Pilote entubado “button-bottom” (Western Foundation Corporation, Viginia, EE. UU.)
Este pilote, llamado pilote Western «de fondo de botón», emplea un tubo metálico de unos 30-35 cm de diámetro que se hinca en el terreno hasta el rechazo. En el extremo del tubo hay una punta de hormigón prefabricado (button) de unos 45 cm de diámetro, algo mayor que queda perdida. La forma y la resistencia de esta punta permiten atravesar estratos de gran resistencia. Una vez alcanzado el nivel previsto, se introduce en el tubo una chapa ondulada que se une con el fondo. Esta chapa se queda en el terreno y tiene como misión proteger el hormigón. Una vez fijada la chapa ondulada, se vierte el hormigón en su interior, pudiendo disponerse o no de armadura, y después se extrae el tubo que ha servido de hinca. Esta chapa corrugada favorecería inicialmente la resistencia del fuste del pilote; sin embargo, el hueco que se forma alrededor de la misma cuando se recupera el tubo de hinca no favorece el rozamiento, por lo que es mejor considerar que trabaja por punta. Su longitud alcanza unos 20-30 m y soporta cargas de unos 500 kN o mayores. Este tipo de pilote es patentado por Western.
Pilote Western “de fondo de botón” (Western Foundation Corporation, Virginia, EE. UU.)
Los pilotes perforados sin entubación con fluidos estabilizadores, denominados CPI-6 en la nomenclatura de las NTE-1977, permiten excavar en terrenos inestables o con nivel freático alto, debido a las propiedades expansivas y tixotrópicas de los fluidos empleados, que ayudan a contener las paredes. Estos fluidos presentan propiedades tixotrópicas en la bentonita y propiedades iónicas en los polímeros.
Los fluidos estabilizadores pueden ser utilizados para estabilizar la excavación en toda su altura o bien una parte. Durante la construcción del pilote, el nivel de lodos debe mantenerse en un nivel apropiado, siempre por encima del nivel freático al menos de 1,0 a 1,5 m. Este procedimiento es aplicable de preferencia en terrenos finos sin estratos granulares gruesos libres de matriz fina o grandes bloques.
Una vez acabada la perforación, se introduce la armadura y se hormigona utilizando la tubería tremie hasta el fondo de la perforación. La tubería se va subiendo a medida que se hormigona, procurando que su boca inferior esté embebida un mínimo de 4 m dentro de la columna ya hormigonada para evitar posibles cortes durante el hormigonado. La consistencia del hormigón debe ser fluida. Durante el hormigonado deben controlarse nuevamente las características de los lodos de bentonita para evitar contaminaciones en el hormigón. Los diámetros empleados en este tipo son, según la NTE, de 45 a 125 cm, aunque la maquinaria actual permite pilotes de diámetros mayores.
Se pueden alcanzar profundidades superiores a 50 m, en función de las características del Kelly telescópico que sostiene la herramienta de perforación. Sin embargo, hay que tener en cuenta la complicación que supone el uso de lodos bentoníticos a medida que aumenta la profundidad.
Su uso es habitual como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atreviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.
Fases de ejecución:
Excavación con cuchara y vertido de lodo en la excavación para extracción de la tierra.
Cambio de lodo contaminado y limpieza del fondo del pilote
Introducción de las armaduras.
Hormigonado desde el fondo mediante tubo Tremie y recuperación del lodo.
Pilote terminado.
Para garantizar la estabilidad de la perforación, el nivel del lodo debe estar siempre próximo al nivel de coronación del murete-guía, debiéndose mantener constante, por lo que es preciso aportar lodos a medida que se excava el terreno. Además, se precisa una central de tratamiento de lodos que permita el control de la calidad de los lodos (mediante su viscosidad y contenido en finos) y la regeneración de los lodos contaminados.
Para la perforación y extracción de tierras se utilizan cucharas, barrenas cortas o buckets. Los restos de la excavación se van depositando en el fondo de la misma, por lo que es fundamental la limpieza de la punta del pilote. Para su limpieza se emplean bombas de fondo que permiten la extracción del lodo contaminado y la incorporación de lodo regenerado. Pueden utilizarse para ello sistemas de circulación directa que introducen lodos frescos por la punta que desplazan al lodo contaminado, que sale por la cabeza, o sistemas de circulación inversa que lo hacen aspirando el fango contaminado del fondo y alimentan con fango fresco por la cabeza.
A continuación os dejo un vídeo explicativo de la construcción de este tipo de pilotes.
El Pilote CPI-8 es un pilote perforado con barrena continua tipo hélice hasta la profundidad solicitada (“Continuous Flight Auger”, CFA). Se trata de un pilote muy usado en España, siempre que tratemos con terrenos flojos, como arenas o arcillas. Se hormigona a través del núcleo de la barrena, mientras esta se va extrayendo, para posteriormente colocar la armadura en hormigón fresco con el apoyo de un vibrador hidráulico (lo cual implica una consistencia blanda del hormigón). La punta de la barrena queda introducida varios diámetros dentro del hormigón durante su puesta en obra. Este procedimiento resulta muy interesante respecto a otras tipologías en cuanto al tiempo de ejecución. Los diámetros habituales son de 350 a 1200 mm.
Se recomienda una dosificación mínima de cemento de 380 kg/m³ y un cono de 18 a 20 cm, con un árido máximo de 12 mm si es de cantera y 20 mm si es de gravera. Es muy importante garantizar una correcta bombealibidad del hormigón para introducirlo a través de la barrena.
El pilote CPI-8 presenta numerosas ventajas que hacen que sea una tipología muy empleada en cimentaciones profundas. Entre otras se pueden destacar las siguientes:
• No es necesario el uso de una entubación o de lodos tixotrópicos en terrenos inestables, pues la propia barrena permite la contención del terreno.
• Se puede controlar en todo momento la presión y volumen de hormigonado.
• Permiten realizar el empotramiento del pilote en estratos consistentes.
• Elevado rendimiento, lo que permite plazos de obra muy razonables.
En cuanto a las fases de ejecución, son las propias del pilotaje con barrena continua:
• Posicionamiento y aplome de la máquina para garantizar la verticalidad en la perforación.
• Perforación hasta la profundidad especificada.
• Bombeo del hormigón por el interior de la barrena y extracción simultánea de la barrena helicoidal, que lleva alojada en sus álabes el terreno perforado. El hormigón se encuentra en todo momento en contacto con la barrena helicoidal. Debe combinarse la velocidad de ascensión de la barrena, el caudal y la presión del hormigón para evitar cortes en el fuste del pilote o sobre secciones y excesos de hormigón innecesarios.
• Colocación de la armadura en el hormigón.
A continuación tenéis un Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.
Os dejo una colección de vídeos, algunos seleccionados por Juan José Rosas en su blog, que espero que os gusten.
Al terminar la ejecución del pilote de hormigón, se debe proceder, en general, a la eliminación del tramo superior de hormigón o cabeza del pilote, en una operación denominada “descabezado”. Ello puede motivarse por alguna de las siguientes causas:
En pilotes prefabricados, la cabeza del pilote puede estar dañada debido al proceso de hinca, o bien la hinca ha finalizado con el pilote a una cota superior a la deseada.
En pilotes ejecutados “in situ”, debido a la técnica de hormigonado utilizada, el hormigón del tramo superior, el primero en introducirse en la perforación, suele estar contaminado debido a la mezcla del mismo con suelo desprendido de la excavación, fluidos estabilizadores o agua.
El descabezado de pilotes es una operación esencial en la ejecución del pilote, a la que no se presta en algunas ocasiones la debida importancia y puede generar afecciones económicas, de plazo y de riesgo laboral muy significativas en la obra.
En el caso de pilotes metálicos, la operación del descabezado se realiza con mayor facilidad, realizando el corte de la sección con soplete u oxicorte.
El descabezado de los pilotes de hormigón se ha efectuado tradicionalmente mediante picado con martillo neumático de mano o montado en el brazo de retroexcavadora. La elección del método de descabezado más apropiado no suele especificarse en la fase de proyecto del pilotaje. La decisión suele dejarse en manos del contratista especializado en función de las características de los pilotes, las técnicas utilizadas habitualmente en la zona, los riesgos laborales e incluso los efectos ambientales que produzca en el entorno.
Los pilotes prefabricados se descabezan en una longitud de 1 m aproximadamente, dejando unos 50 cm de armaduras y asegurando una entrega mínima en el encepado de 5 cm. La norma NTE-CPI Cimentaciones. Pilotes in situ, indica que el pilote, una vez terminado, deberá quedar hormigonado a una altura superior a la definitiva, exceso que será demolido una vez endurecido el hormigón. La altura de este exceso a sanear será como mínimo la mitad del diámetro cuando la cabeza quede por encima del diámetro, cuando la cabeza quede por encima del nivel freático, o de vez y media el diámetro cuando la cabeza quede debajo del nivel freático. De todos modos, la recomendación es que la Dirección Facultativa indique la profundidad a descabezar teniendo en cuenta estos factores y el grado de contaminación del hormigón de la parte superior del pilote.
En los últimos años, se han desarrollado diversas alternativas a este método y que a continuación se presentan con sus ventajas e inconvenientes.
Métodos mecánicos.
El método tradicional para efectuar el descabezado de un pilote consiste en la utilización de martillos rompedores, bien martillos neumáticos de mano o montados sobre brazo de retroexcavadora. Aunque este método utiliza medios económicos y disponibles en cualquier obra, no siempre es adecuado, sobre todo en pilotes de pequeño diámetro, pues puede provocar daños innecesarios si no se realiza con cuidado. Además, puede generar riesgos a los trabajadores por proyección de trozos de hormigón a alta velocidad.
El método es aplicable, en principio, a todos los tipos de pilote de hormigón, siendo los aspectos más relevantes de su ejecución los siguientes:
El descabezado se deberá efectuar al menos 5 días después del hormigonado. En pilotes con hormigones con alto contenido en cemento, este periodo de fraguado debe extenderse.
Los martillos hidráulicos no se deben emplear penetrando verticalmente en el pilote, sino desde el perímetro hacia el centro.
No se debe descabezar pilotes de pequeño diámetro, pilotes poco armados o pilotes en suelos muy blandos con martillos de gran capacidad.
Esta técnica de descabezado puede provocar fallos en los ensayos de integridad del pilote.
Métodos hidráulicos.
Sistema hidráulico de descabezado de pilotes. http://demolicionescordoba.es
Existen distintos aparatos hidráulicos diseñados específicamente para el descabezado de pilotes de hormigón de diferentes secciones y tamaños, tanto prefabricados como hormigonados “in situ”. Estos aparatos pueden ir montados sobre el brazo de una retroexcavadora hidráulica o bien suspendidos de cables.
Estos sistemas no suelen ser apropiados para pilotes de gran diámetro, pantallas continuas y pantallas de pilotes secantes, aunque algún fabricante proporciona equipos para estos dos últimos casos.
Sistemas integrados (pasivos).
Los sistemas integrados de descabezado de tipo pasivo se basan en la instalación dentro del pilote de un dispositivo que elimine la adherencia armaduras-hormigón en la zona superior del mismo. El sistema Coredeck consiste en la colocación de forros de espuma en el extremo superior de las armaduras principales y en algunos casos algún elemento transversal tipo anillo que genere una discontinuidad en el hormigón.
El sistema Elliot utiliza cuñas que, introducidas en un agujero en la cabeza del pilote a la altura del descabezado, actúan de forma opuesta rajándolo lateralmente. El agujero puede ser perforado mecánicamente o preparado empleando un inserto de en cuyo extremo inferior hay colocado un tubo que es introducido en el hormigón fresco. El sistema se completa incorporando en las armaduras principales unos casquillos de poliestireno que eliminan la adherencia.
Estos sistemas se suelen usar en pilotes de gran diámetro hormigonados in situ y en pantallas de pilotes secantes o tangentes y muros pantalla.
Sistemas integrados (activos).
Instalación de disipadores. Sistema recepieux. http://www.recepieux.com/es/como-funciona/
Las técnicas de descabezado más sofisticadas son los sistemas integrados activos. Consisten básicamente en la incorporación en el interior del pilote de un dispositivo de rotura del mismo a la altura deseada que una vez endurecido el hormigón se activa de forma remota. El sistema recepieux se basa en la inducción de la rotura horizontal, introduciendo productos químicos expansivos en el interior del pilote a través de conductos y cámaras de expansión debidamente posicionadas a la altura deseada.
El sistema FAST utiliza agua a presión para producir la rotura del pilote a través de un sistema de tuberías cuidadosamente diseñadas e integradas en la armadura.
Estos sistemas se suelen emplear en pilotes de gran diámetro hormigonados in situ y en pantallas de pilotes tangentes. No son de aplicación en el descabezado de pantallas de pilotes secantes de gran diámetro y muros pantalla.
Hidrodemolición.
El uso de las técnicas de hidrodemolición en pilotes es poco frecuente. Consiste en la aplicación, mediante inyectores, de agua a muy alta presión, capaz de eliminar el hormigón dejando las armaduras intactas.
Se pueden emplear lanzas de agua manuales o equipos específicos consistentes en unidades manejadas por control remoto que poseen un anillo de inyectores de agua que se colocan en el perímetro del pilote.
Este método puede ser aplicado en teoría en cualquier tipo de pilote, pantalla continua o pantalla de pilotes.
Os dejo un último vídeo donde se resumen todos los procedimientos descritos:
