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.
Las pantallas continuas de pilotes secantes se emplean cuando las filtraciones entre pilotes (tangentes o separados), pueden poner en riesgo la pantalla o los terrenos que sustenta. En este caso, primero se hacen unos pilotes sin armadura, a distancia inferior a su diámetro, y luego los pilotes intermedios cuando el hormigón de los laterales todavía está fresco. Estos últimos pilotes son los que deben ir convenientemente armados.
El proceso constructivo presenta las siguientes fases:
1. Construcción de muro guía.
2. Perforación de pilotes secundarios.
3. Hormigonado de pilotes secundarios.
4. Perforación de pilotes primarios.
5. Colocación de la armadura en pilotes primarios.
Ejecución de pantalla de pilotes secantes. Franki Foundations
Os dejo a continuación un vídeo de la empresa Keller donde se describe el procedimiento constructivo de un pozo de gran diámetro utilizando para ello una pantalla previa de pilotes secantes.
Figura 1. Secciones de pilotes prefabricados pretensados. http://www.ingeniero-de-caminos.com/
Los pilotes prefabricados pretensados se emplean en cimentaciones profundas y como anclajes en obras terrestres y en obras marítimas. Estos pilotes presentan una mayor resistencia a flexión y a tracción que los pilotes de hormigón armado, por lo que se usan en obras en las que es necesario resistir esfuerzos horizontales grandes (muelles, pantalanes, zonas sísmicas) o de tracción (macizos de anclaje, muros, etc.).
La resistencia a tracción es igual a la fuerza del pretensado. Por su menor presencia de fisuras, también están recomendados en suelos agresivos o contaminados, además de no verse afectados por el nivel freático. Otro caso de utilización se da en terrenos muy blandos, en los que durante el proceso de hinca se pueden generar en el pilote esfuerzos importantes a tracción que son absorbidos por la precompresión inicial debida al pretensado.
Figura 2. Planta de prefabricados de pilotes de hormigón pretensado. Fuente: http://www.sciaust.com.au/
Los pilotes prefabricados de hormigón pretensado pueden tener secciones huecas o macizas, siendo estos últimos, en general, de menor sección que los tubulares. Los pilotes de sección tubular suelen ser cilíndricos, aunque también se suministran con sección octogonal y cuadrada aligeradas mediante hueco circular para disminuir el peso. El hueco central suele ser utilizado para introducir los sistemas de instrumentación. Los diámetros usuales oscilan entre los 0,60 y 1,60 m, con espesores mínimos de pared de 10 cm, siendo, en general, más largos y de mayor sección que los pilotes de hormigón armado prefabricados.
Los pilotes pretensados de sección maciza suelen ser cuadrados u octogonales y en general de dimensiones similares a los prefabricados de hormigón armado. Su configuración es similar a la de los pilotes prefabricados de hormigón armado, solo que sustituyendo la armadura longitudinal por cables o alambres de pretensar. La armadura longitudinal es en general armadura de mínimos, normalmente del 2% de la sección de hormigón.
Tipos de pilotes pretensados
Pilotes prefabricados pretensados con alambres adherentes. Los pretensados (pre-tensión) se ejecutan de una sola pieza en las bancadas de las plantas de prefabricación. Las secciones más típicas son la cuadrada y la hexagonal. Estos pilotes están provistos de un azuche metálico en la punta para protegerla en el proceso de hinca. Para grandes longitudes de pilote se dispone una junta de empalme que permite unir diferentes tramos hasta alcanzar la profundidad deseada. Las juntas deben estar diseñadas para resistir mayores solicitaciones que el propio pilote. Los elementos de conexión se ajustan y se protegen de la corrosión. Una vez conectados se consigue una pretensión que asegura la transmisión de esfuerzos.
Pilotes prefabricados con armadura postesa. Los postesados se ejecutan en tramos que son ensamblados hasta obtener la longitud deseada y postesados mediante gatos en una planta o en la propia obra. La más común es la sección anular (pilote tipo Raymond). Estos pilotes se construyen mediante centrifugado y permiten un fácil acceso para su inspección. La sección anular presenta un menor peso propio, con un gran momento de inercia y radio de giro. La longitud de estos pilotes puede llegar a 60 m, con una sección de hasta 1,50 metros.
Figura 3. Pilotes pretensados. Fuente: http://www.pilingcontractors.com.au/
La armadura transversal está formada por armadura pasiva colocada en espiral con mucha mayor densidad en la cabeza y en la punta debida a las necesidades de zunchado del hormigón durante el proceso de hinca.
Figura 4. Empalme de pilote prefabricado pretensado (Terratest). Fuente: http://www.fontdarquitectura.com/productos/cimentaciones/pilotes/588
Los pilotes pueden fabricarse de una pieza o en tramos empalmables según las necesidades de la obra. Las uniones entre tramos de pilotes pretensados son en general más complejas que las de hormigón armado. También es posible empalmar un mismo pilote tramos pretensados con armados, en función de las solicitaciones. El corte de los pilotes pretensados por pre-tensión tubulares es sencillo y se realiza mediante sierras circulares para hormigón armado.
Los importantes esfuerzos que se generan en la punta del pilote durante el proceso de hinca hacen necesario el refuerzo en la misma. La punta puede haber sido hormigonada con forma plana, cónica o piramidal o añadir azuches metálicos específicos para determinado tipo de terrenos.
La fabricación de los pilotes pretensados tubulares se ejecuta en planta de prefabricación mediante centrifugado. Utilizando el curado al vapor en cámaras, se pueden hincar pilotes a las 72 horas de su fabricación.
Los pilotes de hormigón pretensado poseen una mayor durabilidad que los de hormigón armado gracias a la limitación de aberturas de fisuras por el pretensado. No obstante, en ambientes muy agresivos (marinos, suelos orgánicos, zonas industriales, etc.) en los que se favorece la corrosión de las armaduras, el hormigón suele ser tratado con cementos especiales o incluso revestimientos protectores en general de origen bituminoso.(p. ej. brea-epoxi). Estos revestimientos se pueden aplicar a todo el fuste o solo en el tramo del pilote en el que se prevea ambiente agresivo.
Para completar la información sobre este tema, os dejo a continuación un enlace de Carlos Fernández Tadeo que indica cómo realizar un control de calidad completo de su construcción, http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647
A continuación podéis ver un vídeo Polimedia donde se explica este tipo de pilote.
También os dejo un vídeo donde se explica la fabricación de pilotes de sección circular.
Aquí podemos ver el proceso de fabricación.
Os dejo un vídeo interesante sobre el procedimiento constructivo, en este caso, en el nuevo aeropuerto de México.
A continuación os dejo el catálogo de pilotes prefabricados y pretensados TERRA de Terratest.
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:
El método Tremie, de llenado por flujo inverso, se usa en el hormigonado de elementos estructurales a los que no se puede acceder con facilidad, como por ejemplo, pantallas y pilotes, especialmente en presencia del nivel freático o en excavaciones donde se empleen lodos de perforación. Con este procedimiento el hormigón se coloca mediante un tubo vertical de acero cuyo extremo superior tiene la forma de embudo. El extremo inferior del tubo se mantiene sumergido en el hormigón fresco sin contacto con el agua.
El hormigón es bombeado de forma continua, a través de una tubería, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. Dicho tubo es colocado por tramos de varias longitudes para su mejor acoplamiento a la profundidad del elemento a hormigonar, y está provisto de un embudo en su parte superior, y de elementos de sujeción y suspensión.
En el fondo del tubo tremie existe una válvula para prevenir que el hormigón entre en contacto con el agua. El tubo debe llegar hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para poner en marcha el flujo del hormigón y asegurar un buen contacto, entre en hormigón y el fondo de la perforación. Se debe evitar el contacto con el agua. Antes de retirar el tubo completamente, se debe verter en superficie suficiente hormigón como para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. El hormigón debe fluir fácilmente hacia el lugar de su ubicación y consolidarse por su propio peso, sin segregación o vibración que pueda incorporar agua a su masa, lavando el cemento, con la consecuente formación de bolsones de arena y grava débilmente cementados.
Os dejo algunos vídeos sobre este método de vertido del hormigón. Espero que os gusten.
Colocación de una tubería Tremie:
Hormigonado de un muro pantalla con tubería Tremie:
Lubricación de una tubería Tremie con lechada de cemento:
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.
Un pilote ejecutado “in situ” consiste en realizar una perforación en el suelo a la cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón.
En esta entrada os dejo el vídeo descriptivo realizado por el Comité de Seguridad de AETESS para la Guía técnica audiovisual para la promoción de la Seguridad Laboral en el sector de las cimentaciones especiales (www.aetess.com), además de un enlace a la guía técnica de seguridad realizada por esta misma asociación respecto a los pilotes ejecutados “in situ” (link).
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.
