PILOTES DE MADERA

PILOTES DE MADERA

La madera es uno de los materiales mas usados para pilotes, porque es barata, fcil de obtener y fcil de manipular. Algunas clases de maderas apropiadas para pilotes se encuentran disponibles en casi todas partes del mundo. El abeto, el pinabete y el pino, pueden tener hasta 30 m de longitud, el roble y otras maderas duras hasta 15 m, el pino del sur hasta 25 m y el palmito; todas estas maderas se emplean comnmente para pilotes. Los pilotes de madera no sometidos a tratamiento alguno, que estos completamente embebidos en el suelo debajo del nivel del agua, se conservan sanos y duran indefinidamente. Cuando en 1902 se derrumbo el campanil de San Marcos en Venecia se hallo que los pilotes de madera que tenan mil anos estaban en tan buenas condiciones que se dejaron en su lugar y se usaron como soporte de la nueva torre. Los pilotes de madera sanos, que han estado bajo el agua por muchos anos se deben dejar secar antes de volverlos a hincar, porque cuando se secan las fibras de madera se vuelven enjutas y frgiles.

La madera que no haya sido sometida a tratamiento y este situada por arriba del nivel fretico se pudre y arruina por las termitas y otros insectos. En agua salada la madera puede ser atacada por horadadores marinos. Hay muchos tipos de horadadores marinos, la mayora pertenece a los crustceos (langostas y cangrejos) o a la de las ostras y almejas. La limnoria, que es un crustceo de la familia del cangrejo, destruye la madera de afuera hacia adentro, dejando el pilote como si fuera una aguja de madera. El teredo, que es un molusco, de la familia de las almejas, destruye la madera de adentro hacia afuera; se introducen en el pilote por una pequea abertura y destruye su interior dejndolo hueco. Se puede hacer que los pilotes de madera duren mas sometindolos a un tratamiento con cloruro de zinc, sulfato de cobre y otros productos qumicos patentados. La impregnacin con creosota es uno de los procedimientos ms eficaces y de mas duracin para la proteccin de los pilotes de madera. Generalmente se emplea de 200 a 400 Kg. de creosota por m3 de madera (12 a 25 libras por pie cubico) que se introducen por un procedimiento de vaco y presin. En las reas donde el ataque de los organismos marinos es muy severo, se protegen los pilotes sometindolos a un tratamiento que es una combinacin de arseniato de cobre seguido por alquitrn de hulla y creosota; ambas substancias, aplicadas bajo calor y presin, son necesarias para que los pilotes se conserven en agua salada entre 15 y 25 anos.

Los pilotes de madera sufren grandemente por un exceso de hinca; en la cabeza se separan las fibras y el fuste puede llegar a rajarse o romperse, cuando encuentran una gran resistencia a la hinca. En la construccin de una esclusa en el ro Mississippi fue necesario hincar varios miles de pilotes de madera a travs de un estrato de arena cementada que no se haba descubierto. Una excavacin posterior puso en relieve que muchos de los pilotes se haban astillado y roto. Fue necesario, posteriormente, perforar con una viga de acero el estrato cementado antes de hincar los pilotes de madera. Los pilotes de madera pueden soportar con seguridad de 15 a 30 toneladas por pilote. Se han utilizado pilotes de madera para cargas de 45 toneladas mtricas o ms y los ensayos de carga han demostrado que pueden soportarlas con seguridad. El problema principal, en estos casos, es que hay que estar seguro que la calidad estructural de la madera es uniforme y alta para que no haya peligro de que se rompan durante la hinca. El bajo costo del material y la hinca, se hacen a menudo del pilote de madera la cimentacin ms barata por toneladas de carga.

Los de madera son troncos de rboles cuyas ramas y corteza fueron cuidadosamente recortadas. La longitud mxima de la mayora de los pilotes de madera es de entre 10 y 20 m. Para calificar como pilote, la madera debe ser recta, sana y sin defectos.

1. Pilotes clase A que soportan cargas pesadas. El dimetro mnimo del fuste debe ser de 356 mm.

2. Pilotes clase B se usan para tomar cargas medias. El dimetro mnimo del fuste debe ser de entre 305 y 220 mm.

3. Pilotes de clase C que se usan para trabajos provisionales de construccin. Estos se usan permanentemente para estructuras cuando todo el pilote esta debajo del nivel fretico. El dimetro del fuste debe ser de 305 mm.

Los pilotes de madera no resisten altos esfuerzos al hincarse, por lo tanto su capacidad se limita a aproximadamente 23 30 toneladas. Se deben usar zapatas de acero para evitar daos en la punta del pilote (en el fondo) . La parte superior de los pilotes de madera tambin podra daarse al ser hincados, para evitarlo se usa una banda metlica o un capuchn o cabeza. Debe evitarse el empalme de los pilotes de madera, particularmente cuando se espera que tomen cargas de tensin o laterales.

Sin embargo, si el empalme es necesario, ste se hace usando manguitos de tubo (Figura A) o soleras metlicas con tornillos (figura B). La longitud del manguito de tubo debe ser por lo menos de cinco veces el dimetro del pilote. Los extremos deben cortase a escuadra de modo que se tenga un contacto pleno entre las partes. Las porciones empalmadas deben recortarse cuidadosamente para que queden estrechamente ajustadas dentro de los manguitos o camisas de tubos. En caso de soleras metlicas con tornillos, los extremos al tope deben tambin recortarse a escuadra y los lados de las porciones empalmadas deben ser recortadas planas para el buen asiento de las soleras.

Los pilotes de madera permanecern indefinidamente sin dao si estn rodeados por suelos saturados. Sin embargo, en un ambiente marino, estn sometidos al ataque de varios organismos y pueden ser daados considerablemente en pocos meses. Cuando se localizan arriba del nivel fretico, los pilotes son atacados por insectos. Su vida se incrementar tratndolos con preservadores como la croesota.

Patologas en pilotes de madera

El pilote es el elemento ms antiguo de todas las formas de transmisin de cargas al terreno. Inicialmente fueron troncos o estacas de madera introducidas al terreno para llegar a capas de terreno de mayor capacidad portante que las superficiales. Para su colocacin se empleaban aparatos denominados martinetes o machinas, poco diferentes de los elementos actuales salvo por su fuerza motriz. Caractersticas, hoy en da aparecen nuevas tcnicas y sistemas de mejoras de suelos, como es el caso de los Rellenos Estructurales que abordaremos en esta ficha.

Introduccin

El pilote es el elemento ms antiguo de todas las formas de transmisin de cargas al terreno. Inicialmente fueron troncos o estacas de madera introducidas al terreno para llegar a capas de terreno de mayor capacidad portante que las superficiales. Para su colocacin se empleaban aparatos denominados martinetes o machinas, poco diferentes de los elementos actuales salvo por su fuerza motriz.

Aunque en nuestros das los pilotes de madera estn en desuso, en el parque inmobiliario existen numerosos ejemplos de edificios de cierta antigedad con este tipo de cimentacin.

La antigedad de este mtodo es muy remota, siendo utilizada por los poblados de palafitos e incluso Vitrubio, en el ao 59 de nuestra era, lo describe con precisin.

Hasta la aparicin del hormign, a mediados del siglo XX, la madera fue el material ms usado para pilotes. Resultaba barata, fcil de obtener y fcil de manipular. Algunas clases de maderas apropiadas para pilotes se encontraban disponibles en casi todas partes del mundo.

En lugar de utilizarse como meros transmisores de tensiones hacia estratos profundos de buena capacidad portante, los pilotes de madera han llegado a nuestros das utilizados ms como una mejora de terreno. Se utilizan los estacas de madera o pilotes cortos de madera para densificar terrenos, elevando los parmetros geotcnicos, con lo que se mejora su capacidad portante.

Ventajas e inconvenientes

La cimentacin con pilotes de madera es un sistema econmico, apropiado en terrenos blandos con un estrato portante no demasiado profundo para apoyo del pilote.Intrnseca al propio material es la limitacin por longitud y dimetro. Maderas que alcanzan hasta 30 m de longitud como el abeto, el pinabete y el pino; o bien el roble y otras maderas duras -hasta 15 m-, el pino del sur hasta 25 m y el palmito; todas estas maderas se empleaban comnmente para pilotes.El bajo costo del material y la hinca, hacen a menudo del pilote de madera la cimentacin ms barata por toneladas de carga. Los pilotes de madera pueden soportar con seguridad de 15 a 30 toneladas por pilote. Aunque se han utilizado pilotes de madera para cargas de hasta 45 tm o ms y los ensayos de carga han demostrado que pueden soportarlas con seguridad. El problema principal, en estos casos, es que hay que estar seguro que la calidad estructural de la madera es uniforme y alta para que no haya peligro de que los pilotes se rompan durante la hinca.

Patologas posibles en pilotes de madera

En la presente ficha nos referiremos solamente a patologas propias de este tipo de pilotes, aunque obviamente pueden verse afectados por las patologas propias de pilotes hincados como puedan ser el rozamiento negativo, defectos de verticalidad, etc. Del mismo modo las patologas propias del material madera, se han desarrollado con mayor detalle en las fichas especficas.

Patologas de origen mecnico o estructural

El propio sistema de ejecucin por hinca puede afectar a las propiedades mecnicas y estructurales de la madera, haciendo que los pilotes no se comporten como esperbamos.Esto puede ocurrir durante el proceso de hinca de los pilotes de madera, cuando tenemos que atravesar un estrato resistente o un bolo. Con algunos tipos de martinete podemos sencillamente limitar el esfuerzo y el nmero de golpes del martillo. An as, la resistencia del estrato intermedio o bolo, puede requerir una presin de hinca tal que hienda la cabeza del pilote, astillndola. Para evitarlo, se protege la cabeza con un aro de hierro, capuchn o banda metlica, ajustado en caliente.En la punta del pilote se dispone un azuche para evitar que pueda partir al atravesar el estrato resistente. A pesar de ello, si la resistencia del estrato es elevada, durante la hinca puede producirse la rotura del pilote en punta quedando como defecto oculto. La rotura de la punta hace que la capacidad resistente del pilote se reduzca o bien desaparezca:

- la resistencia por fuste se reduce, ya que al romperse la punta, la longitud del fuste es menor;- si el pilote estaba calculado por su resistencia en punta, sta desaparece al no llegar a apoyar el pilote en el firme.

Patologas debidas a las variaciones de humedad

Debido a su carcter orgnico, los pilotes de madera aguantan mal las variaciones de humedad, por lo que deben quedar completamente embebidos en un nivel fretico estable, o por el contrario con carencia absoluta de agua.

En cuanto a la durabilidad del material, los pilotes de madera que estn sumergidos en agua se conservan sanos y duran indefinidamente, an sin estar sometidos a tratamiento alguno. Hay mltiples ejemplos que lo demuestran, como San Marcos de Venecia: cuando en 1902 se derrumb el campanil se hallaron los pilotes de madera (con una antigedad de 1.002 aos), en tan buenas condiciones que los constructores optaron por mantenerlos en su lugar y edificar la nueva torre sobre ellos. La madera que no haya sido sometida a tratamiento y est situada por encima del nivel fretico se pudre y arruina por las termitas y otros xilfagos (ver punto 3.3).

Desde un punto de vista mecnico, la humedad hace que la madera se hinche y esto mejora su comportamiento mecnico. Y a la inversa, la madera seca reduce su volumen, con lo que la resistencia del pilote por fuste se reduce considerablemente, llevando a asientos no previstos de la cimentacin.Por lo mismo, si tenemos pilotes de madera sanos que han estado bajo el agua muchos aos no se deben dejar secar antes de volverlos a hincar, porque las fibras de madera desecadas se vuelven enjutas y frgiles.

Patologas de origen orgnico

Por encima del nivel fretico o si por oscilacin del mismo, se da una alternancia de humedad y desecacin, la madera queda expuesta al aire y al inicio de su putrefaccin por ataque de agentes xilfagos.

Putrefaccin de pilotes de madera.

Cuando un pilote de madera est podrido es por el ataque de hongos. Los hongos atacan slo aquellas partes del pilote que quedan expuestas al aire, puesto que para su desarrollo necesitan la presencia de oxgeno, y bajo el agua no hay oxgeno suficiente para que esto suceda. Esta putrefaccin se da con ms frecuencia en las cabezas de los pilotes, producindose asientos en el edificio. Hay muchos tipos de hongos de pudricin de la madera, el principal destructor de pilotes de madera es el llamado softrot o descomposicin blanda (por el efecto que produce en la madera).

La velocidad de accin del proceso depende de varios factores:

- El perodo de tiempo en que el pilote est en estado seco, lo que depende del nivel fretico. En cuanto el pilote vuelve a sumergirse en agua el proceso de descomposicin se paraliza por falta de oxgeno. Tras 10-15 aos de estar en seco, la madera pierde su funcin portante ya que la parte expuesta al aire habr sido daada.

- Cuanto ms alta sea la temperatura en torno al pilote, ms rpida es la descomposicin. As, la presencia de fuentes de calor prximas, como tuberas de desage que lleven agua caliente, gas ciudad, etc... Acelerarn el proceso de descomposicin.

Peste? de los pilotes de madera.

Cuando una parte del pilote queda por encima del nivel fretico, la madera ha quedado expuesta a la entrada de bacterias. A diferencia de los hongos, el ataque bacteriano puede continuar bajo el agua y extenderse a todo el pilote. Es lo que se conoce como peste? de los pilotes de madera.

La velocidad de descomposicin por ataque bacteriano es mucho menor que la de los hongos: un pilote tardara unos 50 aos en perder su capacidad portante. Las bacterias pueden aparecer en todo tipo de maderas, aunque los pilotes de pino parecen ser los ms sensibles a este ataque.

Ataque de horadadores marinos.

Mencin aparte merecen las obras en ambiente marino. Son frecuentes los ataques de horadadores marinos que se alimentan de la madera de los pilotes y acaban por destruirlos.Hay muchos tipos de horadadores, desde gusanos, polillas marinas, larvas hasta crustceos (langostas y cangrejos) o moluscos (ostras y almejas).La limnoria, que es un crustceo de la familia del cangrejo, destruye la madera de afuera hacia adentro, dejando el pilote como si fuera una aguja de madera.

El teredo, que es un molusco, de la familia de las almejas, destruye la madera de adentro hacia afuera; se introducen en el pilote por una pequea abertura y destruye su interior dejndolo hueco.

Consideraciones finales

Como resultado de las patologas y fallos de pilotes, resultan grietas en la edificacin por asientos diferenciales y distorsiones en el apoyo.

Para evitarlo debe cuidarse la ejecucin de la cimentacin con pilotes de madera, asegurndonos de que los pilotes se encuentren siempre bajo el agua, al menos bajo el nivel fretico conocido en ese momento. Por tanto, es muy importante que el nivel fretico permanezca estable para la buena conservacin de los pilotes y as evitar que pierdan su capacidad portante.

Se ha comprobado que el nivel fretico desciende en gran medida a la altura de la red de abastecimiento y alcantarillado pblico de la ciudad, mientras que un poco ms all asciende de nuevo al nivel adecuado. Un alcantarillado que presente fallas extraer el agua de su entorno haciendo bajar el nivel, por lo que las cabezas de los pilotes se desecan permitiendo la entrada de aire en su parte superior. En un par de aos puede estar tan daado por los hongos que haya perdido su fuerza portante en la parte superior. El proceso destructivo puede ser detenido haciendo subir de nuevo el nivel fretico reparando el alcantarillado en algunos casos.

Adems, al drenarse el agua se producen asentamientos del terreno que afectan a la cimentacin. Por otro lado, las fugas en la red de abastecimiento y alcantarillado ocasionan aportes de agua no deseados por cuanto suponen una modificacin de las condiciones de contorno e induciran fenmenos como el rozamiento negativo, comn para pilotes de todo tipo.

En cuanto a las patologas de origen orgnico, si bien es cierto que existen tratamientos qumicos o incluso mecnicos que disminuyen este ataque, lo nico que se consigue es aumentar el perodo de vida de los pilotes.

Se puede hacer que los pilotes de madera duren ms sometindolos a un tratamiento con cloruro de zinc, sulfato de cobre y otros productos qumicos patentados. La impregnacin con creosota por procedimientos de vaco y presin es uno de los ms eficaces y de mas duracin para la proteccin de los pilotes de madera.

En las reas donde el ataque de los organismos marinos es muy severo, se protegen los pilotes sometindolos a un tratamiento que es una combinacin de arseniato de cobre seguido por alquitrn de hulla y cerosota. La combinacin de ambas sustancias, aplicadas bajo calor y presin, pueden prolongar la vida de los pilotes en agua salada entre 15 y 25 aos.

Un ejemplo aplicando pilotes de madera

Para edificar en un lugar donde el suelo, fangoso en muchos casos, no ofreca buenas resistencias mecnicas, fue necesario recurrir a una cimentacin profunda. Para decirlo muy bsicamente, se cimentaba sobre pilotes de madera. Estos pilotes de madera eran sumergidos hasta llegar a un substrato de suelo firme (unos 7 metros y medio en la mayora de las zonas) y, sobre ellos, se colocaba un entramado de madera portante, que distribua las cargas a todos los pilotes; mencionar que en muchas ocasiones los pilotes se colocaban muy juntos, con distancias, a veces, menores de un metro. Este entramado de madera superior se cerraba con una serie de tablones sobre los que se colocaba (si se puede llamar as) la verdadera cimentacin del edificio, realizada en piedra y tierra. Cerrando todo el sistema y aislndolo del agua de los canales se construan muros de gravedad (de seccin trapezoidal) en piedra.