Instituto Mexicano de la Construcción en Acero
PILOTES METÁLICOS PARA CIMENTACIONES Y CONTENCIONES Carlos Gaspar Gerente de Desarrollo de Mercado
GERDAU AÇOMINAS – Brasil
Querétaro – México 6 de Marzo de 2009
PERFILES WF APLICADOS COMO CIMIENTOS Y CONTENCIONES
Perfiles Estructurales (tipo WF) utilizados en obras de Contención y Cimentaciones • Garantía de aplicación de material con excelente calidad y alta resistencia estructural, a pesar de sus dimensiones relativamente pequeñas • Existencia de un gran número de medidas, posibilitando la optimización entre las cargas actuantes y las cargas resistentes • Mayor facilidad de manejo debido al bajo peso de las piezas en comparación con elementos premoldeados de hormigón • Reducción de las pérdidas debido a la inexistencia de quiebras y posibilidad de utilizar las sobras (enmiendas) • Inexistencia de vibración cuando se implantan los perfiles por medio de percusión o a través de técnicas modernas, tales como perforaciones con equipos rotativos tales como hélice continuada aliada a la sustitución de las armaduras por un perfil • Consecuente disminución de mano de obra y agilización de los servicios • Utilización de los perfiles estructurales de acero con la máxima optimización de los elementos
Perfiles Estructurales (tipo WF) utilizados en obras de Contención y Cimentaciones (cont.) • Los pilotes de acero pueden ser hincados en profundidades inalcanzables por pilotes premoldeados de hormigón, lo que le confiere mayor capacidad de carga pudiéndose utilizar, en la mayoría de los casos, la totalidad de su capacidad estructural • Resistencia a la percusión sin que ocurra quiebra durante el hincado • Bajo el concepto geotécnico • Muy utilizados como cimentaciones profundas en suelos residuales (provenientes de la descomposición de las rocas), donde la profundidad de los pilotes no es constante, lo que genera pérdidas por sobras y quiebras caso se opte por la utilización de pilotes premoldeados de hormigón • Se aplican con ventaja también en los suelos sedimentares • Cuando existe la necesidad de sobrepasar horizontes de arcilla dura • Arena compactada • Gravas formados en camadas suaves
Perfiles Estructurales (tipo WF) utilizados en obras de Contención y Cimentaciones (cont.) • La solución de cimentaciones con pilotes metálicos no es nueva, siendo que hasta hace poco tiempo, por problemas económicos, se restringía a la utilización de rieles usados o tubos viejos vendidos en el mercado como chatarra • Las principales desventajas de esa práctica son: • Baja carga estructural que esos elementos poseen por ser chatarra y ya haber sido utilizados hasta el límite de su fatiga • Cuando se aplican rieles usados, existe la necesidad de composición de dos o tres rieles soldados longitudinalmente para formarse un pilote con mayor capacidad estructural. Se aumenta la inercia, teniendo como ventaja la disminución de torsiones y pandeo durante el hincado, pero con la desventaja de costo más alto • Cuando se utiliza tubería de acero, normalmente el mercado ofrece medidas pequeñas (de 10cm a 25cm de diámetro) lo que acaba por resultar en menores cargas unitarias por pilote, necesitándose, por consecuencia, de un número mayor de pilotes por cimentación • Por ser chatarra no hay garantía de calidad
• La disponibilidad de Perfiles WF es un diferencial competitivo para el uso de Pilotes Metálicos en Cimentaciones y Contención • Las medidas más usadas de los Perfiles WF para Pilotes son: W6
W8
W 10
W 12
W 14
W 24
W 6 x 15
W 8 x 24
W 10 x 22
W 12 x 35
W 14 x 61
W 24 x 68
W 6 x 20
W 8 x 28
W 10 x 26
W 12 x 65
W 14 x 68
W 24 x 76
W 6 x 25
W 8 x 31
W 10 x 30
W 12 x 72
W 14 x 74
W 24 x 84
W 8 x 35
W 10 x 49
W 12 x 79
W 14 x 82
W 24 x 91
W 8 x 40
W 10 x 54
HP 12 x 53
W 24 x 104
W 8 x 48
W 10 x 57
HP 12 x 63
W 24 x 117
W 8 x 58
W 10 x 60
HP 12 x 74
HP 8 x 36
W 10 x 77
HP 12 x 84
HP 10 x 42 HP 10 x 57
Durabilidad de los Pilotes Metรกlicos
Factores de Influencia
• Humedad • Aeración • Acidez
Características de los Suelos Camada de material intemperizado que recubre la superficie del planeta Suelo Regolito
Roca
Suelo: Medio heterogéneo complejo, que comprende sólidos minerales y orgánicos, además de componentes acuosos y gaseosos (Alloway, 1995)
Comportamiento del Acero La corrosi贸n de los pilotes depende de la agresividad del suelo Acidez (pH) Aeraci贸n En profundidades superiores a 1,5 m, la velocidad de corrosi贸n es muy reducida debido a la falta de reposici贸n de Oxigeno
Eso ocurre en suelos con pH entre 4 y 10
[O2]
Comportamiento del Acero
NO HAY CORROSIÓN (PROCESSO CONTROLADO POR LA DIFUSIÓN DE OXIGENO EN EL SUELO)
Acidez Gran parte de los suelos brasileiros
pH
¿Como el tema es tratado en Brasil? • NBR 6122: 1996 - Párrafo 7.8.2.3.2 Cuando el pilote trabajar total y permanentemente enterrada en suelo natural, se debe descontar de su espesor 1,5mm de cada superficie que entre en contacto con el suelo, exceptuándose los pilotes que dispongan de protección especial, de comprobada eficiencia a la corrosión
¿Como el tema es tratado fuera de Brasil? • Eurocode 3: Design of Steel Structures – Part 5: Piling – Tabla F.1 – Perdida de espesor (mm) debido a la corrosión para pilotes en suelos, con o sin nivel freático Vida útil requerida de proyectos
5 años
25 años
50 años
75 años
100 años
Suelos naturales (arena, silte, arcilla, etc.)
0
0,3
0,6
0,9
1,2
Suelos naturales poluidos e aterros industriales
0,15
0,75
1,5
2,25
3
Solos naturales agresivos (pantanos, turfa, etc.)
0,2
1
1,75
2,5
3,25
Aterros no compactados y no agressivos (arcilla, arena, silte, etc.)
0,18
0,7
1,2
1,7
2,2
Aterros no compactados agresivos (cenizas, escoria, etc.)
0,5
2
3,25
4,5
5,75
Otras Evidencias • Melvin Romanoff´s “Underground Corrosion“ – Resultados obtenidos entre los años de 1910 y 1955 – Mais de 36.500 cuerpos de prueba, representando 333 variedades de materiales ferrosos, non-ferrosos y materiales de protección expuestos en 128 diferentes sitios en los Estados Unidos – Suelos con resistividades que variaron de 300 ohm.cm a 50.200 ohm.cm e pH entre 2,3 a 8,6 – Conclusión: Los suelos naturales son tan deficientes en Oxigeno que el acero no es afectado por la corrosión, independiente de su tipo y propiedades
Articulo TĂŠcnico
www.gerdau.com.br/perfisgerdauacominas
PILOTES PILOTES METÁLICOS METÁLICOS PARA PARA CIMENTACIONES CIMENTACIONES
CONCLUSIONES • Ideal para cimentaciones profundas • Excelente integración con la estructura • Eficientes en suelos de difícil penetración • Longitud ilimitada de los pilotes • Facilidad en el transporte y el manejo • Permite diferentes composiciones • Integridad del fuste • Baja vibración en el hincado • Hincado por diferentes tipos de martillos
HINCADO HINCADO CON CON MARTILLOS MARTILLOS DE DE CAÍDA CAÍDA LIBRE LIBRE
HINCADO HINCADO CON CON MARTILLO MARTILLO HIDRAULICO HIDRAULICO
PILOTES METÁLICOS CON SECCIÓN VARIABLE
PILOTES PILOTES CON CON SECCIÓN SECCIÓN VARIABLE VARIABLE 0
10
20
30
440t
40
0
HP 12 x 84
2 4 6 8
14m
ARENA SILTOARCILLOSA
10
ARENA DELGADA Y MEDIA
12 14
HP 12 x 65
16 18 20
12m
SILTE ARCILLOSO
22 24 26 28 30 32 34 36
ARENA MEDIA Y DELGADA
38 40 42 44
HP 12 x 53 12m
ARCILLA SILTOSA
PILOTES PILOTES CON CON SECCIÓN SECCIÓN VARIABLE VARIABLE HP 12 x 84
HP 12 x 65 U=178cm
U=181cm
13,1
17,4
308
312 13,1
17,4 312
303
HP 12 x 72
HP 12 x 53
U=180cm
U=177cm
15,4
11,0 306
310
15,5
308
11,0 299
PILOTES PILOTES CON CON SECCIÓN SECCIÓN VARIABLE VARIABLE ENMIENDAS ENMIENDAS DETALHE DA EMENDA DOS PERFIS
PERSPECTIVA
PLANTA SOLDA
CHAPA PROVENIENTE DA ABA
SOLDA SOLDA DE TOPO
VISTA FRONTAL
CHAPA PROVENIENTE DA ABA
PERFIL METÁLICO
CHAPA PROVENIENTE DA ALMA ENCHIMENTO COM SOLDA
CHAPA PROVENIENTE DA ABA PERFIL METÁLICO
CHAPA PROVENIENTE DA ALMA
CHAPA PROVENIENTE DA ALMA ENCHIMENTO COM SOLDA
PILOTES PILOTES CON CON SECCIÓN SECCIÓN VARIABLE VARIABLE Soldadura Soldadura
HP 12 X 65
HP 12 X 53
CASE Moura Dubeaux - Recife Edifício Píer Maurício de Nassau e Píer Duarte Coelho • Estructura en hormigón – 42 pisos • Pilotes: 39 a 42 m
CASE Moura Dubeaux - Recife Comparativo de costos entre soluciones
Pilotes de secci贸n constante: Perfil HP 12 x 84 (125 kg/m) 38 metros
440t
14m
14m
440t
Peso Total: 4.750
Pilotes de secci贸n varible: Perfil HP 12 x 84 (125 kg/m) 14 metros HP 12 x 63 (93 kg/m) 12 metros HP 12 x 53 (79 kg/m) 12 metros de los cimientos
12m
12m
12m
12m
Reducci贸n Reducci贸n de de 20% 20% en en el el peso peso total total de los cimientos Peso Total: 3.814
EJEMPLO DE UTILIZACIÓN Salvador Shopping Estructura: 5 pisos en estructuras metálicas – 160 mil m2 Profundidad de los pilotes: 12 a 18 m
EJEMPLO DE UTILIZACIÓN Salvador Shopping Salvador Shopping
EJEMPLO DE UTILIZACIÓN Salvador Shopping
Pruebas de carga permiten la reducciรณn del peso de los pilotes
Pruebas de carga permiten la reducción del peso de los pilotes • Factores de seguridad según la NBR 6122 / 1996 “ Proyectos y Ejecución de Cimentaciones” • Las cimentaciones profundas deben ser dimensionadas para trabajar con factor de seguridad (FS) > 2 • Es posible trabajar con factor de seguridad (FS) = 1,6, siempre que sean ejecutadas pruebas de cargas en los pilotes que se pretenden usar en el proyecto de cimentaciones
CASE Confel - Santos
5 CA NA L
6
CA NA L
CA NA L4
CANAL 3
CANAL 2
CANAL 1
Prueba Pruebade deCarga Carga Instrumentada Instrumentada
CASE Confel - Santos Características de la Obra
Ubicación: entre los Canales 2 3y – Santos –S.P.; 23 Pisos; Cargas en los pilares: de 200 a 1500 tf Soluciones analizadas: Pilotes escavados de gran diametro Pilotes metálicos de sección constante Pilotes metálicos de sección variable
ECONOMIA DE PESO DE 14%
CASE Confel - Santos Perfil Geotécnico W310x97 HP310x93 HP310x79 HP310x79
Instrumentaciรณn
Prueba de carga • Ejecutada 14 días después de la hinca
CORTE 1-1 VIGA METÁLICA PERFIL DUPLO W 610 X 155
A
VIGA METÁLICA DUPLO W 610X174
C
MACACO HIDRÁULICO EXTENSÔMETRO
ESTACA ENSAIADA E
B
NÍVEL DO TERRENO
VIGA DE REFERÊNCIA
ESTACA DE REAÇÃO
1
CALÇO MACACO
ESTACA DE REAÇÃO
D
ESTACA ENSAIADA
Resultados Obtenidos Prueba de carga Prova de Carga - Carregamento Rรกpido Local: - Santos - S.P. Data: 08/12/2006
0 0 5 10
RECALQUE (mm)
15
50
100
CARGA (tf) 150 200
250
300
350
310x97 310x93 310x79 310x79
20 25 30 35 40 45 50 55 60
FS=1,7
Instrumentación P
CX SELETORA
C AB O S
PAINEL DIGITAL
S TR AIN GAGES DEFORMAÇÃO ESPECIFICA
E , As, σ , F
¿Y los costos? • Costo depende de una combinación de factores • Tipo de suelo • Rapidez y eficiencia en el proceso • Reducción de pérdidas • Mejor aprovechamiento del área a construir • Disponibilidad de los materiales • Logística • Etc. • Cada sistema tiene su ventaja cuando analizado aisladamente • La mejor solución es la que ofrezca más ventajas en todo un conjunto, para cada proyecto en especial
CONTENCIONES
ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN • Tipos de Pantallas de Contención • Pantalla continua de paneles de hormigón armado in situ (Muro pantalla) • Pantalla continua de pilotes secantes • Pantalla no continua de pilotes o micropilotes • Tablestacas • Pantallas de pilotes metálicos
TABLESTACAS (Z – Pile)
Levee Wall in New Orleans
TABLESTACAS (Z – Pile)
New Orleans
TABLESTACAS (Flat Web)
London Avenue Canal – New Orleans
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
Ventajas • Posibilita el hincado próximo a los límites del terreno vecino • Normalmente son utilizados perfiles de 10” o 12”, aumentando el aprovechamiento del terreno • Rapidez en la ejecución • Bajo costo comparado a otras soluciones
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
CON CONPUNTALES PUNTALES
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
CONTENCIÓN CONTENCIÓNYYARRIOSTRAMIENTO ARRIOSTRAMIENTO
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PERFILES PERFILESW W24x104 24x104SIN SINPUNTALES PUNTALES
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
APROVECHAMIENTO APROVECHAMIENTODE DEESPACIO ESPACIO
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
22SUBSUELOS SUBSUELOSCON CONTALUDE TALUDE
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PLANCHAS PLANCHASDE DEHORMIGÓN HORMIGÓN
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
GEODRENOS GEODRENOS
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS PLANCHA DOBLE
PLANCHA DOBLE Plancha en hormigรณn
Suelo en contacto con la contenciรณn
Perfil Metรกlico
Aislamiento del Perfil
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
MONTAJE MONTAJEEN ENLA LAOBRA OBRA
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
ESCAVACIÓN ESCAVACIÓN
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PARED PAREDDEFINITIVA DEFINITIVA
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PARED PAREDDEFINITIVA DEFINITIVA
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PARED PAREDDEFINITIVA DEFINITIVA
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PARED PAREDDEFINITIVA DEFINITIVA
PANTALLAS DE PILOTES METÁLICOS
PARED PAREDDEFINITIVA DEFINITIVA
INFORMACIÓN INFORMACIÓN TÉCNICA TÉCNICA
“No hay creatividad que se
sustente sin una buena estructura.”
Gracias por la atención! r o p s a i c GraCarlos A. A. Gaspadre rrollo ó an i s e c D n e t e n t la Gaere do Merca
iso 7 .510 – P 8 , s a id Un 11 9426 s 5 e 5 õ ç l: a e C N – SP 283 Av. das ão Paulo 1 3094-4 S 1 5 0 5 7 : 0 x 52 Fa 05425 3094-65 1 1 5 5 inas Tel: auacom d r e g is f r/per 5249 u.com.b a r d r e .g au.com.b www d r e g @ r aspa carlos.g
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