Cimentaciones Profundas: Tipos y Características de Pilas y Cajones en Ingeniería

Pilas: Cimentaciones Profundas in situ

Las pilas son elementos de cimentación profunda con secciones transversales mayores que las de los pilotes. A diferencia de estos últimos, son fabricadas in situ. La sección más frecuente es la circular, con un diámetro (D) que varía entre 60 y 300 cm.

Pila Perforada

Consiste en un agujero barrenado o excavado hasta el nivel de cimentación de una estructura, que posteriormente se rellena con hormigón. Dependiendo de las condiciones del terreno, se pueden utilizar revestimientos o camisas para evitar el desmoronamiento del suelo durante la construcción. El diámetro de la pila debe ser suficiente para permitir la inspección por parte de una persona.

Se clasifican según la manera en que se diseñan para transferir la carga estructural al subsuelo:

• Pila perforada recta: Se extiende a través de la capa superior de suelo de baja calidad y su punta descansa sobre un estrato de suelo o roca con una adecuada capacidad de carga.
• Pila acampanada: Consiste en una pila recta con una campana en su base que descansa sobre un suelo resistente. La campana se construye con forma de domo o de escarpio para aumentar la superficie de apoyo.
• Pila recta empotrada en roca: Es una pila cuya punta se empotra en un estrato rocoso para garantizar la transmisión de cargas.

Cajones de Cimentación

Se refiere a un elemento de la subestructura utilizado en emplazamientos de construcción con presencia de agua, como ríos, lagos y muelles. Para su construcción, se hinca en el terreno hasta alcanzar un estrato resistente. Se le dota de un borde cortante en su base para facilitar la penetración.

El material del interior del cajón se extrae a través de aberturas en la parte superior y, posteriormente, se vierte el hormigón en su interior.

Tipos de Cajones

1. Cajones Abiertos

Son estructuras de hormigón que permanecen abiertas en sus partes superior e inferior durante la construcción. El fondo del cajón cuenta con un borde cortante. El cajón se hinca en su posición y el suelo de su interior se retira mediante cucharas de almeja hasta alcanzar el estrato de apoyo.

Una vez alcanzado dicho estrato, se vierte hormigón en el cajón (bajo el agua) para formar un sello en su fondo. Cuando el hormigón del sello ha endurecido, el agua del interior se bombea hacia el exterior y se procede a rellenar el cajón con hormigón. Los cajones abiertos pueden ser de sección circular, cuadrada, rectangular u ovalada.

Ventajas y Desventajas

• Ventajas: Pueden extenderse a grandes profundidades y su costo de construcción es relativamente bajo.
• Desventajas: La principal es la falta de control de calidad sobre el hormigón vertido para formar el sello. Además, el fondo no puede limpiarse completamente antes del hormigonado.

Un método alternativo de construcción consiste en hincar varias tablestacas para formar un recinto cerrado que se rellena con arena. Posteriormente, el cajón se hinca a través de la arena hasta el estrato de apoyo deseado.

2. Cajones Cerrados

Son estructuras con fondo cerrado que se construyen en tierra y luego se transportan al sitio de la construcción. Se hincan gradualmente en su ubicación definitiva llenando su interior con arena, balasto, agua u hormigón. El costo de este tipo de cajón es bajo, pero es crucial que la superficie de apoyo esté perfectamente nivelada, ya que el hincado se produce al rellenar su interior.

3. Cajones Neumáticos

Se emplean generalmente para profundidades que oscilan entre 15 y 40 metros, especialmente cuando una excavación no puede mantenerse abierta debido a que el suelo fluye hacia el área excavada con mayor rapidez de la que puede ser retirado.

Disponen de una cámara de trabajo presurizada en su base, con una altura mínima de 3 metros. Dentro de esta cámara, los operarios excavan el terreno y vierten el hormigón. La presión del aire en la cámara se mantiene a un nivel suficientemente alto para impedir la entrada de agua y suelo.

Los operarios acceden y salen de la cámara a través de una escalera situada dentro de un tubo de acero. Este conducto también se utiliza para la extracción del material excavado y para la colocación del hormigón. Estos cajones se hincan gradualmente a medida que avanza la excavación. Cuando se alcanza el estrato de apoyo, la cámara de trabajo se rellena completamente con hormigón.

El cálculo de la capacidad de carga de los cajones es similar al de las pilas perforadas.