24 Oct 13

Diseño y pruebas de pilotes prefabricados hincados

1 Comentario »
Promedio de valoración
    4.50 / 5 (2 votos)
Tiempo de lectura 10 min

*Artículo cortesía de Carlos Fernández Tadeo. Fotos cortesía de CFT.

Hinca de pilote prefabricado

Hinca de pilote prefabricado

Los pilotes de concreto prefabricados e hincados son una buena opción para las cimentaciones de estructuras en suelos blandos o sueltos. Probablemente ello es debido a que ofrecen un precio muy competitivo y a que su ejecución es muy rápida y limpia.

La instalación de pilotes mediante hinca es el método más antiguo de construcción de pilotes. Durante milenios se hincaron solo pilotes de madera, pero ahora son predominantemente de concreto (reforzado o pretensado) y de acero (tubos o perfiles). La tecnificación creciente de la construcción llegó hace décadas a la hinca de pilotes, que se ha convertido en una actividad de alta productividad, al conjugar prefabricación en taller y mecanización de la puesta en obra. Los pilotes se prefabrican en un proceso industrial, se transportan a obra, y allí se instalan con maquinaria especializada que es operada por muy pocas personas.

Precisamente debido a esa alta tecnificación, la construcción de pilotes hincados se ha convertido en una actividad especializada que ejecutan muy pocas empresas y que pocos consultores geotécnicos dominan.

Fase de proyecto

Como en todos los proyectos de cimentaciones, es fundamental realizar un buen reconocimiento del subsuelo. Los ahorros que en estos casos genera el disponer de un buen estudio geotécnico suelen ser importantes, ya que se puede afinar mucho más en el cálculo y diseño del pilotaje. Por desgracia, todavía se encuentran casos de reconocimientos poco profundos que ni siquiera alcanzan la longitud de pilote recomendada, faltos de ensayos de campo (SPT, piezocono, etc.), con pocos ensayos de laboratorio, y con recomendaciones poco justificadas.

Pantalla de entrada de datos de programa computacional

Pantalla de entrada de datos de programa computacional

En general, el diseño del pilotaje hincado no es de gran complejidad, si se dispone de un buen estudio geotécnico y se siguen los criterios de normas y códigos reconocidos. También son de ayuda los programas informáticos especializados en diseño de cimentaciones, algunos de ellos gratuitos.

Sin embargo, todavía en muchos casos se sigue el criterio, que sugieren a veces las empresas especializadas de pilotes hincados, de que el único método de diseño posible es cargar el pilote en fase de proyecto a su tope estructural y luego en obra hincarlo hasta que dé “rechazo” según alguna fórmula semiempírica, que suele tener más de 100 años. Esta manera de proyectar y construir puede llevar a problemas en la ejecución, como: longitudes de pilote diferentes de las que cabría esperar según el estudio geotécnico y los cálculos de capacidad, descontrol presupuestario consiguiente, inseguridad sobre la capacidad real de carga de los pilotes, modificaciones del proyecto de encepados y estructura, y otros similares.

La creciente complejidad de las cimentaciones profundas, impulsada en gran parte por el auge de las construcciones en medio “off-shore” (plataformas petrolíferas, aerogeneradores marinos, etc), está haciendo nacer nuevos y sofisticados métodos de diseño de los pilotajes, como el método británico “Imperial College Pile design method” (ICP). Por ello, es de prever que en los próximos años sea necesario incrementar el número de empresas e ingenieros especialistas en pruebas de carga de pilotes, para poder atender la creciente demanda que se generará.

Algunos de los códigos más modernos,ya incluyen criterios para calcular los pilotes hincados teniendo en cuenta coeficientes de seguridad diferentes en función del método de cálculo utilizado y de los controles que se hagan en obra.

Curva de rechazo obtenida con programas computacionales

Curva de rechazo obtenida con programas computacionales

Fase de contratación de la empresa de pilotaje

La selección de una empresa especializada en la construcción e hinca de pilotes prefabricados de concreto armado es bastante sencilla. Lo que resulta importante es conocer los requisitos técnicos y de control que se deben exigir en la contratación, que pueden resumirse a continuación.

  1. Descripción completa de la tipología de pilotaje ofertada, características, juntas entre tramos prefabricados, sistema de hinca, etc. A ser posible avalada por reconocimientos oficiales del sistema.
  2. Justificación de que con la maquinaria de hinca que se va a utilizar se podrán alcanzar las profundidades especificadas en el proyecto, sin quedarse cortos los pilotes, ni resultar dañados por exceso de hinca. Esta justificación debe hacerse mediante programas de computador que utilicen la teoría de la ecuación de la onda, ya que el impacto del martillo se propaga a lo largo del pilote como una onda de choque.
  3. Presentación de las curvas de hinca para cada tipo de pilote y martillo a utilizar. Estas curvas relacionan gráficamente la resistencia a la hinca y el “rechazo” o penetración para un determinado número de golpes, y permiten tener previsto a priori cuál es el momento en que debe detenerse la hinca, siempre que estemos en la longitud y el estrato de suelo previstos en proyecto. Estas curvas de hinca se pueden obtener de fórmulas semiempíricas antiguas como la de Hiley o la holandesa, pero hoy día es más recomendable utilizar los mismos programas de computador citados antes, que se basan en el método más preciso de la ecuación de la onda.
  4. Plan de control de calidad a implantar en la ejecución, tanto en la fase de prefabricación de pilotes en planta como en la de hinca en obra. Deben incluirse pruebas finales de ejecución mediante ensayos dinámicos y estáticos de carga. También pueden realizarse ensayos de integridad estructural por el método sónico con martillo de mano.
Prueba de carga dinámica

Prueba de carga dinámica

Fase de ejecución del pilotaje hincado

Es frecuente que en obra se realice una primera tanda de hinca de pilotes repartidos por toda la zona de trabajo, al objeto de zonificar el terreno y comprobar el diseño de proyecto. También es habitual que algunas de estas primeras hincas se controlen electrónicamente, mediante las denominadas pruebas de carga dinámica con analizador electrónico de hinca.

La prueba de carga dinámica de un pilote consiste básicamente en dejar caer una maza desde una cierta altura sobre la cabeza del pilote, aprovechando para ello el mismo martillo que está realizando la hinca. La cabeza del pilote se instrumenta mediante acelerómetros y extensímetros electrónicos, para captar la aceleración y la deformación generadas por la onda de impacto que desciende por el pilote, realizándose después cálculos en ordenador con la información obtenida. Se utilizan para ello modelos matemáticos que simulan el comportamiento del pilote y su interacción con el suelo por medio de la ecuación de la onda.

Equipo analizador de hinca

Equipo analizador de hinca

Con estas pruebas se obtiene una estimación de capacidad de carga por fuste y por punta, así como una estimación de curva carga-asiento del pilote en comportamiento estático. La norma aplicable para el ensayo en obra es la ASTM D4945 “Standard Test Method for High-Strain Dynamic Testing of Piles”. Este ensayo tiene una larga tradición de 40 años en pilotes hincados, y desde hace más de 20 años se utiliza también en pilotes “in situ”. Los contratistas de pilotaje suelen tener equipos para realizar la toma de datos en obra, y también los programas de ordenador necesarios para el tratamiento de datos en oficina, realizando estas pruebas como autocontrol de calidad. El control de calidad externo, o control de recepción por parte del promotor o de la dirección de obra, se realiza mediante la intervención de consultores especializados independientes, que disponen de equipos de toma de datos y de software informático propios. En este caso es necesario prever que el contratista  facilite su martillo de hinca para la realización de las pruebas.

Es habitual dejar pasar unos días o semanas desde la hinca hasta la realización de la prueba de carga dinámica, ya que las características resistentes del terreno van aumentando con el paso del tiempo. Al finalizar la hinca, el terreno alrededor del pilote está alterado y no tiene tanta capacidad de carga como después de un tiempo suficiente para que el suelo alrededor del pilote vuelva a consolidarse. Este efecto es más importante en suelos arcillosos y menos en suelos arenosos.

Sensores electrónicos sujetos al pilote

Sensores electrónicos sujetos al pilote

El ensayo de integridad estructural que se realiza en los pilotes hincados utiliza el método sónico con martillo de mano, también conocido como de “impedancia mecánica”. Consiste en generar una onda sónica mediante un martillo de mano que golpea la cabeza del pilote. Esta onda es reflejada por las discontinuidades del pilote, por su punta, o por cambios de sección o variaciones del terreno que lo rodea.

Los movimientos consiguientes de la cabeza del pilote son captados por un acelerómetro, que envía los resultados a un computador portátil. En un ensayo normal, en la pantalla del computador aparece una curva de velocidades con dos picos, el primero es el impacto del martillo y el segundo el reflejo de la onda en la punta del pilote a la profundidad esperada. Si hubiera algún fallo en el pilote hincado, la onda rebotaría antes en la zona de rotura y quedaría marcado un pico en la gráfica a esa profundidad. En pilotes largos en arenas o en suelos flojos en los que su esbeltez (relación longitud/diámetro) sea mayor que 30 ó 40 es difícil detectar el rebote de la onda sónica en la punta, ya que la señal se suele perder, aunque sí se pueden detectar defectos en la parte superior del pilote.

En pilotes en arcilla y suelos duros el alcance es inferior, del orden de 15 ó 20 diámetros, ya que la arcilla se adhiere mucho al pilote, lo que favorece la dispersión de la onda sónica hacia el terreno y dificulta la detección de la punta. También puede suceder que la onda rebote en una junta de unión entre elementos de un pilote largo. En cuanto al momento de hacer el ensayo, sucede lo contrario que con las pruebas de carga dinámica, ya que no interesa que el terreno se adhiera mucho al pilote para que la onda sónica no se disperse, por lo que deben hacerse cuanto antes tras la hinca.

Gráficos de fuerza y velocidad captados en una prueba de carga dinámica

Gráficos de fuerza y velocidad captados en una prueba de carga dinámica

La hinca de pilotes genera vibraciones en el suelo. El control de esas vibraciones es fundamental para poder estimar sus posibles efectos perjudiciales en las construcciones que se encuentren dentro de un cierto radio de influencia. En el caso de las vibraciones producidas por voladuras, su control es obligatorio y forma parte de la rutina del trabajo. Pero no pasa lo mismo en el caso de la hinca de pilotes, donde el control de las vibraciones inducidas en las construcciones vecinas es recomendable para mantenerlas dentro de valores admisibles, evitándose así las reclamaciones de los vecinos afectados, que pueden dar origen a paradas imprevistas de los trabajos y a retrasos en el programa de ejecución, con los perjuicios económicos consiguientes.

Ventajas de realizar un buen diseño y un buen control del pilotaje hincado

  • Reducción o eliminación de incertidumbres de proyecto: ¿Cual es la longitud adecuada de pilote en el subsuelo local para conseguir la resistencia necesaria? ¿Se podrán hincar hasta la profundidad necesaria con la maquinaria disponible?
  • Garantía de cumplimiento de plazos de ejecución, al minimizarse las paradas por circunstancias imprevistas. Un caso frecuente es que los pilotes se hinquen hasta rechazo a una profundidad muy superior a la prevista inicialmente en los cálculos, lo que produce paros en la producción hasta que se estudie el caso y se adopte una decisión. Lo mismo puede ocurrir en el caso contrario, cuando los pilotes alcancen el rechazo a profundidad inferior a la esperada.
Gráfico de salida de resultados de resistencia a lo largo del pilote con programa computacional

Gráfico de salida de resultados de resistencia a lo largo del pilote con programa computacional

  • Mayor control presupuestario, al evitarse sorpresas en la longitud hincada de pilote a la hora de la ejecución.
  • Reducción de costes: los códigos técnicos permiten utilizar en los cálculos unos coeficientes de seguridad más bajos cuando se realizan pruebas de carga, lo que permite abaratar la cimentación.
  • Mejor control de calidad realizando pruebas de carga de los pilotes, ya que se obtiene una comprobación de su capacidad resistente real.
  • Reducción de conflictos externos: el control de las vibraciones producidas por la hinca permite comprobar si se está sometiendo a las estructuras vecinas a movimientos excesivos, evitándose reclamaciones y litigios por este motivo.

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.  


Promedio de valoración
    4.50 / 5 (2 votos)

Sobre el autor

avatar
Redacción 360° en concreto otro Ciudad: País: Colombia

Comunicadora Social y Periodista de la Universidad de Antioquia (2007). Especialista en Mercadeo de la universidad EAFIT (2015). Actualmente me desempeño como Jefe de Estrategia Digital en Argos. Como redactora he cubierto temas de cultura, medio ambiente e industria. Amo el arte en todas sus expresiones.


54.198.143.210

One Response to Diseño y pruebas de pilotes prefabricados hincados

    avatar
    Responder a este comentario

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *



Archivo