tesis pilotes

7/31/2019 tesis pilotes

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PROJECTE O TESINA DESPECIALITAT

Ttol

AN LISIS DE LA CORRELACIN ENTRE PAR METROS DE

CONTROL EN M QUINAS PILOTADORAS Y LAS

PROPIEDADES RESISTENTES DEL TERRENO

Autor/a

NGEL APARICIO MORALES

Tutor/a

ALBERTO LEDESMA VILLALBA

Departament

INGENIERA DEL TERRENO, CARTOGRFICA Y GEOFSICA

Intensificaci

INGENIERA DEL TERRENO

Data

JULIO 2009


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Resumen

Anlisis de la correlacin entre parmetros de control en mquinas pilotadoras y laspropiedades resistenetes del terreno

Autor:ngel Aparicio MoralesTutor: Alberto Ledesma

RESUMEN

En esta tesina se estudia la correlacin entre los parmetros registrados durante laperforacin por rotacin de pilotes y las propiedades resistentes del terreno, siendo elprimer trabajo publicado que conozcamos sobre este asunto. Concretamente, losdatos de perforacin se han obtenido a partir de la ejecucin de pilotes CPI-8 y laspropiedades resistentes del terreno se han basado en la realizacin de StandardPenetration Test.Los datos de campo se circunscriben a la obra de la Autova Orbital B-40, tramoViladecavalls-Terrassa. Para la ejecucin de los 7 km de autova entre las poblacionescitadas ha sido necesaria la construccin de 12 estructuras. Entre ellas, me centro enla ejecucin del proyecto modificado de la estructura 2 que consiste en la cobertura deCan Tries. El terreno natural se encontraba a la cota inferior del tablero de la citadaestructura por lo que se opt por hacer los pilotes CPI-8 desde esa cota hasta la cotainferior de cimentacin requerida en cada caso. Posteriormente, se excav desde lacota de terreno natural hasta la cota de rasante de la autova quedando parte de lospilotes enterrada y la otra parte vista, recibiendo el nombre de pilas-pilote.El terreno puede describirse, en general, como un terreno de rellenos de entre 3 y 7metros de profundidad, seguido de terreno cuaternario y posteriormente mioceno. Lapresencia de capas alternadas y la de rellenos determinan la ejecucin de pilotes detipo CPI-8.

La empresa constructora Copcisa contrat para la ejecucin de los pilotes a laempresa Pilotes y Obras que dispone de pilotadoras modernas equipadas con elsoftware de Control de Parmetros Llamada. Ambas empresas me han facilitadogentilmente toda la informacin que he necesitado, con en beneplcito de la Direccinde Obra. Personalmente estuve trabajando los tres meses del verano de 2008,dedicndome al seguimiento in situ y con detalle de le ejecucin de los pilotes.En la tesina se repasan los procesos de ejecucin de pilotes centrndose, obviamente,en el tipo CPI-8 y el procedimiento de caracterizacin del terreno conocido comoStandard Penetration Test. En cuanto al estado del arte se explican las caractersticasde las pilotadoras empleadas y se trata con especial importancia y detalle el procesode perforacin. Dicho processo se aborda desde el punto de vista de materialesnecesarios requeridos, como desde el punto de vista del proceso fsico, en el que se

citan los tipos de fuerza necesarios y cmo aplicarlas, con el fin de que sirvan comobase terica a la que recurrir en el tratamiento numrico de los clculos realizados enlas diversas correlaciones para poder juzgar si pueden ser aptas o no. Tambin es degran ayuda a la hora de plantear una posible correlacin, a la vez que sirve paraentender si dicha correccin tiene sentido. La base terica tambin sirve para evaluarsi los datos registrados por el software Llamada son suficientes para poder llegar aalguna conclusin o si, por el contrario, sera necesario registrar ms parmetros.La forma de tratamiento de los datos y las correlaciones realizadas con loscorrespondientes grficos de resultados se muestran en el cuerpo de la tesina y, en elapartado final, se citan las correspondientes conclusiones sobre el software y lascorrelaciones. Actualmente, todava se est lejos de poder utilizar la informacin delcontrol de parmetros para el diseo de los pilotes.


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Abstract

Analysis of the correlation between the parameters recorded in piling machines and soilstrenght properties

Author:ngel Aparicio MoralesTutor: Alberto Ledesma

ABSTRACT

In this thesis the correlation between the parameters recorded in the rotatory drillingand the resistance of the ground is studied. This is the first work known done about thissubject. Drilling data comes from the execution of Cast in Place Piles CPI-8 and groundresistance data comes from the Standard Penetration Test.The information and data is obtained from the road work Autova Orbital B-40between the villages Viladecavallas and Terrassa. For the execution of 7 km of themotorway it has been needed to build 12 structures. This thesis is focused on themodified project of Structure 2 which is a cover of Can Tries. Initial ground level was atthe same high that the lower part of the deck of the cover, so that is why it was chosento do CPI-8 from the initial level to the foundation level of each pile. Afterwards, it wasdigged from the initial level to the motorway level. So one part of the piles remainedcovered by the ground and the other became uncovered.About the ground, we can say that there are between 3 a 7m depth of filling ground,followed by Quaternary and Miocene. The existence of alternate layers suggests theexecution of Cast in Place Piles number 8.The construction company Copcisa contracted for the execution of the piles thecompany Pilotes y Obras because they have recording parameters units, Llamada,located on board. Both companies have given me all the information needed.Personally, I worked for Copcisa for 3 months on summer 2008, focused on the

execution of the piles in situ.In this thesis are reviewed the execution processes of every sort of piles focused,obviously, in CPI-8 and Standard Penetration Test is also reviewed. About the actualknowledge state, the features of drilling machines used are explained and also specialimportance is given to the rotatory drilling method. There are explained the sort ofmaterials required and the physical process which is about the forces used whiledrilling and how they work, with the aim of becoming the theoretical support to resort toin the numerical treatment of data in the correlations. Consequently, we will be able tojudge if the correlations are correct or not. The theoretical support is not only helpful tosuggest a possible correlation but it is also useful to judge if a correlation makes sense.Moreover, it can evaluate if the recorded data by Llamada are enough to provide anyvalid correlation or if it will be necessary to record more parameters.

Treatment of data, correlations with their graphics of results are also shown in thisthesis and at the end all the conclusions about the recording data system and thecorrelations are given. Nowadays, we are far away from using the recorded data forhelping in the design of the piles.


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NDICE

ResumenAbstract

1.-Introduccin y objetivos 1-2

2.-Estado del conocimiento2.1. Normativa actual referente a pilotes 3-182.2. Perforacin por Rotacin 19-252.3. Procedimiento CPI-8 26-342.3. Control de Parmetros 35-412.4. Clculo del par motor ..42-442.5. Ensayo de Penetracin Standard ..45-47

3.-Anlisis del proceso de Perforacin3.1. Variables de operacin 48-543.2. Estudio del proceso de perforacin por rotacin 55-64

4.- Aplicacin a la Autova orbital B-404.1. Terreno geotcnico estructura 2 65-674.2. Proceso constructivo ...68-69

5.- Anlisis de resultados5.1. Consideraciones previas ..705.2.Mtodo de trabajo70-715.3. Correlaciones 72-875.4. Ejemplo de deteccin de un blandn 88-905.5. Utilizacin de la correlacin Par Motor/Velocidad de avance

para identificar el cambio de material geolgico . 91-93

6.-Conclusiones6.1. Conclusiones ......946.2. Propuestas de mejora ...956.3. Nuevas lneas de investigacin .96-97

7.-Referencias ..98

8.- Anejo Clculos pilotes de 1000mm

Clculos pilotes de 1250 mm


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Captulo 1 Introduccin y Objetivos

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1. INTRODUCCIN Y OBJETIVOS

Los pilotes trabajan por resistencia por fuste y por resistencia por punta, para ello,necesitan estar cimentados en un terreno resistente. Un mtodo clsico y sencillo para

estimar las propiedades resistentes del terreno es el Standard Penetration Test. Portanto, para proyectar una estructura cimentada en pilotes, previamente se realizanuna serie de Standard Penetration Test para saber la profundidad del terrenoresistente y poderla estimar en toda la zona de inters. Una vez realizado el proyectose ejecuta la obra y, en la prctica, no se hace ninguna comprobacin de querealmente los pilotes estn cimentados lo suficiente en terreno resistente. Se podrarealizar un ensayo de resistencia del pilote, pero presenta dos desventajasimportantes: es un ensayo destructivo, por lo que habra que ejecutar el pilote en unlugar que no interfiriese en la estructura; y es un ensayo caro. Por tanto, actualmente,se dispone de la tecnologa suficiente para comprobar la resistencia de los pilotes peropor motivos econmicos y de tiempo no se realiza.

Sin embargo, el Control de Parmetros equipado en la pilotadoras modernas puedeabrir una nueva forma de comprobacin. El Control de Parmetros permite registrar entiempo real y de forma continua, el valor de los parmetros requeridos para laperforacin. Hasta la fecha, no se realiza ningn tratamiento de los datos obtenidosdurante la perforacin. Simplemente se utiliza la ficha de registro de cada pilote pararealizar el parte de trabajo en el que se indican los pilotes realizados cada da. Esdecir, se est renunciando a esta informacin adicional.

Por tanto, si se pudiera establecer una relacin entre los parmetros medidos durantela perforacin por este nuevo sistema con el valor del Standard Penetrarion Test, quees el sistema utilizado para proyectar, se podra llegar a disponer de una informacinen tiempo real de cada pilote ejecutado en la obra, equivalente a haber realizado unStandard Penetration Test en cada pilote, con un coste adicional muy bajo. Con locual, se podra llegar a saber si cada pilote tiene la capacidad portante adecuada.

Las ventajas de este nuevo sistema son numerosas: no se necesita realizar ningnensayo destructivo, tan solo, procesar la informacin medida por el software; adems,al ser una informacin en tiempo real, permite tomar decisiones en poco tiempo. Porejemplo, si un pilote no queda lo suficientemente cimentado en terreno resistente, sepuede decidir reforzar los pilotes adyacentes. Otra ventaja es el factor econmico,equipar la pilotadoras con sistema de Control de Parmetros tiene un coste, pero noes excesivo en comparacin con el que tiene la ejecucin de una serie de pilotes.

La dificultad est en encontrar una correlacin entre el tratamiento numrico de losparmetros medidos con los resultados del Standard Penetration Test. ste es elobjetivo de esta tesina: correlacionar los parmetros de perforacin con el StandardPenetration Test para llegar a obtener un control de ejecucin en obra adicional al queactualmente se tiene.

Si se pudiera llegar a una correlacin, adems de disponer un plus de garanta durantela ejecucin, se podra ahorrar los ensayos de resistencia, cuando no se estuvieseseguro, con muy poca inversin econmica. Simplemente hay que creer que en unaobra de elevado presupuesto vale la pena invertir un porcentaje pequeo en laincorporacin de avances tecnolgicos para avanzar, no slo en la reduccin decostes, sino tambin en aumentar el nivel de seguridad y calidad en las obras

realizadas.


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Captulo 2 Estado del Conocimiento

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2.1. DISEO Y CONSTRUCCIN DE PILOTES

A partir de [1] y [2], se presenta un resumen de la normativa actual referente a pilotes.

Definicin

Se denomina pilote a un elemento de cimentacin profunda que permite trasladar lascargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando ste se encuentra a unaprofundidad tal que hace inviable, tcnica o econmicamente, una cimentacin msconvencional mediante zapatas o losas.

ste puede ser de naturaleza y formas muy variadas. En general siempre ser unelemento aproximadamente cilndrico o prismtico, cuya longitud es mucho mayor (almenos cinco veces) que la dimensin transversal media.

En cuanto a su forma de trabajo, los pilotes o los pilotajes pueden clasificarse en(vase Figura 2.1):

a) Pilotes por fuste: En aquellos terrenos en los que la capacidadportante crece de una manera paulatina con la profundidad, sinexistir un nivel claramente ms resistente, el pilotaje transmitirsu carga al terreno fundamentalmente a travs del fuste. Se

suelen denominar pilotes flotantes.

b) Pilotes por punta: En aquellos terrenos en los que aparezca, acierta profundidad, un estrato claramente ms resistente, lascargas del pilotaje se transmitirn fundamentalmente por punta.Se suelen denominar pilotes columna.

Figura 2.1: Esquema de cimentaciones profundad (pilotajes)


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Es claro que entre esas dos situaciones pueden darse otras intermedias.

Los tipos de cimentacin profunda que pueden resultar en un determinado proyecto

son muy variados, si bien, a efectos de ordenar las recomendaciones que siguen,pueden agruparse de la manera siguiente:

a) Pilotes aislados: Tambin denominados pila-pilote. Suelen serelementos de gran capacidad portante que prolongan laestructura de la pila de apoyo dentro del terreno, hasta laprofundidad requerida. Es una solucin bastante extendida parapuentes de luces moderadas. Se ha aplicado en muchasocasiones con pilotes hincados.

b) Grupos de pilotes: Es la solucin ms usual. La carga de la pila setransmite a varios pilotes a travs de un encepado relativamentergido, que enlaza sus cabezas.

c) Zonas pilotadas: Pilotes regularmente espaciados que enocasiones se usan para reducirasientos o mejorar la seguridadfrente al hundimiento de losas, terraplenes etc. Suelen ser pilotesde escasa capacidad de soporte individual.

2.1.1 Tipos de pilote

2.1.1.1 Segn el mtodo constructivo

Se pueden considerar los dos grupos siguientes:

Pilotes prefabricados hincados: Su ejecucin implica el desplazamiento del

terreno y ello puede inducir cierto aumento de la compacidad del mismo. Sonlos recogidos en el artculo 670, Cimentaciones por pilotes hincados apercusin, del PG-3.

Pilotes perforados (o excavados) de hormign in situ: Suelen hormigonarseen perforaciones previas que pueden realizarse con tcnicas bastantesdiferentes entre s. Son los recogidos en el artculo 671, Cimentaciones porpilotes de hormign armado moldeados in situ, del PG-3 o la norma NTE(Normativa Tcnica de Edificacin), a la que se har referencia en esta tesina.


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2.1.1.2. Segn el material del pilote

El material que constituye el pilote tiene importancia al evaluar su capacidad de

soporte. Por ello conviene distinguir los distintos materiales que se usan normalmente,que son los siguientes:

Hormign in situ: Son los que se utilizan con ms frecuencia en Espaa.Normalmente se realizan mediante perforacin o excavacin previa, aunquetambin pueden ejecutarse mediante desplazamiento del terreno o contcnicas mixtas (excavacin y desplazamiento parciales).

Hormign prefabricado: Puede ser hormign armado (hormigones de altaresistencia) u hormign pretensado. Normalmente se utilizan para fabricarpilotes hincados.

Acero: Suelen utilizarse secciones tubulares o perfiles en doble U, o en H. Lospilotes de acero se suelen hincar con azuches (protecciones en la punta).

Madera: Es una solucin comn para pilotar zonas blandas amplias, paraapoyo de estructuras con losa o terraplenes.

2.1.2. Procedimientos de ejecucinUno de los aspectos que ms importancia tiene en la calidad de un pilotaje y, enconsecuencia, en la seguridad de una obra es el procedimiento de ejecucin del pilote.

Las formas de hincar pilotes pueden ser diferentes segn se use vibracin (existenvibradores capaces de hincar pilotes metlicos de dimensin considerable) o se use,como suele ser ms frecuente, la hinca por percusin con golpes de maza.

Las formas de ejecutar pilotes de hormign in situ son muy diversas, y adems

evolucionan con relativa rapidez.

2.1.2.1 Pilotes In situ

2.1.2.1.1 Diseo

CPI-1: Camisa perdida


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CPI-2: Grupo de pilotes de desplazamiento con azuche

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta,apoyado en roca o capas duras de terreno, despus de atravesar capasblandas.

Tambin como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenosgranulares medios o flojos, o en terrenos de capas alternadascoherentes y granulares de alguna consistencia.

CPI-3: Grupo de pilotes de desplazamiento con tapn de gravas

Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granularesde compacidad media o en terrenos con capas alternadas coherentes ygranulares de alguna consistencia.

CPI-4: Grupo de pilotes de extraccin con entubacin recuperable

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta,

apoyado en roca.Tambin como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente deconsistencia firme, prcticamente homogneo.

CPI-5: Grupo de pilotes de extraccin con camisa perdida

Usualmente como pilotaje trabajando por punta apoyado en roca ocapas duras de terreno y siempre que se atraviesen capas de terreno

incoherente fino en presencia de agua, o exista flujo de agua y enalgunos casos con capas de terreno coherente blando; cuando existancapas agresivas al hormign fresco. Camisa:

Se utilizar para proteger un tramo de los pilotes expuesto a la accinde un terreno agresivo al hormign fresco o a un flujo de agua. Lalongitud C del tubo que constituye la camisa, ser tal que suspendidadesde la boca de la perforacin profundice dos dimetros por debajo dela capa peligrosa.


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CPI-6: Grupo de pilotes perforados sin entubacin con lodos tixotrpicos

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o

capas duras de terreno.Cuando se atraviesen capas blandas que se mantengan sindesprendimientos por efecto de los lodos.

CPI-7: Grupo de pilotes barrenados sin entubacin

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa deterreno coherente duro.

Tambin como pilotaje trabajando por fuste en terreno coherente deconsistencia firme prcticamente homogneo o coherente deconsistencia media en el que no se produzcan desprendimientos de lasparedes.

CPI-8: Grupo de pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central de barrena

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o

capas duras de terreno.Tambin como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos decompacidad o consistencia media, o en terrenos de capas alternadascoherentes y granulares de alguna consistencia.

2.1.2.1.2 Construccin

No es de especial inters para esta tesina la construccin de los pilotes diferentes alos CPI-8. Por tanto, slo se explica la construccin de los pilotes CPI-8.

CPI-8: Grupo de pilotes barrenados. Hormigonado por tubo central de barrena


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Hormign: De resistencia caracterstica 175 kg/cm2. *

Consistencia medida en cono de Abrahams: 18 a 22 cm; o Mortero grueso estabilizado

de resistencia caracterstica 175 kg/cm2

y consistencia medida en cono de fluidez: 22 a28 s.

La perforacin de dimetro D, en cm, y profundidad L, en m, se realizar para los npilotes del grupo a separacin S, en cm, segn Documentacin Tcnica y en el ordeny tiempo previsto.

Alcanzada la profundidad L se proceder simultneamente a la extraccin de labarrena con las tierras alojadas en ella y al hormigonado por bombeo a travs del tubocentral de la misma. Durante el proceso de extraccin de la barrena, el hormign

bombeado se mantendr en contacto con el extremo inferior de la barrena.

El hormigonado se realizar en seco o bajo agua de forma continuada, terminado stese introducir en el hormign fresco la armadura.

2.1.3. Comprobaciones a realizarPara comprobar una cimentacin profunda es preciso considerar la posible ocurrenciade diferentes estados lmite. Entre ellos, los siguientes:

2.1.3.1. Estados Lmite ltimosSiempre ser necesario comprobar los siguientes estados lmite:

a) Estabilidad general o global de la zona de apoyo: Esta comprobacin requiere

suponer varias posibles lneas de rotura que engloben a toda la cimentacin oa parte de ella. Las tcnicas de anlisis son las mismas que se utilizan en elclculo de estabilidad de taludes.

Los requisitos a satisfacer y los procedimientos de evaluacin sern anlogos

* Valor segn las Normas Tecnolgicas de la Edificacin, NTE 2002.

La vigente instruccin de hormign EHE 2008 exige una resistencia mnima de 25 Mpa.


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a los indicados en el apartado 4.4 de la Gua de Cimentaciones de Obras enCarretera.

b) Capacidad de soporte (o portante): La rotura de la cimentacin puedeproducirse por falta de resistencia del terreno. El fallo puede producirse dediferentes formas (modos de fallo), los que se describen en esta Gua son:

Hundimiento: Se produce cuando las cargas verticales agotan la resistenciadel terreno a compresin.

Arranque: Se produce cuando existen pilotes traccionados y se alcanza elagotamiento por esfuerzo rasante en el fuste del pilote.

Rotura horizontal del terreno: Se produce cuando las presiones horizontales(o en general transversales al eje del pilote) agotan la capacidad del terreno,segn un plano horizontal (transversal a dicho eje).

c) Rotura estructural: Puede producirse cuando las cargas transmitidas superan laresistencia del pilote o del encepado. Estas situaciones han de analizarse porprocedimientos especficos.

2.1.3.2. Estados Lmite de Servicio (o utilizacin)

Las cimentaciones profundas pueden fallar por deformaciones excesivas que, sinimplicar la ruina estructural de las mismas, impidan el correcto uso de la cimentacin osupongan empeoramientos estticos o funcionales inadmisibles.

2.1.3.3. Otras comprobaciones

Aparte de las comprobaciones comunes a todas las cimentaciones profundas, enalgunas circunstancias sern necesarias otras, de modo adicional. (Para msinformacin, vase [1].)

2.1.4.Parmetros del terrenoDe cada tipo de terreno ser necesario disponer de la siguiente informacin:


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Datos generales que permitan clasificarlo: La informacin relevante quepermite esa clasificacin se puede obtener mediante ensayos de identificacin(mineraloga, granulometra, plasticidad de la fraccin fina, etc.).

Datos de estado: Sern generalmente necesarios los datos relativos a pesosespecficos, grado de saturacin, porosidad e ndice de poros.

Parmetros resistentes: La resistencia se caracterizar con procedimientosacordes al tipo de terreno en cuestin, despus de lo cual habrn de seguirselos procedimientos de comprobacin correspondientes.

En general, para cualquier tipo de suelo se considera adecuado el uso del modelo

resistente de Mohr-Coulomb, definiendo la resistencia con los parmetros de ngulode rozamiento y cohesin.

Resulta admisible, tambin, caracterizar el terreno mediante parmetros indirectostales como:

N= ndice del ensayo SPT, especialmente indicado en arenas.

qc= Resistencia por punta a la penetracin esttica.

pl= Presin lmite de ensayos presiomtricos.

Para el estudio de los problemas de movimientos de las cimentaciones profundas esconveniente conocer la deformabilidad del terreno, lo que puede caracterizarse

mediante modelos elsticos (parmetros E, ) o mediante modelos edomtricos

(parmetros, Cc, Cs, pc).

Tambin es posible obtener parmetros de deformacin a partir de correlaciones conlos de resistencia.

2.1.5.AccionesLos pilotes han de soportar las cargas que la estructura en cuestin transmita alterreno, no obstante lo cual, tambin pueden estar solicitados por pesos y empujes delterreno y/o del agua, as como por acciones derivadas del movimiento del propioterreno de cimentacin. A estos ltimos efectos se les denomina con el sobrenombrede parsitos.


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2.1.6. Clasificacin de las situaciones de proyecto

Las situaciones de proyecto quedarn establecidas una vez se definan lascaractersticas geomtricas de la cimentacin y del terreno, los parmetros querepresentan el terreno (resistencia, deformabilidad y, en su caso, permeabilidad) y lascombinaciones de acciones correspondientes.

Cualquier situacin de proyecto debe quedar clasificada en alguno de los siguientesgrupos:

a) Persistentes.

b) Transitorias y de corto plazo.

c) Accidentales.

Esta clasificacin es necesaria, pues el coeficiente de seguridad correspondientetendr que alcanzar un mnimo que se define en funcin del tipo de situacin.

2.1.7. Carga vertical representativa, o carga de servicio

Una vez consideradas todas las posibles acciones, realizadas las combinacionesoportunas, y repartidas las cargas totales del grupo de pilotes entre los pilotesindividuales, conviene determinar un valor representativo de la carga vertical que actasobre un pilote del grupo. Si hubiese pilotes de diferente dimetro dentro de un mismogrupo, la carga representativa se determinar para cada uno de los dimetros (odimetro equivalente para formas no circulares) que se usen.

Se entiende como carga vertical representativa la mayor de las tres siguientes:

a) La carga vertical sobre el pilote ms solicitado en situacin persistente con lacombinacinde acciones casi permanente.

b) La carga vertical sobre el pilote ms solicitado en cualquiera de las situaciones ycombinaciones de acciones que se indican a continuacin, dividida por 1,10.


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El mayor valor de entre los correspondientes a las combinaciones de accionescaractersticas (en situaciones persistentes o transitorias y de corto plazo).

El mayor valor de entre las situaciones transitorias y de corto plazo con la combinacinde acciones casi permanente.

c) La carga vertical sobre el pilote ms solicitado en cualquier situacin accidental,divididapor 1,25.

La carga vertical, as determinada, se denominar carga vertical representativa, oabreviadamente carga de servicio, y se representar por Qsv.

2.1.8. Clculo de la carga de hundimiento

La carga de hundimiento de un grupo de pilotes puede alcanzarse por rotura generaldel terreno bajo el grupo de pilotes, o por rotura local del terreno en el entorno dealgn pilote. Ambas comprobaciones habrn de realizarse.

En esta tesina se explica el clculo para pilotes perforados en rocas alteradas osuelos, mediante el mtodo basado en el SPT. Existen otros mtodos como el mtodobasado en ensayos de penetracin dinmica continuos, el mtodo basado en ensayos

de penetracin esttica y el mtodo basado en los parmetros resistentes del modelode Mohr-Coulomb que se pueden encontrar en [1] si fueran de inters.

2.1.8.1. Pilotes perforados en rocas alteradas o en suelosLa carga de hundimiento de pilotes excavados cuya punta no se empotra en rocapuede calcularse como se indica a continuacin.

La carga de hundimiento, Qh, se considerar igual a la suma de dos cantidades, laparte correspondiente a la punta Qpy la parte que corresponde al fuste Qf.

a) Carga de hundimiento por punta

La parte de la carga de hundimiento que corresponde a la punta, se deducir de lascaractersticas del terreno en la zona de influencia de la punta, que se indica en lafigura 2.2.


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Qh= Carga vertical que, aplicada en la cabeza del pilote, produce su hundimiento.W= Peso propio del pilote.

Qp= Parte de la carga que se supone soportada por la punta.

Qf= Parte de la carga que se supone soportada por el contacto pilote-terreno, en el fuste.

D= Dimetro real o equivalente del pilote.

z= Profundidad medida desde la superficie, hacia el interior del terreno.L =longitud total enterrada del pilote.

El valor de clculo del parmetro resistente correspondiente a la resistencia por puntaser el valor medio o semisuma del que se asigne a la zona activa inferior y el que seasigne a la zona pasiva superior (vase figura 2.2). A su vez, el valor que se asigne a

cada una de estas zonas debe ser una estimacin prudente del parmetro en cuestin

Figura 2.2: Esquema del hundimiento de un pilote aislado


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en el entorno de la punta, por debajo de ella (zona activa) y por encima de la misma(zona pasiva).

La carga de hundimiento por punta puede obtenerse mediante el producto del rea dela punta, Ap, por una presin unitaria de hundimiento, qp que puede estimarsemediante alguno de los procedimientos que se indican a continuacin. Es decir:

Qp = Apx qp [2.1]

Donde:

Qp= Carga de hundimiento por punta.

Ap= rea de la punta.

qp= Carga de hundimiento unitaria, por punta.

b) Carga de hundimiento por fuste

La contribucin del fuste a la carga de hundimiento, Qf, puede estimarse como la

integral de la resistencia unitaria por fuste, f, en todo el contorno de la parte enterrada.Es decir:

=L

ff dzDQ0

[2. 2]

Donde:

Qf= Carga de hundimiento por fuste.

D= Dimetro real o equivalente del pilote.

f= Resistencia unitaria por fuste, a la profundidadz.

z= Profundidad medida desde la superficie, hacia el interiordel terreno.

L = Longitud enterrada del pilote.

Los valores de fpueden obtenerse por alguno de los procedimientos que se indican acontinuacin.


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2. 1.8.1.1. Mtodo basado en el SPT

Este mtodo es de aplicacin en terrenos cuyo contenido en finos no exceda el 15%

(suelos fundamentalmente granulares), y que no contengan elementos gruesos(contenido de partculas de tamao superior a 5 cm).

El mtodo no es aplicable a formaciones de calizas orgnicas (conchferas ocoralinas), puesto que en ellas se pueden obtener ndices Ndel ensayo SPT altos y,sin embargo, cargas de hundimiento bajas debido a la rotura de la cementacin quepuede producirse con cargas estticas moderadas. En estas situaciones serrecomendable conocer la experiencia local, y/o realizar ensayos de carga.

Los ndices Ndel ensayo SPT deben ser corregidos por el efecto de la sobrecarga de

tierra, normalizados a la energa estndar del 60%, y promediarse en la zona de lapunta, segn se especifica en el apartado 4.5.2.1. de la Gua de Cimentaciones deObras en Carretera.

2.1.8.1.1. Resistencia por puntaLa resistencia por punta puede tomarse igual al siguiente valor:

qp =xN60x fd [2. 3]

Donde:

qp= Resistencia unitaria por punta.

= Factor que depende del tamao medio de los granos de arena y tiene el siguientevalor (Vase tabla 2.1):

= 0,1 Mpa Arenas finas D500,6 mm

Tabla 2.1 Determinacin de

Para valores intermedios de D50, el valor de a puede interpolarse linealmente.

N60= Valor medio del ndice Ndel ensayo SPT, promediado en la zona de la punta,normalizado a la energa estndar del 60%.

fd= Factor adimensional que tiene en cuenta el tamao del pilote (dimetro D (m)) ypuede estimarse mediante la siguiente expresin:


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3

2

3

11 = Dfd [2. 4]

2.8.1.1.2. Resistencia por fusteLa resistencia unitaria por fuste en suelos granulares puede considerarse igual al valorsiguiente:

f =2N60(kPa)90 kPa [2. 5]

Donde:

N60 = Valor del ndice N del ensayo SPT, correspondiente a cada profundidad declculo.

2.1.9. Pruebas de carga

Los clculos asociados al estudio de las cimentaciones profundas son poco precisos, ypor ello, la realizacin de pruebas de carga in situ resulta especialmenterecomendable.

Las pruebas de carga deben realizarse sobre pilotes de tamao semejante (longitud ydimetro) a aqullos a cuyo estudio vayan a aplicarse los resultados; de esa forma noser necesario introducir imprecisiones importantes a la hora de considerar el efectoescala.

Las pruebas de carga deben realizarse sobre pilotes construidos en terrenossemejantes (preferiblemente, en la propia obra) al caso en estudio y, sobre todo,deben ser construidos con tcnicas anlogas.

La mxima utilidad de los ensayos de carga in situ, se obtiene cuando los pilotesensayados son los propios pilotes cuyo comportamiento se quiere conocer. El ensayosobre los propios pilotes de obra, sin embargo, impide alcanzar la carga de rotura,pero permite definir la deformabilidad de la cimentacin, especialmente ladeformabilidad horizontal.


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Los ensayos de carga horizontal son, en general, de ejecucin muy simple, pues bastaempujar unos pilotes contra otros (o tirar de unos anclando en otros), o cargarencepados de pilotes horizontalmente aprovechando la reaccin de encepadosprximos.

Los ensayos de carga vertical, hasta provocar el hundimiento, son costosos,principalmente por el inconveniente importante que supone proporcionar una reaccinvertical suficiente.

2.1.10. Requisitos de seguridad

Los modos de fallo que se han considerado explcitamente en los apartadosprecedentes permiten definir una serie de coeficientes de seguridad, que sern loscocientes entre la resistencia y la accin correspondiente.

En todo caso, adems de los problemas concretos que se han considerado, se debencomprobar los posibles estados o situaciones de proyecto especficos que puedanproducirse en cada caso particular.

Tambin debe considerarse el pilote como elemento estructural y comprobar su

seguridad tal como se indica en este apartado.

2.1.10.1. Tope estructural

La capacidad portante de un pilote est limitada por el terreno y por el propio pilote.Normalmente, a un determinado tipo de pilote (material y seccin transversal) se lesuele asignar una determinada carga mxima vertical de servicio, que se denomina enocasiones tope estructural. Se trata de un valor nominal de amplio uso en la prcticageotcnica.

Partiendo del tope estructural, el ingeniero decide la longitud del pilote que se necesitapara poder aprovechar suficientemente la capacidad estructural del pilote. No serarazonable utilizar pilotes para soportar cargas que estn muy por debajo del topeestructural, pues se estara desaprovechando el material del pilote.

El tope estructural, depende de:

El material del pilote.


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El procedimiento de ejecucin.

El terreno.

El valor del tope estructural que se recomienda para pilotes perforados de hormign insitu barrenados es de 4 para suelos y no se puede aplicar en roca.

2.1.10.2. Coeficiente de seguridad frente al hundimiento

El coeficiente de seguridad frente al hundimiento de una cimentacin profundaconstituida por un grupo de pilotes, se define, para cada situacin de proyecto, comoel cociente entre la carga de hundimiento del grupo, y la carga vertical que acta sobreel grupo en dicha situacin.

En los pilotes aislados, y para cada pilote del grupo (en caso de grupos de pilotes), secalcular tambin la carga de hundimiento individual, suponiendo que slo existe unpilote.

El cociente de las cantidades obtenidas segn se describe como la carga dehundimiento, dividida por la carga vertical actuante. ste es el coeficiente de

seguridad individual frente al hundimiento.

Aunque el valor mnimo de los coeficientes de seguridad debe decidirse para cadaproyecto concreto, teniendo en cuenta las condiciones especficas (grado de detalledel conocimiento del terreno, experiencia previa contrastada, etc.), se recomiendarespetar, tanto para la seguridad frente a hundimiento del grupo, como para cada unode los pilotes, el valor mnimo que se indica en la tabla 2.2:

HUNDIMIENTO: COEFICIENTES DE SEGURIDAD MNIMOS PARACIMENTACIONES PROFUNDAS

Cualquier tipo de pilotaje Combinacin Combinacin Combinacin

Permanente Caracterstica Accidental

Mtodo del SPT ensuelos granulares 3 2,6 2,2

Tabla 2.2. Coeficientes de seguridad mnimos para cimentaciones profundas


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2.2. PERFORACIN POR ROTACIN

2.2.1. Introduccin

El principio utilizado por este sistema consiste en aplicar energa al suelo o rocahaciendo rotar una herramienta conjuntamente con la accin de una gran fuerza deempuje (vase figura 2.3).

El sistema de perforacin presenta tres variantes segn el tipo de herramientautilizado:

Rotacin con trpano cortante

Rotacin con trpano trituranteRotacin con herramienta abrasiva

Imagen 3: Rotacin y Fuerza de EmpujeFigura 2.3: Rotacin y Fuerza de Empuje


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2.2.1.1. Mecanismo de empuje

Para obtener un efecto de penetracin eficiente es preciso aplicar una fuerza deempuje que depende de la resistencia del suelo o roca y del dimetro de perforacin.Prcticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de unmotor hidrulico. Existen varios sistemas, entre los cuales los ms utilizados son losque se describen conceptualmente en las figuras siguientes.

Figura 2.4: Diferentes tipos de mecanismos de empuje


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2.2.2. Equipo de perforacin: Pilotadora

En la presente tesina se ha trabajado con dos pilotadoras de Llamada:P 140-TT . Para los pilotes de 1000 mm de dimetro. (Vase figura 2.5 y figura 2.7).

P 145-EVO. Para los pilotes de 1250 mm de dimetro. (Vase figura 2.6 y f igura 2.8).

Figura 2.5: Pilotadora P-140-TT trabajando en la obra B-40

(Aparicio, 2008)

Figura 2.6: Pilotadora 145-EVO trabajando

en la obra B-40 (Aparicio, 2008)


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Figura 2.7: Ficha Tcnica de la pilotadora P-140-TT (Llamada, 2008)


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Figura 2.8: Ficha Tcnica de la pilotadora P-145-EVO (Llamada, 2008)


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2.2.2.1. Partes Principales de una pilotadora:

Las partes principales se pueden apreciar en la figura 2.9.

Figura 2.9: Partes principales de una pilotadora (Aparicio, 2008)

Mesa derotacinconCambio de

Guiadera

MstilBarrenaContinua


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2.2.2.2. Cabezas de perforacin:

El efecto de la penetracin de la cabeza de la barrena en la roca se obtiene por la

aplicacin combinada de dos acciones:

Indentacin Corte

Los dientes penetran y rompen el suelo o roca por la combinacin de la actuacin dela fuerza de empuje y la del par de rotacin. Tambin por efecto del giro de los dientessobre s mismos se consigue una accin de corte o desgarre de la roca. (Vase figura2.10 y 2.11)

Los dientes se pueden clasificar segn el material que los compone:

Dientes metlicos. Utilizados en terrenos blandos Dientes de Widia. Utilizados en terrenos duros.

O segn, su forma: Dientes Planos. Utilizados en terrenos blandos no consolidados,

la forma ayuda a evacuar el material hacia la parte superior de labarrena.

Dientes de Botn. Utilizados en terrenos duros, la forma ayuda aromper el terreno

Figura 2.10: Cabeza de barrenaconstituida por dientes de botn

(Aparicio, 2008)

Figura 2.11: Cabeza de barrena mixta,

constituida por dientes de botn y pordientes planos (Aparicio, 2008)


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2.3. PROCEDIMIENTO CPI-8

2.3.1. Proceso constructivo2.3.1.1. Trabajos previos

Estos trabajos incluyen la preparacin de la plataforma de trabajo y el replanteo de losejes de los pilotes. La plataforma de trabajo debe ser horizontal, estable y de lasdimensiones suficientes para permitir el normal movimiento de los equipos tanto parala perforacin, como para la colocacin de armaduras y el hormigonado. Si el terrenono fuera suficientemente firme o susceptible de perder su estabilidad, ser necesariopreparar una base de al menos 50 cm de espesor de gravas o machaca compactadaadecuadamente para permitir el correcto desarrollo de los trabajos. El replanteo seefectuar a eje de pilote, sealizado de forma que no pueda ser alterado con elmovimiento de los equipos. Normalmente la sealizacin se realiza mediante la hincade una varilla de acero de aproximadamente 40 cm de longitud, enterrada en sutotalidad y con un alambre en cabeza sobresaliendo del terreno. Adems se puedemarcar con una seal de yeso o spray para facilitar su reconocimiento. En el caso deejecutarse una cortina de pilotes es imprescindible la construccin previa de un muretegua de hormign o piezas de porespan de las dimensiones adecuadas para facilitar laalineacin de la cortina. (Vanse figuras 2.12 y 2.13).

2.3.1.2. Perforacin

La perforacin de los pilotes se realizar empleando los tiles apropiados de acuerdocon las caractersticas del terreno a perforar. Durante la misma, adems de tomarselas precauciones necesarias para evitar desprendimientos en las paredes, secontrolar visualmente el terreno extrado en la perforacin, especialmente elcorrespondiente al del empotramiento fijado en proyecto. Si la perforacin de un pilote

encuentra un obstculo impenetrable no previsto antes de alcanzar la profundidad de

Imagen 1: Replanteo del pilote Imagen 2: Posicionamiento

Un operario indica al maquinista el lugarexacto dnde debe colocar la barrena.

Figura 2.12: Replanteo del pilote(Aparicio, 2008)

Figura 2.13: Un operario indica almaquinista el lugar exacto dnde debecolocar la barrena (Aparicio, 2008)


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proyecto, se informar al proyectista que deber aprobar las actuaciones adicionalespara continuar el trabajo. (Vanse figuras 2.14, 2.15 y 2.16).

Figura 2.14: Perforacin (Aparicio, 2008)

Figura 2.15: Material excavado. Se aprecian las diferentesgranulometras (Aparicio, 2008)


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Figura 2.16: Detalle de un bolo (Aparicio, 2008)

2.3.1.3. Hormigonado

Una vez alcanzada la profundidad mxima se procede a la inyeccin a presin delhormign a travs de una tubera situada en el eje de la barrena, cuya salida est alfinal de la barrena protegida con una obturacin perdida. La inyeccin de hormign seiniciar sin mover la barrena hasta que el circuito de hormign alcance una ciertapresin, para garantizar, de esta forma, que el hormign desplaza al terreno barrenadoen la parte inferior de la perforacin, procediendo a continuacin, a la subida de labarrena a una velocidad tal que garantice que el hormign siempre sustituye el terrenodesplazado. El hormigonado se realizar de modo continuo, de manera que al colocarel hormign en el fondo, tanto el agua como los detritus que se desprendan sedesplacen hacia arriba. El hormigonado se prolongar hasta que la cabeza del pilotequede a una cota nunca por debajo de la plataforma de trabajo, y se demolerposteriormente este exceso por estar constituido por lechada lavada que refluye porencima del hormign colocado. (Vanse figuras 2.17, 2.18 y 2.19).


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Figura 2.17: Hormigonado. Las cubas vierten el hormign en la bomba(Aparicio, 2008)

Figura 2.18: Hormigonado La barrena va subiendo a medida que

vierte el hormign por el tubo hueco central (Aparicio, 2008


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Figura 2.19: Detalle del tubo interior hueco. La tapa permanece cerrada

durante la perforacin y se abre en el proceso de hormigonado

(Aparicio, 2008).

2.3.1.4. Colocacin de armaduras

La jaula de armaduras se introducir en el hormign vertido, cuidando que ste hayarebosado lo suficiente para evitar la contaminacin del pilote en el proceso decolocacin. La armadura, centrada y bien sujeta, se introducir mediante movimientosde vaivn o vibracin hasta la cota deseada. (Vanse figuras 2.20, 2.21 y 2.22).

Figura 2.20: Proceso de perforacin, hormigonado e introduccin de armaduras en unCPI-8 (CFA, 2008)


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Figura 2.21: Izado de la armadura (Aparicio, 2008)

Figura 2.22: Introduccin de laarmadura mediante vibrador(Aparicio, 2008)


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2.3.2. Maquinaria a utilizar

La maquinaria a utilizar est compuesta bsicamente por tres elementos:

Equipo de rotacin in situ con cabezal pasante.

Bomba de hormigonar autnoma.

Herramientas de perforacin (barrenas y cabezales).

2.3.3. Personal

El equipo humano estar formado por un maquinista que har las funciones de jefe deequipo, junto con un responsable del bombeo y un ayudante.

2.3.4. Materiales

2.3.4.1. Hormign

La resistencia caracterstica as como el ambiente considerado sern los indicados enproyecto. El tamao mximo de rido ser de 12 mm y la consistencia ser de 20 a 24(cono de Abrahams). Esta medida de la consistencia debe de mantenerse durante

todo el proceso de la realizacin del pilote, considerndose el tiempo de espera encamin y la duracin de la perforacin y hormigonado con la finalidad de garantizar uncorrecto bombeo del hormign as como la colocacin de la armadura mediante la incaen fresco.

Este ltimo aspecto es especialmente crtico en el caso de utilizacin de aditivosqumicos para conseguir estas caractersticas de manejabilidad ya que muchos deellos consiguen una manejabilidad adecuada del hormign pero durante un periodo detiempo reducido. (Vase figura 2.23).

Figura 2.23: Curvas de comportamiento

deseable y no deseable del hormign

(IFC, 2008)

Horas

% Trabajabilidad

20

40

100

80

60


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Recomendaciones para la dosificacin del hormign:

Contenido de cemento igual o mayor a 425 kg/m3. Contenido de partculas de tamao inferior a 0,63 mm igual o mayor a

500 Kg/m3. Contenido de arena mayor del 40% del total de rido. Tamao mximo de rido 12 mm. La relacin agua/cemento ser la adecuada para la puesta en obra

respetando las prescripciones sobre durabilidad indicadas en lanormativa EHE, esta relacin deber aprobarse explcitamente por laDireccin facultativa de la obra.

La manejabilidad del hormign debe de mantenerse en el tiempo deforma que se mantenga sta durante el proceso de realizacin delpilote.

2.3.4.2. Acero

La armadura a utilizar debe de ser lo suficientemente rgida como para soportar elproceso de hincado de sta en el hormign fresco, siendo muy recomendable lautilizacin de armaduras electrosoldadas as como refuerzos en los estribos superiorespara que no se genere una apertura de la armadura en la fase de empuje.

En el caso de precisarse armaduras de mayor longitud, por condicionantes deproyecto, stas debern estar especialmente reforzadas para conseguir una buena

rigidizacin, para lo cual ser necesario que las barras longitudinales sean comomnimo de dimetro 16 mm y que se coloquen estribos rigidizadores de dimetromnimo 12 mm cada 50 cm., as como un refuerzo importante en la ltimo estribo, yaque, contra ste acta el empujador. Se evitar la existencia de solapes de armaduray, si fuera imprescindible el solape, se materializara de forma que est lo ms cercaposible de la punta del pilote reforzando especialmente la zona de solape con estribosrigidizadores. (Vase figura 2.24).

Figura 2.24: Esquema de laarmadura del pilote (IFC, 2008)


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A modo de curiosidad y con carcter excepcional para un CPI-8, se muestran acontinuacin unas imgenes de cmo queda el pilote perforado. Vanse figuras 2.25 y2.26.

Figura 2.25: Pilote perforado. Se aprecian las marcas helicoidalescreadas por los dientes de widia al perforar el terreno. (Aparicio,2008)

Figura 2.26: Se observa la profundidad del pilote (Aparicio, 2008)


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2.4. CONTROL DE PARMETROS

El Control de Parmetros consiste en aadir un software con una serie de chips a la

pilotadora para que registre en tiempo real ciertas magnitudes, como velocidad deavance de la barrena, velocidad de rotacin, presin de la bomba pero no hay unnmero de parmetros concreto (quiz porque todava no tienen ninguna utilidadespecfica), sino que cada empresa mide los que ella cree convenientes. Por tanto, noes suficiente con decir si una empresa tiene control de Parmetros o no, sino quetambin es importante saber cules mide. En Espaa ha sido introducidorecientemente, aproximadamente 2 aos.

Cabe destacar que para la realizacin de la presente tesina se ha utilizado el softwarey los datos correspondientes del sistema de Control de Parmetros de Llamada. Losdatos que registra sern presentados a continuacin. Sin embargo, a medida que

avanzaba la tesina y el entendimiento sobre este tema, he llegado a la conclusin deque los datos medidos por este software no son suficientes para llegar a algunaconclusin determinante, por lo que he comparado estos datos medidos con los deotras empresas de pilotes de mbito tanto nacional como internacional. El resto deempresas utilizan otro u otros software y miden ms parmetros que al final de latesina se vern si son necesarios para llegar a alguna conclusin

2.4.1. Ventajas del Control de Parmetros

Las ventajas del control de parmetros, a partir de la informacin obtenida en [3], sonlas siguientes:

Significativo incremento de datos tcnicos disponibles en las perforaciones. Mejora considerablemente la rapidez y exactitud de las interpretaciones. Definicin exacta de profundidades en donde se presenten zonas de debilidad

y fracturacin, huecos o cavidades y materiales de relleno. Correlacin rpida y de bajo coste, permitiendo confirmar la continuidad de las

condiciones del terreno, con continuo registro de datos cualitativos. Capacidad de proveer asesoramiento semi-cuantitativo de la calidad del

terreno por medio del procesamiento de todos los datos registrados brindandouna medida de la energa especfica requerida para la perforacin.

Mnimos costes adicionales, con similares rangos de produccin, comparadoscon tcnicas convencionales de perforacin.

Permite la posible reduccin del nmero de sondeos, por lo tanto reduccin delos costes de investigacin.

Los resultados se obtienen en tiempo real. Puede ser usado como herramienta para asesorar efectos y consecuencias

entre tcnicas de perforacin y valores de recuperacin de testigos. Permite, mediante la interpretacin de datos registrados en grficos, la rpida

toma de decisiones en terreno ante riesgos potenciales.


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2.4.2. PILOTES Y OBRAS SA

A partir de la informacin obtenida en [4-1]

Software utilizado: Llamada

Registro de los siguientes parmetros:

Presin de Perforacin Velocidad de Rotacin Velocidad de Avance

Perfil del Pilote Presin de Hormigonado Velocidad de Ascenso

Los tres primeros corresponden a los parmetros medidos durante la perforacin y lostres ltimos son parmetros medidos durante el hormigonado. Obviamente, para larealizacin de esta tesina slo sern tenidos en cuenta los relativos a la perforacin.

Por tanto, para la realizacin de la tesina se estudiar la relacin entre Presin dePerforacin, Velocidad de Rotacin y la Velocidad de Avance con el valor de SPT.

El funcionamiento del software es anlogo al funcionamiento del sistema Tara-log, queser explicado con detalle ms adelante.

A continuacin se muestra una ficha tipo de los parmetros medidos tras la ejecucinde un pilote. (Vase figura 2.27).


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Nota: La explicacin del primer valor, MT PAR DE PERFORACIN es incorrecta. Setrata de la Presin de la Bomba hidrulica (bar) y no del par motor (kN.m). La

correspondiente relacin entre ambos ser detallada en el apartado 2.7.

Figura 2.27: Ficha de control de parmetros del software Llamada (Llamada, 2008)


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2.4.3. Ifc international foundation company

Software utilizado: Tara-log [5]

(Vase figura 2.28)

Registro de los siguientes parmetros:

Inclinacin Empuje Par de perforacin Velocidad de perforacin Velocidad de izado

Presin de hormigonado Caudal de hormigonadoFigura 2.28: Ordenador de control

De Parmetros (Ifc, 2008)

Funcionamiento

La ejecucin del pilote se controla utilizando un sistema de monitorizacinespecialmente diseado. Esto facilita al maquinista, controlar en tiempo real el registrode parmetros, los cuales aseguran la correcta instalacin del pilote y permite teneruna gran seguridad de la calidad del pilote acabado. (Vase figura 2.29).

Figura 2.29: Esquema de funcionamiento del software Taralog (Ifc, 2008)


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El equipo de medida instalado en la mquina de pilotes consta de varios sensoresconectados todos ellos a una unidad central del tipo Tara-log. Estos van montados endeterminados lugares del equipo de perforacin y la bomba de inyeccin de hormign(polea, latiguillos, cabeza de rotacin) registrando parmetros durante la ejecucin delos pilotes.

Esta unidad permite registrar, procesar y almacenar digitalmente los datos en unaunidad de memoria extrable (Memobloc), la cual a su vez, sirve para transferir losdatos a un ordenador PC compatible, a travs de una unidad lectora (Memolec SC),aunque la transferencia de los datos puede realizarse tambin mediante una conexindirecta tipo RS-232 al ordenador.

Una vez almacenados los datos, estos se tratan y editan desde un programaespecfico, el cual permite introducir datos e informacin diversa sobre lascaractersticas de la obra, imprimir los registros correspondientes, as como visualizar

la evolucin de los diferentes parmetros en funcin de la profundidad.

Registros

Los registros permiten visualizar la evolucin que los diferentes parmetros deperforacin e inyeccin tienen con la profundidad. El anlisis de datos as como elperfil del pilote, la presin de hormigonado y la velocidad de subida durante laejecucin, permiten analizar la geometra y regularidad de los pilotes realizados. Asmismo se puede comprobar, entre otros datos, la longitud de los pilotes para verificarque se corresponden con los reflejados en los partes de obra y que cumplen con las

profundidades preestablecidas.

La posibilidad de controlar los procesos implicados en la realizacin del pilote dota alsistema de una calidad aadida sobre otros sistemas de pilotaje debido a que seobtiene un gran control sobre la ejecucin de forma que, no solamente el operariopuede ir viendo en tiempo real el resultado del proceso seguido, sino que es posiblealmacenar los datos obtenido en fase de puesta en obra, en formato electrnico, para,de esta forma, realizar controles a posteriori. Este aspecto resulta crtico en la fase dehormigonado, por el hecho que puede dibujarse el resultado del pilote, en la pantalladel operario, disminuyendo al mnimo las posibilidades de una mala ejecucin delpilote (corte del pilote).

En las figuras siguientes se puede ver una representacin grfica tpica de la salida delordenador de la mquina, en esta figura se aprecian toda una serie de diagrafas dediversos parmetros, las cuales permiten obtener gran cantidad de informacincualitativa de las caractersticas del terreno atravesado y de las posible incidenciasacaecidas en la fase de perforacin. Es interesante ver que es posible hacer unarepresentacin de la forma que tiene el pilote en funcin de la elaboracin de varios delos parmetros controlados, concretamente el caudal de hormign inyectado, laprofundidad a la que se ha inyectado y la velocidad a la que se elevaba la herramienta.

A continuacin se muestra una ficha tipo de los parmetros medidos tras la ejecucinde un pilote. (Vase figura 2.30).


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Nota: Se aprecia que el software tara-log mide la velocidad de rotacin y la velocidadde avance de la barrena (igual que el software llamada), pero que mide directamenteel par motor en vez de la presin de la bomba y adems mide el empuje vertical (pull-down).

Figura 2.30: Ficha de control de parmetros del software Tara-log (Ifc, 2008)


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2.4.4. Otras Empresas Con Control De Parmetros

2.4.4.1 C.F.A. SOILMEC-GROUND ENGINEERING EQUIPMENT

Software utilizado: Taralog (ya explicado anteriormente). [6]

2.4.4.2 EMERSON MOORE Geosciences Ltd

Software utilizado: MWD [3]

Emerson Moore Geosciences Ltd ofrece la medicin y el registro de los siguientesparmetros:

Velocidad de perforacin

Par motor

Presin de fluido de perforacin

Presin de trpano/coronaPresin de martillo de fondo

Rango de penetracin (Rate of Penetration)


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2.5. CLCULOS DEL PAR MOTOR

Los parmetros que nos interesarn para correlecionarlos con el SPT sernexclusivamente los parmetros medidos durante la perforacin; es decir, la presin de

la bomba, la velocidad de rotacin y la velocidad de avance de la barrena.Es importante, volver a destacar que lo que mide en las hojas de registro deparmetros es la presin de la bomba y no el par motor, aunque para buscarcorrelaciones lo que nos interesa es el par motor. La forma para calcularlo se muestraa continuacin. Los trminos utilizados sern: P= potencia; w= trabajo; t= tiempo; d=distancia; v= velocidad; Q= caudal; S= superficie; T= par motor; rpm= vueltas porminuto).

2.5.1. Bomba hidrulica

Como se puede observar en el esquema adjunto, el motor diesel de la pilotadora estconectado a una bomba hidrulica y sta al compresor (cambio de marchas)

Potencia en la bomba hidrulica

vFt

dF

t

wP *

*=== [N*m/s] [2.6]

Caudal en la bomba hidrulica (constante)

S

QvSvQ == * [m*s] [2.7]

A partir de las dos frmulas anteriores

QpS

QFP *

*== [Pa *m3/s] [2.8]

SiendoS

Fp = [2.9]

Por tanto, en la bomba hidrulica:

Potencia del motor = presin del fluido*Caudal [2.10]


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2.5.2. Mesa de rotacin-Cambio de marchas

Potencia= Par motor * Velocidad de giro del motor [2.11]

A partir de las de ecuaciones de la potencia en la bomba hidrulica y de la mesa derotacin:

Potencia del motor = presin del fluido*Caudal= Par motor * Velocidad de giro [2.12]

Por tanto, despejando el par motor:

Par motor = (presin del fluido*Caudal) / Velocidad de giro [2.13]

rpm

QpT

*= [2.14]

La presin del fluido y las revoluciones por minuto son datos medidos por el sistemade control de parmetros, as que pasemos a calcular el caudal en cada una de laspilotadoras:

2.5.3. Caudal en la Pilotadora 145-EVO

El motor est conectado a una Bomba Linde HPR-210 y a una Bomba Linde HPV-135.

(Todos los datos estn obtenidos a partir de la ficha tcnica, figura 2.8)

Q BombaLinde HPR-210 = 420l/min = 0,007 m3/s [2.15]

Q Bomba Linde HPV-135 = 270l/min = 0,0045 m3/s [2.16]

Por tanto, el caudal total es:

Q total= Q BombaLinde HPR-210 + Q Bomba Linde HPV-135 = 0,007 + 0,0045 = 0,0115 m3/s [2.17]


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2.5.4. Caudal en la Pilotadora 140-TT

El motor est conectado a una Bomba Linde HPR-160 y a una Bomba Linde BPV-200,trabajando al 50%.

(Todos los datos estn obtenidos a partir de la ficha tcnica, figura 2.7)

Q Bomba Linde HPR-160 = 320 l/min = 0,0053 m3/s [2.18]

Q Bomba Linde BPV-200 al 50% = 200 l/min = 0,0033 m3/s [2.19]

Por tanto, el caudal total es:

Q total= Q Bomba Linde HPR-160 + Q Bomba Linde BPV-200 al 50%= 0,0053 + 0,0033 =0,00858 m3/s

[2.20]


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2.6. SONDEOS Y ENSAYO DE PENETRACINESTNDAR (SPT).

Los clculos realizados a partir de los datos obtenidos del sistema de control deparmetros se van a correlacionar con los resultados del Ensayo de PenetracinEstndar. Dichos ensayos se realizan a medida que avanza el sondeo. Por tanto, seexplican el tipo de sondeo realizado en la obra y el procedimiento del StandardPenetration Test [7].

2.6.1. Sondeos de rotacin con extraccin de testigo continuo

El principio general consiste en ejercer presin sobre el terreno y al mismo tiempo la

accin rotativa mediante varillaje conectada a una cabeza giratoria (mandril). Laextraccin del material se efecta por bombeo de agua o cualquier otro fluido deperforacin. (Vase figura 2.31). La profundidad que se puede conseguir depende delos dimetros de perforacin , varillaje y sonda, y puede llegar a 100m. Dependiendodel tipo de terreno se utilizan diferentes tipos de corona: de widia constituida porcarburo de wolframio y usada en rocas blandas, y de diamantes, para terrenos msduros.

Figura 2.31: Equipo para realizacin de sondeo

Esta sonda nos permite la obtencin de muestras inalteradas y la realizacin deensayos de penetracin estndar (SPT). A travs de la investigacin del subsuelo conla extraccin de testigos continuos obtenemos la columna estratigrfica de la zonade estudio.(vase figura 2.32).


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Figura 2.32: Columna estratigrfica de un sondeo

Adems obtenemos parmetros fisicoqumicos y geomecnicos a la profundidad quedeseemos, centmetro a centmetro, que conjuntamente con el conocimiento geolgicode la zona nos permiten emitir conclusiones precisas. Un procedimiento interesantesera instalar un sistema de control de parmetros en el equipo de sondeo.

2.6.2. Ensayo de Penetracin Estndar (SPT)

2.6.2.1. Definicin

El ensayo de penetracin estndar (standard penetration test), es un tipo de prueba depenetracin dinmica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizarun reconocimiento geotcnico. Es el ensayo o prueba ms utilizado en la realizacinde sondeos.

Consiste en medir el nmero de golpes necesario para que se introduzca unadeterminada profundidad una cuchara cilndrica y hueca de dimetro exterior de 51milmetros e interior de 35 milmetros, que permite tomar una muestra, naturalmentealterada, en su interior. El peso de la maza est normalizado, as como la altura decada libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centmetros respectivamente.

2.6.2.2. Descripcin del ensayo SPT

Una vez que en la perforacin del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la que seha de realizar la prueba, sin avanzar la entubacin y limpio el fondo del sondeo, sedesciende el tomamuestras SPT unido al varillaje hasta apoyar suavemente en elfondo. Realizada esta operacin, se eleva repetidamente la maza con una frecuenciaconstante, dejndola caer libremente sobre una sufridera que se coloca en la zonasuperior del varillaje.

Se contabiliza y se anota el nmero de golpes necesarios para hincar la cuchara losprimeros 15 centmetros (N0 15).


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Posteriormente se realiza la prueba en s, introduciendo otros 30 centmetros,anotando el nmero de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15centmetros de penetracin (N15 30 y N30 45).

El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetracin estndar:

NSPT= N15 30 + N30 45 [2.21]

Si el nmero de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalosde 15 centmetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja de ser la sumaanteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debindose anotar tambin lalongitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPTen este punto se considera finalizado cuando se alcanza este valor.

Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60 centmetros, es frecuentehincar mediante golpeo hasta llegar a esta longitud, con lo que se tiene un resultadoadicional que es el nmero de golpes N45 60. Proporcionar este valor no estnormalizado, y no constituye un resultado del ensayo, teniendo una funcinmeramente indicativa.

tesis pilotes

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