Resumen cap 5 del manual de cimentaciones profundas

5. CONSTRUCCIÓN DE  CIMENTACIONES  PROFUNDAS

5.1     EQUIPO.

5.1.1   Grúas.

Son máquinas que  sirven para el levantamiento y manejo  de objetos pesados,  contando para ello con un  sistema    de  malacates  que   acciona   a  uno   o varios cables, montados sobre una  pluma y cuyos extremos terminan en gancho. Para facilitar su función,  la  unidad motriz y  los diferentes mecanismos de la máquina le permiten girar  alrededor de  un  eje  vertical y  a  la  pluma moverse  en un plano vertical. Pueden ser fijas  o móviles. Cuando   la  grúa   es móvil,  puede  trasladarse   por  sí     misma,  sobre orugas o ruedas dispuestas para tal fin. Las   plumas  de   las   grúas   pueden  ser  rígidas cuando están formadas por estructuras modulares (de tubo o de ángulo estructural), o   bien telescópicas cuando están formadas por elementos prismáticos que deslizan unos  dentro de otros.

5.1.2     Perforadoras.

Son máquinas  para  hacer barrenos  en  el  suelo, por rotación o por percusión. En   el   caso    de   las    rotatorias,   la   torsión   se transmite   por  medio    de   una    barra    en   cuyo extremo  inferior  se   coloca  una  herramienta  de avance tal como  una broca,  un bote cortador,  una hélice.   La   barra    se    hace   girar    con    algún mecanismo,  o bien se  levanta  y  se  deja caer  sobre el fondo de  la perforación,  lo cual da lugar  a  que las perforadoras  sean rotatorias  o  de  percusión, respectivamente.

5.1.3 Almejas e hidrofresas.

Se pueden también excavar pilas de seccion rectangular,   oblonga  o  alguna  combinación   de estas secciones, mediante  almejas hidráulicas guiadas,  integradas  por dos  quijadas  móviles que se accionan con cilindros  hidráulicos,  adosadas en la parte  inferior  de  un  barretón  o kelly  rígido,   de una  pieza  o telescópico. La   presión   hidráulica   del  sistema   se   genera mediante  una   unidad  de  potencia  que,   al  igual que  el equipo   de  excavación,  se  monta sobre una grúa de orugas. Esta operación también se puede realizar con una hidrofresa,  que  opera con tres  motores de  fondo, utilizando el principio de circulación inversa.

5.1.4 Vibrohincadores.

 Los vibrohincadores,  también llamados martillos   vibratorios,   son   máquinas   diseñadas para llevar a cabo el hincado o extracción de tubos o  perfiles  de   acero  en  el  suelo,  con  la   acción dinámica de un  generador de vibraciones. El   equipo   toma  su  energía  de   una  unidad  de potencia  formada  por  un   motor  de   combustión interna generalmente diesel que acciona un generador  eléctrico o una   bomba hidráulica,  con base  en contrapesos  excéntricos  de  rotación contraria. Con  un  sistema  de  control  remoto  se  arranca  o para el generador de vibraciones y se accionan mordazas hidráulicas  para  sujetar  los   tubos  o perfiles durante su hincado.

5.1.5 Osciladoras de ademes.

Equipos utilizados para hincar ademes,  con un movimiento   rotacional    alterno   y    una    fuerza vertical. Se utilizan combinados  con perforación rotatoria o la extracción de material con almeja de gajos. Usualmente están acoplados a una perforadora rotatoria sobre orugas, con la que se comparte la central  hidráulica,   aunque  también  operan  en forma independiente,  con una central propia.

 5.1.6 Desarenadores.

Se emplean para remover  partículas de  suelo en los  lodos  de  perforación.  El   lodo    circula    a    través    del   conjunto    de componentes  por medio  de  bombas y  tanques de almacenamiento temporal.

5.1. 7  Martillos para hincado.

Son equipos que  generan impactos  en serie para el hincado  de  pilotes.  Los   martillos   piloteadores   originales,   fueron masas  de   caída    libre,   que   se   colocaban   en posición   previa al  descenso mediante  sistemas manuales o mecánicos. Los más comunes,  son martillos de  combustión interna  que   emplean  diesel como  combustible para  levantar  la   masa  golpeadora,   al  mismo tiempo que se aprovecha su explosión   para incrementar el impacto del hincado. El ciclo  de  operación  de  los  martillos  diesel se inicia   con  la  caída   libre   de  un   pistón   guiado dentro de  un  cilindro  que,  al comprimir  el  aire en  el   interior   de   la   cámara   de   combustión, produce   el   encendido   y   explosión    súbita  del diesel previamente  inyectado. Los  martillos  de  doble  acción   utilizan  aire  o vapor,  que   se  inyecta  en  cilindros  superior  e inferior    del    martillo alternativamente, por medio  de una válvula accionada por un pistón. Con los martillos   hidráulicos, el pistón es levantado hidráulicamente y entonces  se  deja caer libre  o aceleradamente. Los  martillos neumáticos diferenciales, se utilizan primordialmente para empujar tubos horizontalmente, pero también se adaptan para hincar pilotes  de  acero.

5.2 CONSTRUCCIÓN  DE PILAS.

Las pilas  de cimentación tradicionalmente se construyen  empezando  por perforar el suelo  con algún procedimiento,  en seguida se coloca el acero de   refuerzo  y  finalmente  se   vacía   el  concreto dentro  de  la  excavación.  

5.2.1  Perforación.

El  proceso   de   perforación   puede   dividirse   en varias   etapas:    aflojar   el    suelo,    retirarlo    o removerlo y el soporte temporal de la perforación. Para cada  etapa,  distintas  técnicas,  herramientas y equipos  pueden utilizarse, dependiendo del tipo de    suelo    a    perforar,    la     geometría    de    la perforación, las condiciones estratigráficas e hidráulicas  y  las  condiciones  ambientales  en  el sitio de trabajo.

a) Aflojar el suelo

Corte: Almeja de gajos. Esta herramienta tiene forma semicircular y penetra en el suelo por caída  libre, compensando  el  peso   de   la   almeja  contra   las fuerzas  ascensionales  causadas  por la  acción   de cerrado de los gajos. Encajar los gajos en el suelo incrementa la penetración   de   la   almeja.   Si   los   gajos   están soportados  adecuadamente  en la  estructura principal  de   la   almeja,  pueden  servir  también como trépano en estratos muy duros.

Ripeado: Dientes   de   bala-botes,   brocas.   El  ripeado   de suelos duros o roca se realiza con dientes,  de tipo de punta de bala, o con aplicaciones de carburo de tungsteno;  se colocan  con un  ángulo  de ataque,  y    cortan  un   trozo  de  suelo durante  la rotación de la herramienta de perforación. Posteriormente,   el   resto   del   suelo   o   roca   es removido con herramientas equipadas con dientes planos.

Corte por percusión: Con este procedimiento, una  carga puntual alta se aplica  en la roca  al fondo del barreno, mediante la cual   el  material  es  pulverizado   en  el  punto   de contacto, permitiendo la  penetración de la punta. Simultáneamente, el incremento de esfuerzos alrededor  de  la  punta  se  torna  en  una fragmentación lateral de la roca.

Presión vertical estática: Este   proceso   de   aflojar   suelo   utiliza   rodillos armados con puntas de carburo de tungsteno, que giran  con  una   presión  vertical  en  el fondo    del barreno, contra la superficie  de la roca. El uso  de lodos  de  perforación es  necesario en  la mayoría de las  aplicaciones,  para enfriar  la broca y elevar el corte a la superficie. El uso  de lodos  de  perforación es  necesario en  la mayoría de las  aplicaciones,  para enfriar  la broca y elevar el corte a la superficie.

b) Remoción de suelo

Transporte intermitente de material: Con  este  procedimiento,  el suelo es  recogido   del fondo    de   la   perforación   con   la   herramienta, extraído a la superficie y depositado ahí. La herramienta   regresa   dentro  del agujero.

Transporte continúo de material: Durante   la   remoción  continua   de   material,   el suelo  cortado  es  mezclado  con  un  agente  fluido (agua,    bentonita,    polímero)    y   extraído    a    la superficie.   Si  el  agente  es  agua  simple   o  algún aditivo  como   polímero,   se   utilizan  tanques  de sedimentación,    para   separar    los    sólidos    del líquido.    En  caso   de   lodo   bentonítico,    se   han desarrollado sistemas de separación,  que incluyen mallas e hidrociclones. Existen   tres   tipos  de   transporte  continuo   de material en pilas:

• Flujo directo
• Flujo indirecto
• Hélice  continúa.

5.2.2 Soporte  temporal.

La    protección    de    la    perforación    puede   ser requerida por la inestabilidad  propia  del material o por la presencia  del agua  freática. Tal  protección,  que  puede incluir además de  las paredes el fondo  de la perforación, puede lograrse con el uso  de  ademes metálicos,  como se describe a continuación o con lodos  de perforación como se indicará en el siguiente apartado.

a) Ademes metálicos

Los   ademes  metálicos   son   tubos    de   diámetro acorde  al de la perforación requerida para  la  pila. El espesor de  la  pared del tubo es función de  los esfuerzos   a   que    estará   sometido   durante   su hincado y extracción y su longitud depende de los problemas  de  inestabilidad  particulares  de  cada caso. Para  la   instalación   de   ademes   metálicos,   se pueden utilizar tres procedimientos:

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