El pilote comprende una varilla de sección continua y un cabezal inferior ancho, que está conectado en forma integral a la varilla y que tiene prácticamente el mismo tamaño del orificio, de manera que pueda pasar a través de éste. Al encajar el pilote, el cabezal forma en el suelo un canal más grande que la varilla, y conforme el pilote se va encajando, se alimenta una cantidad importante de cemento plástico en la parte del canal no ocupada por la varilla, para formar así una camisa de cemento alrededor del pilote. En especial en terreno suave, las dimensiones transversales del cabezal deben ser en particular grandes, para formar un canal relativamente grande en el suelo y, por lo tanto, la camisa de cemento debe ser lo suficientemente grande para asegurar la estabilidad requerida. Sin embargo, las dimensiones transversales del cabezal están limitadas por las dimensiones del orificio, que, cerca o por encima de un tamaño determinado, afectan de manera importante la capacidad de la estructura de cimentación, y dificulta la fijación axial del pilote encajado a la estructura de cimentación. El documento US5234287A1 describe un aparato y un proceso para estabilizar cimentaciones; una cimentación que tiene una pared se estabiliza uniendo una ménsula a la pared, acoplando a la ménsula un aparato para encajar pilotes, insertando secciones de pilote en el aparato y encajando estos con ese aparato, uno tras otro, a través de la ménsula, en la tierra que subyace bajo la cimentación, y acoplando el pilote formado de esta manera a la ménsula para que soporte la cimentación a través del pilote. La ménsula tiene una placa que se encaja en la pared y que se une a ésta con pernos y un manguito que se unen con firmeza a la placa intermedia entre los extremos de la placa, el pilote pasa a través del manguito y se conecta al manguito, una vez que encuentra resistencia adecuada, para soportar la cimentación. El documento US3786641A1 describe un método para proporcionar soporte de columna sólido bajo la capa estructural, que subyace bajo los materiales de tierra de un terreno. Medios agitadores expansibles se proyectan a través de un orificio de diámetro relativamente pequeño en la capa subyacente y se expanden para mover y aflojar los materiales de tierra y definir un cuerpo alargado de la misma, con un tamaño periférico mayor al del orificio; un fluido autoendurecedor se bombea a través del orificio y hacia el interior de la tierra aflojada y se deja endurecer después de retirar el medio agitador contraído a través del orificio pequeño. Una columna compuesta, rígida resultante subyace en el área de capa estructural que rodea al orificio para el soporte sólido del mismo.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar un método y un pilote para la construcción de una cimentación sobre pilotes, diseñados para eliminar los inconvenientes antes mencionados y que al mismo tiempo sean económicos y fáciles de instalar. De conformidad con la presente invención, se proporciona un método y un pilote para construir una cimentación sobre pilotes, tal como se describe en las reivindicaciones anexas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se describirán, como ejemplo, diversas modalidades no restrictivas de la presente invención, haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en los que : La Figura 1 muestra una sección frontal esquemática de un pilote de cimentación que se encaja utilizando los métodos de conformidad con la presente invención . La Figura 2 muestra una sección a lo largo de la línea II-II del pilote de la Figura 1. La Figura 3 muestra una sección frontal, a una mayor escala, de una configuración inicial antes del encajado del pilote de la Figura 1.
La Figura 4 muestra el pilote encajado de la
Figura 1. Las Figuras 5 y 6 muestran dos etapas del encajado de una modalidad alternativa del pilote de la Figura 1. Las Figuras 7 y 8 muestran secciones frontales, a una mayor escala, de dos modalidades alternativas de un detalle del pilote de la Figura 1. La Figura 9 muestra una sección frontal de una modalidad adicional del pilote de la Figura 1. La Figura 10 muestra una sección frontal, a una mayor escala, de una configuración inicial, antes del encajado, de una modalidad alternativa del pilote de la Figura 1. La Figura 11 muestra una sección frontal de una modalidad alternativa del pilote de la Figura 1. Las Figuras 12 a 14 muestran dos etapas del encajado de una modalidad alternativa del pilote de la Figura 1.
MEJOR MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN El número 1 de la Figura 1 indica una estructura de cimentación de una construcción (no mostrada) , que se construye sobre un suelo 2 y normalmente se define por una viga continua, una losa o zapatas de concreto reforzado. La estructura 1 de cimentación puede usarse para una edificación, para cualquier otro tipo de estructura de edificación (por ejemplo, para un puente) y en términos generales, para cualquier estructura que requiera de una cimentación en tierra (por ejemplo, para una turbina hidráulica, una caldera industrial o torres de electricidad) . La estructura 1 de cimentación normalmente se entierra, y transfiere las cargas que soporta al suelo 2 por medio de una cantidad de pilotes 3 (sólo se muestra uno) que se extienden a través y hacia debajo de la estructura. Para tal propósito, para cada pilote 3, la estructura 1 comprende un orificio 4 prácticamente vertical, en sección vertical de forma cilindrica o de alguna otra forma, y cubierta con un tubo metálico 5, que se fija a la estructura 1 de cimentación por medio de un anillo 6 incorporado en la estructura 1, y se proyecta hacia arriba desde la estructura 1 de cimentación mediante una porción superior 7. Una capa 8 de cemento de contenido relativamente bajo, conocida como capa de cemento "pobre", está interpuesta de preferencia entre la estructura 1 de cimentación y el suelo 2, y un número de anillos de sujeción 6 pueden estar colocados en diferentes niveles. En modalidades alternativas, dependiendo de las características de construcción de la edificación, la estructura 1 puede construirse ya sea totalmente o a partir de una estructura existente y donde, por ejemplo, están formados 4 orificios. Para aumentar la resistencia mecánica de una estructura 1 existente, o para construir una estructura 1 de grosor reducido, cada orificio 4 puede estar rodeado por una placa metálica, que obviamente tiene un orificio central en el orificio 4, puede estar conectado a la estructura 1 por medio de tornillos, y de preferencia descansa sobre la superficie superior de la estructura 1 de cimentación . Cada pilote 3 está hecho de metal y comprende una varilla 9 de sección prácticamente continua, definida normalmente . por un número de segmentos tubulares de igual longitud, soldados por los extremos, y al menos un cabezal 10 principal inferior ancho que define el extremo inferior del pilote 3. La varilla 9 puede ser de sección distinta a la circular y puede también ser sólida. Cada varilla 9 tiene forma tubular, tiene un conducto pasante interior 11 y es más pequeña que el orificio .4 relativo, de manera que quepa y pase con facilidad relativa a través del orificio 4. Cada cabezal 10 principal está definido por una placa plana prácticamente circular, que tiene un borde exterior 13 irregular (Figura 2) , pero que puede tener una forma diferente, por ejemplo, circular, cuadrada o rectangular, con un borde liso o
52-353 irregular. Cada cabezal 10 principal es más grande o del mismo tamaño que el orificio 4 relativo, está inicialmente separado de la respectiva varilla 9, y al construir la estructura 1 de cimentación, se coloca prácticamente en contacto con el suelo 2, por debajo de la estructura 1 de cimentación y coaxial con el orificio 4 relativo (como se muestra en la Figura 3) . En consecuencia, cada varilla 9, conforme se encaja a través del orificio 4 relativo, se acopla con el cabezal 10 principal relativo para formar el pilote 3 relativo. En el caso de una estructura 1 de cimentación existente, para instalar el cabezal principal 10, se forma un orificio en la estructura 1, que se restaura parcialmente para obtener un orificio 4 más pequeño que el cabezal principal 10. Para asegurar una conexión mecánica suficientemente firme de cada varilla 9 y el cabezal principal 10 relativo, el cabezal principal 10 está provisto con un miembro 14 de conexión que se acopla a la varilla 9 para fijar la varilla 9 en forma transversal al cabezal principal 10. En las modalidades mostradas, por ejemplo, cada miembro 14 de conexión está definido por un miembro tubular cilindrico que se proyecta en forma axial desde la placa 12 y se dimensiona así para acoplar una porción inferior del conducto interior 11 de la varilla 9
52-353 relativa con un espacio muy pequeño. El miembro 14 de conexión puede formarse en otra forma distinta. Una porción de extremo inferior de cada tubo 5 se corresponde con al menos un anillo obturador 15, que está hecho de material elástico y se acopla a la superficie cilindrica exterior de la varilla 9 del pilote 3, cuando el pilote 3 se introduce a través del orificio 4 correspondiente . Al construir la estructura 1 de cimentación, se forma al menos un conducto 16 de inyección en cada orificio 4, y se define mediante un tubo metálico 17 que se extiende a través de la estructura 1, y tiene un extremo superior 18 que se proyecta desde la estructura 1, y un extremo 19 inferior, adyacente al oficio 4 y en contacto con una superficie superior 20 de la placa 12 del cabezal 10 principal relativo. Para encajar cada pilote 3 en el suelo 2, la varilla 9 relativa se inserta primero a través del orificio 4 relativo para acoplar (como se describió en lo anterior) el cabezal principal 10 relativo ubicado por debajo de la estructura 1, que hace contacto con el suelo 2, y que es coaxial con el orificio 4 relativo. Como se muestra en la Figura 1, una vez que la varilla 9 se acopla con el cabezal principal 10 relativo para definir el pilote 3 relativo, un dispositivo 21 de
52-353 empuje, que coopera con un extremo superior 22 del pilote 3 , se monta sobre el pilote 3 y se conecta a la porción 7 sobresaliente del tubo 5 relativo por medio de dos tirantes 23 roscados en la parte superior. De manera más específica, el dispositivo 21 de empuje se define por al menos un gato hidráulico que consta de un cuerpo 24, y una varilla 25 de salida que se mueve axialmente con fuerza ajustable con respecto al cuerpo 24. El cuerpo 24 está soportado sobre el extremo superior 22 del pilote 3 y la varilla 25 se pone en contacto con una superficie inferior de una placa metálica 26, sujeta con los tirantes 23, e integrada axialmente con los tirantes 23 por medio pernos 27 respectivos que acoplan las porciones superiores roscadas de los tirantes 23. Una vez sujetadas al pilote 3, como se describe en lo anterior, se activa el dispositivo 21 de empuje para generar una fuerza de determinada intensidad entre el cuerpo 24 y la varilla 25, misma fuerza que produce un empuje estático de la misma intensidad que la fuerza sobre el pilote 3 para encajarlo en el suelo 2. La reacción ante el empuje ejercido por el dispositivo 21 se proporciona por el peso de la estructura 1 de cimentación (a la que puede añadirse el descanso de balastra apropiado sobre la estructura 1) y se transmite por medio de los tirantes 23, que, junto con el tubo 5 relativo actúan como miembros de reacción manteniendo una distancia fija entre la placa 26 y
52-353 la estructura 1 conforme la varilla 25 se extrae del cuerpo 24, de manera que el cuerpo 24 se empuja hacia abajo junto con el extremo superior 22 del pilote 3. El dispositivo 21 de empuje puede formarse en forma distinta, siempre que un empuje estático se ejerza sobre el pilote 3 para encajarlo en el suelo 2. Por ejemplo, el dispositivo 21 de empuje puede constar de dos gatos hidráulicos en los lados opuestos de la varilla 9; la varilla móvil de cada gato hidráulico está fija a una placa horizontal conectada con rigidez al tubo 5 y por lo tanto, a la estructura 1 de cimentación, y los cuerpos de los dos gatos hidráulicos se acoplan y sujetan a la varilla 9 para mover la varilla 9 hacia abajo conforme las varillas de gato hidráulico se extraen de los cuerpos. De manera más específica, los cuerpos de los dos gatos hidráulicos sujetan la varilla 9 por medio de cuñas que comprimen la varilla 9 conforme los cuerpos de gato hidráulico descienden. Cuando las varillas están totalmente extendidas, la acción de sujeción sobre la varilla 9 se elimina al reducir la presión ejercida sobre las cuñas, y las varillas del gato hidráulico regresan a la posición de inicio para continuar encajando la varilla 9. En una modalidad alternativa no mostrada, en oposición a conectarse a la porción 7 de proyección del tubo 5, los tirantes 23 del dispositivo 21 de empuje se
52-353 conectan a la balastra de impulsión físicamente separada, que no descansa sobre la estructura 1 de cimentación, de manera que el miembro de reacción para encajar el pilote 3 se define, no por la estructura 1, sino únicamente por la balastra de impulsión. Como otra alternativa, el miembro de reacción puede estar definido tanto por la estructura 1 de cimentación como por la balastra de impulsión, que, como se ha establecido, está físicamente separada de la estructura 1, en oposición a estar descansando sobre la misma. Para aumentar la fuerza de reacción generada por la balastra de impulsión, sin recurrir a la balastra de impulsión excesivamente pesada (que sería voluminosa y difícil de mover) , la balastra de impulsión puede asegurarse al suelo 2 mediante tornillos encajados temporalmente en el suelo 2 fuera de la estructura 1 de cimentación. La balastra de impulsión puede definirse también por un cuerpo móvil, por ejemplo, un pontón, barcaza o camión montado sobre ruedas, que puede colocarse con facilidad cerca del orificio 4, o puede definirse por pilotes auxiliares o tornillos encajados temporalmente en el suelo 2 para actuar como miembros de reacción al encajar el pilote 3, y que se retiran una vez que el pilote 3 se ha encajado . La modalidad anterior se usa, como es obvio, para evitar la tensión sobre una estructura 1 de cimentación
52-353 particularmente frágil . Conforme se encaja cada pilote 3 en el suelo 2, el cabezal principal 10 forma en el suelo 2 un canal 28 prácticamente con la misma forma y dimensiones transversales del cabezal principal 10. El canal 28 se divide en una porción interior cilindrica 29 ocupada por la varilla 9 relativa; y una porción tubular exterior 30 prácticamente libre, en la cual, conforme el pilote 3 se está encajando en el suelo 2, se inyecta por presión el material 31 prácticamente de cemento plástico en forma simultánea a través del conducto de inyección 16 relativo. De manera más específica, el material 31 de cemento comprende prácticamente cemento y arena o el llamado "betoncino", que es un concreto con características similares a las del mortero. Un metro cúbico de "betoncino" se prepara con 550 kg de cemento tipo Portland, 150 kg de agua, 1425 kg de arena y algún fluidizante, de manera que resulte tan fluido que pueda inyectarse a presión por el conducto 16 de inyección. Una cantidad de conductos 16 de inyección pueden proporcionarse para cada pilote 3, para suministrar el material de cemento 31 ya sea en forma simultánea o sucesiva. El anillo obturador 15 evita que el material de cemento 31 inyectado por presión se filtre hacia arriba a través del espacio que se forma entre la superficie
52-353 exterior de la varilla 9 y la superficie interior del tubo 5 relativo. En una modalidad alternativa, el material de cemento 31 puede contener aditivos (por ejemplo, bentonita) para reducir la adhesión del suelo 2 al material de cemento conforme se seca. Estos aditivos pueden utilizarse cuando el suelo 2 tiene una tendencia a encogerse con el tiempo (por ejemplo, como en el caso de capas de turba) . En tal caso, al evitar la adhesión al material de cemento 31 se permite que el suelo 2 se encoja con el tiempo en forma libre y natural . En una modalidad adicional, el material de cemento 31 contiene aditivos a prueba de agua, que lo hacen prácticamente impermeable al agua aún antes de fraguar. Estos aditivos son necesarios cuando el pilote 3 se encaja a través de un lecho de agua, en particular que contenga agua de alta presión y/o flujo relativamente rápido, y sirve para evitar que el agua se mezcle con el material de cemento 31 y en esta forma lo deteriore. Se han mostrado también pruebas de que, al trabajar a través de un lecho de agua en movimiento, es importante inyectar material de cemento 31 a una presión ' superior a la ejercida por el agua en movimiento, para reducir más la probabilidad de que el agua se mezcle con el material de cemento 31. Como se describe, cada varilla 9 está dividida en
52-353 una cantidad de segmentos, que se encajan sucesivamente, tal como se ha descrito en lo anterior, a través del orificio 4 relativo, y se suelda uno con otro para definir el pilote 3. De manera más específica, una vez que se encaja un primer segmento de la varilla 9, el dispositivo 21 de empuje se separa del extremo superior del primer segmento para insertar un segundo segmento, que se suelda a tope con el primer segmento; el dispositivo 21 de empuje se conecta entonces al extremo superior del segundo segmento para continuar el ciclo de encajado. En una modalidad alternativa no mostrada, se fijan dos segmentos tubulares sucesivos mediante una porción de conexión, que acopla una parte de los conductos interiores de los dos segmentos . Los segmentos de componente de cada varilla 9 son en general idénticos, pero en ciertas situaciones, pueden tener diferente longitud, forma o grosor. Dependiendo de las características estructurales de la estructura 1 de cimentación y de las características del suelo 2, a cada pilote 3 se le asigna una capacidad nominal, es decir, un peso que debe soportar el pilote 3 sin deformarse, es decir, sin romperse y/o hundirse en exceso en el suelo 2. Para asegurar que la capacidad nominal se cumpla, cada pilote 3 se encaja normalmente hasta que pueda soportar el empuje del dispositivo 21 de empuje que sobrepase la capacidad nominal sin hundirse
52-353 excesivamente en el suelo 2. Esto es posible al encajar los pilotes 3 en el suelo 2 uno a la vez. Al encajar cada pilote 3 , prácticamente todo el peso de la estructura 1 de cimentación (al cual puede añadirse la balastra apropiada) puede usarse como una fuerza de reacción ante el empuje ejercido por el dispositivo 21 de empuje relativo. Como ya se estableció, la fuerza de reacción puede por supuesto proporcionarse completamente o en parte por la balastra de impulsión independiente de la estructura 1. Como se muestra en la Figura 4 , una vez que el pilote 3 se ha encajado, el dispositivo 21 de empuje correspondiente se retira del pilote 3 y el conducto interior 11 relativo se llena con el material 32 de cemento prácticamente plástico, en particular de "concreto". Una vez que el conducto interior 11 de cada pilote 3 se ha llenado, el pilote 3 se fija en forma axial a la estructura 1 de cimentación, y se asegura (en general, por soldadura) a la porción 7 de proyección del tubo 5 de revestimiento relativo una placa metálica 33 horizontal (o una pestaña anular) , que se coloca en la parte superior del pilote 3 para acoplar el extremo superior 22. En una modalidad adicional no mostrada, la varilla 9 no se llena con material 32 de cemento, y en oposición a tener una sección tubular, es de preferencia sólido sin el conducto interior 11.
52-353 En una modalidad alternativa no mostrada, se inserta un cuerpo de material elástico (por ejemplo, de neopreno) en el interior del tubo 5 de revestimiento y entre el extremo superior 22 del pilote 3 y la placa metálica 33, en general con el propósito de mejorar la resistencia' a sismos de la estructura 1 de cimentación. En una modalidad adicional no mostrada, cada pilote 3 se encaja de manera que el extremo superior 22 quede debajo de la superficie superior de la estructura 1 de cimentación; la porción saliente 7 del tubo 5 se corta entonces, y la placa 33 se fija al resto del tubo 5, de manera que quede prácticamente coplanar con la superficie superior de la estructura 1, y se obtenga así una estructura 1 de cimentación con una superficie superior totalmente continua. Antes de fijarse axialmente a la estructura 1 de cimentación, el pilote 3 puede cargarse previamente con un empuje descendente de intensidad determinada durante todo el tiempo que tarde en soldarse la placa metálica 33 al tubo 5 de recubrimiento. En otras palabras, el pilote 3 se somete a empuje descendente de determinada intensidad mientras se suelda la placa metálica 33 al tubo 5 de recubrimiento. El cargado previo del pilote 3 mientras se está fijando a la estructura 1 permite que cualquier vencimiento del pilote 3 ocurra con rapidez, en oposición a
52-353 que tarde un período largo de tiempo. La rectificación de cualquier rendimiento de uno o más pilotes 3 es un trabajo relativamente sencillo y de bajo costo cuando se efectúa al construir la estructura 1 de cimentación, pero es mucho más complejo y costoso una vez que la estructura 1 se ha concluido . En suelo suave, como el de cieno o turba, el canal 28, formado por el cabezal principal 10 mientras se encaja en el suelo 2, puede obstruirse parcial o totalmente por las llamadas porciones "de derrumbe" del suelo 2, que se empujan dentro del canal 28 mediante la presión ejercida por el cabezal principal 10 sobre el suelo 2. El canal 28 de obstrucción del suelo de derrumbe evita que la porción 30 se llene completamente con el material de cemento 31, disminuyendo así, incluso gravemente, la capacidad final del pilote 3. El fenómeno de derrumbe se presenta en proporción directa a la suavidad del suelo 2 y a la presión que el cabezal principal 10 ejerce sobre el suelo 2. Esta inconveniencia se resuelve utilizando la modalidad mostrada en las Figuras 5 y 6, en donde además del cabezal principal 10, el pilote 3 comprime también un cabezal guía 34 ubicado por debajo de la estructura 1 de cimentación, por debajo y coaxialmente con el cabezal principal 10 (Figura 5) . El cabezal guía 34 comprende una placa circular 35 conectada a un cuerpo tubular 36, que se
52-353 extiende hacia arriba a través de una abertura circular 37 en el cabezal principal 10, y se acopla a un extremo 38 inferior de la varilla 9. El cuerpo tubular 36 está dimensionado de manera que pueda insertarse parcialmente en el interior del conducto 11 de la varilla 9, insertado a través del orificio 4, y la inserción del cuerpo tubular 36 en la varilla 9 es detenido por el anillo 39 fijado a la superficie exterior del cuerpo tubular 36. En el uso real, la varilla 9 se inserta en el orificio 4 y se acopla a la porción superior del cuerpo tubular 36, como se describe en lo anterior; conforme el extremo inferior 38 de la varilla 9 se pone en contacto con el anillo 39, el movimiento descendente adicional de la varilla 9 produce un movimiento descendente igual del cuerpo tubular 36, que se desliza dentro de la abertura 37 y empuja al cabeza 34 guía de entrada hacia abajo, hacia el suelo 2, mientras que el cabezal principal 10 permanece inicialmente estacionario en su posición original. Conforme continúa descendiendo, el extremo inferior 38 de la varilla 9, estando el anillo 39 a la mitad del camino, hace contacto con el extremo superior del miembro 14 de conexión del cabezal principal 10, empujando así también el cabezal principal 10 hacia abajo, hacia el suelo 2. El cabezal principal 10, en particular la placa
52-353 12, es ligeramente más grande que el cabezal guía 34, en particular la placa 35 del cabezal 34, de manera que el cabezal principal 10 se mantenga a distancia constante del cabezal 34 en todo momento mientras se encaja el pilote 3 en el suelo 2. Conforme el pilote 3 se encaja en el suelo 2, el cabezal guía 34 ejerce presión considerable sobre el suelo 2 y forma en el suelo 2 un canal 40 que es por lo tanto muy susceptible al fenómeno de derrumbe (indicado con el número 41 en la Figura 6) . El cabezal principal 10, por otra parte, ejerce relativamente poca presión sobre el suelo 2, y proporciona así el canal 40 "de ensanche" y forma el canal 28, que es por lo tanto, menos susceptible de sufrir derrumbe, de manera que el material de cemento 31 que se alimenta en la porción 30, prácticamente no encuentre obstáculos . Conforme el pilote 3 se encaja en el suelo 2, se mantiene al menos 1 metro de distancia entre el cabezal principal 10 y el cabezal 34 guía para evitar el derrumbe del canal 28, ocasionado por la presión ejercida sobre el suelo 2 por el cabezal guía 3 . En la modalidad de las Figuras 1-4, el pilote 3 comprende un cabezal principal 10 que, conforme se encaja, forma en el suelo 2 el canal 28 que se llena con el material de cemento 31. En la modalidad de las Figuras 5 y
52-353 6, el pilote 3 comprende el cabezal principal 10 que, conforme se encaja, forma en el suelo 2 el canal 28 que se llena con material de cemento 31; y el cabezal guia 34 que, conforme se encaja, forma en el suelo 2 el canal 40 que define un canal "guía" mediante el cual se encaja el cabezal principal 10. En una modalidad adicional no mostrada, el pilote 3 comprende el cabezal principal 10 que, conforme se encaja, forma en el suelo 2 el canal 28 que se llena con material de cemento 31, y un número (normalmente de dos a cuatro) de cabezales 34 guía que, conforme se encajan, forma en el suelo 2 el canal 40 que define un canal "guía" mediante el cual se encaja el cabezal principal 10. Las dimensiones transversales de los cabezales 34 aumentan en forma gradual hasta aumentar en forma gradual las dimensiones transversales del canal 40, y el número de cabezales guía 34 utilizados depende del tipo de suelo 2. En casos especiales, las dimensiones transversales de los cabezales guía 34 pueden disminuir en forma gradual, para tener un cabezal 34 inferior ancho y una base de soporte ancha, y un cabezal principal 10 más pequeño y/o cabezales 34 guía superiores más pequeños para reducir el tamaño del canal 30 y de esta manera, la cantidad de material de cemento 31 inyectado en el suelo 2. En una modalidad alternativa, el material de
52-353 cemento 31 puede inyectarse en el canal 40 formado al encajar un cabezal 34 guía en el suelo 2, en cuyo caso, el conducto de inyección utilizado (no mostrado con detalle) es idéntico al conducto de inyección 50 mostrado en la modalidad de la Figura 11, y se define por un tubo que tiene un extremo inferior ubicado en un orificio pasante en el cuerpo tubular 36, y un extremo superior conectado a un dispositivo de inyección. Cada pilote 3 puede por lo tanto tener más de un cabezal principal 10 y más de un cabezal guía 34, que pueden ser de diferentes tamaños y tener distintas distancias de separación. Más aún, las dimensiones transversales de cada cabezal principal 10 o de cada cabezal guía 34 puede variar tanto en el curso del encajado del pilote 3 como después de éste; y el canal formado al encajar cualquier cabezal principal 10 o cualquier cabezal 34 puede llenarse con material de cemento 31 en un etapa o en un número de etapas sucesivas separadas por algún tiempo . En una modalidad alternativa, un cabezal guía 34 se fija en forma deslizable con respecto a un cuerpo tubular 36 respectivo mediante un mecanismo de conexión. Es decir, cuando al encajar el pilote 3, puede decidirse detener el movimiento descendente del cabezal 34 en un punto determinado y continuar solamente con el movimiento descendente del cuerpo tubular 36. El mecanismo de conexión puede controlarse en forma remota por un accionador, o puede estar diseñado para que el cabezal 34 se libere por deslizamiento con respecto al cuerpo tubular 36 cuando la fuerza ejercida sobre el cabezal 34 exceda un valor de umbral predeterminado. De manera similar, el cabezal principal 10 puede estar fijo en forma deslizable con respecto a la varilla 9 mediante un mecanismo de conexión. Es decir, al encajar el pilote 3, puede decidirse detener el movimiento descendente del cabezal 10 en un punto determinado, y continuar solamente con el movimiento descendente de la varilla 9. El mecanismo de conexión puede controlarse en forma remota por un accionador, o puede estar diseñado para liberar en forma deslizable el cabezal principal 10 con respecto a la varilla 9, cuando la fuerza ejercida sobre el cabezal principal 10 exceda un valor de umbral predeterminado . En una modalidad alternativa mostrada en la Figura 7, la porción inferior del cabezal principal 10 tiene forma de punta. De manera más específica, el lado inferior de la placa 12 del cabezal principal 10 está equipado en forma rígida con un cuerpo 42 que tiene una punta, y que puede ser cónica o en forma de cuña o de cualquier otra forma que termine en una punta. La inclinación de la punta del cuerpo 42 puede ser fija o variable (en particular, puede hacer clic entre dos posiciones) para ajustarse, al encajar el pilote 3, como una función de las características del suelo 2 que se está trabajando por el cabezal principal 10. En otras palabras, en cualquier momento, al encajar el pilote, puede variarse la inclinación de la punta del cuerpo 42 para adaptarlo a las características del suelo 2 que se está trabajando en ese momento por el cabezal principal 10. Un cabezal principal 10 con punta tiene la ventaja de ser encajado en el suelo 2 con más facilidad, y sobre todo de evitar el empuje descendente de la porción de suelo 2 aflojada por el cabezal principal 10 conforme éste se encaja. Es decir, conforme el cabezal principal 10 con punta desciende, la porción de suelo 2 aflojado por el cabezal principal 10 tiende a deslizarse a lo largo de las paredes en pendiente de la punta y empujarse en alejamiento sobre cualquier lado del cabezal principal 10. En otras palabras, en el caso de un cabezal principal 10 plano, la porción de suelo 2 aflojada, conforme el cabezal principal 10 desciende, tiende a ser empujada hacia abajo al menos en parte por el cabezal principal 10; mientras que en el caso de un cabezal 10 principal con punta, la porción de suelo 2 aflojada conforme el cabezal principal 10 desciende tiende, como se establece en lo anterior, a deslizarse a lo largo de las paredes en pendiente de la punta hacia cualquier lado del cabezal principal 10. Evitar el empuje descendente de la porción de suelo 2, aflojada conforme el cabezal principal 10 desciende, es extremadamente importante cuando se encaja el cabezal principal 10 a través de dos capas de diferentes composiciones, que deben evitarse que se mezclen. Esta situación ocurre normalmente en presencia de un lecho de agua, que debe salvaguardarse de la contaminación por material arrastrado desde las capas del suelo 2 por encima del lecho. En el caso de un pilote 3 que comprende un cabezal principal 10 y varios cabezales 34 guía de entrada, sólo el cabezal 34 inferior puede tener una punta. Como otra alternativa, como se muestra en la Figura 8, tanto el cabezal guía 34 como el cabezal principal 10 tienen forma de punta (fija o ajustable) , pero es obvio que sólo el cabezal 34 inferior tiene forma de punta completa, mientras que los demás cabezales 34 y el cabezal principal 10 tienen forma de punta con un orificio central para el paso de los cabezales guía 34 inferiores. Conforme se está encajando en el suelo 2, el cabezal principal 10 puede hacerse girar a una velocidad determinada, normalmente variable, alrededor de su eje central para ayudar a la penetración del cabezal principal 10 en el suelo 2. La rotación es en particular útil en el
52-353 caso de un cabezal principal 10 con forma de punta, en cuyo caso, el cabezal principal 10 comprende de preferencia un número de ranuras helicoidales para atornillar el cabezal principal 10 en el suelo 2. De manera alternativa, el cabezal principal 10 puede atornillarse en el suelo 2 con o sin extracción de material del canal 28. La extracción de material del canal 28 es en particular útil para superar las capas de suelo particularmente duro. Al encajar el pilote 3, la varilla 9 del pilote 3 puede hacerse girar ligeramente alrededor de su eje vertical para compensar cualquier desviación de la varilla 9 con respecto a la vertical, producida al encajarse a través de puntos particularmente duros del suelo 2, como pueden ser rocas grandes o endurecedores de concreto . En la modalidad de la Figura 9, en el caso de que el suelo 2 esté formado por una capa superior 43 dura, y muy compacta y una capa inferior 44 más suave y menos compacta, puede formarse un precanal 45 a través de la capa superior 43, utilizando un taladro normal (posiblemente con brocas que aumenten gradualmente su tamaño) . El precanal 45 es, desde luego, coaxial con el tubo 5, y por lo tanto con el cabezal principal 10 y con el canal 28 formado al encajar el cabezal principal 10 en el suelo 2, y facilita más el encajado del cabezal principal 10 en la capa superior 43 del suelo 2.
52-353 El precanal 45 puede ser más pequeño, del mismo tamaño o ligeramente más grande que el cabezal principal 10, y puede llenarse con material 46 de baja resistencia (por ejemplo, arena) para asegurar la correcta formación del pilote 3, y para evitar que el suelo 2 se derrumbe y obstruya el precanal 45 con material heterogéneo (por ejemplo, escombros) que podrían impedir el movimiento descendente del cabezal principal 10. En la modalidad preferida mostrada en la Figura 9, el precanal 45 es ligeramente más grande que el cabezal principal 10, y está recubierto con un recubrimiento 47 de camisa metálica (o de otro material, como PVC) para evitar que el suelo 2 se derrumbe al interior del precanal 45. Una vez que el recubrimiento 47 de camisa metálica esté en su lugar, el precanal 45 se llena con material 46 de baja resistencia para asegurar la formación correcta del pilote 3. Es importante, de hecho, que conforme desciende, el cabezal principal 10 debe encontrar la menor resistencia posible, para que ejerza suficiente presión sobre el suelo 2 para compactarlo localmente. Si el precanal 45 es del mismo tamaño que el cabezal principal 10, es decir, si es más grande que el orificio 4, el precanal 45 debe formarse antes de construir la estructura 1 de cimentación. Al encajar el cabezal principal 10, el precanal 45 puede, al menos parcialmente,
52-353 inundarse de agua, en cuyo caso, el agua puede extraerse por succión del precanal 45 a través del conducto de inyección 16, y es posible insertar un tubo conectado a través del conducto 16 de inyección a una bomba de succión. En el caso de que el suelo 2 esté formado por capas débiles (por ejemplo, de arcilla) que se alternan con capas duras (por ejemplo, de arena) para mantener una presión de encajado relativamente constante en el pilote 3, la dimensión transversal del cabezal principal 10 o de los cabezales 34 guía pueden variarse como una función de la compactación de la capa de suelo 2 que se está trabajando con el cabezal principal 10. En otras palabras, cuando el cabezal principal 10 encuentra una capa en particular compacta del suelo 2, la dimensión transversal del cabezal 10 se reduce a un mínimo determinado y, por el contrario, cuando el cabezal principal 10 encuentra una capa suave del suelo 2, la dimensión transversal del cabezal 10 aumenta hasta un máximo determinado. La dimensión transversal del cabezal principal 10 puede aumentarse o reducirse, por ejemplo, por medio de un accionador para producir deslizamiento relativo entre al menos dos porciones periféricas de la placa 12 del cabezal 10. Al variar la dimensión transversal del cabezal 10, mientras éste se encaja, también varía la dimensión transversal del canal 28.
52-353 Se puede utilizar la dimensión transversal variable del cabezal principal 10 cuando se construya la estructura 1 de cimentación. Es decir, en oposición a alinearse con el orificio 4 por debajo de la estructura 1 de cimentación, el cabezal principal 10 se inserta a través del orifico 4 cuando el pilote 3 se está encajando, y entonces se expande al hacer contacto con el suelo 2. En otras palabras, el cabezal principal 10 se contrae hasta una dimensión transversal más pequeña que el orificio 4 para que quepa a través del orificio 4, y entonces se expande hasta una dimensión transversal mayor al orificio 4 para formar el canal 28. Esta solución es en particular útil cuando se trabaja con una estructura 1 de cimentación ya existente. En una modalidad alternativa, la posibilidad descrita en lo anterior, de variar la dimensión transversal del cabezal principal 10, conforme se encaja en el suelo 2, puede utilizarse también para aumentar la dimensión transversal de la porción de extremo del canal 28, y formar así un bulbo relativamente ancho en la porción de extremo inferior del pilote 3 para aumentar la superficie de soporte de suelo, y por lo tanto, la capacidad del pilote 3. Como otra alternativa, la dimensión transversal de la porción de extremo del pilote 3 puede aumentarse para formar un bulbo de este tipo jalando el cabezal principal
52-353 10 hacia arriba para deformar la porción de extremo de la varilla 9. Como se muestra en la Figura 10, al construir la estructura 1 de cimentación, se interpone un forro aislante 48 entre la estructura 1 de cimentación y el suelo 2 (o entre la estructura 1 y la capa 8 de cemento pobre, en su caso) para proteger la estructura 1 contra la infiltración por agua. En cada orificio 4, el forro 48 aislante comprende un orificio correspondiente para el paso del pilote 3 relativo. De manera más especifica, el forro 48 aislante se fija al tubo 5 de recubrimiento respectivo insertando el borde libre del forro 48 entre dos anillos 6, e insertando a través del forro 48 aislante un número de tornillo 49, cada uno de los cuales se sujetan con pernos a los dos anillos 6. Aunque no se ilustra con detalle, puede utilizarse también un sistema de sujeción similar para fijar el forro 48 al tubo 17 del conducto de inyección 16. En la modalidad de la Figura 11, se elimina el conducto 16 de inyección mostrado en los dibujos anteriores y el material de cemento 31 se inyecta en la porción tubular 30 exterior del canal 28 mediante un conducto 50 de inyección, que se define por un tubo 51 hecho de un material flexible y que tiene un extremo inferior en un orificio pasante 52 en la varilla 9, y de un extremo superior conectado a un dispositivo de inyección (no
52-353 mostrado) . El orificio 52 se localiza cerca del cabezal principal 10 para inyectar el material de cemento 31 dentro de la porción tubular 30 exterior del canal 28 ascendente, en oposición al descenso del conducto de inyección 16. La inyección del material de cemento 31 hacia arriba, en oposición a su inyección hacia abajo, tiene la ventaja de formar "alargamientos" de material de cemento 31 a diversas alturas . En la modalidad preferida mostrada en la Figura 11, una cantidad de orificio 52 se proporciona a la misma altura y en forma simétrica con respecto al eje central de la varilla 9, para inyectar material de cemento 31 en forma simultánea desde una cantidad de puntos . En una modalidad alternativa no mostrada, los orificios 52 se localizan a diferentes alturas a lo largo de ' la varilla 9, y pueden alimentarse por uno o más tubos 51 al encajar el pilote 3 (posiblemente en un número de etapas no simultáneas) , o incluso después de que el pilote 3 se haya encajado. Una vez que el material de cemento 31 se inyecta, el tubo 51 puede ya sea retirarse o quedarse dentro del conducto 11 de la varilla 9. Es importante observar que, antes de encajar el pilote 3, puede extraerse por succión el agua de esté por debajo de la estructura 1 de cimentación, a través del conducto de inyección 16 ó 50. En la modalidad de las Figuras 12-14, antes de
52-353 insertar la varilla 9 dentro del orificio 4 respectivo, una viga 53, de preferencia una viga I (que se muestra con claridad en la Figura 13) , se inserta dentro del orificio 4 y dentro del miembro de conexión 14 del cabezal principal 10, de manera que quede frente a una ranura pasante 54 formada en la placa 12 del cabezal principal 10 y conformada y dimensionada para permitir el paso de la viga 53. Antes de insertar la varilla 9, el extremo inferior de la viga 53 se introduce en la ranura 54 para descansar sobre el suelo 2 en la posición mostrada en la Figura 12. Una placa 55, al menos tan larga como la varilla 9, se coloca en el extremo superior de la viga 53. Cuando la viga 9 se inserta en el interior del orificio 4, el extremo inferior de la varilla 9 descansa sobre la superficie superior de la placa 55. Cuando la varilla 9 se somete a empuje descendente, éste se transmite por medio de la placa 55 hacia la viga 53, que así comienza a hundirse en el suelo 2. Conforme la placa 55 llegue a descansar sobre el extremo superior del miembro 14 de conexión, el empuje descendente ejercido sobre la varilla 9 se transfiere tanto al cabezal principal 10 como a la viga 53, con lo cual se hunden en el suelo 2, como se muestra en la Figura 14. En una modalidad alternativa no mostrada, la viga 53 puede sustituirse por un miembro alargado de cualquier tipo, por ejemplo, un miembro tubular o una
52-353 sección de canal . El objetivo de la viga 53 es definir una extensión inferior del pilote 3 con respecto al cabezal principal 10. Esto es útil cuando el movimiento descendente del cabezal principal 10 es detenido por el cabezal principal 10 que llega a descansar sobre una capa de suelo profunda, dura y en particular compacta, en cuyo caso, la viga 53 penetra la capa profunda del suelo 2 por debajo del cabezal principal 10 para aumentar la capacidad del pilote 3. Como se estableció en lo anterior, al variar la dimensión transversal del cabezal principal 10 (y posiblemente también de un cabezal guía 34) , cuando se está hundiendo el cabezal principal 10, también varía la dimensión transversal del canal 28, posibilitando así la formación de un pilote 3 cuyas dimensiones transversales varían libremente a lo largo de su eje longitudinal. En otras palabras el pilote 3 puede comprender, alrededor de la varilla 9, segmentos de material de cemento 31 intermedios o finales más grandes que el resto del pilote 3 y denominados en general como "alargamientos". Además de variar la dimensión transversal del cabezal principal 10 (y posiblemente también de un cabezal guía 34) cuando se encaja el pilote, pueden formarse también "alargamientos", es decir, los segmentos intermedio
52-353 o extremo del material de cemento 31 más grandes que el resto del pilote 3, utilizando la modalidad de la Figura 11, en donde el material de cemento 31 se inyecta en el canal 28 a través de uno o más orificios 52 ubicados a lo largo de la varilla 9, y al variar la cantidad de presión del material de cemento 31 inyectado cuando se encaja el pilote 3. Como se estableció en lo anterior, el material puede alimentarse a través de orificio 52 mientras se encaja el pilote 3 (posiblemente en una cantidad de etapas no simultáneas) , o incluso después de que éste ya se ha encajado. Es importante subrayar que la varilla 9 se forma normalmente al unir una cantidad de segmentos encajados sucesivamente en el suelo 2. De esta manera, el grosor de los diversos segmentos componentes de la varilla 9 puede variar también, para obtener, a lo largo del eje longitudinal del pilote 3, no sólo diferentes grosores del material de cemento 31, sino también diferentes grosores de la varilla metálica 9. En una modalidad alternativa no mostrada, el cabezal principal 10 es prácticamente del mismo tamaño que la varilla 9, y tiene forma de punta, como se describió antes. En esta modalidad, el canal 28 formado por el cabezal principal 10 en forma de punta, que penetra el suelo 2 cuando se encaja el pilote 3, es del mismo tamaño que la varilla 9, de manera que no puede inyectarse material de cemento 31. Esta modalidad se utiliza cuando el pilote 3 se encaja en el suelo 2 anegado o submarino. Al construir la estructura 1 de cimentación o al encajar los pilotes 3, puede ser necesario encajar pilotes temporales (no mostrados con detalle) en el suelo 2 para formar, por ejemplo, estructura temporales, y que deben retirarse una vez que el trabajo se haya concluido. Para extraer un pilote temporal del suelo 2, puede utilizarse un método similar al que se describe para encajar los pilotes 3. Es decir, que el pilote temporal se somete a extracción estática generada por un dispositivo de extracción conectado en forma mecánica en un extremo con el extremo superior del pilote temporal, y que descasa en el otro extremo sobre la estructura 1 de cimentación, que actúa como un miembro de reacción para el dispositivo de extracción. De manera más específica, el dispositivo de extracción comprende, de preferencia, al menos dos gatos hidráulicos en lados opuestos del pilote temporal; la varilla móvil de cada gato se fija a una placa horizontal conectada en forma rígida al pilote temporal; y los cuerpos de los dos gatos hidráulicos descansan en la estructura 1 de cimentación. La descripción anterior ilustra diversas modalidades con las que se forma cada pilote 3 , y las características de las cuales pueden, desde luego, combinarse en forma variada, dependiendo de las características de la construcción, las características del suelo 2 y el resultado final deseado. Como será claro a partir de la descripción anterior, cada pilote 3 consta en general de un centro metálico cilindrico (varilla 9) relleno con concreto 32 y contenido en una camisa de betoncino 31. Cada pilote 3 se encaja en forma estática prácticamente sin extraer material del suelo 2 , y se hunde en el suelo 2 simplemente compactando las regiones a través de las cuales viaja. Así, el suelo 2 en el que descansa la cimentación sobre pilotes se renueva y se compacta, y se obtiene un sitio de construcción prácticamente limpio al eliminar el trabajo de excavación y movimiento de tierra que se requiere con pilotes encajados con excavación. Debe señalarse que, al trabajarse estáticamente utilizando gatos hidráulicos, cada pilote se encaja absolutamente sin vibración o ruido, de manera que ni la estática ni la estabilidad de ninguna edificación en la vecindad de la estructura 1 de cimentación se afectan en forma alguna . Finalmente, debe observarse que, al construir la estructura 1 de cimentación poco antes de la cimentación sobre pilotes, puede reducirse el tiempo de trabajo global mediante el encajado de pilotes 3 y la construcción simultánea de superestructuras (no mostradas) soportadas por la estructura 1 de cimentación.
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