ruido se mide por su intensidad y su frecuencia. La unidad de medición de intensidad es el decibel (dB), que es una medida relativa depresión, que compara un ruido con el que apenas puede escuchar un oído normal.

b) Humo

El humo proveniente de los martillos de hincado puede generar problemas de contaminación al medio ambiente, especialmente en lugares con pocas corrientes de aire.

Las condiciones del suelo tienen un gran efecto en la eficiencia de la combustión de los martillos, y por ello, en la emisión de contaminantes. Dado que los suelos blandos ofrecen poca resistencia al hincado, esto se traduce en una explosión deficiente del combustible del martillo, produciendo humo. Los principales contaminantes atmosféricos, contenidos en el humo producto de los equipos para hincar pilotes, son:

• Monóxido de carbono (CO). Gas incoloro e inodoro, proveniente de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono.

• Partículas suspendidas. Partículas líquidas o sólidas, dispersas en la atmósfera, provenientes de la combustión de carbono, combustóleo y diesel.

• Bióxido de azufre (SO2). Gas incoloro, de olor picante, producto de la combustión del diesel.


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5.6.2 Factores ambientales que afectan las cimentaciones profundas

En los pilotes de concreto, existen agentes agresivos que perjudican o deterioran la calidad del concreto, entre algunos agentes perjudiciales están:

Componentes químicos

El agua y el suelo pueden ser agresivos al concreto si contiene ácidos libres, sulfitos, sulfatos, ciertas sales de amonio, aceites y grasas o ciertos componentes orgánicos.

En general, para concretos en contacto con agua o suelo con un valor de pH mayor de 6 no requiere precauciones, y el uso del cemento Portland normal es satisfactorio.

control de calidad y seguridad pilotes de concreto

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