Mecánica del suelo. Tema 21

Tipología y construcción de pilotes. Historia. Tipos. Hinca de pilotes

  • Enviado por: Mario
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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  • HISTORIA.

  • El empleo de pilotes se remonta a los orígenes de la arquitectura y del arte de cimentar, pues los pilotes de madera se usan en los palafitos o viviendas lacustres neolíticas construidas más de 5000 años a.d.C., ejemplares de las cuales se han encontrado en el lago de Lucerna, en Italia y en Irlanda. Precisamente la palabra “palafitta” quiere decir en italiano pilotes hincados en tierra.

    Los antiguos constructores chinos empleaban un método que está relacionado con el de los “drenes de arena”. En sus suelos aluviales blandos hincaban pilotes de madera que extraían, a continuación, por rotación. Los agujeros eran rellenados con cal viva bien compactada. Estos pozos de cal chupaban el agua que los rodeaba produciendo, de este modo, una consolidación acelerada del suelo. La famosa Gran Muralla China (250 a.d.C.) se construyó por este procedimiento. Todo ello parece indicar que los chinos eran familiares con el uso de pilotes de madera.

    Los romanos utilizaban también pilotes de madera en suelos muy blandos. La utilización de pilotes en la cimentación de templos se dejaba ajuicio del constructor.

    En el siglo XVI las pilas del puente de la Sta. Trinidad, sobre el río Arno, se cimentaron en ataguías de doble pared construidas con pilotes de madera con relleno de hormigón de cal. Los españoles cimentaron sus iglesias sobre la arcilla volcánica de Ciudad de Méjico mediante pilotes de madera.

    Hasta 1837 los pilotes se hincaban mediante mazos movidos a mano y otros procedimientos lentos. En esta fecha se utilizó el primer cabrestante movido a vapor en Amsterdam (van Weele, 1989).

    En 1845 Nasmyth inventa el martinete de vapor, que habría de suponer un gran avance en la técnica de hinca de pilotes.

    En 1851 el comandante Sanders propuso la primera fórmula dinámica de pilotes igualando la energía recibida por éste con el producto de su resistencia por su avance y utilizando un coeficiente de seguridad de 8.

    A mediados de la década de 1870 a 1880 se construye el muelle de Huelva del ferrocarril de Río Tinto cimentado sobre pilotes de fundición de rosca (Gibson, 1878).

    En el año 1893 aparece el primer tratado sobre pilotes, titulado “Piles & Pile Driving”, editado por Wellington del Engineering News. En él se encuentra la famosa fórmula dinámica del Engineering News.

    En 1896 el americano Sooy Smith señala que la carga de hundimiento de un grupo de pilotes no es simplemente la de un pilote multiplicada por el número de éstos. Con ello se inician las teorías sobre grupos de pilotes.

    En 1917 White y Prentis patentan los pilotes “pretest”, que supusieron un gran avance en el recalce de edificios por debajo del nivel freático. Estos pilotes se hincan mediante gatos con cargas superiores a las de servicio. Los gatos se mantienen en carga hasta que se ha colocado una cuña entre la zapata y el pilote, con lo cual se evitan asientos posteriores.

    En 1917 nace el concepto del “bulbo de presiones” alrededor de un pilote, como consecuencia de los estudios sobre asientos de pilotes realizados por Prentis y White. Cuando los pilotes de un grupo se aproximan, los bulbos individuales se van fundiendo, y puede pasarse a considerar un bulbo único perteneciente al grupo.

    En 1933 Press realiza en Alemania, por primera vez, ensayos sobre grupos de pilotes a escala natural. Poco después comienzan a aparecer las fórmulas sobre la “eficacia” de los grupos de pilotes (Converse - Labarre, etc.).

    Las pantallas discontinuas, de pilotes de perforación, aparecen en 1934, lo cual indica que los pilotes de perforación son anteriores a esta fecha.

    En 1935 Mindlin resuelve el problema de la distribución de tensiones en el semiespacio elástico producidas por una fuerza situada en su interior. Estas fórmulas habrían de tener gran repercusión en el estudio de los pilotes.

  • OBJETO DE LOS PILOTES.

  • En obras relacionadas con la Arquitectura, se pueden usar pilotes, fundamentalmente, por alguna de las siguientes razones (fig.1.1):

  • Para transferir cargas a través de agua o suelo blando, hasta un estrato duro adecuado, por medio de “pilotes resistentes por la punta” (fig. 1.1.a.).

  • Para transferir cargas hasta estratos más profundos. De esta forma se aumenta la carga de hundimiento y se disminuyen los asientos. Y ello es así, por un lado, porque cuanto mayor es la presión efectiva de un suelo mayor es su carga de rotura y menores son sus asientos para un mismo incremento de presión; por otro lado porque se interesa una mayor masa de suelo en el sostenimiento de la estructura (fig. 1.1 .b).

  • Para anclar estructuras sometidas a la subpresión o a fuertes momentos (pilotes de tracción, fig. 1. 1.c).

  • Para resistir fuertes cargas horizontales o inclinadas (pilotes inclinados, fig. 1.1 .d)

  • Para formar pantallas de pilotes.

  • Para compactar terrenos flojos (pilotes de compactación).

  • Para transferir cargas a estratos profundos no sometidos a cambios de volumen (pilotes en arcilla expansiva, fig. 1.1 .e).

  • TIPOS DE PILOTES.

  • Se pueden distinguir los siguientes tipos principales de pilotes, según el material y el modo de ejecutarlos:

  • Pilotes de madera.

  • Pilotes prefabricados de hormigón.

  • Pilotes tubulares postensados.

  • Pilotes de perforación.

  • Pilotes de perforación de gran diámetro.

  • Elementos de pantalla.

  • Pilotes apisonados.

  • Pilotes de acero.

  • Pilotes de madera.

  • Es el tipo de pilote más antiguo, usado desde el Neolítico. Se trata de un pilote “prefabricado” que se hinca a golpes.

    Algunas de sus ventajas e inconvenientes se indican en la tabla 1.1.

    Tabla 1.1. Ventajas e inconvenientes de los pilotes de madera

    Ventajas

    Inconvenientes

    • Bajo coste.

    • Material dúctil (conveniente en zonas sísmicas).

    • Enterrados bajo el nivel freático se conservan, en general satisfactoriamente.

    • Carga de trabajo pequeña.

    • Pueden astillarse al entrar en contacto con rocas o bolos.

    • No son permanentes, sobre todo en la zona de oscilación del nivel freático, o fuera del terreno en la zona sumergida.

    Pilotes de este tipo sin tratar, situados por encima del nivel freático, pueden durar más de 25 años, pero no son permanentes.

    Se suelen usar, hoy, en obras provisionales o de poca importancia.

  • Pilotes prefabricados de hormigón.

  • El pilote se fabrica en el exterior del terreno, y se hinca por alguno de los procedimientos que se indican en el apartado 1.4. Suelen hincarse, al menos en parte, a golpes.

    La carga de trabajo máxima es de 1500 a 1600 kN (150 a 160 t) en los pilotes con junta normales, aunque existen pilotes para mayores cargas (v. Fleming et al., 1985).

    Algunas de sus ventajas e inconvenientes se indican en la tabla 1.2.

    Tabla 1.2. Ventajas e inconvenientes de los pilotes prefabricados de hormigón

    Ventajas

    Inconvenientes

    • Carga de trabajo elevada.

    • Son bastante permanentes.

    • Adecuados, con tratamiento especial para terrenos agresivos.

    • Se prueba cada pilote durante la hinca, mediante la medida del rechazo.

    • Se puede disminuir el rozamiento negativo mediante imprimación de betún.

    • Precisan armaduras para su colocación.

    • Precisan espacio para la construcción y almacenamiento en obra.

    • Precisan tiempo de fraguado y curado si se construyen en obra.

    • Pueden dañarse durante la hinca.

    • Precisan equipo pesado para su manejo e hinca.

    • Las vibraciones son un gravísimo inconveniente en zona urbana.

    Como los estratos del terreno no se suelen conocer, de antemano, con precisión, es frecuente señalar que se continúe la hinca hasta llegar a una penetración máxima prefijada para una andanada de 10 golpes (rechazo). Lo que suele hacerse, en estos casos, es construir los pilotes más largos y cortarlos al llegar al rechazo, pues si se intentara continuar la hinca podrían, quizá, romperse los pilotes. Si los pilotes se quedan cortos, habría que empalmar trozos de pilotes (v. Teng, 1962). Todo ello aumenta fuertemente el coste.

    El pilote prefabricado normal tiene su campo de aplicación en obras en las que su longitud deba ser no superior a unos 15 m (por dificultades de manejo), y el terreno presente una homogeneidad suficiente que permita hincar pilotes de longitud prácticamente invariable.

    Si las puntas de los pilotes encuentran una superficie rocosa lisa, pero inclinada, pueden deslizar sobre ella, perdiendo su verticalidad. Al añadir la carga del edificio los pilotes pueden romperse.

    El pilote prefabricado con juntas evita, en parte, estos inconvenientes, pues está constituido por piezas de hormigón de hasta 12 m unidos por una junta especial de acero (fig. 1.2 y 1.3), cuya resistencia es, como mínimo, la de la sección tipo. De este modo se pueden hincar los elementos que se deseen. Las piezas se ejecutan en fábrica, por lo cual el espacio ocupado es menor y se pueden hincar en cuanto que se reciban. Para hinca en terrenos duros tiene un azuche especial (fig. 1.2), que permite atravesar estratos resistentes delgados sobre terreno blando y asegura, si es preciso, el empotramiento en roca.

    Con este pilote se han alcanzado profundidades de 60 m en España y 90 en Suecia.

    La calidad y control de su fabricación permiten alcanzar resistencias características del hormigón hasta de 45 MPa (450 kp/cm2). La ejecución es muy rápida, con rendimientos del orden de 150 m.l. por turno.

    Son adecuados en terrenos agresivos, bien mediante el uso de cemento sulforesistente o pintando el pilote con resinas.

  • Pilotes de perforación.

  • Los pilotes de perforación se construyen haciendo un orificio hasta la profundidad deseada, extrayendo el terreno de su interior, y rellenándolo de hormigón. Por este motivo se conocen también con el nombre de pilotes de extracción.

    Algunas de sus ventajas o inconvenientes se indican en la tabla 1.3.

    Tabla 1.3. Ventajas e inconvenientes de los pilotes de perforación

    Ventajas

    Inconvenientes

    • Carga de trabajo relativamente alta.

    • Bastante permanentes.

    • Adecuados, utilizando el cemento pertinente, en terrenos agresivos.

    • Se pueden hacer de la longitud deseada.

    • Se elimina el daño durante manejo e hinca.

    • Sólo transmiten pequeñas vibraciones al terreno durante la hinca del revestimiento en los pilotes que lo tienen.

    • Aflojan los terrenos arenosos.

    • Pueden estrangularse al retirar el revestimiento o la hélice.

    • En general, no se pueden construir inclinados.

    En los pilotes de perforación cabe distinguir diferentes tipos:

    • Entubación recuperable.

    • Entubación definitiva.

    • Perforación con lodos.

    • Sin entubación.

    • Barrena continua.

    Dentro de los pilotes de perforación destacan el de entubación recuperable (fig. 1.4), cuyo método constructivo se indica claramente en la figura y el de barrena continua. En terrenos agresivos o muy blandos se pueden utilizar pilotes de entubación perdida, aunque éstos son muy caros.

  • Los pilotes de barrena continua y su comparación con los de entubación recuperable.

  • Los pilotes de barrena continua se utilizaron por primera vez en Estados Unidos en los años 50 (v. Derbyshire, 1984; Rathmell, 1984), y en Inglaterra al final de los 60, pero su uso se ha intensificado notablemente a partir de la década de los 80.

    En un catálogo de Rodio de 1971 ni siquiera figura este tipo de pilotes. Aparecen por primera vez en catálogos de 1975 para diámetros de 45 a 65 cm y longitudes máximas hasta de 18 m. Se cita en ellos como ventaja la ausencia de vibraciones que puedan afectar a edificios.

    En los catálogos actuales se ofrecen diámetros de 350 a 1000 mm, con cargas de 40 a 330 t, y profundidades máximas hasta de 20 - 23 m para diámetros normales. Para diámetro 1000 mm la profundidad máxima es del orden de 15 m.

    Dentro de las ventajas de estos pilotes están su alto rendimiento (del orden de 2 m/min. en suelos granulares), bajo coste, estabilidad de las paredes de la perforación durante el hormigonado y limpieza de la punta del pilote en terrenos sumergidos.

    El proceso constructivo se muestra en la figura 1.5. El pilote se perfora mediante el giro de la barrena continua, con expulsión de parte del terreno hasta alcanzar la profundidad necesaria. A continuación se bombea hormigón o lechada a presión a través del cuerpo axial de la barrena; que va desalojando tanto el suelo como la propia barrena. Inmediatamente después de hormigonar se procede a introducir la armadura que se sujeta a un plato y tubo al que va acoplado un vibrador. La armadura empieza a introducirse en el seno del hormigón por su propio peso, para seguir penetrando con ayuda del vibrador. Pueden existir dudas sobre la colocación adecuada de la armadura; en casos delicados se pueden colocar separadores para asegurar el recubrimiento. Puede haber problemas para introducir la armadura más de 12 m. En general los pilotes en los que se inyecta lechada suelen tener un diámetro inferior (295 a 450 mm).

    Se observan las siguientes ventajas frente a otros sistemas:

  • Ausencia de vibraciones que puedan afectar a edificios.

  • Una barrena es el procedimiento de perforación que menos altera una arcilla. Prueba de ello es que algunas especificaciones señalan que unos 30 ó 60 cm antes de tomar una muestra inalterada se haga el avance con barrena para evitar la perturbación que en el terreno situado bajo el fondo de un sondeo produce el golpeo con la cuchara (v. Jiménez Salas y Justo, 1981).

  • Por la rapidez con que se realiza la excavación, el reblandecimiento del terreno durante la perforación es pequeño.

  • No hay miedo de que queden detritus en el fondo de la excavación, como puede suceder en los pilotes de entubación recuperable, antes de hormigonar, ya que la punta de la barrena sólo se separa del fondo cuando el hormigón bombeado alcanza una presión entre 5 y 10 kp/cm2, necesaria para soltar el tapón existente en el fondo del tubo central hueco, que evita la entrada de terreno en el tubo durante la perforación.

  • Por el mismo motivo no hay miedo de estrangulación si el control es adecuado, ya que el hormigón, a presión alrededor de 1 kp/cm2 sobre la hidrostática es el que empuja la barrena hacia arriba.

  • Se requieren control y un operador especializado (v. Fleming y Thorburn, 1984), pero dicho control es más fácil que en pilotes de entubación recuperable, ya que en este caso, la elevación de la tubería mientras se hormigona no es un proceso tan fácil de automatizar. Algunos casos en los que se ha producido estrangulación con entubación recuperable son descritos por Thorbum y Thorburn (1977).

    Se debe utilizar entubación recuperable cuando hay que atravesar bolos de gran tamaño que requieran el golpeo con trépano. Se pueden presentar problemas también cuando existe arcilla muy blanda sobre arcilla firme o dura, pues el efecto de tornillo puede bombear el material superior (v. Fleming y Thorburn, 1984).

    Con hélice continua se alcanzan hasta 23 m de profundidad con diámetros pequeños (v. Douglas, 1984). Excepcionalmente se han construido pilotes hasta de 33 m (v. Rathmell, 1984), empalmando un trozo de barrena durante la fase de perforación y quitándolo durante una interrupción de la fase de hormigonado. Sin embargo por este procedimiento no se pueden realizar pilotes más largos, pues haría falta demasiada presión de hormigón para extraer la hélice.

    Tampoco se pueden realizar, por el momento, pilotes de más de 1.000 mm, por el mismo motivo. En este caso se debe recurrir al sistema de lodos bentoníticos.

    Con la barrena continua el operador distingue los tipos de suelo principalmente por las características de la perforación, asistido por un manómetro en el equipo hidráulico directamente relacionado con el momento del motor sobre la cabeza de perforación. Si al subir la barrena se comprueba que la penetración del pilote en el estrato resistente no ha sido suficiente se puede reperforar el hormigón, antes de colocar la armadura.

    Especificaciones para este tipo de pilotes son dadas por Derbyshire (1984), y en la NTE CPI.

    Fleming et al. (1985) señalan que son terrenos adecuados para este tipo de pilotes las arenas, gravas y arcillas. El sistema funciona perfectamente en terrenos con agua.

    Brons (1985) señala las buenas características de este pilote.

  • Pilotes de perforación de gran diámetro.

  • En las modernas construcciones las cargas transmitidas por los pilares a la cimentación son cada vez más importantes. Actualmente no es excepcional encontrar fuertes cargas verticales de 1000 t o más, acompañadas de esfuerzos horizontales y momentos elevados.

    En tales casos, para dar solución económica a las cimentaciones, conviene adoptar pilotes de gran capacidad de carga, con lo cual pueden reducirse sensiblemente las dimensiones del encepado; éste queda reducido a su mínima expresión si se sustituye el grupo de pilotes por un solo pilote de gran diámetro. La construcción es, sobre todo, mucho más rápida.

    En ambientes agresivos, estos pilotes pueden ser preferibles, debido a la menor superficie por unidad de sección que presentan al ataque. Otro motivo de preferencia es que se puede ejercer sobre ellos un mejor control.

    Estos pilotes son más económicos, en general, en terreno firme en el que la resistencia por la punta es importante.

    Conviene señalar que el precio por unidad de sección disminuye al aumentar dicha sección, según se indica en la tabla 1.4. Esto explica la creciente popularidad de los pilotes de gran diámetro.

    Tabla 1.4. Precio de pilotes de gran diámetro

    Diámetro (mm)

    1000

    1200

    1500

    Tipo

    Precio por m2 y m

    Perforado con lodos

    15300

    13300

    10800

    Entubación recuperable

    27400

    23000

    19200

    Precio por m

    Perforado con lodos

    12000

    15000

    19000

    Entubación recuperable

    21500

    26000

    34000

    En España se suele considerar “gran diámetro” a 850 mm, aunque no hay nada firmemente establecido sobre ello.

    Para la construcción de estos pilotes en terrenos poco coherentes es frecuente emplear lodos de perforación (fig. 1.6), en cuyo caso no se emplea revestimiento. Para perforar el terreno se utiliza una cuchara bivalva.

    Una pequeña parte de los productos que componen el lodo de la deposita, por filtración, sobre las paredes de la misma, constituyendo un impermeable, que contribuye al mantenimiento vertical de la perforación.

    El peso específico del lodo es superior a 1 t/m3; a ello contribuyen, además del producto en suspensión, los detritus del terreno que caen de las paredes del sondeo. La diferencia entre las presiones ejercidas sobre el tarquín por el lodo y por la capa freática, además de la forma cilíndrica de la perforación y otras posibles causas, pueden bastar para compensar los empujes del terreno y mantener la perforación abierta.

    El pilote se hormigoría con trompa. El hormigón fresco, vertido en el embudo, desciende hasta penetrar en la masa del hormigón ya colocado, masa que es empujada hacia arriba, de tal forma que el primer hormigón depositado en el fondo de la perforación aparece en la superficie al final del hormigonado. No hay, por tanto, ningún riesgo de que el hormigón se mezcle con el lodo, al ir rellenando paulatinamente toda la perforación hasta el nivel deseado.

    El sistema de perforación con lodos encuentra dificultades en algunos terrenos muy permeables, que dificultan la formación del tarquín y provocan pérdidas del lodo de perforación. Por otro lado, no se pueden construir pilotes inclinados con el sistema anterior.

    La presencia de sales produce la floculación de la bentonita y el hundimiento de las paredes de la perforación si era necesario el empleo del lodo; esto ha hecho que en algunos casos se empleen sepiolita y aditivos para evitar dicha floculación, con el consiguiente encarecimiento del sistema.

    Sin embargo, las pantallas de la ataguía de Crinavis, en la bahía de Algeciras, se realizaron con lodo bentonitico, utilizando agua de la red para la fabricación de dicho lodo.

    En cualquier caso, cuando existen dificultades importantes es frecuente recurrir al empleo de un revestimiento y realizar la excavación con cuchara bivalva que se hinca a percusión (fig. 1.7), o con sistemas de rotación en los que la herramienta cortante puede ser una barrena corta (fig. 1.8) o si el terreno produce muchos detritus un cubo con herramientas cortantes en la base, una abertura para la entrada de los detritus y un fondo que se abre para arrojarlos al camión de descarga (fig. 1.9). La tubería de revestimiento debe ir perfectamente guiada para asegurar la verticalidad o inclinación deseada. El hormigonado se efectúa también con trompa. Por este procedimiento se construyen pilotes hasta de 1500 mm de diámetro y 25 m de profundidad.

    En arcillas firmes la perforación suele hacerse con grandes barrenas mecánicas (fig. 8). Con ellas se ha llegado hasta diámetros de 3000 mm o más y profundidades de 60 m o más (v. Fleming at al., 1985).

    Es relativamente frecuente, en estos casos, aumentar el diámetro de la base hasta el doble del diámetro del fuste utilizando herramientas especiales (fig. 1.10). En general no hay que usar revestimientos ni lodos, y el orificio se mantiene seco, con lo cual la construcción es muy rápida. De este modo la carga por pilote puede llegar a 2000 t o más.

    La perforación del pilote produce una disminución de la fricción de la arcilla, debido principalmente al ablandamiento producido por la descompresión. Este efecto es importante cuando la perforación del pilote dura varias horas, pero si el pilote se perfora y hormigona en una o dos horas el ablandamiento es pequeño, y la adhesión puede ser del orden del 80% de la resistencia al corte sin drenaje inicial.

    Es conveniente limpiar bien el fondo para aprovechar al máximo la resistencia por la punta, sobre todo en pilotes acampanados.

  • Elementos de pantalla.

  • En cimentaciones sometidas a fuertes momentos pueden ser más adecuados los pilotes de sección alargada por su mayor inercia.

    El sistema de perforación mediante lodos permite la ejecución de cimentaciones de este tipo (fig. 1.11).

  • Pilotes apisonados.

  • Estos pilotes (fig. 1.12) son hormigonados in situ, pero no de perforación. El método constructivo está claramente indicado en la figura. El pilote tiene la mayor parte de las ventajas de los pilotes prefabricados y sólo el inconveniente de que transmite vibraciones al terreno. Son pilotes de desplazamiento (v. CPI).

    Gracias al enérgico apisonado a que se somete el terreno y a su base ensanchada, aprovecha al máximo la resistencia de éste, tanto a compresión como a tracción, sobre todo cuando se trata de arena, grava o arcilla muy firme.

  • Pilotes metálicos.

  • Se utilizan mucho en los países nórdicos y muy poco en España.

    Pueden presentar el problema de la corrosión (v. Schwerdtfeger, 1965). En general, este problema es más importante en suelos con resistividad inferior a 500 Ω cm.

    De todo los tipos descritos se pude sacar el siguiente resumen:

    Tipo

    Lmax (m)

    dmax (mm)

    Qmax (t)

    Circunstancias en que no puede utilizarse

    Prefabricado de hormigón

    90

    452

    160

    Cercanía de edificios antiguos

    Barrena continua

    23

    1000

    330

    Cuando hay bolos

    Pilotes inclinados

    Perforado con lodos

    25

    2000

    1300

    Terrenos muy firmes

    Pilotes inclinados

    Perforado en seco

    80

    3000

    2000

    Sólo se puede usar en suelos firmes

    Entubación recuperable

    25

    1500

    1000

    Pilote caro

  • HINCA DE PILOTES.

  • Hinca de pilotes a percusión.

  • La hinca de pilotes se suele realizar, al menos en parte, a golpes.

    El método tradicional consiste en elevar una maza, cuyo peso es del mismo orden de magnitud que el peso del pilote, una distancia adecuada, y, a continuación, soltar dicha maza para que golpee contra la cabeza de éste.

    En ocasiones se utilizan guías tubulares para asegurar el recorrido vertical o inclinado de la maza (cuando se pretende hincar pilotes inclinados).

    En pilotes verticales se suele admitir una tolerancia de 75 mm en la posición del pilote y de 1:75 en su inclinación. En pilotes inclinados la tolerancia respecto a la inclinación especificada suele ser de 1:25.

    El peso de la maza suele oscilar entre 0.5 y 2 veces el peso del pilote. Como las tensiones de pico en la cabeza del pilote pueden aumentar fuertemente si la maza golpea ésta de forma excéntrica, es preferible una maza larga y estrecha, que tiene mejores características de impacto.

    En pilotes resistentes por su punta en un estrato granular es frecuente exigir que se hinquen cinco diámetros (5D) en dicho estrato; en cualquier caso el mínimo absoluto exigido es 2 D. Si el estrato es denso se puede producir un deterioro del pilote durante la hinca.

    Para evitarlo se protege la cabeza del pilote con un sombrerete (fig. 1.13). En pilotes de hormigón suele ser de fundición. Los pilotes de madera se suelen rodear con un anillo de acero.

    Entre el sombrerete y la cabeza de un pilote de hormigón hay que disponer un relleno blando (frecuentemente sacos de cemento viejos). Se recomiendan sacos de yute o asbesto que no se endurecen con el uso. Para proteger el sombrerete se usa una sufridera. Las de plástico suelen durar mucho más que las de madera dura. Cuando se trata de ahorrar sufridera el daño se produce en otro sitio.

    A pesar de esto el daño se puede producir en el fuste, por lo cual debe evitarse la sobrehinca (sobre todo en los de madera).

    Las alturas de caída suelen oscilar entre 20 cm y 2 m. Es más probable que se produzca daño en la cabeza del pilote cuando se usa una maza demasiado ligera y que precisa, por ello, una altura de caída demasiado grande.

    El efecto beneficioso de aumentar la relación entre el peso de la maza y el peso del pilote se aprecia en la figura 1.14. La energía útil oscila entre unas unidades por ciento para una relación entre el peso de la maza y el peso del pilote de 0.32 y casi un 50% para una relación de 1.06.

    Las máximas tensiones en la cabeza del pilote pueden calcularse a partir de las relaciones dadas por Broms (v. Fleming at al., 1985) mediante las fórmulas siguientes:

    • Pilote prefabricado de hormigón: (1.1)

    • Pilote de acero (con sufridera de madera): (1.2)

    • Pilote de acero (sin sufridera de madera): (1.3)

    • Pilote de madera: (1.4)

    Siendo H la altura equivalente a caída libre del martillo (cm).

    Variantes de la maza elevada por un cabrestante son las masas elevadas mediante vapor, aire comprimido o hidráulicamente. Si una vez elevada la maza la caída es libre el martinete se llama de acción sencilla. Si la presión se aplica también durante la bajada se llaman de doble acción. Los martinetes de doble acción no son adecuados, en general, para pilotes prefabricados de hormigón.

    La tabla 1.5 nos da los pesos aproximados mínimos para mazas elevadas por cable y martinetes de acción sencilla.

    Tabla 1.5. Tamaños mínimos para mazas elevadas por cable y martinetes de acción sencilla

    Carga de diseño del pilote (kN)

    Masa mínima aproximada de la maza (T)

    Pilotes de acero (1)

    Pilotes de hormigón (2)

    400

    -

    2

    600

    2

    800(1) a 900(2)

    3

    4

    1500

    5

    -

    2250

    8

    -

    3000

    10

    -

    Otro procedimiento es la hinca con martinete Diesel. El pistón es elevado por la explosión en la base de un cilindro cerrado en el martinete Diesel de acción sencilla. El rendimiento de un martinete de acción doble es casi dos veces el de uno de acción sencilla. El peso del pistón es inferior al de la maza, pero la acción rápida puede compensar esta pérdida de eficacia. Este tipo de martinete es más adecuado en pilotes resistentes por su punta, y no lo es en pilotes en suelo blando.

  • Hinca de pilotes mediante chorro de agua.

  • Se usa para evitar la sobrehinca cuando hay que atravesar una capa granular delgada.

    La hinca debe terminarse a golpes, pues este sistema afloja el terreno.

    No puede usarse si existen grandes bolos y en lechos gruesos de arcilla.

    El sistema tiene el inconveniente de que hay que desembarazarse de grandes cantidades de agua.

  • Hinca de pilotes por vibración.

  • Los martillos vibratorios suelen estar accionados mediante energía eléctrica (aunque también pueden ser hidráulicos).

    El empleo de métodos de resonancia incrementa considerablemente la propagación del sonido. En algunos suelos de grano fino podrían ocurrir asientos producidos por la vibración que afectasen a las edificaciones vecinas. Sin embargo, la frecuencia a la cual resuenan los pilotes es, generalmente, algún múltiplo de la requerida para la resonancia del suelo, y la transmisión de las vibraciones a través del suelo no es necesariamente alta. Este método de instalación de pilotes no está suficientemente experimentado. Es potencialmente muy efectivo, pero hay una tendencia a que el equipo de hinca sufra debido al efecto dañino de una vibración severa.

  • NORMA TECNÓLOGICA CPI.

  • Es la norma tecnológica de pilotes in situ.

    Considera dos tipos de pilotes, de extracción o de desplazamiento, según la forma de efectuar la perforación.

    La norma se refiere sólo a pilotes de extracción de diámetro comprendido entre 35 y 125 cm, y pilotes de desplazamiento, de diámetros entre 30 y 65 cm.

    Los pilotes CPI-2 y CPI-3 son de desplazamiento y el resto de extracción.

    CPI - 2. Es un pilote de desplazamiento con azuche, en el que la hinca de la entubación

    se realiza mediante golpeo en una cabeza situada en la parte superior de la entubación. Es de entubación recuperable.

    CPI - 3. Es el pilote apisonado.

    CPI - 4. Es el pilote de entubación recuperable que hemos descrito en el apartado 1.3.4. CPI - 5. Es el pilote de extracción con camisa perdida, con tubo de 2 mm de espesor,

    como mínimo, si es metálico, para garantizar la continuidad del fuste y fraguado del hormigón en presencia de corrientes de agua, oquedades o zonas blandas de terreno y agentes agresivos. Realizada la excavación y antes del hormigonado, se introduce la camisa perdida dentro de la entubación.

    CPI - 6. Es el pilote perforado con lodos.

    CPI - 7. Es el pilote perforado con barrena corta, sin entubación, en terreno coherente

    firme.

    CPI - 8. Es el pilote de barrena continua.

    En los pilotes de entubación recuperable (CPI-2, CPI-3, CPI-4 y CPI-5), se prescribe un mínimo de 2D de hormigón dentro del revestimiento para evitar la estrangulación del pilote.

    En el CPI-6 se prescribe que la trompa de hormigonado irá introducida siempre 4 m, como mínimo, dentro del hormigón anteriormente vertido.

    Para la elección, con carácter orientativo, del tipo de pilote, la norma da una puntuación para cada tipo según la naturaleza de los estratos, relación entre la resistencia por la punta y por el fuste, carga media por pilar y número de pilares del edificio. El tipo de pilote más adecuado coincide con la puntuación más alta.

  • NORMA TECNOLÓGICA CPP.

  • Es la norma tecnológica de pilotes prefabricados de hormigón.

    Indica que el dispositivo de hinca, o martinete, dispondrá de maza y gemelas o guías.

    Se permite la maza de caída libre y simple efecto, con peso no menor a 0.5 veces el peso del pilote o tramo de pilotes que se está hincando. Altura de caída no mayor de 2 m.

    Se permite también el martinete Diesel de doble efecto, con peso equivalente no menor de 0.5 veces el peso del pilote o tramo, siendo el peso equivalente un número de toneladas igual a la energía del golpe de la maza en Tm.

    Entre la maza y la cabeza del pilote se dispondrá una almohadilla de madera dura u otro material apropiado, y un casco o sombrerete de acero, provisto de alas laterales, deslizables sobre las guías del martinete.

    La norma considera pilotes de diámetros equivalentes comprendidos entre 22.5 y 42.5 cm.

    Tema Tema 21: INTRODUCCIÓN, TIPOLOGÍA Y CONSTRUCCIÓN DE PILOTES

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    MECÁNICA DEL SUELO