Pilotes de plástico

Figura 1. Pilote hincado de plástico. http://www.archiexpo.es/prod/hahn-kunststoffe-gmbh/product-149415-1840086.html

Si bien los pilotes tradicionales de madera, acero y hormigón, disponen de sistemas capaces de preservarlos de su degradación en ambientes agresivos, estas medidas presentan sus limitaciones. Es por ello que se han desarrollado pilotes alternativos de compuestos plásticos que normalmente se utilizan en ambientes portuarios (Figura 1), aunque también se utilizan con otros usos, como en mobiliario urbano (Figura 2).

Figura 2. Pilote hincado usado como soporte para pasarelas de madera en playas. http://www.archiexpo.es/prod/hahn-kunststoffe-gmbh/product-149415-1840086.html

Estos pilotes suelen ser se sección tubular desde 20 a 60 cm y longitudes de hasta 35 m, aunque también se fabrican secciones cuadradas. Están fabricados con plásticos reciclados y poseen una armadura, normalmente un tubo de acero, fibra de vidrio o una combinación de ambos. Debido a las características del material son neutrales a cualquier agresión del medio ambiente (también agua de mar). Estos pilotes son ecológicos y no contaminan. No les afecta el gusano de la madera (Teredo navalis). Por su uso frecuentemente portuario están diseñadas para resistir esfuerzos axiales y laterales procedentes del impacto de buques.

También existen pilotes compuestos de acero y plástico, con un corazón tubular de acero rodeado de una cubierta de plástico reciclado. Se trata de un pilote de coste superior al de madera, pero con un periodo de vida útil mayor, por su resistencia a la acción de organismos marinos, putrefacción y abrasión, además de su mayor resistencia mecánica.

Figura 3. Instalación de un pilote de plástico. http://www.archiexpo.es/prod/hahn-kunststoffe-gmbh/product-149415-1840086.html

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada

Figura 1. Pilotes Starsol. http://www.soletanche-bachy.com.ar

Dentro de los pilotes de extracción de barrena continua podemos distinguir un procedimiento mejorado denominado STARSOL. Se trata de un sistema desarrollado por el grupo francés SOTELANCHE-BACHY, al cual pertenece la empresa española RODIO, por lo que también se llama este procedimiento Rodiostar/Starsol. Con este sistema se resuelven dos problemas que tenían procedimientos anteriores: la perforación de capas duras y la ejecución y control de la calidad del hormigonado. La perforación en capas duras se realiza mediante un motor de gran potencia, con un par de 90000 N·m, incorporando un útil de corte bajo el eje de la hélice, con lo que puede atravesar o empotrase en terrenos de 35 a 50 N/mm2 de resistencia a rotura. Ello hace innecesario el uso de trépano. Tampoco se necesitan lodos ni camisa porque el hormigonado se realiza a través del tubo interno, que funciona a modo de Tremie. El mayor problema es que las armaduras deben introducirse después del hormigonado, aunque este problema se podría resolver definitivamente con hormigones armados con fibras de acero. Los diámetros habituales de este tipo de pilotes se encuentran entre 0,40 y 1,00 m, con una profundidad máxima normal de 30 m. La potencia total instalada ronda los 250 KVA.

Los elementos principales del equipo son los siguientes:

  • Grúa dotada de grupo hidráulico
  • Mástil guía
  • Cabeza de rotación hidráulica
  • Manguera de introducción del hormigón al tubo interior
  • Barrena continua alrededor del tubo exterior
  • Tubo central con desplazamiento por el interior del tubo exterior
  • Sistema de gatos que permite el desplazamiento vertical del tubo central hasta 1,50 m
  • Útil de limpieza

En la Figura 2 se muestran las fases constructivas del método. El procedimiento comienza con la perforación mediante rotación de la barrena. Una vez llega a la profundidad requerida, se para la rotación, se levanta el conjunto y se comienza a bombear hormigón a presión. La distancia entre las bases de la barrena y del tubo sumergido es de 1,50 m. Por último, una vez hormigonado el pilote, se coloca la armadura, incluso con vibradores si fuera necesario. La armadura se puede introducir con este método fácilmente hasta 15 m, aunque el mejor registro de 17 m se consiguió en 1988.

La diferencia entre el procedimiento STARSOL y los pilotes de barrena continua convencionales es que en los primeros el hormigón se bombea a presión (de al menos 0,1 MPa, lo que asegura un excelente contacto en cualquier terreno), de forma que dicha presión y el volumen de hormigón se encuentran controlados. Esto garantiza que el primer hormigón vertido es el único que ha estado en contacto con el terreno y el único que puede estar contaminado. En el caso de los pilotes de barrena continua clásica, el hormigón se vierte a través del tubo central de la barrena y directamente sobre el anterior, mientras que en el sistema STARSOL, se realiza mediante un tubo telescópico introducido por dicha barrena hueca, el cual puede quedar introducido hasta 1,0 m por debajo de la lámina libre de hormigón, de ahí la mayor presión de bombeo y la gran ventaja con respecto al CPI-8 convencional; pues se evita la posibilidad de cortes en el hormigón.

Figura 2. Esquema del proceso de ejecución del pilote STARSOL

A continuación os dejo algunos vídeos explicativos que creo de interés.

Referencias:

GARCÍA-VALCARCE, A.; SACRISTÁN, J.A.; GONZÁLEZ, P.; HERNÁNDEZ, R.J.; PASCUAL, R.; SÁNCHEZ-OSTIZ, A.; IRIGOYEN, D. (2003). Manual de edificación. Mecánica de los terrenos y cimentaciones. Editorial CIE Dossat 2000, 710 pp.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Pilotes prefabricados de hormigón armado hincados

Figura 1. Detalle de azuche de acero en pilote de prefabricado de hormigón (Rodio Kronsa). Fuente: http://www.fontdarquitectura.com/productos/cimentaciones/pilotes/588

Los pilotes prefabricados de hormigón constituyen una técnica de cimentación profunda enmarcada en los pilotes de desplazamiento. Este tipo de pilotes pueden fabricarse de hormigón armado o pretensado.

Los pilotes prefabricados de hormigón armado suelen de sección cuadrada, de dimensiones habituales entre 200 y 400 mm de lado, aunque también los hay de sección rectangular, circular o poligonal. A veces, incluso pueden ser huecos para poder introducir algún tipo de canalización como las instalaciones de geotermia. Por sus dimensiones reducidas se utilizan para cargas y longitudes moderadas, como en obras de edificación. Se confeccionan con hormigones de resistencia característica mayor a 40 MPa. Las armaduras longitudinales son de, al menos, 12 mm de diámetro, disponiéndose como mínimo una barra en cada vértice. Las armaduras transversales serán, de al menos 6 mm de diámetro, duplicándose la cuantía en al menos una longitud de 3 veces el diámetro del pilote. Se comportan bien por fuste en arenas, gravas y arcillas. La durabilidad es buena, pero en ambientes agresivos se deben proteger las armaduras de la corrosión con cementos especiales o revestimientos.

Los prefabricados presentan ventajas como el curado al vapor, la disminución de almacenaje en obra, los mayores rendimientos y la calidad entre otros. Ello permite cargas de trabajo de 10 – 12,5 MPa, lo que disminuye la sección para igual capacidad portante. Son habituales secciones de 25×25 cm y 30×30 cm para capacidades que van de 600 a 1000 kN.

Con longitudes largas, se realizan empalmes entre las piezas de hormigón, de un máximo habitual de 12 m por razones de transporte. Las juntas de empalme suelen ser objeto de patente y pueden ser mecánicas (tipo machihembrado), por anclaje mediante resinas epoxi, mediante forros de acero o soldados en piezas metálicas dejadas en los extremos. Además, se debe cuidar la manipulación del pilote desde el vehículo de transporte hasta el lugar de hinca.

La hinca de estos pilotes se suele realizar mediante equipos de caída libre, con una maza entre 50 y 110 kN que se eleva mediante equipos de accionamiento hidráulico. La maza golpea constantemente la cabeza del pilote hasta su rechazo, que se produce cuando, tras un determinado número de golpes, el pilote no desciende un determinado número de centímetros. En ese momento, se supone una capacidad resistente tanto por rozamiento por fuste como por su trabajo en punta. No obstante, en suelos arcillosos, debe comprobarse el rechazo alcanzado, transcurrido un periodo mínimo de 24 horas.

La protección de la punta del pilote frente a la hinca es un detalle que no se debe olvidar. Para ello suele añadirse una pieza metálica cónica o piramidal, o bien un azuche metálico específico como puede verse en la Figura 1, que permite también la fijación del pilote en un sustrato rocoso. Se trata de azuche especial denominado punta de Oslo. En la Figura 2 se observa la protección de la cabeza del pilote frente a la hinca.

Figura 2. Detalle del anillo de protección del pilote frente al golpeo. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)

Una vez el pilote se hinca hasta el rechazo, la parte libre del pilote queda a distintas alturas. Ahora se debe limpiar y eliminar el hormigón de la cabeza que pueda haber quedado resentido por el golpeo de la maza y no reúna las características mecánicas necesarias y para dejar unas esperas para unir el pilote al encepado.

A continuación os dejo un vídeo explicativo que, entre otros, explica este tipo de pilote prefabricado. Espero que os sea de interés.

Os dejo un vídeo sobre el procedimiento constructivo de hinca de estos pilotes prefabricados.

Referencias:

FERNÁNDEZ-TADEO, C. (2018). ¿Cómo comprobar que los pilotes prefabricados hincados tienen la resistencia suficiente?. Interempresas.net

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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¿Qué son los micropilotes?

Figura 1. Micropilotes

Los micropilotes son pilotes de pequeño diámetro de perforación, normalmente de 80 a 300 mm, compuestos por una barra, tubo de acero o de armadura de acero que constituye el núcleo portante, el cual se recubre normalmente de lechada inyectada de cemento que forma el bulbo. Esta inyección favorece el trabajo por rozamiento lateral del fuste. Aparecieron en los años 50 los “pali-radicci” o pilotes-raíz, para solucionar los problemas de recalces de edificios o estructuras, que eran perforaciones con un diámetro pequeño (de 3” o menos), donde se introducía un redondo de acero y se inyectaban con una lechada de cemento.

Los micropilotes estructurales actuales son de mayor diámetro, entre 100 y 150 mm, introduciendo en ellos una armadura. Las características técnicas de los materiales y modo de ejecución de estos micropilotes permiten lograr altas capacidades de carga, normalmente entre 100 y 150 kN, tanto a la tracción como a la compresión con deformaciones mínimas. Se consigue así, un elemento resistente en el que predomina la longitud y resistencia por rozamiento o fuste. El uso de micropilotes es especialmente interesante cuando existen cargas dispersas de poca importancia, terrenos y cimientos heterogéneos, condiciones difíciles de ejecución en espacios reducidos, con restricciones en altura, o zonas congestionadas, y donde se alternan las cargas en tracción y compresión.

Hoy también existen micropilotes de gran capacidad, con diámetros de 300 mm o excepcionalmente de más, donde se introduce como elemento resistente un perfil metálico, generalmente tubular, capaz de resistir 2000 kN o más. Posteriormente se inyecta mortero de cemento para rellenar la sección interior del perfil y sellar la corona exterior entre el perfil metálico y el terreno. Con perforación a rotopercusión, se alcanzan rendimientos de 50 a 100 m por turno. Sin embargo, los costes de este sistema son superiores a otros pilotes, y sólo se justifica cuando hay que atravesar zonas rocosas.

La maquinaria empleada para ejecutar los micropilotes presenta ventajas respecto a la de los pilotes, pues es más accesible y maniobrable en espacios pequeños, reducen los movimientos durante la ejecución y por tanto las deformaciones respecto a estructuras vecinas, son adaptables a suelos duros, heterogéneos y con obstáculos y mantienen bien la verticalidad. Sin embargo, no son tan aptos en terrenos saturados o con nivel freático superior a la cota inferior de la cimentación. En la Figura 2 se muestran algunas máquinas empleadas en la ejecución de micropilotes.

Figura 2. Maquinaria empleada en la ejecución de micropilotes. Fuente: http://www.civogal.com/

La inyección del micropilote se realiza por circulación inversa, bombeándose desde la central de fabricación de lechada y mediante el empleo de batidoras de alta turbulencia. La inyección se realiza por el interior de la armadura hasta el fondo del taladro ascendiendo por el espacio anular existente entre la armadura y el varillaje de perforación, desplazando al exterior el posible detritus de perforación. Según su forma de ejecución los micropilotes pueden estar inyectados a baja o a alta presión. En los primeros se reproduce la técnica del pilote de gran diámetro, se inyecta mortero o mezcla cementicia de forma que se recubre el elemento de acero que constituye la armadura. Los micropilotes inyectados a alta presión se realiza ésta en una o varias etapas a través de válvulas antirretorno, colocado en la parte más profunda del micropilote, de forma que se conforme un bulbo que transmita las cargas en profundidad. Esta última técnica es parecida a la inyección de terreno no cohesivo, formando una serie de bulbos que, en su conjunto, conforman el elemento de transmisión de la carga del micropilote al terreno.

Existen distintos tipos de inyección empleados con los micropilotes:

  • (IU) “Inyección única global”: desde la base inferior del tubo de armado asciende el material de relleno entre las paredes de éste y la del encamisado si lo hay, o del terreno si no lo hay. Sería adecuado para rocas más o menos sanas, suelos cohesivos muy duros y suelos granulares.
  • (IRS) “Inyección repetitiva y selectiva”: a través de las válvulas anti retorno dispuestas a lo largo de la tubería de armado. Sería adecuada para suelos cohesivos no muy duros, suelos de consistencia baja o media y suelos granulares donde se intenta crear un bulbo
  • (IR) “Inyección única repetitiva”: a través de rejillas practicadas a lo largo del tubo. Para rocas blandas y fisuradas y materiales granulares gruesos de compacidad media.

Los micropilotes también se pueden realizan hincando una única tubería y sin inyección de lechada. Es el caso de una cimentación provisional o cuando posteriormente se vaya a excavar dejando los micropilotes a la vista. Como son de acero, esto permite soldar una estructura de arriostramiento. Incluso se pueden formar “muros pantalla” de micropilotes (Figura 3) que contengan tierras en un vaciado, en cuyo caso se descubre la lechada para soldar vigas metálicas a los tubos como estructura auxiliar para el arriostramiento y apuntalamiento provisional del muro. En un artículo anterior podéis ver qué medidas de seguridad se deben adoptar en la ejecución de este tipo de cimentación profunda.

Figura 3. Pantalla de micropilotes con anclajes. Fuente: http://www.geotec262.com/micropilotes-anclajes

A continuación os dejo un vídeo explicativo sobre micropilotes de goetecnia.ONLINE

Os dejo un par de animaciones de Keller sobre la ejecución de micropilotes.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Pilote Raymond cónico escalonado

Figura 1. Hincado de pilote Raymond. Fuente: http://www.pilelineonline.com/devtt.htm

El pilote Raymond, inventado en 1897, es uno de los primeros con tubo de entibación, aunque se sigue utilizando en algunos países, especialmente en los Estados Unidos. Sin embargo, en países como España no se usa actualmente por no ser competitivo frente a otras soluciones. Está formado por varios tramos de tubo de acero de pared delgada, corrugado en espiral, de unos 20 cm de diámetro en la punta. Se enroscan tubos contiguos con longitudes normalizadas, de unos 2,5 m, hasta alcanzar la profundidad requerida. Forma, por tanto, un pilote cónico protegido en el fondo por un cierre resistente, que permite su hincado en terrenos de cierta cohesión.

Este pilote se puede hincar hasta profundidades de 40 m. Es capaz de soportar grandes cargas, de 400 a 750 kN, dependiendo del diámetro de la punta, a pesar del escaso diámetro debido a la forma troncocónica y la superficie lateral corrugada.

La hinca se realiza con un mandril solidario con el tubo, sobre el cual actúa la maza. El mandril es un vástago metálico que se introduce en este tipo de pilotes de acero huecos durante la hinca para evitar la abolladura. Realizada la hinca, se extrae el mandril del pilote y el tubo se rellena de hormigón, con o sin armadura. En la Figura 1 se aprecia el proceso previo de hinca de este tipo de pilote.

Figura 2. http://gluedideas.com/content-collection/Radfords-cyclopedia-of-construction-Vol-6-Concrete-Construction/Concrete-Pile-Foundations_P1.html

Os dejo un vídeo al respecto.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Concepto y clasificación de las cimentaciones

Figura 1. Cargas sobre un cimiento superficial (Yepes, 2016)

La cimentación de una estructura es aquello que la sustenta sobre el terreno. Generalmente está enterrada y transmite al terreno su propio peso y las cargas recibidas, de modo que la estructura que soporta sea estable, la presión transmitida sea menor a la admisible y los asientos se encuentren limitados (ver Figura 1). La cimentación consta de dos partes, el elemento estructural encargado de transmitir las cargas al terreno, o cimiento, y la zona del terreno afectada por dichas cargas, o terreno de cimentación. La cimentación debe resistir las cargas y sujeta la estructura frente a acciones horizontales como el viento y el sismo, conservando su integridad. La interacción entre el suelo y la estructura depende de la naturaleza del propio suelo, de la forma y tamaño de la cimentación y de la flexibilidad de la estructura.

Las cimentaciones se diseñan para no alcanzar los estados límites últimos o de servicio. Los primeros llevan a la situación de ruina (estabilidad global, hundimiento, deslizamiento, vuelco o rotura del elemento estructural), mientras que los segundos limitan su capacidad funcional, estética, etc. (por ejemplo, movimientos excesivos). Se denomina capacidad portante a la máxima presión que transmite una cimentación sin alcanzar el estado último, mientras la presión admisible es aquella que no se alcanza en ningún estado límite, ya sea último o de servicio, presentando un coeficiente de seguridad respecto a la capacidad portante.

Otros problemas a considerar son la estabilidad de la excavación, los problemas de ataques químicos al hormigón, la posibilidad de heladas, el crecimiento de vegetación que deteriore la cimentación, los agrietamientos y levantamientos asociados a las arcillas expansivas, la disolución cárstica, la socavación, los movimientos del nivel freático, los daños producidos a construcciones existentes (Figura 2) o futuras, las vibraciones de maquinaria o los efectos sísmicos sobre el terreno, especialmente cuando existe posibilidad de licuefacción.

Los procedimientos constructivos influyen notablemente en el comportamiento de una cimentación. Hay que tener en cuenta que la construcción de la cimentación altera el terreno circundante, lo cual puede modificar algunas de las hipótesis de cálculo. A modo de ejemplo, los pilotes perforados descomprimen el terreno influyendo en la resistencia por fuste. La hinca de pilotes en limos y arenas sueltas saturadas aumenta la presión intersticial, lo que disminuye temporalmente la capacidad del pilote e incluso causar la licuefacción del terreno.

Figura 2. Descalce de una cimentación vecina durante la excavación. Imagen: E. Valiente

La cimentación puede clasificarse atendiendo a la profundidad a la que se realiza (ver Figura 3). Así, si llamamos D a la profundidad a la que se encuentra el contacto entre la cimentación y el terreno y B la dimensión menor de la cimentación, éstas se pueden clasificar en:

  • Cimentación superficial o directa:

D/B < 4

D < 3 m

  • Cimentación semiprofunda o pozos:

4 ≤ D/B ≤ 8

3 m ≤ D ≤ 6 m

  • Cimentación profunda o pilotaje:

D/B > 8

D > 6 m

Figura 3. Clasificación de las cimentaciones en función de la profundidad de apoyo (Yepes, 2016)

Existen distintos tipos de cimentaciones superficiales, tal y como se aprecia en la Figura 4.

Figura 4. Algunos tipos de cimentaciones superficiales. Imagen elaborada a partir de: http://www.generadordeprecios.info/

En la Tabla 1 se ha asignado a cada cimiento directo el tipo de elemento estructural al que sirve de cimentación.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo donde se recoge todo lo anteriormente expuesto. Espero que os sea útil.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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