ES2361867A1 - Método de fabricación, hincado e inyección de pilotes subacuáticos. - Google Patents
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Abstract
Método de fabricación, hincado e inyección de pilotes subacuáticos que sirvan de cimentación para cualquier estructura o plataforma en el que se parte de un pilar o tubo (4) al cual, durante la fabricación, se le ha introducido un pilote (5) en su interior.El método resuelve todos los casos posibles, independientemente de que el terreno tenga poca resistencia o que la carga sea muy elevada pues existen varias soluciones que el sistema adopta para resolver todos los problemas y que son: hincado del pilote sobre el terreno, inyección central y por el bulbo, inyección perimetral e inyección radial.Además se incluyen pruebas de carga y un sistema de empotramiento del pilar en la losa o estructura que vaya a sustentar.
Description
Método de fabricación. hincado e inyección de
pilotes subacuáticos.
La presente invención se engloba dentro del
sector técnico de la construcción de estructuras fijas en el agua,
más concretamente, a los métodos de hincado e inyección de pilotes
subacuáticos, para la sustentación de plataformas marinas o
equivalentes.
\vskip1.000000\baselineskip
La ejecución de pilotes en el fondo de zonas
inundadas, presenta dificultades mayores que en tierra.
Normalmente se resuelve con barcos o artefactos
flotantes especialmente diseñados para ello, los cuales sujetan el
tubo que va a constituir el pilote en vertical, lo apoyan en el
fondo y lo golpean secuencialmente con una maza de peso adecuado,
hasta conseguir hincarlo una profundidad en el fondo del mar, tal
que la resistencia conjunta a la hinca de la punta (azuche) y de
rozamiento en el fuste produzcan rechazo, es decir, que el pilote no
se hinque o lo haga en una longitud determinada con un número n de
golpes de la maza.
La solución es adecuada para la hinca de pilotes
que han de extenderse desde el fondo hasta una cierta altura sobre
la superficie del agua. Es cara, exige de equipos muy especializados
y plantea problemas de impactos medioambientales que pueden llegar a
ser graves.
Otra forma de ejecutarlos es colocar de igual
forma un tubo guía en vertical, apoyarlo en el fondo e introducir en
su interior un tubo que va a ser el pilote final. Por el interior de
este tubo se introduce una cabeza taladradora y mangueras para la
inyección de agua. La taladradora va removiendo los sedimentos y el
agua presión los eleva hacia la parte superior del tubo guía, desde
donde se conduce a depósitos o lo que es mas común se vierten al
mar. La retirada de sedimentos hace que el pilote se vaya hincando
hasta la longitud prevista, en este momento, es necesario inyectar
una lechada de cemento, para unir el pilote al terreno. También se
puede mejorar la capacidad portante del pilote haciendo inyecciones
repetitivas y selectivas, tanto en la punta como a lo largo de todo
el fuste. Terminada la hinca e inyección se retira el tubo guía y
queda un pilote terminado y sobresaliendo sobre el nivel del
fondo.
Para que este pilote sea útil es necesario
unirlo a la estructura que ha de sustentar, haciendo un encepado
submarino de hormigón.
Todas estas operaciones son muy costosas,
complicadas de ejecución, de calidad difícilmente asegurable,
producen impactos medioambientales negativos y exigen de equipos muy
especializados y condiciones climatológicas adecuadas.
En definitiva, existe la necesidad de hacer una
cimentación de pilotes subacuáticos, sin impacto medioambiental y a
precios económicamente competitivos.
\vskip1.000000\baselineskip
El método de hincado e inyección de pilotes
subacuáticos objeto de la presente invención presenta la forma de
resolver los problemas técnicos anteriormente expuestos.
Para resolverlo, es necesario diseñar un nuevo
tipo de pilote y el sistema de introducción en los elementos
verticales de las estructuras, creando un procedimiento integrado de
fabricación, introducción en el interior de los elementos verticales
de las estructuras, hinca, inyección, prueba de carga y el
empotramiento a las cimentaciones de tal manera que estas se
configuran como cimentaciones mixtas de losas y pilotes.
Se ha partido de los elementos ya existentes en
las plataformas o estructuras y se ha desarrollado un sistema que
permite utilizarlos evitando los tubos guía y la contaminación del
medio.
Los elementos a utilizar son los tubos
verticales o pilares existentes en los vértices de las estructuras
verticales portantes de las plataformas que se quieren fijar al
fondo con la cimentación e incluso en la torre del aerogenerador, si
es lo que se va a instalar sobre la plataforma.
El método consiste en introducir (con un
procedimiento automatizado que a continuación se detalla) y durante
la fabricación en tierra de los pilares o en los tubos situados en
los vértices de la torre, un pilote especialmente diseñado dentro de
cada uno de dichos tubos. Una vez que el pilote está en el interior
del pilar se cierra el tubo por arriba con un tapón hermético
roscado, se coloca sobre el pilote una junta tórica y sobre la junta
tórica un tapón de reparto de
carga.
carga.
\newpage
Como los dos tapones interesa recuperarlos para
su reutilización, se pone un cable de unión entre ambos elementos
que permita recuperarlos después.
La fabricación de los pilotes se realiza en
tierra, en una instalación anexa a la de fabricación de las
estructuras de celosía, en cuyos elementos verticales se van a
introducir.
A esa instalación anexa llegan una serie de
contenedores de tubos para pilotes y las piezas complementarias
siguientes: mallazos de acero, tubos de empotramiento en el
encepado, azuches completos y tapones para la inyección perimetral
por el fuste, es decir, todos los elementos necesarios para la
fabricación del pilote.
Un puente grúa toma un tubo y lo coloca sobre un
virador. Paralelo al virador existen dos guías, una a cada lado, en
las que se apoya un cabeza punzonadora hidráulica, provista de
punzones rectangulares intercambiables. Sobre la punzonadora, existe
un pilar, con placa de deslizamiento sobre una guía, dispuesta a 90º
sobre el pilar. En el extremo opuesto del virador y fija en el suelo
existe otra cabeza punzonadora igual, con un pilar y apoyo fijo de
la guía horizontal. En la guía horizontal existen un conjunto de
taladros verticales todos ellos, colocados sobre placas de
desplazamiento y dotados de piñones motorizados, para desplazarse
sobre la cremallera fijada a la guía.
La punzonadora libre se desplaza por las guías
paralelas, para adaptarse a la longitud del tubo para pilote o
empotramiento en cada caso. Las punzonadoras situadas en cada
extremo del tubo, realizan una escotadura cada una. Simultáneamente
los taladros, que de forma automática se habrán situado en la
posición establecida, realizarán un conjunto de taladros
alineados.
Realizadas las perforaciones y los punzones, los
taladros se elevan y la punzonadora se abre para permitir que el
virador, sobre el que está colocado el tubo, gire un ángulo
determinado. Se repite la operación de punzonado y taladrado del
mismo modo cuantas veces sea necesario.
Cuando han concluido estas operaciones, el
puente grúa retira el tubo y lo coloca sobre un conjunto de diábolos
paralelos de altura variable y algunos motorizados que sirven para
sustentar y desplazar el tubo en sentido longitudinal.
El puente grúa toma un cilindro de mallazo de
acero prefabricado que tiene un diámetro inferior al interior del
tubo y lo coloca sobre los diábolos de altura variable; se ajusta la
altura y se desplazan longitudinalmente hasta introducir el mallazo
totalmente en el pilote.
Entonces el operario de servicio, dobla los
verticales del mallazo, hacia el exterior, por las escotaduras
punzonadas.
El puente grúa toma otro cilindro de mallazo y
lo coloca sobre los diábolos de elevación, estos ajustan su altura
para permitir que el pilote con la armadura interior ya colocada se
impulse en sentido contrario por los diábolos motorizados que lo
sustenta y los introduzcan dentro de la armadura exterior.
El operario de servicio dobla los verticales del
mallazo, hacia el interior, por la escotaduras, el puente grúa
retira el pilote a una zona de acopio o almacenaje y el personal de
servicio coloca el azuche, los tapones perimetrales para la
inyección del fuste y la junta tórica y el resto de las piezas
necesarias para la hinca e inyección de los pilotes.
Cuando la estructura de celosía que se fabrica
en una instalación paralela está preparada, el puente grúa coloca
los pilotes terminados sobre unos diábolos que los impulsan hasta
introducirlos totalmente en el interior de los tubos longitudinales
que forman parte de la estructura de celosía.
Una vez que se tienen los tubos con los pilotes
dentro, el procedimiento de hinca del pilote es sencillo.
Se parte de una bomba auxiliar que lleva agua a
un depósito. Una bomba principal (caudal y presión constante) manda
agua desde ese depósito a un regulador. Del regulador sale agua a
presión y caudal variable. De ese regulador salen tantas mangueras
como pilotes se quieran hincar simultáneamente. Esa manguera de agua
se atornilla arriba, en el tapón que a su vez hemos roscado sobre el
pilar. Sobre el agujero para agua a presión se conecta una manguera
de agua y se comienza a meter agua en el espacio que queda entre el
tapón de acero de reparto de cargas y la junta de estanqueidad. Al
aumentar la presión comprime primero la junta y mejora el cierre de
la misma y al seguir aumentando la presión se comienzan a hincar los
pilotes en el terreno.
El pilote, tiene un azuche (cono de hormigón
prefabricado con junta de goma) debajo que facilita la hinca. Se
sigue aumentando la presión y sigue bajando el pilote, hasta que la
presión que tenemos que ejercer, (presión del agua) para clavar el
pilote multiplicada por la superficie de la base del pilote resulta
la carga que se desea que aguante el pilote.
Ocurrirá que, como la resistencia del suelo es
distinta en cada emplazamiento, se encuentren pilotes hincados a
distinta profundidad, pero todos con la certeza de que aguantan la
carga prevista.
Por tanto, esta manera de hincado de pilotes
tiene la ventaja de que el propio hincado supone una prueba de carga
suficiente que evita el tener que sobredimensionar la cimentación,
de manera que se hinquen a la altura necesaria y justa, reduciendo
costes y sin detrimento de la seguridad.
Este método además es de gran importancia para
el ámbito científico de cálculo de pilotes subacuáticos ya que en
tierra, los métodos de cálculo de pilotes se basan en miles de
experiencias que dan lugar a las normas, sin embargo, en suelos
inundados hay poca experiencia y sigue existiendo la duda de si es
apropiado aplicar los métodos de cálculo de pilotes en tierra o no.
Por tanto, el tener prueba de carga en el mar supone la certeza de
estar aplicando la carga correcta y además ayuda a conocer los
métodos de cálculo en el mar y saber si es o no apropiado aplicar
los métodos de cálculo de pilotaje en tierra.
Pero para conseguir en el pilote la resistencia
requerida, es necesario empotrarlo a la cimentación. Para ello en la
cimentación se habrá colocado un tubo (de mayor diámetro que el del
pilote, fabricado en la misma forma que se ha descrito, es decir con
entalladuras para la colocación de armaduras exteriores e
interiores) antes de verter el hormigón. Al verterlo y una vez
fraguado el tubo quedará sólidamente unido a la cimentación por sus
armaduras exteriores, quedando las interiores para la unión con las
exteriores del pilote con la inyección de lechada de cemento a
través de los tubos.
Dispuestos perimetralmente al pilote y en el
espacio existente entre el interior del tubo vertical y el exterior
del pilote, quedando este sólidamente unido a la cimentación.
Así pues, este sistema de hincado de pilotes
presenta una serie de ventajas adicionales como son el permitir
hincar varios pilotes de forma simultánea y que se trate de un
método que no produce ruido, ni contaminación, ni turbidez en el
agua y no tiene ningún impacto sobre el mar.
Se acaba de presentar el sistema de hinca de
pilotes, pero ocurre que no siempre se cumplen los requisitos
necesarios de poca carga y buen suelo para que sea suficiente una
sustentación con los pilotes simplemente hincados, en muchas
ocasiones se hace indispensable la inyección de pilotes con lechada
de cemento, tal y como se explica a continuación.
Existen varios tipos de inyección, en función de
que se necesite más o menos resistencia en el pilote: inyección
central del pilote, para aumentar el tope estructural del tubo,
inyección de bulbo bajo el azuche, para incrementar la resistencia
de punta e inyección perimetral e inyección radial, para mejorar la
resistencia por fuste.
Para llevar a cabo la inyección central de
pilotes, el tapón de cierre tiene un agujero por el que se inyecta
lechada de hormigón.
Para incrementar el tope estructural del tubo
basta con inyectar en su interior que provisto de armaduras de
acero, como se ha dicho, constituirá una estructura de hormigón
armado y acero de mayor tope estructural que el del tubo y se
conseguirá el objetivo.
Si es necesario incrementar aún más la
resistencia del pilote caben tres alternativas: incrementar la
resistencia de fuste, de punta o ambas y todas ellas las resuelve el
sistema aquí reivindicado.
Para incrementar la resistencia de fuste basta
con comenzar a inyectar por una serie de tubos perimetrales lechada
desde el inicio de la hinca. El azuche, al ser de mayor diámetro que
el pilote, irá abriendo una perforación en el fondo de ese diámetro,
el espacio hasta el pilote se llenara simultáneamente de lechada, el
pilote tendrá armaduras exteriores en toda su longitud, que armaran
la lechada y la sujetarán firmemente al tubo, de esta forma se
consigue incrementar el diámetro del pilote y en consecuencia la
superficie lateral y mejorar el coeficiente de rozamiento y en
consecuencia la resistencia.
Si es necesario incrementar aún mas la
resistencia por fuste, se puede recurrir al sistema de inyección,
puntual, radial y a lo largo de todo el fuste. Para ello el sistema
prevé la realización de líneas de taladros paralelas a lo largo de
todo el fuste y separadas entre sí un arco de circunferencia de los
grados necesarios. En el proceso de fabricación, se habrán
introducido a presión en cada taladro, un tapón de material
elastómero duro, al que se habrá unido en su base un cable de acero
en cuyo extremo opuesto tiene un gancho que se enganchará a la
armadura interior del pilote durante la fabricación, quedando por
tanto todo el cable dentro del pilote. Inyectando lechada al
interior del tubo, como se hace para aumentar su tope estructural,
primero se rellena el interior del tubo y se sigue aumentando la
presión, hasta superar la presión de introducción de los tapones;
estos, al ver superada la presión con la que se introdujeron,
saldrán disparados radialmente hacia el terreno perforándolo,
arrastrando el cable unido en su base y abriendo una perforación que
se llenará de lechada armada por el cable y unida a la armadura
interior y por tanto al hormigón armado del interior del pilote. El
sistema permite seguir incrementando la aportación de lechada al
interior del pilote y la presión para provocar la salida al terreno
de más lechada y por tanto incrementar el área de consolidación
perimetral.
En cuanto a incrementar la resistencia de punta
pueden darse dos circunstancias: la primera es que no haya sido
necesario realizar la inyección radial y la segunda que sí. Ambos
casos los resuelve el sistema de una forma fiable y sencilla, basada
en el mismo sistema de tapones de resistencia programada, En este
caso el azuche dispone de un tapón de mayor diámetro que los tapones
radiales del fuste y por tanto de mayor resistencia de salida.
Estando terminada o en fase de alta presión la inyección central, el
tapón se disparará hacia el fondo provocando la salida de los
cables, varios en este caso y formando un bulbo armado, de la
dimensión que se quiera en función de que se inyecte más o menos
lechada. Si fuera el primer caso es decir pilotes sin inyección
radial, el sistema funcionará en la misma forma.
Si se necesita incrementar las resistencias de
fuste y punta basta con realizar sucesivamente los procedimientos
descritos.
El problema que se origina cuando se inyectan
los pilotes es que no es posible conocer en forma directa su
capacidad de carga puesto que esta depende de las resistencias de
materiales que han de fraguar.
Para superar ese problema, se instalan unos
tubos que sobresalen por encima del pilar con una junta de pistón.
Una vez que el pilote está inyectado y fraguado con esos tubos se
hace una prueba de carga a tracción y a compresión.
Para no perder todo el equipo y todos los tubos,
existe un elemento roscado, el tapón de tracción, que es el elemento
donde se unen al final todos los tubos, para hacer la prueba de
tracción. Una vez hecha la prueba se pueden extraer los tubos,
desenroscando el tapón y sacando los tubos por arriba. Así pues,
todos los elementos son recuperables.
Con este sistema también se resuelve el problema
de unir el pilote a la estructura que ha de sustentar, haciendo un
encepado submarino de hormigón simultáneamente a la hinca y a la
inyección.
Por tanto y tal y como se ha visto con
anterioridad, existen varias soluciones a las que el sistema se
adapta para resolver los problemas del estado de la técnica:
- 1.
- La hinca del pilote sobre el terreno. Permite prueba de carga directa en cada hinca.
- 2.
- Inyección central y por el bulbo. Se mejora el tope estructural de los pilotes y se refuerza la resistencia de hinca, por punta. No permite prueba de carga directa en cada hinca.
- 3.
- La inyección perimetral que permite conseguir un pilote de mucho más diámetro hormigonando el espacio que queda entre el tubo y el pilote.
- 4.
- La inyección radial a lo largo de toda la altura de fuste del pilote. Tiene dispositivo para hacer prueba de carga una vez fraguado el hormigón.
\vskip1.000000\baselineskip
En todos los casos el sistema de empotramiento
del pilar en la losa o estructura es el mismo (tubo empotrado con
armadura).
El usar un método u otro depende de la relación
entre la resistencia del suelo y la carga que se vaya a aplicar, así
como la actividad sísmica existente en el lugar de la
instalación.
Es por esto que es tan bueno y tan necesario
este sistema capaz de adaptarse a cualquier situación.
\vskip1.000000\baselineskip
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña un juego de dibujos
donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado
lo siguiente:
Figura 1: Despiece de la parte superior del
tubo.
Figura 2: Vista en planta del tapón de cierre
superior.
Figura 3: Vista en planta del tapón de reparto
de carga.
Figura 4: Vista en planta de la junta
tórica.
Figura 5: Diagrama de bloques del proceso de
hinca de pilotes.
Figura 6: Diagrama de bloques del proceso de
inyección de pilotes.
Figura 7: Alzado y planta de la parte central
del tubo.
Figura 8: Alzado y planta de las armaduras del
tubo.
Figura 9: Alzado de las armaduras del pilote y
azuche.
\newpage
A continuación se proporciona un listado con las
referencias utilizadas en las figuras:
- (1)
- Tapón de cierre superior del tubo.
- (1')
- Cuerda de recuperación.
- (2)
- Tapón de reparto de carga.
- (3)
- Junta tórica.
- (4)
- Tubo vertical del pilar.
- (5)
- Pilote.
- (6)
- Válvulas (orificios).
- (7)
- Tubos pasantes para inyección perimetral.
- (8)
- Tapón guía auxiliar.
- (9)
- Tubos para ensayos de tracción.
- (10)
- Tapón de estanqueidad secundaria.
- (11)
- Tubo para inyección central.
- (12)
- Tapón principal con junta tórica, para hinca por presión hidráulica.
- (13)
- Juntas tóricas.
- (14)
- Pilote o Tubo de empotramiento en la cimentación con sus armaduras de empotramiento.
- (15)
- Armaduras del pilote.
- (16)
- Armaduras exteriores de empotramiento del tubo del encepado.
- (17)
- Armaduras interiores de empotramiento del tubo del encepado.
- (18)
- Espacio para hormigonado del empotramiento.
- (19)
- Azuche.
- (20)
- Tapón del azuche.
\vskip1.000000\baselineskip
Para lograr una mayor comprensión de la
invención a continuación se va a describir, en base a las figuras
presentadas, el método de fabricación, inyección e hincado de
pilotes subacuáticos que se reivindica.
Según se observa en la figura 1, se parte de un
pilar o tubo (4) al cual, durante la fabricación, se le ha
introducido un pilote (5) en su interior. El tubo (4) se cierra por
arriba con un tapón hermético roscado (1). Sobre el pilote (5) se
coloca una junta tórica (3) y sobre la junta tórica (3) un tapón de
reparto de carga (2). Para la recuperación de los tapones (1, 2) se
instala un cable de unión o cuerda de recuperación (1').
Como se observa en la figura 2, el tapón
hermético roscado (1) tiene una serie de orificios (6) destinados a
la introducción de tubos y válvulas, tal y como se explicará más
adelante.
En la figura 3 también se observa la vista en
planta del tapón de reparto de carga (2) con un orificio en el
centro, al igual que lo tiene la junta tórica (3, figura 4) cuya
utilidad se explica más adelante.
Antes de comenzar a detallar el proceso de
hincado de los pilotes (5) se va describir el procedimiento de
fabricación de los mismos y su introducción dentro del tubo (4) (Ver
figuras 8 y 9).
La fabricación de los pilotes (5) se realiza en
tierra, en una instalación anexa a la de fabricación de las
estructuras de celosía, en cuyos elementos verticales o tubos (4) se
van a introducir los pilotes (5) una vez fabricados.
A esa instalación anexa llegan una serie de
contenedores de tubos para pilotes (5) y las piezas complementarias
siguientes: mallazos de acero (15, 16, 17), tubos de empotramiento
en el encepado, azuches completos (19, 20) y tapones para la
inyección perimetral por el fuste, es decir, todos los elementos
necesarios para la fabricación del pilote (5). El proceso de
fabricación del pilote (5) es el siguiente:
- \bullet
- Un puente grúa toma un tubo (5) y lo coloca sobre un virador. Paralelo al virador existen dos guías, una a cada lado, en las que se apoya un cabeza punzonadora hidráulica, provista de punzones rectangulares intercambiables. Sobre la punzonadora, existe un pilar, con placa de deslizamiento sobre una guía, dispuesta a 90º sobre el pilar. En el extremo opuesto del virador y fija en el suelo existe otra cabeza punzonadora igual, con un pilar y apoyo fijo de la guía horizontal. En la guía horizontal existen un conjunto de taladros verticales todos ellos, colocados sobre placas de desplazamiento y dotados de piñones motorizados, para desplazarse sobre la cremallera fijada a la guía.
- \bullet
- La punzonadora libre se desplaza por las guías paralelas, para adaptarse a la longitud del tubo para pilote (4) o empotramiento en cada caso. Las punzonadoras situadas en cada extremo del tubo, realizan un punzón cada una.
- \bullet
- Simultáneamente los taladros, que de forma automática se habrán situado en la posición establecida, realizarán un conjunto de taladros alineados.
- \bullet
- Realizadas las perforaciones y los punzones, los taladros se elevan y la punzonadora se abre para permitir que el virador, sobre el que está colocado el tubo, gire un ángulo determinado.
- \bullet
- Se repite la operación de punzonado y taladrado del mismo modo cuantas veces sea necesario.
- \bullet
- Cuando han concluido estas operaciones, el puente grúa retira el tubo (5) y lo coloca sobre un conjunto de diábolos paralelos de altura variable y algunos motorizados que sirven para sustentar y desplazar el tubo en sentido longitudinal.
- \bullet
- El puente grúa toma un cilindro de mallazo de acero prefabricado (15) que tiene un diámetro inferior al interior del tubo (5) y lo coloca sobre los diábolos de altura variable; se ajusta la altura y se desplazan longitudinalmente hasta introducir el mallazo (15) totalmente en el pilote (5).
- \bullet
- Entonces el operario de servicio, dobla los verticales del mallazo, hacia el exterior, (15) por las escotaduras punzonadas.
- \bullet
- El puente grúa toma otro cilindro de mallazo (16) y lo coloca sobre los diábolos de elevación, estos ajustan su altura para permitir que el pilote con la armadura interior ya colocada se impulse en sentido contrario por los diábolos motorizados que lo sustenta y los introduzcan dentro de la armadura exterior.
- \bullet
- El operario de servicio dobla los verticales del mallazo, hacia el interior, por la escotaduras.
- \bullet
- El puente grúa retira el pilote a una zona de acopio o almacenaje y el personal de servicio coloca el azuche (19, 20), los tapones perimetrales para la inyección del fuste y la junta tórica (3) y el resto de las piezas necesarias para la hinca e inyección de los pilotes (5).
- \bullet
- Cuando la estructura de celosía que se fabrica en una instalación paralela está preparada, el puente grúa coloca los pilotes (5) terminados sobre unos diábolos que los impulsan hasta introducirlos totalmente en el interior de los tubos longitudinales (4) que forman parte de la estructura de celosía.
\vskip1.000000\baselineskip
Una vez que se tienen los tubos (4) con los
pilotes dentro (5) en el lugar de la hinca o emplazamiento
definitivo, comienza el proceso de hincado del pilote en el
terreno.
Para comprender mejor el procedimiento se
adjunta en la figura 5 un diagrama de bloques que aclara el proceso
(aunque en el diagrama se refiera a agua de mar, se utiliza
indistintamente el proceso para aguas continentales).
Se parte de una bomba auxiliar que lleva agua a
un depósito. Una bomba principal (de caudal y presión constante)
manda agua desde ese depósito a un regulador, ya que la hinca de
pilotes requiere de presión y caudal variables. Del regulador sale
agua a presión y caudal variable. Como la bomba da una sola salida y
se pretende la hinca simultanea de varios pilotes pues de ese
regulador salen tantas mangueras o tuberías de alimentación como
pilotes se quieran hincar simultáneamente. En cada tubería de
alimentación al pilote se dispondrá una unidad de control y
regulación de presión y caudal. La tubería de agua que alimenta cada
pilote se atornilla arriba, en el tapón (1) que a su vez hemos
roscado sobre el pilar (4). A continuación se comienza a introducir
agua en el espacio que queda entre el tapón de reparto de cargas (2)
y la junta tórica (3). Al aumentar la presión lo primero que ocurre
es que se comprime la junta (3) y mejora el cierre de la misma y al
seguir aumentando la presión entra el agua por el orificio de la
junta (3) y se comienzan a hincar los pilotes (5) en el terreno.
El regulador permite ajustar presión y caudal al
programado de forma automática por el control de procesos y
distribuirlo a todos los pilotes (5).
Para que el pilote (5) pueda hincarse, tiene un
azuche (19) (cono de hormigón prefabricado con junta de goma) debajo
que facilita la hinca.
Se sigue aumentando la presión y sigue bajando
el pilote (5). Cada unidad de control y regulación mandará los datos
a la unidad central. En el tapón de cierre (1) de cada tubo (4)
pueden instalarse células de carga o presostatos para determinar la
presión real en el interior del tubo (4) y caudalímetros de
precisión o medidores de desplazamiento para determinar el avance
del pilote (5). Unos y otros equipos transmitirán sus datos a la
unidad central.
La central de operación y registro tiene por
objeto dirigir, controlar y registrar todos los parámetros de los
procesos de hinca. Se sigue introduciendo agua hasta que la presión
que tenemos que ejercer para clavar el pilote (5) multiplicada por
la superficie del pilote (5) resulta la carga que se desea que
aguante el pilote (5) (es la prueba de carga).
La central de operación y registro permite
paralizar la hinca de un pilote (5) y que continúen los demás, ya
que la profundidad a la que se hinca cada uno dependerá del tipo de
terreno sobre el que apoye, pero todos terminarán su hincado con la
certeza de que aguantan la carga prevista.
Pero para conseguir en el pilote (5) la
resistencia requerida, es necesario empotrarlo a la cimentación (no
representada). Para ello en la cimentación (que podrá ser una losa
de hormigón) se habrá colocado un tubo (de mayor diámetro que el del
pilote, fabricado en la misma forma que se ha descrito, es decir con
entalladuras para la colocación de armaduras exteriores e
interiores) antes de verter el hormigón. Al verterlo y una vez
fraguado el tubo quedará sólidamente unido a la cimentación por sus
armaduras exteriores, quedando las armaduras interiores para la
unión con las armaduras exteriores del pilote (15) con la inyección
de lechada de cemento, quedando sólidamente unido a la
cimentación.
En cuanto al proceso de inyección de pilotes,
tal y como se ha explicado en la descripción, existen diferentes
fases de inyección en función de la resistencia adicional que se
requiera para el pilote.
Una primera fase correspondería a realizar una
inyección central del pilote y de bulbo. Si se requiere más
resistencia, entonces se procede con la inyección perimetral y
radial.
En la figura 6 se detalla el diagrama de bloques
del proceso de inyección. Se observa que el proceso es el mismo que
el de hincado pero en este caso inyectando lechada en lugar de agua.
En el proceso de inyección se pueden vahar el caudal y la presión de
inyección independientemente.
Para llevar a cabo la inyección central de
pilotes, el tapón de cierre (1) tiene un agujero con un tubo (11)
por el que se inyecta lechada de hormigón.
Para incrementar el tope estructural del tubo
(4) es suficiente con inyectar hormigón en su interior que se
encuentra provisto de armaduras de acero (16, 17), como se ha dicho,
constituyendo una estructura de hormigón armado y acero de mayor
tope estructural que el del tubo (4) y logrando el objetivo.
Si es necesario incrementar la resistencia del
pilote (5) caben tres alternativas: incrementar la resistencia de
fuste, de punta o ambas y todas ellas las resuelve el sistema aquí
reivindicado.
Para incrementar la resistencia de fuste basta
con comenzar a inyectar por unos tubos perimetrales (7) lechada
desde el inicio de la hinca. El azuche (19) de mayor diámetro que el
del pilote (5) irá abriendo una perforación en el fondo del tamaño
de su diámetro, el espacio hasta el pilote (5) se llenará
simultáneamente de lechada, el pilote (5) tendrá armaduras
exteriores (15) en toda su longitud, que armaran la lechada y la
sujetarán firmemente al tubo (4), de esta forma se consigue
incrementar el diámetro del pilote (5) y en consecuencia la
superficie lateral y mejorar el coeficiente de rozamiento y en
consecuencia la resistencia.
Si es necesario incrementar aún mas la
resistencia por fuste, se puede recurrir al sistema de inyección,
puntual, radial y a lo largo de todo el fuste. Para ello el sistema
prevé la realización de líneas de taladros paralelas a lo largo de
todo el fuste y separadas entre sí un arco de circunferencia de los
grados necesarios. En el proceso de fabricación, se habrán
introducido a presión en cada taladro, un tapón de material
elastómero duro, al que se habrá unido en su base un cable de acero
en cuyo extremo opuesto tiene un gancho que se enganchará a la
armadura interior del pilote durante la fabricación, quedando por
tanto todo el cable dentro del pilote. Inyectando lechada al
interior del tubo (4), como se hace para aumentar su tope
estructural, primero se rellena el interior del tubo (4) y se sigue
aumentando la presión, hasta superar la presión de introducción de
los tapones; estos, al ver superada la presión con la que se
introdujeron, saldrán disparados radialmente hacia el terreno
perforándolo, arrastrando el cable unido en su base y abriendo una
perforación que se llenará de lechada armada por el cable y unida a
la armadura interior y por tanto al hormigón armado del interior del
pilote (5). El sistema permite seguir incrementando la aportación de
lechada al interior del pilote (5) y la presión para provocar la
salida al terreno de más lechada y por tanto incrementar el área de
consolidación perimetral.
En cuanto a incrementar la resistencia de punta
el azuche (19) dispone de un tapón (20) de mayor diámetro que los
tapones radiales del fuste y por tanto de mayor resistencia de
salida. Estando terminada o en fase de alta presión la inyección
radial, el tapón (20) se disparará hacia el fondo provocando la
salida de los cables, varios en este caso y formando un bulbo
armado, de la dimensión que se quiera en función de que se inyecte
más o menos lechada.
Si se necesita incrementar las resistencias de
fuste y punta basta con realizar sucesivamente los procedimientos
descritos.
El problema que se origina cuando se inyectan
los pilotes (5) es que no es posible conocer en forma directa su
capacidad de carga, como se hace con el hincado simple, puesto que
esta depende de las resistencias de materiales que ha de
fraguar.
Para superar ese problema, se instalan unos
tubos (9) que sobresalen por encima del pilar con una junta de
pistón. Una vez que el pilote (5) está inyectado y fraguado con esos
tubos se hace una prueba de carga a tracción y a compresión.
Para no perder todo el equipo y todos los tubos,
existe un elemento roscado, el tapón de tracción, que es el elemento
donde se unen al final todos los tubos, para hacer la prueba de
tracción. Una vez hecha la prueba se pueden extraer los tubos (9),
desenroscando el tapón y sacando los tubos (9) por arriba. Así pues,
todos los elementos son recuperables.
Por tanto, con este sistema de fabricación,
hincado e inyección de pilotes subacuáticos se resuelven todos los
casos posibles, independientemente de que el terreno tenga poca
resistencia o que la carga sea muy elevada.
Claims (8)
1. Método de fabricación pilotes subacuáticos
que sirven de cimentación para cualquier estructura o plataforma,
independientemente del tipo de suelo en el que se vaya a instalar y
del tipo de cargas que vayan a soportar, caracterizado porque
comprende las siguientes etapas:
- \bullet
- Un puente grúa toma un tubo (5) y lo coloca sobre un virador. Paralelo al virador existen dos guías, una a cada lado, en las que se apoya un cabeza punzonadora hidráulica, provista de punzones rectangulares intercambiables. Sobre la punzonadora, existe un pilar, con placa de deslizamiento sobre una guía, dispuesta a 90º sobre el pilar. En el extremo opuesto del virador y fija en el suelo existe otra cabeza punzonadora igual, con un pilar y apoyo fijo de la guía horizontal. En la guía horizontal existen un conjunto de taladros verticales todos ellos, colocados sobre placas de desplazamiento y dotados de piñones motorizados, para desplazarse sobre la cremallera fijada a la guía.
- \bullet
- La punzonadora libre se desplaza por las guías paralelas, para adaptarse a la longitud del tubo para pilote (4) o empotramiento en cada caso. Las punzonadoras situadas en cada extremo del tubo, realizan un punzón cada una.
- \bullet
- Simultáneamente los taladros, que de forma automática se habrán situado en la posición establecida, realizarán un conjunto de taladros alineados.
- \bullet
- Realizadas las perforaciones y los punzones, los taladros se elevan y la punzonadora se abre para permitir que el virador, sobre el que está colocado el tubo, gire un ángulo determinado.
- \bullet
- Se repite la operación de punzonado y taladrado del mismo modo cuantas veces sea necesario.
- \bullet
- Cuando han concluido estas operaciones, el puente grúa retira el tubo (5) y lo coloca sobre un conjunto de diábolos paralelos de altura variable y algunos motorizados que sirven para sustentar y desplazar el tubo en sentido longitudinal.
- \bullet
- El puente grúa toma un cilindro de mallazo de acero prefabricado (15) que tiene un diámetro inferior al interior del tubo (5) y lo coloca sobre los diábolos de altura variable; se ajusta la altura y se desplazan longitudinalmente hasta introducir el mallazo (15) totalmente en el pilote (5).
- \bullet
- Entonces el operario de servicio, dobla los verticales del mallazo (15) por las escotaduras punzonadas.
- \bullet
- El puente grúa toma otro cilindro de mallazo (16) y lo coloca sobre los diábolos de elevación, estos ajustan su altura para permitir que el pilote con la armadura interior ya colocada se impulse en sentido contrario por los diábolos motorizados que lo sustenta y los introduzcan dentro de la armadura exterior.
- \bullet
- El operario de servicio dobla los verticales del mallazo por la escotaduras.
- \bullet
- El puente grúa retira el pilote a una zona de acopio o almacenaje y el personal de servicio coloca el azuche (19, 20), los tapones perimetrales para la inyección del fuste y la junta tórica (3) y el resto de las piezas necesarias para la hinca e inyección de los pilotes (5).
- \bullet
- Cuando la estructura de celosía que se fabrica en una instalación paralela está preparada, el puente grúa coloca los pilotes (5) terminados sobre unos diábolos que los impulsan hasta introducirlos totalmente en el interior de los tubos longitudinales (4) que forman parte de la estructura de celosía.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método de hincado de pilotes subacuáticos de
los fabricados siguiendo el procedimiento de la primera
reivindicación caracterizado porque se parte de un tubo (4)
que tiene el pilote (5) en su interior y comprende las siguientes
operaciones:
- \bullet
- Una bomba auxiliar lleva agua a un depósito,
- \bullet
- una bomba principal (de caudal y presión constante) manda agua desde ese depósito a un regulador,
- \bullet
- del regulador sale agua a presión y caudal variable a tantas tuberías de alimentación como pilotes se quieran hincar simultáneamente y en cada tubería de alimentación al pilote se dispone de una unidad de control y regulación de presión y caudal,
- \bullet
- se comienza a meter agua en el pilote (5) en el espacio que queda entre el tapón de reparto de cargas (2) y la junta tórica (3), primero comprimiendo la junta (3) y después, al seguir aumentando la presión, se comienzan a hincar los pilotes (5) en el terreno; para que el pilote (5) pueda hincarse, tiene un azuche (19) (cono de hormigón prefabricado con junta de goma) debajo que facilita la hinca,
- \bullet
- se sigue aumentando la presión y sigue bajando el pilote (5) al mismo tiempo que cada unidad de control y regulación manda los datos de presión real en el interior del tubo y de avance del pilote a la unidad central,
- \bullet
- se sigue introduciendo agua hasta que la presión que se tiene que ejercer para clavar el pilote (5) multiplicada por la superficie del pilote (5) resulta la carga que se desea que aguante el pilote (5) (es la prueba de carga).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados tal y como se describe en las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque para incrementar el tope estructural del
tubo (4) se inyecta hormigón en su interior que se encuentra
provisto de armaduras de acero (16, 17) constituyendo una estructura
de hormigón armado y acero de mayor tope estructural que el del tubo
(4).
4. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados según reivindicación 3, caracterizado porque para
incrementar la resistencia de fuste basta con inyectar por los tubos
perimetrales (7) lechada desde el inicio de la hinca de forma que el
azuche (19), de mayor diámetro que el del pilote (5), irá abriendo
una perforación en el fondo del tamaño de su diámetro y el espacio
hasta el pilote (5) se llenará de lechada, el pilote (5) tendrá
armaduras exteriores (15) en toda su longitud, que armaran la
lechada y la sujetarán firmemente al tubo (4), incrementando así el
diámetro del pilote (5) y en consecuencia la superficie lateral y
mejorando el coeficiente de rozamiento y en consecuencia la
resistencia.
5. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados según reivindicación 4, caracterizado porque para
incrementar aún mas la resistencia por fuste, se realiza la
inyección, puntual, radial y a lo largo de todo el fuste realizando
líneas de taladros paralelas a lo largo de todo el fuste y separadas
entre sí un arco de circunferencia de los grados necesarios,
habiendo introducido a presión en cada taladro, un tapón de material
elastómero duro, al que se habrá unido en su base un cable de acero
en cuyo extremo opuesto tiene un gancho que se enganchará a la
armadura interior del pilote durante la fabricación, quedando por
tanto todo el cable dentro del pilote, de manera que al inyectar
lechada al interior del tubo (4) y superar la presión de
introducción de los tapones estos salen disparados radialmente hacia
el terreno perforándolo, arrastrando el cable unido en su base y
abriendo una perforación que se llenará de lechada armada por el
cable y unida a la armadura interior y por tanto al hormigón armado
del interior del pilote (5).
6. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados según reivindicación 5, caracterizado porque para
incrementar la resistencia de punta, el azuche (19) dispone de un
tapón (20) que al ir aumentando la presión de la inyección radial,
el tapón (20) se disparará hacia el fondo provocando la salida de
los cables, varios en este caso y formando un bulbo armado, de la
dimensión que se quiera en función de que se inyecte más o menos
lechada.
7. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados según reivindicación 6, caracterizado porque para
conocer su capacidad de carga se instalan unos tubos (9) que
sobresalen por encima del pilar con una junta de pistón y una vez
que el pilote (5) está inyectado y fraguado con esos tubos se hace
una prueba de carga a tracción y a compresión.
8. Método de inyección de pilotes fabricados e
hincados según reivindicación 7, caracterizado porque para no
perder todo el equipo y todos los tubos (9), existe un elemento
roscado, el tapón de tracción, que es el elemento donde se unen al
final todos los tubos, para hacer la prueba de tracción y una vez
hecha la prueba se pueden extraer los tubos (9), desenroscando el
tapón y sacando los tubos (9) por arriba.
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