CIMIENTOS PROFUNDOS 473 6.4 PILOTES PREFABRICADOS DE HORMIGÓN ARMADO Los pilotes prefabricados de hormigón se introducen en el terreno mediante hinca. Se utiliza maquinaria especial, que actúa por percusión, mediante una maza que golpea la cabeza del pilote o por vibración. Siempre se trata de pilotes con desplazamiento pueden ser de hormigón armado o pretensado. 6.4.1 Pilotes de hormigón pretensado Los pilotes prefabricados de hormigón más frecuentemente utilizados son huecos con sección circular y de grandes diámetros. Se emplean generalmente en obras marítimas, puentes y cimientos solicitados por grandes esfuerzos. Los primeros utilizados, (en el puente sobre el río Maracaibo), respondían a la patente Raymond (figura 6.22). En general cada pilote está formado por elementos tubulares prefabricados de hormigón de 5 m de longitud media y está armado normalmente con cuantías pequeñas (mínimas según norma). La longitud total varía normalmente entre 15 y 30 m (en la central térmica de Los Barrios en la Bahía de Algeciras, se han hincado pilotes de 50 m de longitud). El diámetro interior puede hallarse entre 0,6 y 0,9 m, aunque se han llegado a construir con diámetros de 2 m. El espesor de pared es de 0,15 a 0,20 m, aunque excepcionalmente pueden alcanzar 0,25 m o más; los conductos para los cables de postesado tienen diámetros de 20 a 40 mm.

hincados en su totalidad. Con el postensado se deben producir tensiones de compresión en el hormigón, equivalentes como mínimo a 5 N/mm2 en la sección total. La hinca se hace normalmente por golpeo, con la base abierta; para facilitar el proceso, se emplean métodos tales como la extracción de tierra y la lanza de agua; esta herramienta no debe ser utilizada en la zona de empotramiento. El empalme de piezas está dificultado por el tamaño y la necesidad de realizarse antes de la hinca. Se puede realizar en obra, previendo el espacio necesario, o en fábrica (en este caso se añade el inconveniente del transporte). Se necesitan grandes medios auxiliares para el izado y el hincado y un estudio muy preciso de la obra ya que las piezas postensadas no pueden cortarse. 6.4.2 Pilotes prefabricados de hormigón armado Los pilotes prefabricados de hormigón armado son normalmente de sección cuadrada de 30 a 50 cm de lado aunque, en ocasiones, también se fabrican hexagonales u octogonales (figura 6.23).

Figura 6.22 Pilote de hormigón pretensado tipo Raymond

Se utiliza hormigón con resistencia característica (fck) comprendida entre 45 y 50 N/mm2 con tamaño máximo de árido de 20 mm. El anclaje de los cables de postesado se realiza siempre por adherencia para que sea posible descabezar los pilotes que no queden

Figura 6.23 Secciones de pilotes de hormigón armado

474 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS 30 paso: 4 cm Cabeza de golpeo

3D Cercos dobles

70 paso: 6 cm

2,5 cm

paso: 10 cm Junta Herkules

Cercos normales: fyk =2400kg/cm2

φ6 a 10 cm 60 paso: 6 cm 3D Cercos dobles 40 paso: 6 cm

< 1,3 D

Azuche convencional

ZUNCHO O 5mm

34

D

34

Figura 6.24 Pilote de hinca

hormigón:

fck ≥ 40 N/mm2

armaduras:

fyk = 500 N/mm o fyk = 400 N/mm2 2

Ø pilote (cm) barras

Figura 6.25 Pilote prefabricado empalmable

42

60

80

130

6Ø14

6Ø14

6Ø16

6Ø20

CIMIENTOS PROFUNDOS 475

Figura 6.26 Hinca de un pilote prefabricado de 50 x 50 cm y 18 m de longitud

Figura 6.27 Distintos tipos de juntas entre pilotes empalmables

Pueden ser fabricados en la propia obra o en plantas de prefabricación.

secciones que varían entre 400 cm 2 y 1.300 cm2 (figura 6.27).

De acuerdo con las técnicas de funcionamiento y puesta en obra se clasifican en dos grupos: 1. Pilotes de longitud fija. 2. Pilotes de longitud variable.

Se utiliza hormigón con resistencia característica igual o superior a 40 N/mm2. El recubrimiento de armaduras debe ser suficiente y controlado y deben utilizarse cementos especiales para resistir los agentes agresivos externos. Se suele admitir que en este tipo de pilotes, una vez hincados, el hormigón trabaje a 12,5 N/mm 2 mientras que en los pilotes hormigonados “in situ” se considera una resistencia de cálculo del orden de la tercera parte de la resistencia característica.

Los pilotes fabricados en obra suelen ser de longitud fija, sin posibilidad de empalme (figura 6.24). Pueden recrecerse después de la hinca con dificultad y con la exigencia del correspondiente plazo de fraguado y endurecimiento del hormigón del recrecido. Los pilotes de longitud variable se fabrican en tramos empalmables cuyas juntas suelen ser objeto de patente; tienen

Las juntas de empalme, que se suelen disponer cada 12 m, tienen mayor resistencia que la

476 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS sección típica del pilote. El hecho de disponer las juntas a tales intervalos, se debe fundamentalmente a que se hace posible el transporte de las piezas en camiones sin necesidad de obtener permisos especiales.

1,3 D 1,3 D

6 cm Azuche especial para roca Azuche especial para roca

Azuche normal de hormigón en punta Azuche normal de hormigón en punta

Figura 6.28 Azuches para pilotes de hormigón

6 cm

D

D Planta

Planta

En España se dispone actualmente de tres tipos de juntas: Johnson, West y A.B.B. Las dos últimas permiten la instalación de un tubo de registro a lo largo del eje, para controlar la verticalidad y la inclinación de los pilotes de gran longitud. En el extremo inferior, los pilotes están dotados de un azuche plano o en punta cuando se trabaja en terrenos normales. Cuando se prevé que el pilote alcanzará un substrato rocoso se dispone un azuche especial, conocido como “punta de Oslo”, de acero de alta resistencia (figura 6.29). La hinca se completa cuando se alcanza la capa resistente prevista, o en los pilotes flotantes en función del rechazo definido. L 200 x 200 x 15 mm

140 - 200 mm

220 - 240 mm

260 - 300 mm 2 chapas de 10 mm soldadas al alma y a la varilla

O 70

O 90

O 100

200 mm

480 mm

2 chapas de 10 mm soldadas al alma

O 100

Figura 6.29 Azuches tipo “punta de Oslo”

CIMIENTOS PROFUNDOS 477 6.4.2.1 Pilotes prefabricados empalmables tipo Herkules

En términos generales, en la actualidad, los aspectos en los que se están produciendo mayores avances son los siguientes: • Empleo de materiales de alta resistencia: hormigón de fck ≥ 40 N/mm2 y acero de fyk = 400 N/mm2 • Mejoras en los procesos de fabricación y curado. • Empleo de equipos automáticos de hinca, que permiten garantizar la altura de caída y la cadencia de la hinca, con aprovechamiento casi total de la energía. • Empleo de equipos electrónicos analizadores del proceso, combinados con fórmulas dinámicas.

Características

Las características de este tipo de pilotes se exponen en la figura 6.30. Estos datos son útiles para la confección del anteproyecto. Los parámetros pueden variarse en función de las características del terreno o del tipo de solicitación. La sección hexagonal del pilote resiste a flexión un 10% más que una sección cuadrada de igual superficie. Las armaduras longitudinales son de acero de límite elástico = 400 N/mm2 y el hormigón utilizado tiene una resistencia característica f ck = 50 N/mm2. La Instrucción EHE limita la resistencia

Símbolo (Unidad)

Denominación

Figura 6.30 Características de pìlotes prefabricados empalmables tipo Herkules de la empresa Kronsa

Tipo normalizado de pilote HK-420

HK-600

HK-800

HK-1300

Sección

A (cm2)

420

600

800

1.300

Volumen por metro

V (m )

0,042

0,06

0,08

0,13

Peso aproximado por metro

P (kg)

110

160

210

340

Lado - Distancia entre caras

a-b (m)

Superficie desarrollada por metro

S (cm2)

7.630

9.120

10.530

13.420

Momento de inercia mínimo

Ixk (cm )

1,41104

2,89104

5,13104

13,55104

614

614

616

620

7,25

7,25

9,47

14,79

6 a 10 cm

6 a 10 cm

6 a 10 cm

6 a 10 cm

kp/m

2,18

2,63

3,00

3,90

Peso teórico de toda la armadura

kp/m

9,44

9,88

12,47

18,69

Carga vertical admisible a compresión (6º).

N (kN)

50

750

1.000

1.600

Distancia entre ejes de pilotes.

d (m)

0,70

0,80

0,90

1,20

Armadura longitudinal

4

Acero de alta resistencia Peso teórico medio

Armadura transversal

3

kp/m

Espiral Peso teórico medio

0,127

0,220

0,150

0,263

0,175

0,304

0,224

0,387

478 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS del acero para elementos que trabajan a compresión (f yd > 400 N/mm 2). Chapa metálica Poliestireno Roble Gancho de izado Empaquetadura o galleta de fibra plastificada Sombrerete

Pilote

El pilote normal cuenta con un azuche de hormigón. Para terrenos duros o con obstáculos se utiliza un azuche de tipo Oslo (figura 6.29). Hasta los 12 m de longitud no se necesitan juntas. Se puede alcanzar cualquier profundidad utilizando la junta patentada tipo Hérkules. Se pueden hincar con una inclinación de hasta 1:4 en cualquier dirección en obras normales. En cimentaciones con pilotes flotantes la capacidad portante de los mismos debe ser objeto de un estudio específico para cada caso. La hinca se realiza con grúas de tipo medio provistas de martinetes y guiaderas. Se utilizan equipos autónomos por lo que no son necesarias prestaciones por parte del cliente; lo que les proporciona gran versatilidad.

Figura 6.31 Sombrerete de protección de la cabeza de un pilote

Figura 6.32 Pilotes prefabricados tipo Terratest. Aspecto de las juntas.

6.4.2.2 Pilotes prefabricados empalmables tipo Terratest Terratest S.A. fabrica en sus instalaciones pilotes empalmables con las siguientes características: • Secciones cuadradas de 235 x 235 cm2; 270 x 270 cm2 y 300 x 300 cm2. • Hormigón fabricado con cemento resistente a los sulfatos - CEM III/B.42.5/SR. Con resistencia característica fck = 45 N/mm2 • Acero en armaduras con límite elástico f yk = 400 N/mm 2 , excepcionalmente f yk = 600 N/mm 2. • La armadura longitudinal está fomada por 4 u 8 barras dependiendo de la sección y las exigencias. • La armadura transversal está formada por una espiral de directriz cuadrada de 16 cm de peso, que se reduce a 8 cm en los extremos. • Las cargas estructurales sobre cada elemento son las que se indican en la figura 6.33 • Se pueden hincar con inclinación de 1:3, aunque se recomienda no pasar de 1:4

CIMIENTOS PROFUNDOS 479 (aproximadamente 15º con la vertical). • La resistencia a flexión varía entre 15 y 80 kN x m, según el tipo de pilote y la carga vertical. Los esfuerzos de flexión deben reducirse al mínimo. Si los momentos son mayores se deben utilizar dos o varios pilotes o resistirlos usando vigas centradoras. • Las distancias mínimas recomendables entre pilotes son las siguientes: T.235 : 0,70 m T.270 : 0,90 m T.300 : 1,10 m Estas distancias deben considerarse tanto en encepados comunes como entre pilotes próximos de diferentes pilares. • Para pilotes de longitud variable se utiliza la junta ABB, uniendo piezas de hasta 12 m. • La hinca se realiza mediante máquinas dotadas con martillo diesel o maza de caída libre de 30 a 40 kN con altura de caída de 0,5 a 1 m.

rechazo) el recrecido es complicado. 3. En ocasiones se producen rechazos porque aparece un obstáculo con una longitud pequeña de hinca. 4. Durante la hinca se producen ruidos y vibraciones que pueden afectar a edificios contiguos, lo que hace prácticamente imposible su utilización dentro de nucleos urbanos. 5. No pueden hincarse pilotes de secciones grandes. Raras veces se superan los 1.600 cm 2.

Tipo

Carga máxima

Carga recomendable

T.235 T.270 T.300

650 kN 900 kN 1.120 kN

600 kN 850 kN 1.050 kN

Figura 6.33 Características de los pilotes prefabricados empalmables tipo Terratest

Los equipos de hinca están montados sobre excavadoras de tipo medio que permiten un fácil manejo en obra. No se necesitan servicios auxiliares de agua, electricidad, ni retirada de lodos. Durante la hinca se puede comprobar el comportamiento del pilote con un “analizador electrónico de hinca”. Se determina la “resistencia final”, midiendo la penetración con una serie de diez golpes. Esta debe ser igual o menor al índice de “rechazo” obtenido mediante la fórmula dinámica de hinca utilizada en el cálculo, que debe figurar en el Pliego de Prescripciones Técnicas. A modo de conclusión puede decirse que los pilotes prefabricados de hormigón armado presentan las siguientes características: 1. En el proceso de hinca algunos se rompen, siendo difícil la reparación o el empalme. 2. Cuando los pilotes de longitud fija no alcanzan el estrato resistente (no se produce

Figura 6.34 Hinca de pilotes prefabricados Terratest

480 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS 6. Los pilotes de una pieza no suelen sobrepasar la longitud de 17 m. 7. Al fabricarse todos los pilotes con la misma longitud, ocurre a menudo que se alcanza el rechazo sin completar la hinca, por lo que se debe romper la longitud excedida suponiendo un aumento de coste de fabricación y demolición de la parte sobrante. 8. Los armados y secciones obedecen en muchas ocasiones a los esfuerzos de izado, transporte y manipulación. La sección y armado para resistir estos esfuerzos es mayor y distinta que la necesaria para la carga de trabajo (figura 6.35).

2

M máx = PL =0,125PL 8

6.5 PILOTES "IN SITU" DE HORMIGÓN ARMADO CON DESPLAZAMIENTO En España este tipo de pilote se utiliza cada vez menos. No obstante el más utilizado ha sido el "pilote de desplazamiento”, con tapón de grava y entubado recuperable. Es un pilote circular con entubado de chapa de espesor mínimo 2 cm. Estos pilotes tienen las características que se exponen en la figura 6.38. En el procedimiento Franki se realizan este mismo tipo de pilotes, con los mismos diámetros de perforación, aunque varían las armaduras:

2

L

L/3 2

Mmáx = 0,056PL

2L/3

2

0,20L

M máx= 0,024PL

0,60L 0,20L

Figura 6.35 Esfuerzos durante el izado de un pilote

P= Peso del pilote (kp/m)

Figura 6.36 Hinca de un pilote de hormigón prefabricado

CIMIENTOS PROFUNDOS 481

Maza

Cabezal

> 50 cm >D 5 cm

> 4 cm Tubería Recuperable

Hormigón

Armaduras: cercos O 6 a 20 cm.

Azuche

Azuche D D

hormigón:

fck=25 N/mm2 Cono: 10 a 15 cm armaduras fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm)

30

35

45

55

65

barras

5Ø12

5Ø12

6Ø12

7Ø12

6Ø14

6 Ø 12 para pilotes de 357 - 400 y 436 - 500

6.6 PILOTES DE HORMIGÓN ARMADO CON EXTRACCIÓN

6 Ø 16 para pilotes de 500 - 550 y 560 - 600 La armadura transversal es igual para todos los tipos: Ø 8 a 20 cm. El hormigón de consistencia plástica o seca. Se exigía un asiento en el cono de Abrams inferior a 5, tamaño máximo de árido inferior a 25 mm y dosificación mínima de 250 kg de cemento/m3. El recubrimiento mínimo de las armaduras era de 40 mm.

Se consideran en este apartado los pilotes moldeados en el terreno mediante perforación y otros métodos de excavacion, configurados como elementos estructurales para transmisión de cargas. Atendiendo a la forma de la sección transversal se consideran dos tipos: • Pilotes circulares (figura 6.41).

Figura 6.37 Pilote "in situ", con desplazamiento, con azuche

482 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

> 50 cm >D 5 cm

> 4 cm

Maza Hormigón

Tubería recuperable

Armaduras: cercos O 6 a 20 cm

3D

Tapón

D

D

Figura 6.38 Pilote "in situ", con desplazamiento, con tapón de gravas

hormigón:

fck=25 N/mm2 cono: tapón 0, resto 1 a 5 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm)

30

35

45

55

65

barras

5Ø12

5Ø12

6Ø12

7Ø12

6Ø14

• "Barretes" o minipantallas, en las que la sección adopta diferentes formas: rectangulares, cruciformes, en T, L, etc. (figura 6.42).

Figura 6.39 Proceso de ejecución de los pilotes tipo Franki

El fuste puede ejecutarse con sección transversal uniforme; fuste recto; fuste ensanchado o de base ensanchada (figura 6.43). Deben cumplir los siguientes requisitos : • Diámetro del fuste comprendido entre 0,30 y 2,50 m.

CIMIENTOS PROFUNDOS 483

0,3 m

D

2,5 m

D

L2

Figura 6.41 Limitación de dimensiones en pilotes perforados circulares

E1

L E2 L1

L2

L

E1

E2 L1

Figura 6.40 Pilotes de desplazamiento,apisonados,con tubería de revestimiento recuperable. Procedimiento Franki

• Dimensión mínima para pilote - barrete, 0,4 m. • Inclinación no menor de 4:1 con la horizontal (figura 6.45). • Ensanchamiento de la base o el fuste con sección no superior a 10 m 2. Los elementos pueden trabajar aislados, formando grupos y configurando pantallas (figuras 6.44 y 6.46 en páginas siguientes). La perforacion puede realizarse de forma contínua, o discontínua, (helice, cuchara, trépano, etc...) utilizando elementos de contención para estabilizar las paredes cuando el

L1 /E1 6/1 E1 0,4 m 2 A 10 m

proceso de ejecución permita una forma geométrica definida. El elemento configurado puede ser de: • Hormigón en masa. • Hormigón armado normal. • Hormigón armado con armadura especial, tubos de acero, perfiles, elementos diversos o fibras de acero. • Hormigón prefabricado, hormigón pretensado o tubos de acero en los que el espacio anular entre la pieza introducida y el terreno es rellenado con hormigón, lechada de cemento o lechada de bentonita-cemento (figura 6.47).

Figura 6.42 Formas de pilotes "barretes". Dimensiones

484 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

As

As DS

As

D a2

DS

DS

1 n

DE

Ae

a1

1 n

1

n

n

Ab

1

Ab DB

D

DB

DB < 3 D S

DE < 2 D S

Suelos cohesivos: n > 1,5

AB < 9 A S

AE < 2 A S

Suelos no cohesivos: n > 3,0

D

a

Figura 6.43 Pilotes de fuste recto, base ensanchada y fuste ensanchado

Figura 6.44 Grupos de pilotes

pantalla de pilotes secantes:

D s

p

s

p

s

aD r: revestimiento

a

Figura 6.45 Definición del concepto de “inclinación”de un pilote

6.6.1 Materiales utilizados en pilotes perforados Con respecto a los materiales que componen los elementos que se están estudiando, se indican en este apartado las especificaciones que se consideran de interés.

Figura 6.46 Pantallas de pilotes

6.6.1.1 Hormigón Deberán poseer las siguientes características: • Alta plasticidad y cohesión. • Fluidez. • Capacidad de autocompactación. • Trabajabilidad suficiente, para facilitar el

CIMIENTOS PROFUNDOS 485

D

D

D

Perforado con hormigón armado

Perforado armado con perfil laminado

Perforado con tubo de acero

D

Perforado con hormigón en masa

Encamisado provisional Encamisado provisional

D D

Lechada de hormigón o cemento, Lechada hormigón en masa de o armada. o cemento, en masa o armada.

Perforación no encamisada Perforación no encamisada

D D

D D

Figura 6.47 Pilotes perforados circulares Con elemento portante prefabricado de hormigón

Con tubo estructural de acero

proceso de vertido, y, en su caso, la retirada de entubados recuperables.

Tipo de colocación

Las dosificaciones del hormigón se indican en la figura 6.48.

Contenido de cemento (kg/m3)

Colocación en seco

> 325

La resistencia de proyecto del hormigón se fijaba entre 20 y 35 N/mm2, y debía cumplir:

Colocación en presencia de agua

> 375

C16 ≤ fck ≤ 30 con probeta cilíndrica. C20 ≤ fck ≤ 35 con probeta cúbica.

•Relación agua/cemento < 0,6 •Contenido de finos < 550 kg/m3

Figura 6.48 Dosificación de hormigón para pilotes perforados

486 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS La nueva instrucción de hormigón estructural, EHE, exige un valor de fck ≥ 25 N/mm2.

Figura 6.49 Armadura longitudinal mínima

La consistencia del hormigón debe alcanzar valores diferentes atendiendo a las condiciones de uso, tal y como se indica en la figura 6.50.

Cuando se emplea como estabilizante una suspensión de bentonita, arcilla, o polímero, deben utilizarse exclusivamente armaduras construídas con redondos de acero corrugado.

Se puede utilizar hormigón de alta resistencia (C40 a C50) siempre que se especifique en el proyecto y sea compatible con las características del terreno y el proceso de ejecución.

La cuantía mínima de armadura longitudinal está relacionada con la sección transversal del pilote. La figura 6.49 refleja los valores recomendados a este respecto.

Area total de la sección transversal del pilote Ac

Area de la armadura longitudinal As

Ac ≤ 0,5 m2

As ≥ 5 x 10–3 x Ac

0,5 m2 < Ac ≤ 1 m2

As > 25 m2

Ac > 1,0 m2

As ≥ 2,5 x 10–3 x Ac

Clase(2)

Figura 6.50 Características del hormigón para pilotes perforados

6.6.1.2 Armaduras

Valor mesa de sacudida(1) (mm)

Clase(2)

Valor cono Abrams(1) (mm)

La armadura mínima longitudinal estará formada por 5 Ø 12 mm con separación < 200 mm. La distancia minima entre barras será igual al mayor de los siguientes valores: • 1,5 veces el tamaño máximo de áridos. • Diametro máximo de la barra longitudinal. La distancia libre entre barras, o grupos de barras, en una hilada, podrá reducirse al triple del

Condiciones típicas de utilización

F2

350

410

S2

50

90

• Perforaciones en seco no revestidas o con revestimiento permanente, de diámetro 600 mm o superior • Cota de hormigonado resulta por debajo de un entubado provisional • Armadura muy espaciada, amplio espacio para la libre circulación

F3

420

480

S3

100

150

• Armadura poco espaciada • Cota de descabezado dentro de un entubado provisional

F4

290

600

S4

160

210

• Cuando la perforación es en seco y su diámetro inferior a 600 mm • Cuando el hormigón se coloca en presencia de agua mediante tremie o mediante bombeo

(1) Los valores medidos en mesa de sacudida o en cono de Abrams deben redondearse por defecto cada 10 mm. (2) Las clases S y F corresponden a la clasificación del hormigón en función del método de ensayo de consistencia.: • S.- Ensayo de asiento en el cono en mm. según ISO 4.109. Se redondea a fracción más próxima a 10 mm. • F.- Ensayo de la mesa de escurrimiento según ISO 9.812.

CIMIENTOS PROFUNDOS 487 diametro de la barra o del diametro equivalente del grupo de barra.

Estribos, cercos o armadura helicoidal

Mallazo electrosoldado

Si se hormigona bajo el agua la separación entre barras ó grupos de barras longitudinales será 100 mm.

Ø > 6 mm y Ø ≥ 1/4 Ømax de los redondos longitudinales

> 5 mm

La armadura transversal puede estar formada por estribos, cercos, armadura helicoidal o malla electrosoldada según se especifica en la figura 6.51. El recubrimiento normal o mínimo de las armaduras está relacionado con el diámetro del pilote, de modo que sigue las siguientes equivalencias. Ø pilote > 0,6 m: recubrimiento = 60 mm Ø pilote ≤ 0,6 m: recubrimiento = 50 mm El recubrimiento se incrementará a 75 mm en los siguientes casos: • Terreno blando y ejecución sin entubado. • Presencia de agua, con áridos de tamaño máximo 32 mm. • Colocación de la armadura después de vertido el hormigón. • Superficies irregulares de las paredes de la perforación. • Cuando la técnica utilizada sea la de entubado o con revestimiento no recuperable, el recubrimiento del hormigón puede reducirse hasta 40 mm. 6.6.2 Ejecución La ejecución de los pilotes perforados en un medio cuyo conocimiento no es cierto conlleva una serie de riesgos relacionados con la presencia de agua incontrolada y del propio terreno. Como consecuencia pueden producirse daños de los tipos siguientes: • Hundimiento, alteración o inestabilidad del terreno resistente o del circundante. • Pérdida de capacidad portante de cimentaciones próximas situadas a un nivel superior,

Barra Palanca de apertura

Cuerpo

Tapa Azuche

Figura 6.52 Cuchara rotatoria. Entubado con virola de corte

por socavación del terreno. Éste riesgo es superior en terrenos limosos, granulares y cohesivos blandos. • Daños al hormigón fresco de los pilotes ejecutados recientemente en el entorno. • Coqueras en el fuste durante el hormigonado. • Lavado del hormigón y arrastre de cemento y finos. Los medios más comunes para evitar o reducir estos riesgos y contener la perforación son los siguientes: • Entubación. • Utilización de lodos de contención. • Perforación con herramientas capaces de contener el terreno, como las barrenas contínuas. • Mantener las aletas de la hélice rellenas de terreno.

Figura 6.51 Diámetro mínimo recomendado para la armadura transversal

488 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS Figura 6.53 Cuchara de almeja

Suspensión

Cuerpo

Poleas

Valvas

Figura 6.54 Hélice

Eje Aleta

Paso

Borde cortante Azuche

CIMIENTOS PROFUNDOS 489 Figura 6.55 Trépano. Perforación de un pilote de 150 cm de diámetro con entubación recuperable

Cuerpo

Dientes

6.6.2.1 Perforación continua y discontinua La perforación puede ser continua o discontinua dependiendo de las herramientas utilizadas en la ejecución. Las herramientas que habitualmente se emplean para la perforación discontinua son: • Cuchara rotatoria (figura 6.52): accionado por Kelly para perforación giratoria discontinua. Usualmente equipada con hojas o dientes de corte y dotada de charnelas de fondo para retener el material excavado. • Cuchara de almeja (figura 6.53): con dos o más para retirada discontinua del terreno o detritos de una perforación. • Hélices (figura 6.54): compuesta por un eje, aletas helicoidales y borde o bordes cortantes, para perforación discontinua (accionada por Kelly) o continua (hélice continua). • Trépano (figura 6.55): útil para romper obstaculos en la perforación de un pilote o para empotrar un pilote en un terreno duro o en roca.

Figura 6.56 Perforación con barrena continua

490 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS Cabeza de inyección Manguera de evacuación

Cabeza de inyección Desde bomba de lodo

Alimentación de aire

Sedimentos

Balsa de lodo

Balsa de lodo Sedimentos Entubado / emboquillado

Entubado / emboquillado

Tren de perforación Válvula de entrada de aire

Corona

Corona

Figura 6.57 Perforación por circulación directa

Figura 6.58 Perforación por circulación inversa

Para perforación continua se utilizan las siguientes: • Barrena contínua (figura 6.56). • Herramientas de rotación. • Herramientas de rotación y percusión; combinadas con técnicas de barrenado o lavado para retirada de terreno (figuras 6.57 y 6.58).

Cuando la perforación se realice en niveles inferiores al freático se producirá dentro del entubado una presión no inferior a la de dicho nivel por medio de agua o de un lodo adecuado, que se mantendrá hasta que el pilote haya sido hormigonado. En terrenos inestables el entubado se hincará antes de realizar la perforación.

6.6.2.2 Perforación entubada

6.6.2.3 Perforación contenida mediante lodos

Los pilotes con inclinación se entubarán, a menos que se demuestre que la perforación no entubada es estable.

La boca de la excavación se protegerá mediante emboquillado o murete-guía con el objeto de guiar las herramientas de la perforación, proteger la perforación contra el desplome de terrenos sueltos, y garantizar la seguridad del personal de la obra.

Cuando se utilicen entubamientos, la virola de corte situada en el pie del entubado será la mínima posible, aunque de entidad suficiente para garantizar una segura colocación y extracción del mismo (figura 6.61).

Durante la perforación y el vertido del hormigón se mantendrá en todo momento el nivel del

CIMIENTOS PROFUNDOS 491

Figura 6.59 Excavación para la ejecución de pilotes perforados con entubación metálica recuperable

lodo de contención dentro del entubado y del emboquillado ó murete-guía: 1,5 m como mínimo por encima de la cota del nivel freático en secciones circulares, y 1,0 m en perforaciones tipo "barrete", para eliminar la subpresión originada por el nivel freático y mejorar en un caso la contención y en el hormigonado la auto compactación.

Figura 6.60 Colocación de camisa perdida

Junta Entubado (provisional/permanente) Diámetro del fuste

6.6.2.4 Perforación con hélice continua La perforación con hélice continua o barrena continua exige que las aletas estén llenas de terreno en todo momento. La inclinación del pilote será inferior a 6° ( n < 10).

Virola de corte

Figura 6.61 Entubado con corona inferior reforzada

492 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

> 50 cm >D 5 cm

> 4 cm

Hormigón Tubería recuperable Armaduras: cercos O 6 a 20 cm o O 8 a 25 cm

Cuchara

D

D

Figura 6.62 Pilotes perforados con entubación recuperable

hormigón:

fck=25 N/mm2 cono: 10 a 15 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm)

45

55

65

85

100

125

barras

6Ø12

7Ø12

6Ø14

7Ø16

9Ø16

10Ø20

CIMIENTOS PROFUNDOS 493

> 50 cm >D 5 cm

> 4 cm Entubación perdida

Hormigón Armaduras: cercos O 6 a 20 cm o O 8 a 25 cm

Cuchara

D

D

hormigón:

fck=25 N/mm2 cono: 10 a 15 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm)

45

55

65

85

100

125

barras

6Ø12

7Ø12

6Ø14

7Ø16

9Ø16

10Ø20

Figura 6.63 Pilotes perforados con camisa perdida

494 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

> 50 cm >D 5 cm

> 4 cm

Lodos

Tubería de hormigonado

Hormigón Armaduras cercos: O 6 a 20 cm o O 8 a 25 cm

4,00 m

Hormigón

D D

hormigón:

Figura 6.64 Pilotes perforados mediante lodos

fck=25 N/mm2 cono: 16 a 20 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm)

45

55

65

85

100

125

barras

6Ø12

7Ø12

6Ø14

7Ø16

9Ø16

10Ø20

CIMIENTOS PROFUNDOS 495

> 50 cm >D 5 cm

5-6 cm

Barrena

Tubo para inyección

Armaduras cercos: O 6 a 20 cm

Mortero o microhormigón

Mortero o microhormigón

D

D

hormigón:

fck=25 N/mm2 cono: 22 a 28 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote (cm) barras

35

45

55

65

5Ø12

6Ø12

7Ø12

6Ø14

Figura 6.65 Pilotes perforados con barrena continua

496 MANUAL DE EDIFICACIÓN: MECÁNICA DE LOS TERRENOS Y CIMIENTOS

> 50 cm >D 5 cm

Hormigón

Armaduras cercos: O 6 a 20 cm

Hélice

D

D

Figura 6.66 Pilotes ejecutados sin contención de la perforación

hormigón:

fck=25 N/mm2 cono: 22 a 28 cm armaduras: fyk=400 N/mm2 longitud mínima armadura 6 m ó 9 Ø

Ø pilote

El control de la ejecución de los pilotes incluirá las siguientes tareas: • Registro en tiempo real de la perforación, del proceso rotación-penetración y del hormigonado. • Control de la continuidad del pilote. • Control continuo del consumo de hormigón. • Control de la presión de hormigonado.

35

45

55

65

5Ø12

6Ø12

7Ø12

6Ø14

6.6.2.5 Perforación no entubada Se puede prescindir de medidas de contención de las paredes de perforación en terrenos estables y no susceptibles de hundimiento. La boca de la perforación se protegerá con emboquillado excepto en terrenos firmes y con diámetro D < 0,6 m. No se deben realizar perforaciones sin entubamiento si la inclinación de la bisectriz es tal que n ≤ 15 (véase la figura 6.45)