Home » BIM y Cálculo Estructural » Pilotes de cimentación: cuándo son necesarios y cómo diseñarlos

Pilotes de cimentación: cuándo son necesarios y cómo diseñarlos

Los pilotes de cimentación son elementos estructurales que permiten alcanzar las capas de suelo más resistentes ubicadas en profundidad. Descubre cómo diseñarlos

Existen situaciones en las que no es posible encontrar suelo suficientemente resistente en la superficie para sostener una estructura de manera segura y estable. Sin embargo, gracias a las cimentaciones profundas y en particular a los pilotes de cimentación, es posible resolver este problema de manera efectiva.

En el siguiente artículo, exploraremos las diferentes tipologías de pilotes de cimentación, cada una con características específicas. Veremos cómo estos elementos pueden ser utilizados según las necesidades del proyecto y las características del suelo. También proporcionaremos algunos consejos útiles para su diseño.

Los profesionales de la ingeniería estructural pueden contar con la ayuda de sistemas avanzados para mejorar la precisión en el diseño de cimentaciones sobre pilotes y otros elementos estructurales. Experimenta también tú las potencialidades de un software de cálculo estructural para optimizar tu trabajo.

Gracias a la integración sinérgica entre la tecnología BIM y el análisis FEM, podrás combinar la representación tridimensional de los modelos con potentes análisis estructurales. Ahorrarás tiempo valioso y eliminarás el riesgo de errores humanos a través de cálculos automatizados y simulaciones avanzadas que tienen en cuenta múltiples variables. Prueba gratuitamente esta herramienta durante treinta días y comienza desde ya a revolucionar tus procesos de diseño estructural con la ayuda de la tecnología.

¿Qué son los pilotes de cimentación?

Los pilotes de cimentación son elementos estructurales que entran en la categoría de las “cimentaciones profundas o indirectas”, ya que tienen la capacidad de transferir la carga vertical de la estructura a capas de suelo más resistentes y estables situadas a mayores profundidades.

A diferencia de las cimentaciones superficiales, que transfieren la carga al suelo solo a través del plano de apoyo, los pilotes de cimentación transmiten la carga tanto por fricción a lo largo de la superficie lateral de la cimentación como por carga de punta, dependiendo de la relación entre el diámetro del pilote y su altura.

Los pilotes de cimentación pueden ser realizados en diferentes materiales, como hormigón armado, acero o madera. Su objetivo principal es reducir los asentamientos a largo plazo, aprovechando las características mecánicas de los sustratos profundos y evitando los problemas relacionados con la presencia, en las capas superficiales, de suelos blandos, niveles freáticos o cavidades.

¿Cuándo usar cimentaciones sobre pilotes?

Entre las diferentes tipologías de cimentación a las que se puede recurrir para garantizar la seguridad y estabilidad de una obra, generalmente es apropiado utilizar pilotes de cimentación cuando:

  • el suelo de superficie tiene una capacidad portante insuficiente para soportar la carga de la estructura. Los pilotes de cimentación permiten alcanzar capas de suelo más profundas y estables, distribuyendo la carga de manera efectiva para evitar asentamientos y deformaciones excesivas;
  • la estructura debe ser aislada de suelos superficiales que están sujetos a fenómenos dañinos como erosión, lavado o acción de agentes externos. Los pilotes de cimentación permiten colocar las cimentaciones por debajo de estos suelos problemáticos, protegiendo así la estructura de los efectos perjudiciales;
  • es técnicamente imposible realizar cimentaciones superficiales, como en el caso de estructuras marítimas o en presencia de suelos caracterizados por elevados gradientes de filtración, suelos incoherentes o situaciones que hacen impracticable el uso de otros tipos de cimentaciones;
  • los asentamientos previstos son incompatibles con el tipo de estructura a construir, ya que superan el límite máximo que la misma puede soportar. Los pilotes de cimentación, mediante el alcance de profundidades elevadas, permiten gestionar de manera controlada los asentamientos absolutos y diferenciales, garantizando así estabilidad y seguridad a largo plazo para la estructura.

Tipologías de pilotes de cimentación

Los pilotes de cimentación pueden ser clasificados según diferentes criterios que tienen en cuenta el material, las dimensiones o las tecnologías constructivas empleadas para la realización de estos elementos estructurales.

Tipos de pilotes según sus dimensiones

Con respecto a las dimensiones, es posible dividir los pilotes de cimentación en:

  • pilotes de pequeño diámetro: aquellos que tienen un diámetro inferior a 25 cm y longitudes principalmente entre 5 y 20 m;
  • pilotes de diámetro medio: aquellos con un diámetro entre 30 y 60 cm, y longitudes que varían generalmente de 5 a 25 m;
  • pilotes de gran diámetro: aquellos que tienen un diámetro superior a 80 cm y pueden alcanzar longitudes a menudo del orden de 20 a 40 m.

Tipos de pilotes según su material

Según el material empleado, se pueden tener:

  • pilotes de madera: son obtenidos de troncos de árboles y se caracterizan por un fuste con fibras rectas, sin impurezas ni nudos. Se introducen en el suelo mediante golpes. Cuanta más resina haya en la madera, mayor será la resistencia y durabilidad del pilote. La disponibilidad de pilotes de madera de grandes dimensiones puede ser limitada, y su durabilidad en el tiempo puede estar influenciada por la humedad del suelo y por organismos xilófagos;
  • pilotes metálicos: ofrecen mayor resistencia y durabilidad y son adecuados para situaciones que requieren una capacidad portante elevada. Son frecuentemente utilizados en la construcción de rascacielos o estructuras industriales. Durante el proceso de instalación, los pilotes metálicos se golpean o perforan, dependiendo de la técnica constructiva adoptada. Son especialmente adecuados en casos donde es necesario superar suelos compactos o rocosos. Sin embargo, su coste puede ser más elevado, por lo que se utilizan con mayor frecuencia en proyectos que requieren una resistencia y robustez estructural particular;
  • pilotes de hormigón: Esta tipología se puede dividir en dos categorías principales:
    • pilotes prefabricados: Después de un período adecuado de curado y endurecimiento, se transportan al lugar de instalación. Allí, se introducen en el suelo mediante técnicas como golpeo o perforación, aprovechando su resistencia estructural;
    • pilotes in situ: en esta categoría se encuentran los pilotes de hormigón armado que se realizan directamente en el lugar de construcción, a diferencia de los prefabricados. La característica distintiva de esta tipología es el método de introducción de la camisa metálica, utilizada como encofrado. Esta camisa puede ser introducida en el suelo mediante golpeo o perforación y puede ser del tipo «perdida» o recuperada una vez que el hormigón ha completado el proceso de endurecimiento.

Tipos de pilotes según su tecnología constructiva

Por último, según la tecnología constructiva empleada para la realización del pilote, se puede hacer una distinción entre:

  • pilotes golpeados: se realizan mediante la introducción del pilote de cimentación en el suelo a través del proceso de golpeo o percusión. Este procedimiento implica la introducción del pilote mediante empuje, sin extraer material, sino simplemente desplazándolo o compactándolo;
  • pilotes perforados: implican la extracción y sustitución del suelo mediante el uso de equipos de perforación. Generalmente, se utiliza una broca o una hélice para perforar el suelo, eliminando el material durante la operación. Posteriormente, el pilote se introduce en el agujero creado. Este método es particularmente útil en presencia de suelos más compactos o rocosos, donde el simple golpeo podría ser ineficaz. La extracción y sustitución del suelo permiten crear una cimentación más resistente y estable.
Tipologías de pilotes de cimentación

Tipologías de pilotes de cimentación

El cálculo de pilotes de cimentación: factores y pasos

El cálculo de pilotes de cimentación es un proceso complejo que requiere una evaluación precisa de varios factores geotécnicos, estructurales y ambientales. A continuación, se describen las principales etapas involucradas en este proceso:

1. Caracterización del terreno

Antes de comenzar el diseño, es fundamental realizar una adecuada investigación geológica y geotécnica para comprender las características del terreno sobre el cual se construirán las cimentaciones. Este estudio puede incluir diversas pruebas (como perforaciones, pruebas de penetración estática, ensayos presiométricos, etc.). Los datos recopilados proporcionarán información crucial sobre la composición del suelo, su resistencia, la presencia de niveles freáticos y otros factores que pueden influir en el diseño de las cimentaciones.

2. Definición de cargas

El siguiente paso implica determinar las acciones que las cimentaciones deberán soportar. Con base en las características del terreno y las cargas previstas, se selecciona el tipo de pilote más adecuado.

3. Dimensionamiento de los pilotes

El dimensionamiento de los pilotes se realiza teniendo en cuenta las características del terreno y las cargas aplicadas. Se consideran parámetros como la resistencia en la punta del pilote, la resistencia lateral, etc.

4. Verificación de la capacidad portante

Es necesario verificar que los pilotes sean capaces de soportar las cargas previstas sin exceder los límites permitidos. Esto se hace calculando la capacidad portante de los pilotes y comparándola con las cargas aplicadas. La capacidad portante puede determinarse utilizando métodos analíticos o mediante ensayos de carga en pilotes.

Cálculo de pilotes de cimentación - EdiLus

Cálculo de pilotes de cimentación – EdiLus

¿Cómo diseñar pilotes de cimentación con un software BIM?

Para simplificar el cálculo y el diseño de pilotes de cimentación, puedes recurrir a la ayuda de herramientas especializadas como el software de cálculo estructural. Para profundizar en el diseño y el proceso de cálculo de los pilotes de cimentación, te recomiendo ver los siguientes videos de ejemplo sobre cómo «Insertar pilotes de cimentación» y «Definir la estratigrafía del terreno para los pilotes de cimentación y configurar las opciones de cálculo de la carga límite».

Video 01: Insertar pilotes de cimentación

Video 02: Definir la estratigrafía del terreno para los pilotes de cimentación y configurar las opciones de cálculo de la carga límite

Software BIM para el cálculo estructural

Prueba ahora un software de cálculo estructural basado en la integración entre tecnología BIM y análisis FEM. Con esta herramienta, podrás modelar tus estructuras utilizando objetos paramétricos inteligentes y realizar análisis detallados sobre el comportamiento estructural de las cimentaciones, considerando la respuesta del suelo, las interacciones entre los pilotes y los efectos de las cargas aplicadas. Podrás explorar diferentes soluciones de diseño, evaluando las dimensiones de los pilotes, la disposición, la profundidad de hincado y otros parámetros adicionales, para encontrar la solución más eficiente y segura.

Podrás ahorrar tiempo valioso mediante la automatización de gran parte del proceso de cálculo y diseño, minimizando el riesgo de errores. No pierdas la oportunidad de probar esta herramienta de forma gratuita durante treinta días y hacer que tu trabajo sea más confiable, preciso, seguro y eficiente.

 

Edilus

 

Edilus