Figura 1. Hinca de pilote metálico. Fuente: http://codocsa.com/proyectos/
Los pilotes de acero presentan secciones pequeñas que producen poco desplazamiento del suelo durante la hinca, y por tanto, una modificación pequeña de la tensión del suelo contiguo. La hinca suele realizarse mediante el golpeo de la cabeza del pilote, protegido mediante un sombrerete que amortigua los golpes de la maza. Sin embargo, en suelos muy sueltos a veces se utiliza la inyección hidráulica o la vibración.
En función de la sección, los pilotes de acero hincados se clasifican normalmente en tres tipos:
Perfiles circulares: Son tubos de 0,20 a 1,00 m y longitudes de 10 a 15 m que se unen por soldadura, una vez colocados en la obra. Se pueden hincar con o sin tapa en la punta, pudiéndose rellenar posteriormente de hormigón, en cuyo caso remitimos a los pilotes de desplazamiento con tubo perdido.
Perfiles en H: Son secciones abiertas muy resistentes a compresión y flexión (ver Figura 1), por lo que absorben bien esfuerzos horizontales como los sismos. Resiste mejor los impactos del martinete que otras secciones y superan fácilmente los estratos duros, en parte porque desalojan poco material. A veces forman parte de pilotes entubados rellenos de hormigón.
Perfiles tubulares: Formados por chapas de acero soldada o machihembrada (ver Figura 2), que forman un cajón de secciones diversas (tablestacas). Se emplean con su extremo inferior abierto o cerrado; en este último caso se trata de una entubación perdida que se rellena de hormigón.
Figura 2. Ejemplos de secciones transversales de tablestacas de acero. Fuente: EN-UNE 12699
A continuación dejamos un vídeo donde se puede ver la hinca de perfiles metálicos con martillo hidráulico.
Figura 1. Hinca inclinada de pilotes metálicos. Fuente: http://sheetpiling.arcelormittal.com/
Los pilotes metálicos hincados son pilotes de desplazamiento que empezaron a utilizarse en 1890. Actualmente son de acero, si bien en España prevalecen los pilotes de hormigón. Son perfiles laminados en caliente, con diversas secciones transversal y longitudinal. El transporte de estos elementos es sencillo y se pueden instalar nada más recibirlos en obra. Los pilotes metálicos se pueden agrupar atendiendo a su puesta en obra: pilotes hincados o pilotes roscados.
Su alta resistencia a compresión facilita atravesar los estratos duros; asimismo, son resistentes a flexión y cizallamiento, lo que permite la hinca inclinada sin riesgo de fisuración. Se alcanzan profundidades elevadas mediante soldadura o atornillado de tramos contiguos. Además, son fáciles de recuperar salvo que se les dote de algún dispositivo como unas aletas soldadas o anclajes.
Son pilotes relativamente costosos y la hinca puede ser ruidosa. Sin embargo, el principal inconveniente es la corrosión, especialmente en climas cálidos o con alternancia de humedad y sequedad. Para protegerlos se recubren de pinturas anticorrosivas y se sobredimensiona su sección para incluir el deterioro previsible. No obstante, el pilote metálico no suele plantear problemas cuando queda permanentemente bajo el agua, al igual que los de madera. Así lo corroboran numerosas obras marítimas cimentadas con estos elementos.
En sucesivas entregas describiremos los distintos tipos de pilotes metálicos: hincados (perfiles circulares, en H o tubulares), atornillados y de disco.
Os dejo esta presentación donde podéis conocer los aspectos básicos de este tipo de pilotes.
En este vídeo podemos observar la hinca de pilotes metálicos sobre el río Paranapura.
Figura 1. Protección de pilotes en contacto con agua marina. Fuente: http://www.dsimarineconstruction.com/piling-repair/
Los pilotes de madera son pilotes de desplazamiento. Este tipo de cimentación profunda empezó a utilizarse en la antigüedad. Hoy día son útiles en países con abundancia en este material, con la ventaja de ser baratos, ligeros y de fácil manejo. En España, si bien se utilizaron hasta los años 60, su uso actual es muy limitado, empleando troncos de entre 20 y 30 cm de diámetro de encina o eucalipto, si bien los de pino, abeto y roble mejoran la durabilidad por contener mucha resina.
Los pilotes de madera son útiles en cimentaciones provisionales de pequeñas estructuras, como base de terraplenes o para mejorar grandes extensiones de terreno. Trabajan mejor por fricción que por punta. Se usan maderas densas, que absorben flexiones y admiten ligeras desviaciones durante la hinca. Sin embargo, son elementos de pequeña capacidad portante, entre 150 y 250 kN, no debiéndose usar para cargas mayores. Además, para atravesar estratos duros es precisa una perforación previa.
Tampoco admiten variaciones de humedad salvo que se traten para evitar la pudrición y los ataques biológicos (ver Figura 1). Para proteger la madera se usaba el “creosotado”, un derivado del fraccionamiento de los alquitranes de la hulla con cualidades biocidas; sin embargo hoy está prohibido en la Unión Europea por su potencial cancerígeno. Los pilotes duran más tiempo si están permanentemente sumergidos, de 25 a 50 años en ambiente marino. Si se encuentran por encima del nivel freático y enterrados, pueden durar hasta 100 años.
Los pilotes de madera se hincan con equipos de percusión ligeros. Para evitar el astillamiento por la maza, la cabeza del pilote se refuerza con un zuncho o anillo metálico ajustado en caliente y a presión para que al enfriarse aprisione la madera por contracción. También la punta se disgrega con los golpes, por lo que se protege con una pieza metálica, “azuche”, bien centrada para evitar desviaciones durante la hinca (ver Figura 2). El azuchamiento debe realizarse con cuidado, de modo que la punta del azuche quede alineada con el eje, de forma que evite desviaciones en la hinca. Además se pueden unir tramos de pilotes con manguitos tubulares metálicos, pues sus longitudes máximas habituales son entre 10 y 20 m.
Figura 2. Protección metálica de punta de pilote de madera. Fuente: http://listado.mercadolibre.com.ar/antiguedades/pilotes-y-armaduras-de-hierro
Os dejo un vídeo de la empresa Maquinarias JACANO donde se puede ver la hinca de maderos de eucalipto con una vibro.
A continuación os dejo un vídeo donde se observa cómo se coloca este tipo de pilote en zonas con muy pocos medios auxiliares.
Para aquellos que queráis mayor información sobre los pilotes de madera, os dejo información de AITIM (Asociación de Investigación Técnica de las Industrias de la Madera).
Los pilotes de desplazamiento se construyen sin extraer las tierras del terreno. Están formados, total o parcialmente, por elementos prefabricados que se introducen en el suelo sin excavarlo previamente mediante un procedimiento denominado, en términos generales, hinca. La introducción de un volumen adicional en el terreno produce una modificación significativa de su estado tensional.
En función del tipo y del comportamiento del terreno, el efecto de la hinca es diferente. Así, se distingue claramente entre suelos granulares y suelos cohesivos:
En suelos granulares, la introducción de un volumen adicional compacta el suelo. Esto provoca, en general, una depresión en la superficie del terreno en la zona circundante al pilote.
En suelos cohesivos, la hinca provoca una perturbación debido al aumento de las presiones intersticiales, al arrastre de una pirámide de suelo bajo la punta y a la rotura de estratos intermedios, entre otros. Estas modificaciones suponen un comportamiento dependiente del tiempo del suelo cohesivo, debido a la disipación de presiones intersticiales y, en general, a su endurecimiento.
La hinca es el procedimiento de introducción de pilotes en el terreno más antiguo (los primeros pilotes fueron de madera). La hinca puede realizarse con diferentes métodos o sistemas:
Hinca dinámica o por impacto. Se introduce el pilote en el terreno mediante una sucesión de golpes en la cabeza del mismo con unos equipos denominados martinetes o martillos. Es el método de hinca más versátil y más utilizado.
Hinca por vibración. Unos equipos denominados vibrohincadores. Su uso está prácticamente limitado a la hinca de perfiles metálicos, tanto de pilotes como de tablestacas.
Una vez hincado en el terreno, este ejerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando más pilotes en las proximidades. De este modo, se puede conseguir una consolidación del terreno mediante este procedimiento. Por este motivo, la hinca de un grupo de pilotes debe realizarse siempre de dentro hacia afuera.
En el mercado existen diversos tipos de pilotes que pueden ser considerados pilotes de desplazamiento según los efectos que produce su introducción en el terreno. En su mayor parte, se trata de elementos prefabricados que se introducen mediante hinca, aunque hay otros cuya técnica de ejecución es más similar a la de los pilotes de extracción. Sin embargo, deben considerarse pilotes de desplazamiento.
Según la configuración del pilote, se pueden diferenciar dos grupos de pilotes de desplazamiento:
Pilotes de desplazamiento prefabricados. El pilote es un elemento estructural completamente prefabricado que se introduce en el suelo mediante hinca u otros sistemas. Dentro de este grupo se encuentran los pilotes de madera, de hormigón armado o pretensado y los pilotes metálicos.
Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”. Se introduce en el terreno mediante hinca u otro sistema, no el pilote, sino un elemento auxiliar (un tubo metálico con tapón en la punta o un tapón de grava u hormigón). El hueco generado por la hinca de este elemento se rellena con hormigón fresco y armadura, creando así el pilote propiamente dicho. El elemento auxiliar o parte de él puede extraerse posteriormente. Dentro de este grupo se encuentran los pilotes de hormigón in situ con camisa prehincada, los pilotes de hormigón in situ apisonados tipo «Franki», los pilotes roscados sin extracción de terreno y otros.
La principal limitación de los pilotes hincados prefabricados es la posibilidad de encontrar un estrato competente difícil de atravesar. Además, para cubrir la profundidad requerida, se debe desperdiciar cierta longitud de material y hay que prever un almacenamiento e inversión importantes de los prefabricados.
Un artículo para ampliar información sobre diseño y pruebas de pilotes prefabricados hincados podéis verlo en un artículo de Carlos Fernández Tadeo: http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647
Os dejo a continuación un vídeo sobre la construcción e hincado de pilotes de 40 x 40 cm de sección y 15,00 m de longitud en un tramo. Para mayor información: www.cimentacionesaplicadas.com
