99 CAPITULO 3 DISEÑO Y PROCESOS CONSTRUCTIVOS 3.1 DISEÑO TIPO DE PILOTES Para el diseño tipo de pilotes, se ha basado la investigación en los resultados de laboratorio proporcionados por ICIA S.A. de C.V. (Anexo N-2), encontrándose como la zona 1, ubicada en El Centro de Gobierno, como la que reúne las condiciones más desfavorables y en consecuencia el uso de pilotaje para la construcción de un edificio de cuatro o más niveles. Al mismo tiempo se realizarán dos diseños adicionales, los cuales se realizarán en la zonas 2 y 3, conforme a los ensayos recopilados en el Departamento de Ingeniería de la Alcaldía Municipal de San Miguel. 3.1.1 RESISTENCIA DEL PILOTE En los datos obtenidos mediante los sondeos de penetración estándar para la zona 1, encontramos la presencia de material arcilloso en los distintos estratos, por lo que, de acuerdo a esas condiciones, procederemos al cálculo de la resistencia por punta del pilote, según Meyerhof (1976, presenta la ecuación en forma matemática análoga a la de Terzaghi, a partir de un mecanismo de falla distinto. La diferencia radica principalmente en el cálculo de los factores de seguridad): EJEMPLO PARA LA ZONA 1: Se utiliza la fórmula de resistencia de la punta del pilote, asumiendo que el pilote colado in situ tiene un funcionamiento similar, ya que se apoya sobre un suelo firme. De la Ecuación Meyerhof, Capítulo 2, pág. 62, tenemos: Qp = Ap (cNc* + q´Nq*)
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CAPITULO 3
DISEÑO Y PROCESOS CONSTRUCTIVOS
3.1 DISEÑO TIPO DE PILOTES
Para el diseño tipo de pilotes, se ha basado la investigación en los resultados de laboratorio
proporcionados por ICIA S.A. de C.V. (Anexo N-2), encontrándose como la zona 1,
ubicada en El Centro de Gobierno, como la que reúne las condiciones más desfavorables y
en consecuencia el uso de pilotaje para la construcción de un edificio de cuatro o más
niveles. Al mismo tiempo se realizarán dos diseños adicionales, los cuales se realizarán en
la zonas 2 y 3, conforme a los ensayos recopilados en el Departamento de Ingeniería de la
Alcaldía Municipal de San Miguel.
3.1.1 RESISTENCIA DEL PILOTE
En los datos obtenidos mediante los sondeos de penetración estándar para la zona 1,
encontramos la presencia de material arcilloso en los distintos estratos, por lo que, de
acuerdo a esas condiciones, procederemos al cálculo de la resistencia por punta del pilote,
según Meyerhof (1976, presenta la ecuación en forma matemática análoga a la de Terzaghi,
a partir de un mecanismo de falla distinto. La diferencia radica principalmente en el cálculo
de los factores de seguridad):
EJEMPLO PARA LA ZONA 1: Se utiliza la fórmula de resistencia de la punta del pilote, asumiendo que el pilote colado in
situ tiene un funcionamiento similar, ya que se apoya sobre un suelo firme.
De la Ecuación Meyerhof, Capítulo 2, pág. 62, tenemos:
Qp = Ap (cNc* + q´Nq*)
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donde: Qp: resistencia de la punta Ap: área de la punta del pilote
c: cohesión del suelo que soporta la punta del pilote q´: esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote
Nc*, Nq*: factores de capacidad de carga
Datos:
• En el estudio de suelos ICIA S.A. DE C.V. (Anexo N-2), se recomienda el diámetro
del pilote igual a 30 cms, por lo que:
D = 0.30 m, diámetro del pilote
• Cálculo de área del pilote:
Ap = πD²/4
Donde:
Ap = área del pilote
π = 3.1416
D = diámetro del pilote = 0.30 m
Sustituyendo en ecuación:
Ap = 3.1416 (0.30m)² / 4 = 0.0706 m²
• Cálculo de la cohesión, de acuerdo a la fórmula empírica utilizada por los
laboratorios nacionales basada en los ensayos y experiencias realizadas en el país.
c = Qu / 2
Donde:
c = cohesión del suelo
Qu = 5 kg/cm², capacidad última de carga del suelo donde se apoyará el pilote. (Ver tabla
2.0, pág. 98, sondeo S-2)
Sustituyendo en ecuación tenemos:
c = 5 kg/cm² / 2 = 25,000 kg/m²
101
• Para el cálculo del ángulo de fricción interna del suelo, se utilizan los valores
propuestos para arcillas en condiciones consolidadas (ver tabla 1.3, pág. 28).
Ø = 30°
• Los factores de seguridad de carga de Meyerhof, han sido tomados de acuerdo al
ángulo de fricción interna del suelo y son adimensionales, por lo que se tiene (ver
tabla 1.10, pág. 62):
Nc* = 30.14
Nq* = 18.40
• La profundidad de desplante ó longitud del pilote Df, fue recomendada por el
laboratorio de suelos, basados en la capacidad del suelo a esa profundidad y los
resultados N de penetración estándar:
Df = 4.0 m
• Otro dato a tener en cuenta es el peso volumétrico del material (γ), para este caso se
ha obtenido el dato según la tabla 1.4, pág. 33, arcillas firmes o consolidadas, por lo
tanto tenemos:
γ = 1,700 kg/m³
• Para obtener el esfuerzo vertical en la punta del pilote, se calcula multiplicando la
longitud del pilote por el peso volumétrico de la arcilla consolidada a esa
profundidad:
q´ = Df . γ
Donde:
q´= esfuerzo vertical efectivo a nivel de la punta del pilote
Df = profundidad de desplante o longitud del pilote
γ = peso volumétrico del material
Sustituyendo en ecuación:
q´ = 4.0 x 1,700 = 6,800 kg/m²
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• Como factor de seguridad para el empleo de pilotes, se han seguido los lineamientos
referenciados en el Manual de Cimentaciones Profundas de la Sociedad Mexicana
de Mecánica de Suelos, el cual sugiere utilizar el valor 3, para condiciones normales
de servicio (ver pág. 64) :
FS = 3.0
Sustituyendo los datos anteriores en la ecuación de Meyerhof, tenemos:
La separación del espiral según ACI sección 7.10.4.3: “El espaciamiento libre entre
espirales no debe exceder de 7.5 cm, ni ser menor a 2.5 cm”. Por lo que queda a criterio del
diseñador, y con lo cual sugerimos:
Separación normal del espiral = 6.5 cms
Separación en área de confinamiento = 4.0 cms
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DETALLE SIN ESCALA DE ARMADO DEL ACERO DE REFUERZO
Ldb = 28 cms, según cálculo mediante ACI sección 12.3. Doblado a 90°
Separación normal de espiral 6.5 cm
Df = 4.5 mts
Zona confinamiento 50 cms, sepación espiral 4.0 cms
60 cm
8 No.7, según ACI sección 10.9.2 y espaciamiento distribuido uniforme en diámetro interno de 52,5 cm.
Estribo de Espiral No.3, según ACI sección 7.10.4.2
Zapata aislada
Recubrimiento de 7.5 cm, según ACI sección 7.7
Empotramiento entre pilote y zapata no menor de 5cm
Concreto vibrado f´c = 280 kg/cm2
Terreno Natural
60 cms.
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3.2 PROCESOS CONSTRUCTIVOS
3.2.1 GENERALIDADES
Estos procedimientos dependen de las condiciones del terreno, capacidades de carga del
suelo, la magnitud de las estructuras, disponibilidad de equipo y otros. Eligiendo por medio
del diseño, el tipo de cimentaciones profundas a emplearse, ya sean pilotes hincados o
colados in situ.
Para estos pilotes se excava el terreno mediante el equipo de perforación en varios
diámetros. Estas excavaciones pueden hacerse en seco o con alguna protección temporal de
la perforación; para tener mayores rendimientos y seguridad en las obras, es recomendable
realizarlas utilizando equipos de perforación hidráulicos.
En nuestro país, se cuenta con equipos de perforación de varios diámetros, con capacidades
de rotación desde 10 ton-mt hasta 18 ton-mt. Estos equipos permiten la ejecución de pilotes
en diámetros desde 0.30 mt hasta 2.50 mts y con profundidades hasta alcanzar los 45.0 mts.
Dependiendo del tipo del terreno y dimensiones de los pilotes, estos pueden tener una
capacidad de carga entre 10 Kg/cm² hasta 40 Kg/cm².*
Para realizar construcciones de pilotes con diámetros y profundidades mayores que los
mencionados anteriormente, se tendrá que gestionar con empresas extranjeras para el
alquiler de equipos ó subcontratos para su ejecución.
* Información proporcionada por Rodio-Swissboring de El Salvador.
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3.2.2 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DE PILOTES COLADOS IN SITU
3.2.2.1 MÉTODO SECO
Método que se aplica sobre el nivel freático donde no existe el peligro de derrumbe o
socavación al perforar el pozo hasta el fondo. Un suelo que cumple con estas características
sería una arcilla homogénea y firme. También puede aplicarse este método en el caso de
suelos de bajo nivel freático, si la permeabilidad es tal que la filtración en el pozo es
mínima, mientras permanece abierto.
Para construir estos pilotes es necesario hacer un replanteo de la zona y ubicar con
topografía el centro de cada pilote. Se procede después a colocar el equipo de perforación
en el sitio adecuado y la correcta selección de la broca helicoidal (Fig. 3.0) y barrena para
iniciar la excavación.
FIG. 3.0
BROCA HELICOIDAL TIPO
Luego se efectúa la perforación hasta la profundidad requerida (Ftg. 3.1), depositando el
material excavado en un lugar conveniente para su desalojo posterior. Una vez alcanzada la
profundidad total de la excavación puede usarse un ampliador o ensanchador para ampliar
el fondo del pozo.
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FOTOGRAFÍA. 3.0
PERFORACIÓN DE PILOTES
Trabajos de perforación realizados en la construcción de paso a desnivel entre el Boulevar Constitución y
Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador. Se observa la excavación del terreno mediante equipo de perforación, utilizando una broca helicoidal.
El porcentaje de acero de refuerzo que debe colocarse en los pilotes, así como la longitud
de refuerzo vertical, se determina en base a las condiciones de carga. Algunas veces se
omite el acero de refuerzo, por considerarse que el pilote no soportará esfuerzos laterales,
en cambio otras veces es necesario colocarlo a lo largo de toda la longitud del pilote cuando
está expuesto a condiciones de cargas laterales ó se coloca el acero de refuerzo en la punta
del pilote (cabeza).
La correspondiente armadura con todos sus separadores colocados, se baja lo más centrado
posible (Ftg. 3.1) evitando tocar las paredes laterales de la perforación para no producir
arrastre de material (Ftg. 3.2).
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FOTOGRAFÍA. 3.1 COLOCACIÓN DE ARMADURA
Trabajos de colocación de armadura de Pilotes realizados en la construcción de paso a desnivel entre el
Boulevar Constitución y Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador.
FOTOGRAFÍA. 3.2 COLOCACIÓN DE ARMADURA
Armadura de acero colocada y en posición para el colado de concreto hidráulico.
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Una vez posicionada la armadura en el lugar correcto, se inician los trabajos del concreto,
utilizando el método TREMIE de llenado por flujo inverso. Por el interior de la armadura se
bajan en tramos de tubos acoplables, roscados y sellados mediante el equipo o maquinaria
hasta el fondo de la perforación, se coloca la tolva en su parte superior, se obtura unión
tolva con cañería mediante tapete (embudo). Luego se vuelca el concreto en la capacidad de
la tolva, se retira el tapete y en forma continua se inicia el llenado del pilote. El volumen de
concreto que se carga por tolva se desliza hacia el fondo desplazando el agua y posibles
impurezas hacia el exterior (superficie). A medida que avanza el llenado (Ftg. 3.3) se van
retirando los tubos, estando siempre el tubo puntera sumergido evitando de esta forma el
contacto con el agua. Cabe acotar la importancia del concreto el cual debe tener de
preferencia un revenimiento de 6 a 7 pulg., con agregado mediano, logrando con esto un
libre deslizamiento en el interior de la tubería y un perfecto acomodamiento contra las
paredes laterales y los estribos de la armadura.
FOTOGRAFÍA. 3.3
COLADO DE PILOTES IN SITU
Trabajos de Colado de Pilotes in situ, realizados en la construcción de paso a desnivel entre el Boulevar
Constitución y Alameda Juan Pablo Segundo, San Salvador.
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3.2.2.2 MÉTODO ENTUBADOS O ADEME
Este sistema se adopta donde la naturaleza del terreno a trabajar es tan crítica que las
paredes de las perforaciones no logran sostenerse aplicando fangos estáticos (bentonita o
gel). El equipo montado sobre oruga tiene la suficiente potencia y adaptaciones necesarias
para introducir, girando camisas acoplables entre sí hasta llegar donde las condiciones del
suelo lo requieran. Una vez colocada la camisa, se excava su núcleo interior con el sistema
más adecuado a las características del suelo, hélice o balde bucket (3.1).
FIG. 3.1 BALDE O BUCKET TIPICO
En el caso de no haber alcanzado la cota de profundidad requerida, luego de haber vaciado
el interior se acopla un nuevo tramo y se continúa en tareas sucesivas hasta alcanzar el nivel
de apoyo del pilote. Cabe destacar que se puede dar una conjunción de sistemas; encamisar
solamente una parte de la perforación donde la naturaleza del terreno lo requiera y luego
continuar perforando, ya sea con presencias de aguas o aplicando lodos estabilizantes. Es
de suma importancia destacar que este método, calificado como de última generación (Ftg.
3.4), no transmite ningún tipo de vibraciones a posibles edificios linderos, ya que el
encamisado se produce por giro y no por hincado o vibrohincado.
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FOTOGRAFÍA. 3.4 MÉTODO ENTUBADOS O ADEME
Equipo sobre orugas, introduciendo camisas acoplables antes de la perforación. Trabajos realizados en Guatemala por Rodio-Swissboring
Una vez que se ha logrado la limpieza del interior de la camisa se baja la armadura metálica
con sus correspondientes separadores y se la posiciona en su lugar.
Para el colado, el sistema a adoptar depende totalmente de las características del suelo de
trabajo. En muchas ocasiones se produce un llenado en seco utilizando tubos para evitar
disgregamiento del concreto. En caso de presencia de aguas o lodos bentoníticos, se aplica
el sistema Tremie o Contractor de llenado por flujo inverso. Por el interior de la armadura
se bajan tuberías en tramos aclopables, roscados y sellados mediante O'ring (empaque para
evitar pérdida de lechada) hasta el fondo de la perforación. Se procede al vaciado del
concreto de igual forma que el método seco. Una vez lleno el pilote, se procede al retiro de
la camisa (Ftg. 3.5), ya sea produciendo el giro de la misma o con pequeños golpes de
extracción, luego se van desacoplando los tramos de ésta sucesivamente hasta sacarla
totalmente. Una vez concluida esta operación nos queda el pilote terminado.
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FOTOGRAFÍA. 3.5
ADEME RECUPERABLE
Retiros de camisa utilizando pluma sobre oruga en la construcción de un puente. Trabajos realizados en
Guatemala por Rodio-Swissboring
3.2.2.3 METODO CON LODOS ESTABILIZANTES
Se realiza con un equipo de accionamiento hidráulico y consiste en perforar hasta la cota de
fundación requerida, en dicha excavación se utiliza mecha helicoidal para inicio y luego
balde “bucket”, esta herramienta posee la particularidad de almacenar todo el material
cortado en su interior evitando que éste quede disgregado en la perforación. Estas
operaciones se realizan con el aporte constante de fangos estabilizantes (Ftg. 3.6) para
garantizar la estabilidad de las paredes laterales de la excavación y sostenerlas evitando
posibles desmoronamientos de terreno.
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FOTOGRAFÍA. 3.6 ESTABILIZACIÓN BENTONÍTICA
Utilización de bentonita en la perforación, estabilizando las paredes.
Trabajos realizados en pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.
El lodo estabilizante es conocido comúnmente como bentonita, que es una arcilla la cual
contiene una gran cantidad de monmorilonita. Al ser mezclada con agua, forma un coloide
con moléculas de bentonita intercaladas con moléculas de agua.
Al someter la bentonita a presión, las placas hidratadas se adhieren al terreno, mientras que
las moléculas de agua se introducen en el terreno y por último, al prolongar este contacto se
forma una película de bentonita comúnmente denominada cake, comportándose esta capa
como una película de protección y permite que la mayor presión hidrostática dentro de la
perforación, mantenga estable las paredes y evite cualquier desprendimiento de la misma.
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Una vez alcanzada la profundidad solicitada se procede al bajado de armadura (Ftg. 3.6)
con sus correspondientes separadores. Esta operación se realiza normalmente con el tiro
libre de la perforadora usándola como grúa. Se introduce la armadura del pilote hasta que el
fondo de éste queda de 20 a 30 cms., sobre el fondo de la excavación; esto será posible
porque la armadura se sostendrá de la parte superior con vigas de acero o algún elemento
especial diseñado para dicha función.
Para cargas axiales, los pilotes generalmente llevan una cuantía de acero entre el 0.5 a
0.10% del área nominal del pilote. Para dar una mayor rigidez a la armadura, cada tramo
deberá quedar soldado en varias de las barras del esfuerzo vertical.
Posicionada la armadura en el lugar correcto, se deben de tomar debidas precauciones para
asegurar la mejor calidad. En el caso de la tubería, esta deberá retirarse mientras se está
haciendo el colado, ya sea por tensión vertical o movimientos oscilatorios. En el caso de
utilizar la bentonita, durante el proceso de excavación, el lodo se carga con arena y
descansa al fondo; como primer paso, es necesario utilizar e bucket para retirar el exceso de
arena. Luego, se procede a retirar hasta cierta tolerancia del 5.0% en peso, toda la arena que
está en suspensión; para hacer esto, se debe de bombear lodo mezclado con material de
excavación del fondo hacia fuera y sustituirse por lodo nuevo, es decir, desarenado.
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FOTOGRAFÍA. 3.6 BAJADO DE ACERO DE REFUERZO
Bajado del acero de refuerzo o armadura mediante grúa, luego de la perforación del terreno.
Trabajos realizados en pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.
Cuando el lodo retirado del fondo de excavación cumple con las normas establecidas
(Tabla 3.0), se considera que el panel está listo para ser colado (Fig. 3.7).
TABLA 3.0
CARACTERISTICAS MINIMO ACEPTABLE MÁXIMO ACEPTABLE
Densidad 1.10 ton/m³ 1.25 ton/m³
Viscosidad 30 45
Contenido de agua - 5%
Para evitar que se segregue el concreto es necesario utilizar una tubería tipo TREMIE, esta
tubería permite que el concreto fluya desde el fondo de la excavación y que por su mayor
peso específico pueda desplazar la bentonita y cualquier impureza. Esta tubería quedará al
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inicio del colado a 20 cms del fondo de la excavación y luego deberá mantenerse embebida
en el concreto entre 2.0 y 4.0 mts; el colado con este tipo de tubería debe hacerse en forma
constante y sin interrupciones.
FIG. 3.7
FIJACIÓN DEL ACERO DE REFUERZO
Bajado, fijación y colocación del acero de refuerzo del pilote, previo al colado.Trabajos realizados en construcción de pilotes del Puente Acelhuate, El Salvador.
3.2.2.4 METODO NIVEL FREÁTICO
Este tipo de tareas se efectúan con un equipo perforador rotativo de accionamiento
hidráulico. Se perfora hasta la cota de fundación requerida, utilizando mecha helicoidal
para poder iniciar marcando la perforación (Ftg. 3.8). Esta mecha se utiliza hasta
encontrarse con el nivel freático, cuando la presión de ésta comienza a inundar la
perforación se cambia de herramienta colocando balde “bucket”. Este elemento,
especialmente diseñado para ser utilizado en trabajos por debajo de niveles acuíferos, corta
por su fondo y almacena todo el material en su interior evitando que éste quede disgregado
en la perforación. Esta característica es de suma importancia ya que cuando se alcanza la
147
cota requerida la perforación se encuentra totalmente limpia, sin ningún material grueso
suelto que pueda impedir u ocasionar un mal llenado del pilote.
FOTOGRAFÍA. 3.8 MAQUINARIA PARA PERFORACIÓN CON BUCKET
Maquinaria sobre oruga utilizando bucket durante la perforación previo al colado del pilote. Trabajos con método nivel freático, Guatemala.
Luego se procede al bajado de la armadura, que se realiza normalmente con el tiro libre del
equipo perforador. La correspondiente armadura con todos sus separadores colocados, se
baja lo más centrado posible evitando tocar las paredes laterales de la perforación para no
producir arrastre de material.
Una vez posicionada la armadura en el lugar correcto, se inician los trabajos de vaciado del
concreto del pilote, se utiliza el método TREMIE de llenado por flujo inverso. El proceso a
seguir es igual al método seco. A medida que avanza el llenado se van retirando los tubos,
estando siempre el tubo puntera sumergido en el concreto evitando de esta forma el
contacto con el agua. Se recomienda tener un revenimiento entre 7 y 8 pulg., con agregado
mediano, logrando con esto un libre deslizamiento en el interior de la tubería y un perfecto
acomodamiento contra las paredes laterales y los estribos de la armadura.
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3.2.2.5 SISTEMA HÉLICE CONTÍNUA
Este sistema de última generación se ejecuta con equipos de alta potencia-torque y que
poseen la más avanzada tecnología aplicada a la construcción y controles de calidad de los
pilotes.
Normalmente se aplica este método donde los suelos a perforar son inestables, con
presencia de nivel freático, desmoronables y que ante los trabajos de perforación con los
métodos tradicionales pueden llegar a colapsar, a diferencia de otros como los lodos
bentoníticos, se obtienen altas producciones (dependiendo del tipo y espacio de obra) y una
mayor limpieza de la misma. Se trata de hacer la Ingeniería de fundación sobre la base del
sistema constructivo adoptado tratando de unificar el diámetro a utilizar.
La forma de ejecutar el pilote es la siguiente: el equipo trabaja con una hélice continua de
12.0 mts. de longitud y posee un prolongador para alcanzar los 18.0 mts. de profundidad.
Mediante giro y empuje introduce la mecha en el suelo hasta la cota de fundación, luego se
acopla el equipo con la bomba de concreto. A medida que se va extrayendo la mecha del
terreno por el interior del eje de la misma se bombea el concreto, comparandola contra la
velocidad de ascenso de la mecha por medio de un equipo computarizado, evitando no
levantar de más si no está la mezcla ocupando el lugar.
Se trabaja de esta forma hasta extraer la total longitud de la mecha, inmediatamente se toma
la armadura con el tiro libre de la máquina y se la coloca, ayudándola a entrar mediante
peso o por vibración de la misma, quedando de esta forma el pilote terminado.
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FOTOGRAFÍA. 3.9 MAQUINARIA PARA PERFORACIÓN HÉLICE CONTINUA
Maquinaria trabajando con el sistema de hélice continua en perforación del suelo, previo a la colocación del acero de refuerzo. Italia, 2003.
3.2.2.6 MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES ARTESANALES
En nuestro país, durante los últimos años, se ha incrementado el uso de pilotes de concreto
colados en el sitio. Generalmente en la construcción de obras de menor magnitud que no
requieren el uso de perforadoras mecánicas, plumas, etc., el constructor realiza este tipo de
obras mediante cimentaciones artesanales.
La utilización de este método se caracteriza por el tipo de equipo y métodos utilizado por
una excavación con barrenos de uso manual, fabricados de acero en un taller de mecánica,
generalmente con poco control de calidad. El método se utiliza en aquellas construcciones
150
técnicas de las obras como la industria viviendista y pequeños edificios y donde es
necesario colar, muchos pilotes de diámetros reducidos.
Se procede de la siguiente manera:
Impulsado con fuerza un barreno de fabricación artesanal de forma helicoidal hacia dentro
del terreno por una o más personas, se perfora hasta la profundidad determinada por un
estudio geotécnico. Generalmente cuando se utiliza este método las profundidades no son
muy grandes, llegando a alcanzar 10 mts las máximas perforaciones.
Este proceso de excavación tiene muchos inconvenientes:
• Si se encuentra un estrato de suelo de gran resistencia por donde debe pasar el
barreno, éste necesita más fuerza para poder perforarlo, por lo que esta fuerza extra
hace que el barreno se desvíe unos pocos centímetros, perdiendo la perforación su
verticalidad original. Esto puede ser perjudicial, pues estas discontinuidades podrían
afectar la transmisión de carga en el pilote.
• Es bastante probable que a medida se excava no toda la tierra removida puede ser
sacada del pozo, por lo que existen azolves en el fondo. Lo que el constructor hace
en general es compactar este azolve con un pisón largo, pero esta práctica no es muy
recomendable, pues el compactado no puede hacerse correctamente y aunque se esté
en el estrato resistente, el pilote no se colocará originalmente sobre él, por lo que al
soportar el peso de la superestructura se asentará una distancia igual al espesor del
azolve compactado.
• Si se encuentra en el proceso de excavación un estrato rocoso, el barreno natural no
podrá pasar por él. Muchas veces se mal interpretan estos estratos creyéndose que
ya se ha llegado al estrato resistente, cuando probablemente sea una pequeña
formación rocosa que cederá cuando el pilote sea cargado.
Luego de haber realizado la excavación se procede a la colocación del acero de refuerzo
vertical, el cual consiste como mínimo de 4 a 6 varillas longitudinales de 3/8” o de 1/2” con
estribo de espiral de 1/4” o 3/8”, dependiendo del diseño estructural. El refuerzo se coloca
en el pozo sin la ayuda de ninguna grúa, sometiéndolos muchas veces a esfuerzos por
doblado en su introducción.
151
Cuando ya está colocado el acero, se procede al colado del concreto que generalmente es de
una resistencia a la compresión de 210 kg/cm² con un revenimiento de 6 a 7 pulgadas.
El colado puede realizarse de dos maneras diferentes:
• Con concreto premezclado en planta y transportado en camiones revolvedores o
mediante bombeo. Este concreto se baja del camión y se va colocando en bateas
especiales de gran tamaño; luego es transportado en carretillas de llantas con
neumáticos hasta el pozo a ser colado. Muchas veces el camión revolvedor puede
llegar cerca del pilote a colar, y ahorrarse los acarreos en carretillas.
• Fabricando el concreto con máquinas revolvedoras de 1/2 a 2 bolsas. Esto se hace
cuando la cantidad de concreto a colocar no alcanza con la cantidad que transporta
un camión. Este proceso debe tener una mayor supervisión y mayor control de las
mezclas realizadas, algunas veces se fabrica el concreto a mano, pero esto no es
recomendable y ningún tipo de supervisión debería permitir este método, por
mínima que sea la cantidad de concreto a colar.
Para verter el concreto en el pozo también se utilizan dos métodos:
• Se vierte el concreto directamente en caída libre en la oquedad. Este procedimiento
es totalmente incorrecto porque la caída libre produce segregación en el concreto
disminuyendo la resistencia de éste.
• Por medio de una tolva y trompa de elefante, primeramente se deja caer por la tolva
un poco de concreto más fluido de lo normal en caída libre; esto sirve para que
luego caiga el concreto normal ya bajo presión, al crearse un vacío dentro de la
tolva.
Cuando se vibra o compacta el concreto, se hace con un vibrador en sus regiones
superficiales.
152
CASO DE NIVEL FREÁTICO EN CONSTRUCCIÓN DE PILOTES
ARTESANALES.
En el caso de encontrarse nivel freático de manera superficial, y las paredes de la
perforación son estables y permiten trabajar en agua sin mayores dificultades, no hay
necesidad de encamisar las paredes. De lo contrario se procederá a encamisarlo,
generalmente con tubo PVC.
El día del colado se deberá hacer una limpieza en el fondo de la perforación.
Posteriormente se coloca la armaduría con sus separadores, para evitar arrastre de material.
Luego se procede al vaciado del concreto, haciéndolo por caída por medio de tubos o
preferiblemente bombeado, utilizando éste algún tipo de aditivo acelerante del fraguado,
esto provoca al mismo tiempo el ascenso del agua de la perforación, la cual es expulsada
del agujero.
Terminado el pilote se procederá a demoler la cabeza de éste por estar muy contaminada y
sustituirla por un nuevo concreto de calidad.
153
ACCESORIOS DE PERFORACIÓN
Barrena de Perforación Camisa de Perforación
Otros usados en perforaciones
Mecha Balde bucket
Carotieri (fresa para rocas) Bulbo ensanchador
154
3.2.3 EQUIPO UTILIZADO EN LA CONSTRUCCIÓN
3.2.3.1 GRÙAS
Son máquinas que sirven para el levantamiento y manejo de objetos pesados, contando para
ello con sistema de malacates que acciona a uno ò varios cables, montados sobre una pluma
y cuyos extremos terminan en gancho.
Para facilitar su función, la unidad motriz y los diferentes mecanismos de la máquina le
permiten girar alrededor de un eje vertical y a la pluma moverse en un plano horizontal.
Las plumas de la grúa pueden ser rígidas cuando están formadas por estructuras modulares
(de tubo o de ángulo estructural), o bien telescópicas cuando están formadas por elementos
prismáticos que deslizan unos dentro de otros.
Para la construcción de cimentaciones profundas se usan generalmente grúas móviles de
pluma rígida, bien sea para montar sobre ellas equipo especializado.
Para el montaje de equipo de perforación o hincado, usualmente se requieren grúas de 45 a
80 ton. de capacidad nominal, con plumas rígidas de 18.3 mts de largo. Para las maniobras
se emplean grúas de menor capacidad nominal, aunque superior a 15 ton., las condiciones
del terreno dictaminan la conveniencia de que estén montadas sobre neumático o sobre
orugas.
En la siguiente tabla se muestra una guía de grúas usuales para trabajos de construcción de
cimentaciones profundas.
155
TABLA 3.1 GRÚAS MOVILES
Marca Modelo Capacidad
ton
Peso
ton LS68 13.61 17.67
LS98 24.49 27.70
LS108-B 40.82 38.40
LS108-D 45.36 38.04
LS118 54.43 54.70
LS318 72.58 63.30
LS418A 99.77 92.02
LS138-H 68.04 55.92
LS208-H 68.04 58.97
Link-Belt
LS218-H 90.72 80.02
HS833HD 40.00 39.60
HS843HD 60.00 56.80
HS853HD 80.00 81.20
HS833HD 90.00 96.40
Liebherr
HS883HD 120.00 109.40
222 90.70 74.52
777S-1 153.50 113.40
777S-2 160.00 150.14
888S-1 196.80 154.08
888S-2 208.60 189.98
3900WS-2 127.00 118.94
3950W 136.00 136.84
3950D 136.00 143.40
4100WS-1 181.40 166.28
4100WS-2 208.60 204.38
Manitowoc
4100WS-3 217.70 218.64
670WCL 70.00 -
550 50.00 -
5060 60.00 50.52 P&H
5100 100.00 78.37
Marca Modelo Capacidad
ton
Peso
ton 599 C 36.29 -
5299 45.36 -
7220 45.36 -
5299 A 54.40 -
5300 63.50 -
7225 A 77.25 -
7260 90.70 -
9260 113.50 -
9270 136.08 -
A100HC 100.00 -
American
A1500HC 167.80 -
DS640 40.00 40.00
BS650 50.00 50.00
BS660 60.00 65.00
BS680 80.00 80.00
BS6100 110.00 90.00
BS6120 120.00 100.00
Bauer
BS6180 180.00 160.00
22B 12.00 19.30
38B - -
54B - - Bucyrus Erie
61B 66.50 67.30
C20 20.00 22.00
C40 40.00 35.60
C50 50.00 48.65
C60 60.00 63.70
Casagrande
C90 95.00 83.80
156
3.2.3.2 PERFORADORAS
Son máquinas para hacer barrenos en el suelo por rotación y percusión. En el caso de las
rotatorias, la torsión se transmite por medio de una barra en cuyo extremo inferior se coloca
una herramienta de avance tal como una broca, un bote cortador, una hélice. La barra se
hace girar con algún mecanismo o bien se levanta y se deja caer sobre el fondo de la
perforación, lo cual da lugar a que las perforadoras sean rotatorias o de percusión
respectivamente.
a) Perforadoras rotatorias.
Para la construcción de cimentaciones profundas, se emplean generalmente dos tipos de
perforaciones con sistema rotatorio:
• Con Barretón o Kelly de perforación; ya sea montada sobre orugas, sobre grúa o
sobre camión. En este caso, el Kelly puede ser de una sola pieza o bien telescópico
de varias secciones, con el cual se extrae de manera intermitente el suelo perforado.
• Con Hélice continua; montada sobre grúa o sobre oruga. El suelo se extrae de
manera continua, conforme se perfora el suelo.
• Con Bauer de circulación inversa, con estos equipos se opera con el principio de un
air-lift, para la construcción de pilotes estos equipos pueden perforar profundidades
mayores a 100 mts.
La selección de la perforadora mas adecuada para un proyecto dado, dependerá de las
características que presenten los materiales del lugar, así como del diámetro y profundidad
de las perforaciones por realizar.
A continuación se muestra una lista de perforadoras con Barretón o Kelly telescópico y de
Hélice continua, que son más utilizados en la construcción de cimentaciones profundas:
157
TABLA 3.2 PERFORADORAS MAS UTILIZADAS
PERFORADORAS DE BARRETÓN O KELLY TELESCÓPICO
Marca Modelo Tipo Par kg-m Diámetro máx.
(m)
Profundidad
máx. (m)
BG9 S/Oruga 9,486 1.20 40
BG22H S/Oruga 22,440 1.80 57
BG22S S/Oruga 22,440 3.00 57
BG30 S/Oruga 37,434 3.00 63
Bauer
(Alemania)
BG50 S/Oruga 37,434 3.00 83
125CH S/Grúa 17,300 - Opcional
400CH S/Grúa 55,300 - Opcional
200C S/Camión - 3.00 26
42LH S/Camión - 2.10 30
5200LH S/Camión - 3.50 52
Calwelld
(USA)
ADL S/Camión 9,000 1.50 18
Catdrill 18 S/Grúa 12,000 2.50 80
Catdrill 22 S/Grúa 22,000 2.50 54
B10HS S/Oruga-camión 10,000 1.50 35
B12HS S/Oruga-camión 12,200 1.80 45
Casagrande
(Italia)
B18HS S/Oruga 18,300 2.00 73
RT3-S S/Grúa 21,000 2.20 78
R-16 S/Oruga 16,000 2.00 60
R-15 S/Oruga 15,600 2.00 60
R-10 S/Oruga 10,000 1.50 46
Soilmec
(Italia)
CM-39 S/Oruga 9,700 1.50 34
PERFORADORAS DE HÉLICE CONTINUA
BG14 S/Oruga 14.28 0.90 14.9 Bauer
(Alemania) BG30 S/Oruga 37.43 1.20 21.6
LH-CFA17 S/Oruga 9.99 0.60 17
HD-CFA21 S/Oruga 9.99 0.80 21 Casagrande
(Italia) HD-CFA24 S/Oruga 9.99 1.00 24
R-16 S/Oruga 16.00 1.10 21.5
SM-49 S/Oruga 8.85 0.95 23.5 Soilmec
(Italia) HY-42 S/Grúa 6.10 0.80 32
158
b) Perforadoras por percusión.
Las perforadoras por percusión, a través de un sistema, que puede ser mecánico-neumático
o hidráulico, transmiten una serie rítmica de impacto al material por perforar, por medio de
un elemento de corte o ataque, llamado martillo de fondo. Su aplicación principal es en
rocas, ya que en suelos se reduce su eficiencia. Para cimentaciones profundas pueden
alcanzar hasta los 100 cm de diámetro, como se indica en la siguiente tabla:
TABLA 3.3
CARACTERÍSTICAS DE PERFORADORES DE FONDO
Modelo Diámetro de
perforación (cm)
Peso del
martillo (Kg)
Frecuencia de
operación
(golpes/minutos)
Consumo de aire*
(L/s)
Champion 180 45-61 1,492 950 944
Champion 240 61-86 2,488 925 1,322
Champion 330 83-109 5,707 925 2,454
* Operando con una presión de 10.2 x 10^5 Pa.
3.2.3.3 OSCILADORAS DE ADEMES
Equipo utilizados para el uso de ademes, con un movimiento rotacional alterno y una fuerza
vertical. Se utilizan combinados con perforación rotatoria o la extracción de material.
Usualmente están acoplados a una perforadora rotatoria sobre orugas, con la que se
comparte la central hidráulica, aunque también operan en forma independiente, con una
central propia.
En la siguiente tabla se presentan algunos modelos y capacidades de osciladoras:
159
TABLA 3.4 OSCILADORAS DE ADEMES
Marca Modelo Diámetro máx. (cms) Par de torsión (KN-m)
Bauer BV 880-04
BV 10-04
-
-
450
1,000
Casagrande
GSP-S-1000
GSP-S-1500
GSL-S-1000
220
270
205
1,280
1,830
1,200
Soilmec
MGT-700
MGT-1000
MGT-1500
180
200
250
550
1,200
2,200
3.2.3.4 MARTILLOS PARA HINCADO
Son equipos que generan impacto en serie para el hincado de pilotes. Los martillos
piloteadores originales, fueron masas de caída libre, que se colocaban en posición previa al
descenso mediante sistemas manuales o mecánicos. Con el desarrollo de la tecnología se
utilizó vapor de agua o aire comprimido para levantar la masa que cae; mejoras posteriores
dieron lugar al uso del vapor y aire comprimido para acelerar la caída de la masa durante su
descenso lográndose una mayor energía en el impacto.
Los más comunes, son martillos de combustión interna que emplean diesel como
combustible para levantar la masa golpeadora, al mismo tiempo que se aprovecha su
explosión para incrementar el impacto del hincado. Existen diversos tipos de martillos para
el hincado de pilotes:
160
TABLA 3.5 TIPOS DE MARTILLO PARA EL HINCADO
Los tipos de martillos más usados son los de doble acción y de tipo hidráulico, a manera de
ejemplo, a continuación se presentan los martillos IHC, de la serie S y SC:
Serie “S”.
El peso de la masa de golpe de la serie S, es relativamente ligero, la velocidad de impacto
hace que estos martillos sean ideales para hincar pilotes de acero (tubos), vigas H y pilotes
en la costa. TABLA 3.6
CARACTERÍSTICAS MARTILLO “S”
CARACTERISTICAS UNIDAD S-35 S-70 S-90 S-200
Datos de operación.
Energía del golpe máximo sobre el pilote. kNm 35 70 90 200
Energía del golpe mínima sobre el pilote. kNm 2 2 2 10
Número de golpes a energía máxima. bl/min 60 50 50 45
Pesos
Pistón/masa de golpe Ton 3 3.5 4.5 10
Martillo con pistón en el aire. Ton 7.3 8.3 9.2 24.5
Dimensiones
Diámetro exterior del martillo. cm 61 61 61 91.5
Longitud del martillo. cm 560 713 788 892
Elemental Caída libre
Acción simple Vapor
Neumáticos
Doble acción
Diferenciales
Vapor
Neumáticos
Hidráulicos
Diesel Abiertos
Cerrados
Vibratorios Baja frecuencia, mayor de 40 Hz
Alta frecuencia, mayor de 140 Hz
Vibratorios - Impacto -
161
Serie “SC”.
Este tipo de martillos tienen una velocidad de impacto más baja que el de la serie S, por ser
el pistón más pesado. Son la mejor elección para hincar pilotes de concreto ó para usarse en
A: diámetro D: espaciamiento máximo promedioB: área de la sección transversal E: altura máxima promedioC: perímetro F: distancia máxima entre estremo de corrugaciones transversales
163
TABLA 3.9 REQUISITOS DE TENSIÓN
A B Alargamiento mínimo en 203 mm, por designación
Grado MPa
(Kg/cm²)
MPa
(Kg/cm²)%
3 4,5,6 7 8 9 10
40 500
(4,921)
300
(2,812) 11 12 11 10 9 8
60 620
(6,348)
420
(4,218) 9 9 8 8 7 7
A: resistencia minima a la tensión; B: límite de fluencia mínimo.
TABLA 3.10
REQUISITOS DE DOBLADO A 180º
Diámetro del vástago Número de asignación
Grado 40 Grado 60
3,4,5 3.5d 3.5d
6 5d 5d
7,8 - 5d
9,10 - 7d
d: diámetro nominal de la muestra.
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.
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
dimensiónales y de la corrugación, se debe tomar una muestra de cada diámetro por cada
10ton 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.
164
3.3.1.2 SOLDADURA.
El acero de refuerzo de 1¨ y mayor no se debe traslapar sino que se debe soldarse a tope o
unirse mediante un dispositivo roscado (copplers), tipo Dividag o similar. Debe cumplir
con las normas siguientes: ACI 439.3R-91, ASTM E 1032-95/142-92/94-93, ANSI/AWS/D
1.4-98 y NOM-H-121-1988.
a. Calificación del soldador: Antes de iniciar cualquier trabajo de soldadura se debe
calificar al soldador en la posición y de tipo de soldadura que debe realizar. La calificación
debe realizarse por un inspector calificado, quien emitirá un reporte indicando la aceptación
o rechazo del soldador.
b. Radiografías: tomar radiografías de una unión soldada constituye una prueba no
destructiva. Las radiografías deben tomarse de conformidad con las normas antes
mencionadas cuando estas sean mayores a 1¨.
Con el producto terminado, se acostumbra acordar entre el contratista y el dueño o el
supervisor, cuantas uniones se van a examinar. De los resultados obtenidos se decide la
aceptación o rechazo del lote.
3.3.1.3 AGUA El agua para la fabricación de los lodos de perforación y del concreto deberá ser potable,
limpia, fresca y libre de materia orgánica e inorgánica, ácidos y álcalis, en suspensión o en
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. Debe cumplir con las siguientes normas: ASTM C 685-98.a ó NOM-C-122-1982.
Podrá obtenerse de fuentes públicas o de pozos, pero no de las excavaciones. No deberá
utilizarse agua no potable en el concreto, a menos que se cumpla con las siguientes
condiciones:
165
1) La selección de las proporciones del concreto debe basarse en mezclas de concreto
utilizando de la misma fuente.
2) Los cubos de mortero para pruebas, hechos con agua no potable, deben tener
resistencias iguales a los 7 y 28 días, de por lo menos 10% de la resistencia de
muestras similares hechas con agua potable. La compasión de las prueba de
resistencia debe hacerse en muestras idénticas, excepto por el agua del mezclado,
elaborados y probados de acuerdo con las normas ASTM C-109 “Test Meted fot
Compresive Strength of Hidraulic Cement Mortars”.
TABLA 3.11 VALORES CARCTERÍSTICOS Y LÍMITES TOLERABLES
DE SALES E IMPUREZAS
Límites en ppm.
Impurezas 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 concreto con acero de preesfuerzo y piezas de fuentes**
Para otros concretos reforzados en ambiente húmedo o en
contacto con metales, como aluminio, hierro galvanizado y otros
similares***
400
700
600
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
Grasas y aceites 0 0
Materia orgánica (oxígeno consumido en medio ácido) 150 150
Valor del PH No menos de 6 No menor de 6.5
166
* Las aguas que excedan los limites 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 loa agregados u otros orígenes, no
excede dichos limites.
** El agua se puede usar siempre y cuando las arenas que se empleen en el concreto
acusen un contenido de material orgánica cuya colaboración sea inferior a 2, de acuerdo
con el método de la norma NMX-C-088-1997-ONNCCE.
*** Cuando se use cloruro de calcio (CaCl 2) como aditivo acelerante, la cantidad de este
deberá tomarse en cuenta para no exceder el límite de cloruros de esta tabla.
3.3.1.4 AGREGADO FINO
Material conocido como arena, que pasa por la malla 4.75mm, 0.187in (No 4) y se retiene
en la malla 0.075mm (No 200). El agregado fino esta formado por material natural
procesado, una combinación de ambos o artificial.
a) Granulometría: deberá satisfacer la granulometría mostrada en la tabla 3.12, de
acuerdo a las normas ASTM C-33 ó NMX C-111-1992. TABLA 3.12
GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO
Material retenido* Criba
%
9.5 mm (3/8”) 0
4.75 mm (No.4) 0 – 5
2.36 mm (No.8) 0 – 20
1.18 mm (No.16) 15 – 50
0.60 mm (No.30) 40 – 75
0.30 mm (No.50) 70 – 90
0.15 mm (No.100) 90 – 98
* acumulado en masa
167
1) Estar dentro de la zona que establece la tabla 3.12, excepto en los casos que se indican
en el párrafo 3 y 4.
2) El modulo de finura debe estar comprendido entre 2.30 y 3.10, con una tolerancia de +/-
0.20, con respecto al valor del modulo de finura empleado en el diseño del
proporcionamiento del concreto.
3) 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 250kg/m³ (2452N/m³) para concreto con aire incluido,
o mayor de 300kg/m³ (2943N/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.
4) En el caso de que los agregados que pretendan emplearse, no cumplan con las
tolerancias indicadas en los incisos 1), 2) y 3), 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.
168
b) Sustancias nocivas: TABLA 3.13
GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO FINO
Concepto Material retenido*
Grumos de arcillas y partículas deleznables 0.3
Carbón y lignito
En concreto aparente
En otros concretos
0.5
1.5
Materiales finos que pasan la malla No.200
en concreto:
Sujeción a la abrasión
En otros concretos
3.0*
5.0*
* En masa de la muestra total, en %.
** En el caso de material fino que pasa por la malla F0.075 mm (No 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.
b) Sanidad y materia orgánica: El agregado fino, sometido a cinco ciclos del método de
prueba que establece la NOM-C-75-1985, debe tener una perdida de masa no mayor de
10% con sulfato de sodio, o 15% si se usa sulfato de magnesio.
El agregado fino que no cumpla con lo anterior, podrán aceptarse si existen antecedentes
documentales de su empleo en concretos de propiedades semejantes, elaborados con
agregados del mismo banco que causan un comportamiento satisfactorio en condiciones de
intemperismo semejantes a las que se va a someter el nuevo concreto.
El agregado fino debe de estar libre de cantidades perjudiciales de impureza orgánicas. Los
agregados que al efectuar la prueba a la que se refieren las normas, den un color mas oscuro
que el No.3 deben rechazarse, excepto si se demuestra que la coloración es debida a la
presencia de pequeña cantidades de carbón, lignito o partículas semejantes, o bien, si se
169
demuestra que el efecto de las impurezas orgánicas en morteros ensayados a 7 días dan
resistencias no menores del 95%, conforme al método establecido.
3.3.1.5 AGREGADO GRUESO.
Material conocido como grava, que es retenido en la malla 4.76mm, 0.187in (No.4)
constituidos por cantos rodados, triturados o procesados, rocas trituradas, escoria de alto
horno, escoria volcánicas, concreto reciclado o una combinación de ellos u otros, y cuya
composición granulométrica varia dentro de los limites de la tabla 3.14.
a) Granulometría: para pilas y pilotes el agregado máximo usual es de 19mm (¾”). En la
tabla 3.3.1.7 se dan los requisitos granulométricos para gravas desde 25mm (1”) hasta
9.5(3/8”).
Cuando se tenga agregados gruesos fuera de los límites antes indicados, deberán procesarse
para satisfacer dichos límites. En el caso de aceptar que los agregados no cumplan dichos
límites, deberá ajustarse el procedimiento del concreto para compensar las deficiencias
granulométricas, por lo tanto, deberá demostrarse que el concreto tiene un comportamiento
adecuado. TABLA 3.14
GRANULOMETRÍA DEL AGREGADO GRUESO
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
170
b) Sustancias nocivas: el agregado grueso deberá satisfacer lo indicado en la tabla 3.15. Es
de esperarse que los límites correspondientes a cada clase designada, sean suficientes para
asegurar un comportamiento satisfactorio del concreto para los diferentes tipos de concretos
y partes de la obra. Cuando no puedan conseguirse estos agregados de calidad adecuada
para satisfacer, por lo menos, algunos de los usos mencionados, estos pueden cumplir al
someterlos al tratamiento adecuado.
TABLA 3.15
LIMITES MÁXIMOS DE CONTAMINACIÓN Y REQUISITOS FÍSICOS DE CALIDADDEL AGREGADO GRUESO EN PORCENTAJE
G
Elementos A B C D E F Sulfato de sodio
Sulfato de
magnesioRegión de intemperismo
No expuestos a la intemperie: zapatas de Cimentación, columnas, vigas y pisos interioresCon 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
4.0 8.0
- -
- -
2.02.0
0.51.0
5050
- -
- -
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) * Ver nota 4 ** Ver nota 2
171
NOTAS:
1) 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.
2) 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%.
3) La pérdida por abrasión del agregado grueso debe ser determinada en una muestra
con granulometría lo más cercana a la que va a ser usada en la producción del
concreto. Cuando se use más de un tamaño o más de una granulometría en un solo
tamaño, el límite de abrasión debe aplicarse a cada una de ellas. Las escorias de
altos hornos enfriadas al aire, trituradas, quedan excluidas de los requisitos de
abrasión, la masa volumétrica compacta de estos materiales de 1,120 Kg/m³.
4) Para construcciones de concreto en regiones cuya altitud sea mayor de 3,000 m
sobre el nivel del mar, estos requisitos deben reducirse en un 1%.
3.3.1.6 CEMENTO
El cemento es el conglomerante hidráulico que resulta de la pulverización del clinker a un
grado de finura determinado, al cual se le adiciona sulfato de calcio y agua.
El clinker es el material sintético granular, resultante de la cocción a una temperatura de
1,400°C de materias primas de naturaleza calcárea y arcilloferuginosa, previamente
triturados, dosificados, mezclados, pulverizados y homogeneizados. Esencialmente está
constituido de silicatos, aluminatos y ferroaluminatos cálcicos.
El cemento internacionalmente utilizado es el tipo Pórtland, que debe satisfacer la norma
ASTM C 150-98. Entre los tipos de cemento Pórtland tenemos: ordinario, puzolánico, con
escoria granulada de alto horno, y compuesto. La composición de los tipos de cementos se
define en la siguiente tabla:
172
TABLA 3.16
COMPOSICIÓN DE LOS CEMENTOS EN PORCENTAJES
Componentes
Tipo Denominación Clinker
Portlan +
yeso
Escoria
granulada
de alto
horno
Materiales
Puzolánicos
(3)
Humo
de
Sílice
Caliza Minoritarios
(2)
CPO Cemento Pórtland
ordinario
95-100
-
-
-
-
0-5
CPP Cemento Pórtland
Puzolánico
50-94
-
6-50
-
-
0-5
CPEG Cemento Pórtland
con escoria de
alto horno
40-94
6-60
-
-
-
0-5
CPC Cemento Pórtland
comupuesto (1)
50-94
6-35
6-35
1-10
6-35
0-5
CPS Cemento Pórtland
con humo de
sílice
90-99
-
-
1-10
-
0-5
NOTAS:
1) El cemento Pórtland compuesto debe llevar como mínimo dos componentes
principales, excepto cuando se adiciones caliza, ya que esta puede ser en forma
individual en conjunto de clinker más yeso.
2) Componentes minoritarios, deben ser uno o mas de los componentes principales, a
menos que estén incluidos ya como tales en el cemento.
3) Los materiales puzolánicos incluyen: puzolánas naturales, artificiales y/o cenizas
volantes.
Los cementos se clasifican también por su resistencia mecánica a la compresión en cinco
clases, definidas en la siguiente tabla:
173
TABLA 3.17 ESPECIFICACIONES MECÁNICAS Y FÍSICAS DEL CEMENTO
Resistencia a la compresión
(Nt/mm²)
Tiempo de fraguado
(mín.)
Estabilidad de volumen en
%
3 días 28 días Inicial Final Expansión Contracción