CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
181
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
182
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
Dimensiones nominales
N° de
designación
de barra
Peso
Nominal
Kg/m
Diámetro
mm
3
4
5
6
7
8
9
10
11
14
18
0.560
0.994
1.552
2.235
3.012
3.973
5.059
6.403
7.900
11.381
20.238
0.952
1.270
1.588
1.905
2.222
2.540
2.865
3.226
3.581
4.300
5.733
Requisitos de corrugado en mm
Área de la
Sección
Transversal
cm
Perímetro
en mm
Espaciamiento
Promedio
máximo
0.71
1.29
2.00
2.84
3.87
5.10
6.45
8.19
10.06
14.52
25.81
29.9
39.9
49.9
59.9
69.9
79.9
90
101.4
112.5
135.1
180.1
6.7
8.9
11.1
13.3
15.5
17.8
20.1
22.6
25.1
30.1
40.1
Altura
Garganta
Promedio Máxima
Mínima
en 12.5%
del
perímetro
Nominal
0.38
0.51
0.71
0.96
1.11
1.27
1.42
1.62
1.80
2.16
2.59
3.5
4.9
6.1
7.3
8.5
9.7
10.9
11.4
13.6
16.5
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.
183
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CAPITULO V
Tabla 5.3: Requisitos de tensión, fluencia y elongación según norma ASTM – A 615
Máxima resistencia a la tensión valor mínimo PSI
(MPa)
Limite de fluencia mínimo PSI
(Mpa)
Elongación en 8 pulgadas % mínimo
3
4, 5, 6
7
8
9
10
11
14
Grado 40
70, 000
483
40, 000
276
11
12
11
10
9
8
7
‐
Grado 60
90, 000
621
60, 000
414
9
9
8
8
7
7
7
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
Diámetro del vástago para ensayo
de doblado
Número de designación de barra
Grado 40
Grado 60
3, 4, 5
4d*
4d*
6
5d*
5d*
7, 8
9, 10, 11
5d*
5d*
6d*
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.
184
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CAPITULO V
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.
185
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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”.
186
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
Límites en ppm
Impurezas
Cemento rico Cemento sulfato
en calcio
resistente
Sólidos en suspensión:
En aguas naturales (limos y arcillas)
2000
2000
En aguas recicladas (finos de cemento y
50000
35000
agregados)
Cloruros, como CL*
Para otros concretos reforzados en ambiente
700
1000
húmedo o en contacto con metales, como
aluminio, hierro galvanizado y otros similares**
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
150
150
ácido)
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.
187
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
Material retenido *
Malla
%
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
188
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
♦ 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.
189
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
190
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
37.5
25.0
(mm)
(1 ½”)
(1”)
25.0 a 12.5 100 90 a 100
25.0 a 9.5
100 90 a 100
25.0 a 4.75
100 95 a 100
19.0 a 9.5
‐
100
19.9 a 4.75
‐
100
12.5 a 4.75
‐
‐
9.5 a 2.36
‐
‐
19.0
(3/4”)
20 a 55
40 a 85
‐
90 a 100
90 a 100
100
‐
12.5
(1/2”)
0 a 10
10 a 40
25 a 60
20 a 65
‐
90 a 100
100
9.5
(3/8”)
0a5
0 a 15
‐
0 a 15
20 a 55
40 a 70
85 a 100
4.75
(No.4)
‐
0a5
0 a 10
0a5
0 a 10
0 a 15
10 a 30
2.36
(No.8)
‐
‐
0a5
‐
0a5
0a5
0 a 10
1.18
(No.16)
‐
‐
‐
‐
‐
‐
0a5
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.
191
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
G
Sulfato
Elementos
A
B
C
D E
F
Sulfato de
de
magnesio
sodio
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,
5.0 6.0* 8.0 2.0 0.5 50
12
18
muelles y vigas.
Sujetos a exposición frecuente de
humedad:
pavimentos, losas de puentes, andadores,
patios, pisos de entrada y estructuras
4.0 5.0
6.0 2.0 0.5 50
12
18
marítimas.
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
‐
‐
2.0 0.5 50
‐
‐
8.0
‐
‐
2.0 1.0 50
‐
‐
33
Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos
2001.
192
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
Total de terrones de arcilla y partículas deleznables.
Partículas de roca sílice con masa específica menor de 2.4.
Suma de los conceptos anteriores.
Material fino que pasa la malla No.200.
Carbón y lignito.
Pérdida por abrasión.
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.
193
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.10: Tipos de cementos según la norma ASTM y la norma canadiense CSA34
Tipos de cemento
Tipo I o normal
Tipo II o moderado
Tipo III o de rápido
endurecimiento
Tipo IV o de bajo calor de
hidratación
Tipo V o resistente a los sulfatos.
Descripción y aplicaciones
Este tipo es para uso general. Entre sus usos se
incluyen pavimentos y aceras, edificios de
concreto reforzado, puentes, etc.
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.
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.
Es para usarse donde el grado y la cantidad de
calor generado se debe reducir al mínimo.
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
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
Cemento con inclusores de aire 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
194
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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,
Cemento Portland blanco
y se usa principalmente en elementos arquitectónicos
como paneles prefabricados, para fachadas,
recubrimientos de terrazos, de estuco, pintura para
cemento y para concreto decorativo.
Estos cementos pueden usarse en las construcciones
ordinarias de concreto, cuando las propiedades
específicas de otros tipos no se requieren. Sin
Cemento Portland de escoria
embargo, como condiciones opcionales pueden ser
de altos hornos
de bajo calor de hidratación (MH), moderada
resistencia a los sulfatos (MS), o ambas; el sufijo
adecuado puede añadirse a la designación del tipo.
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
Cementos Portland puzolánicos
especifica en la norma ASTM C 595. Se usan
principalmente en estructuras hidráulicas grandes
como pilas de puentes y presas.
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
Cemento para mampostería
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
195
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
196
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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).
197
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.12: Tipos de aditivos químicos36
Tipo
I
II
III
IV
V
VI
VII
Características
Observaciones
Disminuyen la cantidad de agua de mezcla
Reductores de agua
requerida para producir concreto de una
consistencia dada.
Prolonga el tiempo de fraguado y el desarrollo
de resistencia del concreto, sin modificar
Retardantes de fraguado
necesariamente el contenido de agua de la
mezcla.
Recorta el tiempo del fraguado y el desarrollo
de la resistencia del concreto, sin modificar
Acelerantes de fraguado
necesariamente la cantidad de agua de la
mezcla.
Prolonga el tiempo de fraguado y reduce la
Retardantes y reductores de agua cantidad de agua de mezcla requerida para
producir concreto de una resistencia dada.
Acorta el tiempo del fraguado y el desarrollo de
resistencia del concreto y disminuyen la
Acelerantes y reductores de agua
cantidad de agua de mezcla requerida para
producir concreto de una consistencia dada.
Disminuyen la cantidad de agua de mezcla
requerida, para producir concreto de una
Súper reductores de agua
resistencia
dada,
en
una
cantidad
considerablemente mayor que los reductores
de agua normales.
Prolongan el tiempo de fraguado y reducen la
cantidad de agua de la mezcla requerida para
Súper reductores de agua y
producir concreto de una resistencia dada, en
retardantes
una magnitud mayor que los retardantes y
reductores de agua normales.
36
Fuente: Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos
2001.
198
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
Prácticas estándar para elaborar y curar especímenes de prueba en campo
31M‐98
ASTM C 33‐99
Especificaciones estándar para agregados del concreto
Métodos de prueba estándar para especímenes de concreto sometidos a
ASTM C 39‐96
esfuerzos de compresión
ASTM C 94 M‐99 Especificaciones estándar para la elaboración de concreto mezclado in situ
ASTM C 109/C
Métodos de prueba estándar para morteros de cemento hidráulico sometidos a
109 M‐99
esfuerzos de compresión
Métodos de prueba estándar para unidades de peso, rendimiento y contenido
ASTM C 138‐92
de aire en concreto
ASTM C 143 M‐
Métodos de prueba estándar para hundimientos de concretos
98
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
Pruebas estándar para el contenido de aire en concretos por el método
ASTM C 173‐94e
volumétrico
Métodos de pruebas estándar para contenidos de aire en concretos por el
ASTM C 231‐97e
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
Práctica estándar para la selección de la proporción de concretos normales y
pesados.
Prácticas recomendadas por el ACI para evaluación de los resultados de pruebas
de esfuerzos hechos a concretos.
Guía para medir, mezclar, transportar y colocar concreto
Práctica estándar para curado del concreto
Práctica estándar para la consolidación del concreto
Curado a vapor por altas presiones: práctica moderna
Curado acelerado de concretos a presión atmosférica
ACI 211.5R‐96
ACI 214‐89
ACI 304.11R‐92
ACI 308 ‐92
ACI 309‐1R ‐96
ACI 516 R ‐65
ACI 517‐2R‐92
199
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
200
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
• 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.
201
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
202
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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).
203
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.14: Propiedades requeridas para Lodos de Perforación37
Rango de resultados a
Propiedades
68 F
Método de Ensaye
(20 C)
Densidad del lodo antes del colocado,
a 30cm del fondo de la perforación,
Kg/m3
Lodos minerales (bentonita)
Balanza de Lodos
Diseño por fricción
85, máximo (1.36x103)
ASTM D 4380
Diseño por punta
70, máximo (1.12x103)
Lodos con polímero
Diseño por fricción
64, máximo (1.02x103)
Diseño por punta
64, máximo (1.02x103)
Viscosidad Marsh, (s/l)
Lodos minerales (bentonita)
26 a 50
Cono Marsh y copa
Lodos con polímeros
40 a 90
Contenido de arena en volumen %
antes del colado, a 30cm del fondo de
la perforación
Lodos minerales (bentonita)
Diseño por fricción
20 máximo
ASTM D 4381
Diseño por punta
4 máximo
Lodos con polímeros
Diseño por fricción
1 máximo
Diseño por punta
1 máximo
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.
204
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.15: Relación entre el tipo de suelo y su tendencia al colapso38
Tendencia al Colapso
Tipo de suelo
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
Arcilla
Arena limosa, arena arcillosa
Arena con limo
Fina a gruesa
Y grava
Grava
Viscosidad Marsh s / 946cm3
Excavación en seco
27 – 32
29 – 25
32 – 37
38 – 43
42 – 47
46 – 52
Excavación con nivel freático
‐
‐
38 – 43
41 – 47
55 – 65
60 – 70
38
Fuente: Fuente. Manual de Construcción de Cimentaciones Profundas. Sociedad Mexicana de Mecánica de
Suelos 2001.
39
Fuente: Idem anterior
205
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.17: Límites de control para las propiedades del lodo, para diseño40
A*
B
C
D
F
G
Función
Centi
%
Kg/m3
lb/pie2
poises
Soporte
>3‐4
> 1.03 > 1.03
‐
**
‐
Sellado
>3‐4
‐
‐
‐
‐
‐
>21‐
Arrastre de recortes
>3‐4
‐
‐
15
Desplazamientos del
< 15
< 1.25 < 1.25
< 20
‐
‐
concreto
Separación de los no
‐
‐
‐
‐
‐
‐
coloides
Bombeo
‐
‐
‐
‐
‐
Variable
Limpieza física
<15
‐
< 1.25
‐
‐
‐
>12‐
>3‐4
> 1.03 > 1.03
< 20
>12‐15
Límites
15
<15
< 1.25 < 1.25
‐
‐
‐
H
%
> 1***
1
‐
< 23
<30
‐
<25
>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.
206
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
207
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
208
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
209
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
♦ 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.
210
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.18: Métodos Directos41
Método
Descripción
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
Ensaye del
corazones. El muestreo debe hacerse hasta que el concreto tenga el
concreto
endurecimiento suficiente para permitir la extracción del corazón sin
endurecido
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.
Aprovechando la perforación se acostumbra observar el agujero
mediante un circuito de televisión, lo que permite la observación directa
Circuito de
de las paredes y del fondo. Tiene la desventaja de que únicamente se
Televisión
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.
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
Resistencia a la penetración es inversamente proporcional a la resistencia del concreto a
Penetración
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.
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
Prueba de
resistencia a la extracción se calcula con la relación de la fuerza al área
Extracción
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.
211
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
212
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
213
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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).
214
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Figura 5.1: Datos obtenidos en un computador de una prueba de integridad.
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
215
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
216
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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,
217
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
a
b
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.
218
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
219
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
220
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
221
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
222
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
223
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
• 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:
224
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
• 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
225
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
•
•
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.
226
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Tabla 5.19: Tolerancias aceptadas en la fabricación de pilotes.
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
Mayor de 10.0 veces el tamaño máximo de
Diámetro interior del tubo tremie
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 25% de la diagonal mayor de la sección del
pilote medido en la plataforma de trabajo
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 2% de la longitud total del pilote; en suelos
inclinación proyectado
muy heterogéneos se acepta el 4%
Concepto
227
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
Fotografía 5.5: Prueba
de revenimiento, en el
recuadro se verifica
mediante una cinta el
revenimiento que
presenta el concreto
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.
228
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
• 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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CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
• 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.
230
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
231
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
232
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
233
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
234
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
235
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
236
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
237
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
238
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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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CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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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CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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
combustión incompleta de combustibles que contienen carbono.
• Partículas suspendidas. Partículas líquidas o sólidas, dispersas en
atmósfera, provenientes de la combustión de carbono, combustóleo
diesel.
• Bióxido de azufre (SO2). Gas incoloro, de olor picante, producto de
combustión del diesel.
la
la
y
la
241
CONTROL DE CALIDAD Y MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PILOTES DE CONCRETO
CAPITULO V
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.
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