En montenegro Expersa somos especialistas en obras de micropilotes, en nuestra web, tienes más información sobre nuestros servicios y algunas de las obras que hemos realizado.

Los micropilotes, un sistema de cimentación altamente eficiente.

Los micropilotes, durante más de 60 años han sido utilizados tras el auge que tomaron desde sus primeros usos a mediados del siglo pasado, aunque es en estos últimos días que su nombre suena más en la boca de los constructores.

Son conocidos como un sistema estructural de cimentación profunda de menor tamaño que un pilote, es decir, es un pequeño pilote. Resultaron ser una eficiente solución para muchos problemas estructurales y de suelos de cimentación.

En la actualidad son bastante conocidos, a nivel mundial el término “micropilotes” es el utilizado, pues deben su nombre al diminutivo de sus familiares más cercanos, los pilotes.

Sus propiedades mecánicas son buenas y elevadas en comparación con su pequeño diámetro, y a su vez las longitudes que alcanzan puede verse muy extensas comparándolas con dicha sección transversal.

Su uso es hoy ventajoso en muchos sentidos, siendo muy solicitados en innumerables construcciones y proyectos arquitectónicos y urbanos por ello, entraremos en detalle con el tema de los micropilotes.

¿Qué son los micropilotes?

Los micropilotes pueden definirse como un elemento estructural utilizado en cimentación, con el fin de transmitir la carga al suelo, y resistir las que este pueda transmitir a la infraestructura de una edificación. Poseen la capacidad de resistir esfuerzos de tracción y compresión simultáneamente. Están compuestos por un tubo de acero que se coloca en el interior de un orificio perforado en el terreno y que recibe una lechada de cemento inyectado y pueden ser colocados de forma inclinada o verticalmente. El elemento resistente del pilote es una armadura de forma tubular que se coloca en el taladro con roscado o soldadura de los diferentes tramos.

¿Para qué sirven los micropilotes?

Los micropilotes tienen un campo amplio de aplicaciones en proyectos de arquitectura, ingeniería civil, urbanismo y vialidad, siendo estas las siguientes:

• Como elementos de cimentación de estructuras levantadas sobre terrenos de dimensiones muy pequeñas.
• Como refuerzo de cimentación en ampliación de edificios ya construidos.
• En cimentaciones profundas para edificaciones en terrenos donde el acceso puede tornarse dificultoso.
• Como refuerzo de cimientos ya existentes.
• En excavación de sótanos.
• Como cimentación profunda en terrenos donde los pilotes no puedan ser aplicados.
• Cuando el asiento de las cimentaciones ha fallado, se usan para cubrir las fallas del terreno, donde se apoyan los cimientos que puedan alterarse.
• En proyectos construidos en zonas donde no se puedan realizar actividades golpeteo fuerte; vibraciones; excavaciones extensas sin entubar; acceso de maquinaria normal para cimentación. Esto aplica generalmente en la instalación de cimentaciones nuevas o en cimentaciones de una estructura con otra colindante o adyacente a la misma.
• En recalce de edificios.
• En forma de pantallas de micropilotes: Para recalzar estructuras colindantes así como también posibilitar la excavación hasta determinada profundidad sin apeos.
• Deben emplearse también en forma de pantalla de micropilotes en los casos en que las pantallas tradicionales continuas o de pilotes de gran diámetro no pueden realizarse o colocarse.
• Por aumento de cargas sobre cimentaciones existentes.
• Asiento de estructuras: Para edificios; monumentos; naves industriales; viaductos; puentes; otros, que por fallos de la cimentación o por fallas del terreno donde se asientan los cimientos, que puedan sufrir alteraciones.

Estas son sus aplicaciones principales, demostrando la alta eficiencia y la multifuncionalidad que poseen como elemento de cimentación profunda.

• Primeros usos

El micropilote se empezó a utilizar en Italia entre 1950 y 1952 y en muchos otros países por la empresa FONDEDILE. Este término es utilizado casi universalmente pero entendido como refiriéndose a pilotes ejecutados con técnicas diferentes y un menor diámetro.

• Partes

• Características

• Clasificación

Existen diversas clasificaciones desde puntos de vista distintos, veamos cuales son algunas de ellas.

1. Los micropilotes en función y disposición de su armadura suelen ser de tres tipos:

1. Con redondos o barras en el centro: cuando cuentan con la presencia de dos o más barras de acero ubicadas en el centro del taladro.
2. Con tubo: cuando su estructura se forma mediante la colocación de un tubo de acero con diámetro de entre 100 y 300 mm dentro del taladro, rellenado con mortero.
3. Mediante jaula: cuando su estructura está compuesta por una jaula de 150 a 300 mm de diámetro con 5 o más redondos o barras longitudinales, y cercos o una espiral haciendo la unión transversal.

Esta es la primera forma de clasificar los pilotes, veamos otras clasificaciones en base a otros criterios.

Según el método de perforación los micropilotes se clasifican de la siguiente manera:

1. Barrena helicoidal: Similar a la de perforación de pilotes. La barrena extrae el terreno al mismo tiempo que lo perfora. Si bien, la ejecución de pilotes permite utilizar esta técnica en terrenos más duros, la maquinaría de ejecución de micropilotes, en función de su tamaño y prestaciones, puede limitar su uso a determinados tipos de terreno y profundidades.
2. Rotación: Una máquina provista de un cabezal de perforación con una corona en punta, penetra en el terreno por medio del empuje y la rotación. La técnica requiere del aporte de agua para la refrigeración del sistema de perforación. Se utiliza en terrenos con mayor cohesión.
3. Rotopercusión: Similar al anterior, al sistema de rotación lo acompaña la percusión del cabezal (similar al que tienen las taladradoras caseras) El cabezal suele ser una corona reforzada que se refrigera mediante agua. Se utiliza para perforar terrenos rocosos y el hormigón de una cimentación existente. Tendremos que tener en cuenta las vibraciones que se puedan transmitir al edificio o al terreno a través de la cimentación.

 

1. Clasificación de los micropilotes según el sistema de inyección utilizado:

Para esta clasificación es importante saber que el criterio se basa en la inyección de las lechadas preparadas, las cuales se hacen a través de un cabezal de inyección.

1. Sistema de inyección continua IU o IGU: Sin manguitos de inyección. El cabezal de inyección o vertido se sitúa en el la boca de la armadura del micropilote, o bien, ayudados por una tubería auxiliar, en el fondo de la armadura. La inyección discurre a través del tubo y sube por las paredes de la perforación hasta completar el micropilote. Sistema utilizado en rocas sanas, suelos muy cohesivos y en terreno granular. Si se produce pérdida significativa de lechada es necesario reinyectar antes de que se alcance el fraguado de la lechada.
2. Sistema de inyección repetitiva IR: La inyección ser realiza en dos fases. La primera llenado el interior de la armadura. La segunda fase puede ejecutarse desde el interior de la armadura por los manguitos de inyección, que deben contar con válvulas anti-retorno. O bien inyectando entre la armadura y el hueco de perforación. Uso en rocas fisuradas, suelos granulares de granulometría gruesa y terreno con cohesividad media.
3. Sistema de inyección repetitiva-selectiva IRS: La inyección se ejecuta por los manguitos desde el interior de la armadura mediante pasadas de inyección, que pueden contar con distintas presiones y caudales, en función de la cantidad de lechada admitida. Previamente hay que rellenar el hueco entre la armadura y la perforación, lo que se conoce como inyección de sellado. Esto evita que la posterior inyección por los manguitos escape a la superficie por dicho hueco. Entre un pasada y la siguiente, la lechada va endureciendo por lo que hay que llegar a la hidrofracturación para conseguir inyectar. Suelos de consistencia baja y granulares.

Otras clasificaciones son:

1. Según el tipo de barra:

• Amados con barras corrugadas.
• Armados con tubos de acero

1. Según el tipo de cabeza del pilote:

• Pilotes de cabezas soldadas.
• Pilotes de cabezas mecanizadas.

Tareas previas a su instalación:

Antes de instalar los micropilotes, deben realizarse una serie de actividades previas a la obra, estas son:

1. Debe conocerse el informe geotécnico que determine los siguientes datos: Corte estratigráfico y nivel de la capa freática; características mecánicas del terreno; determinación de la profundad estimada para la cimentación; y por ultimo grado de agresividad del terreno.

Corte estratigráfico y nivel de la capa freática: Un corte estratigráfico es un diagrama que muestra las capas del suelo y como están ordenadas, en el que se indica además, el tipo se sedimento, el espesor de los estratos y algunas otras especificaciones técnicas. Estos cortes son útiles sobre todo para construcciones o carreteras ya que así podemos saber que materiales vamos a encontrar y, por ende, como tenemos que perforar o excavar para hacer cimientos. Sebe prever la existencia de una capa freática ya que la humedad puede ser perjudicial para los cimientos de una edificación.

Características mecánicas del terreno: Las propiedades mecánicas de un suelo permiten al ingeniero de cimentaciones llegar a un diseño de la obra civil en la etapa de estudio, considerando los tres grandes problemas a los que él comúnmente se enfrentar como son: el primero los estados límite de falla (que trata sobre la estabilidad de las estructuras); el segundo los estados límite de servicio (que se refiere a los hundimientos totales y diferenciales que sufrirá la cimentación y la superestructura) y finalmente el tercero viene a ser el flujo de agua a través de los suelos que influye en el comportamiento de los mismos.

Determinación de la profundidad estimada para la cimentación: para conocer así las dimensiones que van a tener los micropilotes a ser instalados.

Grado de agresividad del terreno: Según la composición química del suelo, o por las aguas intersticiales presentes en él, un suelo puede ser perjudicial en contacto con los hormigones, degradando así las cimentaciones.

La agresividad de un suelo puede deberse fundamentalmente a la existencia de sulfatos solubles u otros componentes químicos; los sulfatos generan componentes que provocan una fuerte expansión en el material hasta su destrucción. Este es un factor de importancia a tener en cuenta en ciertos suelos para proyectar las cimentaciones.

1. Preparación de la superficie de asiento realizando previamente el movimiento de tierras, limpio de obstáculos y de material orgánico, con ancho suficiente para permitir maniobras de maquinaria.

Entendemos por movimiento de tierras como una serie de procedimientos, cálculos y cómputos métricos relacionados con volúmenes de tierra a mover, dando origen a todas aquellas actividades que se realizan sobre el terreno para la ejecución de una obra.

La limpieza de obstáculos viene dada por la limpieza del terreno dejándolo en las mejores condiciones posibles, para facilitar así los trabajos de construcción.

Le extracción del material orgánico es una tarea obligatoria en todo proyecto de ingeniería civil, debido a que esta capa del suelo no posee ninguna propiedad mecánica óptima. De igual manera su composición química es perjudicial para una construcción.

1. Realizar la inspección de edificios colindantes e identificar los servicios que puedan afectar la ejecución de los trabajos, efectuando la conveniente sustitución o corrimiento de los mismos, si fuese necesario.
2. Hacer un replanteo: Marcar los micropilotes mediante redondos de acero corrugado con un alambre en la punta, ya que este tipo de marcas no es preciso quitarlas para perforar.
3. Después de haber marcado en el terreno el centro del pilote, se tomarán referencias en los cuatro puntos cardinales, a una distancia prudencial para que se mantengan durante la ejecución de los trabajos.

Procedimiento de instalación:

1. Perforación y limpieza:

Ya efectuado el replanteo de los micropilotes, se realiza la perforación situando la máquina justo en el centro del micropilote; deberá aplomarse la torre o pluma y se inicia la tarea de taladrar mediante rotación.

Se establece el diámetro de la barrena de acuerdo al diámetro especificado en proyecto para el micropilote.

Con la disposición de micropilotes perforados, se calcula que la desviación en planta no supere al 10% del diámetro del micropilote; en relación a su verticalidad, la desviación no debe superar el 4% de la longitud del micropilote.

La perforación se lava con agua y/o aire a presión. Se trata de una operación imprescindible para conseguir una mejor calidad..

1. Colocación de la armadura:

Previo a la colocación de la armadura tubular, se realiza la limpieza del fondo inyectando agua a presión.

La armadura se coloca centrada respecto al eje del micropilote, verificando que se mantenga la verticalidad y el centrado. Esta armadura debe sobresalir del terreno una longitud determinada (entre 60 y 90 cm.) a fin de soldarle luego unos redondos que garanticen la adherencia entre encepados y micropilotes.

Las armaduras pueden realizarse de las siguientes formas:

• Acero corrugado: Para las armaduras de acero corrugado.
• Armadura tubular de acero: En general solo se emplearán armaduras normalizadas que presenten buen aspecto: sin abolladuras, corrosión u otros defectos. Es importante realizar una limpieza de la grasa protectora con la que se protege a los tubos manufacturados. De otro modo, se podrían presentar problemas de adherencia entra la lechada y el acero.

Posteriormente se procede con la fase de inyección de la lechada.

1. Inyección:

Colocada la armadura, deberá evitarse que se produzcan contaminaciones en el interior de la perforación; por ello se realiza la inyección de la lechada de cemento antes que transcurran 24 horas desde la introducción de la armadura.

Por lo general, la inyección se realiza en tres fases:

• En la primera fase se inyecta el cemento por gravedad, hasta que rebosa por el espacio anular entre la armadura tubular y el terreno. Se espera hasta que fragüe antes de inyectar en segunda fase.
• En la segunda fase se realiza la formación del bulbo de anclaje del micropilote al terreno, inyectando a presión.
• Por último, se rellena el interior de la tubería con la mezcla de cemento. Si se observan admisiones anormales, se fuerza la penetración del relleno con presión de aire obturando en cabeza. Cada tipo de micropilote requiere de diferentes proporciones de cemento y agua para su rellenado.

Luego pasamos a la siguiente fase, conocida como descabezado.

1. Descabezado:

Conviene descabezar los micropilotes pues el hormigón de la capa superior suele siempre ser de mala calidad. Tener en cuenta que, cada cierto tiempo, ha de retirarse el material extraído para permitir a la máquina maniobrar.

1. Soldadura de armaduras:

Luego de finalizar la inyección, se realizan las soldaduras continuas en la armadura tubular del micropilote que sobresale del terreno, unos redondos de acero corrugado o capuchones para producir buena adherencia entre el micropilote y el encepado.

Seguidamente se realiza el vertido de un hormigón de limpieza y la colocación posterior de la armadura de la zapata de acuerdo a los planos del proyecto.

Maquinaria para micropilotes.

• Equipos de perforación como sondas o carros perforadores con las características adecuadas al terreno y especificaciones de obra.
• Equipos para hormigonado, compuesto por: Máquina de fabricación de lechada de cemento y una bomba inyectora.
• La micropilotadora: La máquina micropilotadora se desplaza sobre orugas y posee una torre donde se encuentran los dispositivos de taladro, manipulación de armaduras tubulares e inyecciones.

Entremos en detalle con cada uno de ellos:

1. Perforadora: Realiza el trabajo de perforación. Las cabezas de perforación son intercambiables. Se dividen en perforadoras de barrena y de rotación-percusión, si bien, algunas perforadoras incorporan ambos sistemas. Pueden ser autopropulsadas o sobre camión. Las de mayor tamaño suelen tener también mayor potencia y alcance, pero se limita su uso a espacios al aire libre. Las de menor tamaño ganan en accesibilidad. Hay que tener en cuenta que el mástil (plegable y orientable) debe contar con una altura mínima de gálibo en la zona de trabajo. Es importante el estudio previo de accesibilidad antes de diseñar el sistema de micropilotaje.
2. Mezcladora-amasadora: En la que se fabrica la mezcla de la lechada de inyección. Pueden dividirse en módulos: Mezcladora, donde se homogeneiza la mezcla. Batidora, donde se mantiene en movimiento la lechada para evitar la decantación.
3. Grupo inyector o bomba de trasiego: Dota de presión a la lechada y controla el caudal y la presión de inyección. En algunos casos la mezcladora y el grupo inyector forman un único módulo. En la fotografía de cabecera se muestra un grupo compacto amasadora – grupo inyector.
4. Tubería de inyección: Tubería modular y flexible que conecta el cabezal de inyección con el grupo inyector. Junto a la tubería se dispone el cable de mando del cabezal.
5. Cabezal de inyección-obturación: Se introduce en la perforación para inyectar la lechada. Cuentan con obturador hinchable simple o doble. Cada cabezal se adapta a un rango de diámetro de la armadura tubular.

Ventajas

• Facilidad de construcción en espacios limitados o reducidos de área o que tengan difícil acceso.
• Rapidez y agilidad de construcción.
• Posibilidad de construcción de micropilotes inclinados con respecto a la vertical.
• Posibilidad de construcción por debajo de estructuras pre-existentes.

Desventajas

• Su capacidad de carga lateral es limitada
• Para grandes cargas puede requerirse un gran número de micropilotes.
• Posibilidad de pandeo bajo carga sísmica y licuefacción.

Los paraguas de micropilotes

Algunas definiciones para este sistema son:

• Un paraguas de micropilotes es un conjunto discreto de elementos lineales subhorizontales perforados en el terreno armados e inyectados, que forman una pre bóveda resistente envolvente de la cavidad a excavar, cuya misión es sostener el terreno existente por encima, así como minimizar las deformaciones del mismo para evitar daños en estructuras o infraestructuras viarias existentes durante la excavación.

Son utilizados en la construcción de infraestructuras importantes y de complejidad estructural alta, como túneles, líneas de alta velocidad y cualquiera que requiera sus propiedades mecánicas.

Es altamente recomendado en la construcción de túneles superficiales excavados en terrenos blandos, túneles que discurran a través de terrenos meteorizados, túneles que vayan a atravesar zonas de falla y túneles en terrenos con susceptibilidad al colapso.

Los paraguas de micropilotes presentan una alta adaptación a las variaciones de las condiciones geológicas y geotécnicas de la roca. Se instalan de una forma muy sencilla gracias al tipo de maquinaria empleada en su colocación y los operadores que los instalan no requieren formación específica que no sea la propia del manejo del jumbo de perforación.

Un paraguas se compone de un número determinado de micropilotes colocados normalmente siguiendo el perfil de la bóveda del túnel, a una distancia dada de ésta, y a una distancia determinada por las necesidades del pre sostenimiento.

En conclusión, los micropilotes tienen un gran campo de usos, siendo hoy un sistema de cimentación popular, bastante conocido por sus propiedades mecánicas, que a pesar de ser menores que las de los pilotes, de igual manera permiten la construcción de múltiples estructuras a lo largo del mundo entero.