Docente: Jorge Anibal Lara Leo Febrero - Junio 2015

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS

Ingeniería Petrolera

Materia: Construcción De Instalaciones Petroleras Unidad III : Tarea 1

Alumna: Karent Jiménez Arias 8vo C

TIPOS DE PILOTES

Primeros Pilotes

Es el tipo de pilote más antiguo, normalmente de madera, y se inventó para hacer cimentaciones en zonas con

suelo húmedo, con el nivel freático alto o inundadas. Eran de madera, troncos sencillamente descortezados y su

capacidad portante se destacaba bien llegando a un capa del terreno suficientemente resistente, o bien, por

rozamiento del pilote con el terreno.

La denominación se aplica cuando el método constructivo consiste en realizar una perforación en el suelo a la

cual, una vez terminada, se le colocará un armado en su interior y posteriormente se rellenará con hormigón.

En ocasiones, el material en el que se está cimentando, es un suelo friccionante (como son arenas, materiales

gruesos y limos, los cuales pueden ser considerados como materiales friccionantes ya que al poseer una

estructura cohesiva tan frágil, cualquier movimiento como el que produce la broca o útil al perforar o la simple

presencia de agua en el suelo entre otros, hace que se rompa dicha cohesión y el material trabaje como un suelo

friccionante), es por ello que se presentan desmoronamientos en el interior de las paredes de la perforación; a

este fenómeno se le denomina "caídos", es por ello que se recurre a diversos métodos para evitar que se presente.

Por la forma de ejecución del vaciado, se distinguen básicamente dos tipos de pilotes: los de extracción y los de

desplazamiento. Un pilote de extracción se realiza extrayendo el terreno, mientras que el de desplazamiento se

ejecuta compactándolo. En ambos casos se utilizan diferentes técnicas para mantener la estabilidad de las

paredes de la excavación.

Los tipos de pilotes in situ está recogidos en las Normas Tecnológicas de la Edificación.

Pilote in situ de desplazamiento con azuche

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

después de atravesar capas blandas. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en terrenos granulares

medios o flojos, o en terrenos de capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Pilote in situ de desplazamiento con tapón de gravas

Usualmente como pilotaje trabajando por fuste en terrenos granulares de compacidad media o en terrenos con

capas alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia.

Pilote in situ de extracción con entubación recuperable

Este tipo de pilote se ejecuta excavando el terreno y utilizando una camisa (tubo metálico a modo de encofrado),

que evita que se derrumbe la excavación. Una vez completado el vaciado, y según se va hormigonando el pilote,

se va retirando gradualmente la camisa, que puede ser reutilizada nuevamente.

Usualmente como pilotaje de poca profundidad trabajando por punta, apoyado en roca. También como pilotaje

trabajando por fuste en terreno coherente de consistencia firme, prácticamente homogéneo.

Proceso de ejecución de un pilote in situ.

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Pilote in situ de extracción con camisa perdida Se ejecuta por el mismo sistema del tipo in situ de extracción con entubación recuperable, con la diferencia de

que la camisa metálica no se extrae, sino que queda unida definitivamente al pilote.

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

atraviesen capas de terreno incoherente fino en presencia de agua, o exista flujo de agua y en algunos casos con

capas de terreno coherente blando; cuando existan capas agresivas al hormigón fresco. La camisa se utilizará

para proteger un tramo de los pilotes expuesto a la acción de un terreno agresivo al hormigón fresco o a un flujo

de agua. La longitud del tubo que constituye la camisa será tal que, suspendida desde la boca de la perforación,

profundice dos diámetros por debajo de la capa peligrosa.

Pilote in situ perforado sin entubación con lodos tixotrópicos

Es un pilote de extracción, en el que la estabilidad de la excavación se confía a la acción de lodos tixotrópicos.

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atraviesen

capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.

Pilote in situ barrenado sin entubación

Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en capa de

terreno coherente duro. También como pilotaje trabajando por fuste en

terreno coherente de consistencia firme prácticamente homogéneo o

coherente de consistencia media en el que no se produzcan

desprendimientos de las paredes.

Pilote in situ barrenado y hormigonado por tubo central de barrena Usualmente como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas

duras de terreno. También como pilotaje trabajando por fuste y punta en

terrenos de compacidad o consistencia media, o en terrenos de capas

alternadas coherentes y granulares de alguna consistencia

Se trata de pilotes por desplazamiento de las tierras por medio de una barrena continua. Posteriormente se

ejecuta el hormigonado por bombeo por el tubo central existente en el interior de la barrena.

Este sistema resulta apropiado para suelos blandos e inestables y con presencia de agua. La armadura se

introduce una vez perforado y hormigonado el pilote, por lo que genera el inconveniente de que debido a la

densidad del hormigón, la longitud de armado no supera los 7,00-9,00 m.

Pilotes hincados

Una técnica muy utilizada es crear una barrera de pilotes y luego excavar para construir muros soterrados.

Consiste en introducir elementos prefabricados de hormigón similares a postes de luz o secciones metálicas por

medio de piloteadoras en el suelo.

Barrena para la ejecución de pilotes.

Hincado de pilotes para la

construcción de un muelle en

Tampa, Florida.

Muro de pilotes tangentes en

Dresden, Alemania

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Dichos elementos son colocados verticalmente sobre la superficie del terreno y posteriormente "hincados" en el

piso a base de golpes de "martinete", esto hace que el elemento descienda, penetrando el terreno, tarea que se

prolonga hasta que se alcanza la profundidad del estrato resistente y se produzca el "rechazo" del suelo en caso

de ser un pilote que trabaje por "punta", o de llegar a la profundidad de diseño, en caso de ser un pilote que

trabaje por "fricción".

Pilotes prefabricados

Los pilotes prefabricados pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el

nombre de pilotes premoldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón

pretensado.

Los pilotes de hormigón armado convencional se utilizan para trabajar a compresión; los de hormigón

pretensado funcionan bien a tracción, y sirven para tablestacas y cuando deben quedar sumergidos bajo el agua.

Estos pilotes se clavan en el terreno por medio de golpes que efectúa un martinete o con una pala metálica

equipada para hincada del pilote.

Su sección suele ser cuadrada y sus dimensiones normalmente son de 30 cm x 30 cm o 45 cm x 45 cm También

se construyen con secciones hexagonales en casos especiales. Están compuestos por dos armaduras: una

longitudinal con cuatro varillas de 25 mm de diámetro, y otra transversal compuesta por estribos de varilla de

8 mm de sección como mínimo. La cabeza del pilote se refuerza mediante cercos con una separación de 5 cm en

una longitud de un metro. La punta va reforzada con una pieza metálica especial para facilitar la hinca.

Pilotes excéntricos

Los pilotes excéntricos son los que se ubican fuera de los ejes de las columnas y de las contratables en edificios

urbanos con estructura reticular, ofreciendo ventajas sustanciales respecto de los tradicionales instalados a cielo

abierto antes del desplante de la edificación, colados en sitio o prefabricados hincados a golpes de martillo y

coincidentes con los ejes, lo que dicho en otras palabras significa que los pilotes excéntricos pueden instalarse

después de haberse iniciado la construcción del edificio. Cuando éste ya tiene algún peso se usa como lastre

gratuito para dar la reacción de hincado al equipo hidráulico que es compacto, silencioso, sin vibraciones, limpio

y de mayor capacidad que la dada con golpes de martillo.

Las ventajas sustanciales de carácter financiero a favor del propietario y de tipo ingenieril a favor de los técnicos

participantes, debidas al simple cambio de ubicación de los pilotes, son las siguientes:

Ahorro del tiempo total de construcción del edificio al eliminar del programa de obra el que correspondería

a la instalación tradicional de los pilotes hecha antes del inicio de la construcción.

Se garantiza la verticalidad de los pilotes gracias al tipo de perforación en el subsuelo, que guía la punta del

pilote según la línea de la gravedad hasta llegar a la capa de apoyo.

Los pilotes pueden ser de cualquier tipo de funcionamiento, a saber: apoyados por punta, flotantes, o de

fricción negativa, según se haya decidido por el Estudio de Mecánica de Suelos.

La totalidad de los pilotes apoyados en estrato duro se rebotan a la carga de prueba cuando la punta llega al

estrato y la fricción lateral es despreciable, garantizando la inmovilidad de los pilotes bajo toda solicitación

de carga y sin costo adicional para el propietario. La inmovilidad se aprovecha en casos específicos para

controlar los esfuerzos y las deformaciones del conjunto “suelo-edificio-pilote”, instalando mecanismos

modernos a prueba de sismos muy enérgicos, tanto en obras nuevas donde han originado el concepto

"Construya Antes Hinque Después", o en edificios que ya estando en funcionamiento requieren ser

recimentados sin dejar de funcionar, para recuperar la verticalidad perdida porque es riesgoso que se hayan

reducido los factores de seguridad de la estructura consumidos por la inclinación, la que pone en riesgo la

seguridad de los usuarios, la del propio edificio y la de las edificaciones adyacentes, así como las

instalaciones públicas bajo las banquetas y también para recuperar los niveles correctos cuando

aparentemente los edificios han “emergido” respecto del nivel de las banquetas en la vía pública.

Cuando en las edificaciones se presentan problemas generados por un comportamiento distinto del subsuelo

al esperado por nosotros, como sucede en las zonas lacustres sujetas a proceso de consolidación por pérdida

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de humedad, por sobrecarga o por el efecto nocivo de sismos de alta energía, la excentricidad de los pilotes

permite en todo momento si fuere necesario o conveniente, cambiar su tipo de funcionamiento diseñado de

origen.

Precauciones constructivas

Colocación de hormigón in situ

La distancia mínima entre la piloteadora y la colocación del hormigón debe ser especificada. Se han realizado pruebas que muestran que las vibraciones provenientes de la piloteadora no tienen efectos contrarios sobre el hormigón fresco, y un criterio de un pilote abierto entre las operaciones de perforación y las de vaciado es considerado como satisfactorio. La camisa, cascarón, tubo o tubería, debe ser inspeccionado justo antes a rellenarlo con hormigón y debe estar libre de material extraño y no contener más de diez centímetros de agua, a menos que se utilice el método tremie para introducir hormigón. El hormigón debe ser vertido en cada perforación o camisa sin interrupción. Si es necesario interrumpir el proceso de vertido de hormigón por un intervalo de tiempo tal que endurezca el hormigón, se deben colocar dovelas de acero en la zona superior hormigonada del pilote. Cuando el vaciado se suspende, todas la rebabas debe ser retiradas y la superficie del hormigón debe ser lavada con una lechada fluida. Vaciado con el método tremie El método tremie, de llenado por flujo inverso, se usa para verter hormigón a través de agua, cuando la perforación queda inundada. El hormigón se carga por tolva o es bombeado, en forma continua, dentro de una tubería llamada tremie, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. El fondo del tremie se debe cerrar con una válvula para prevenir que el hormigón entre en contacto con el agua. El tremie llega hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para iniciar el flujo del hormigón y asegurar un buen contacto entre en hormigón y el fondo de la perforación. Como el tremie es elevado durante el vaciado, se debe mantener dentro del volumen del hormigón, evitando el contacto con el agua. Antes de retirar el tremie completamente, se debe verter suficiente hormigón para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. Para vaciar el agua del tremie se puede utilizar una pelota de goma, o un tapón de corcho.

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PLATAFORMAS PARA AGUAS PROFUNDAS

En la exploración de los recursos petroleros costeros se utilizan plataformas flotantes y barcos para perforar pozos, y la tecnología para hacerlo está limitada a una profundidad máxima de unos 450 metros. Después de esta exploración, y a medida que van apareciendo acumulaciones de petróleo consideradas como comercialmente explotables, las naves flotantes son remplazadas por enormes estructuras fijas para perforar los pozos requeridos y para alojar las instalaciones de producción y almacenamiento. Hasta ahora, se han utilizado con este propósito grandes plataformas ancladas en el fondo por medio de pilotes que salen sobre la superficie del agua. La profundidad máxima a la que se han instalado esas estructuras no pasa de 100 metros.

Figura 30. Plataforma petrolera anclada en el fondo del mar.

Entre las posibilidades para diseñar nuevos métodos, se encuentran en estudio las estructuras totalmente sumergidas, levantadas sobre el fondo a profundidades a las que los buzos pueden trabajar en muchas de las tareas de producción. Tanto para la búsqueda del petróleo como para su explotación se emplean los sondeos, cuya perforación en el mar requiere de técnicas y equipos especializados, que constantemente son perfeccionados. Se han construido diversos tipos de plataformas como base de apoyo de las torres de sondeo, que se utilizan en función de varios factores: la profundidad, los objetivos del sondeo, las características del mar, el calado, etcétera. Las plataformas de perforación submarina disponen entre sí de unos elementos comunes, indispensables para cumplir su función. Por ello, el aspecto de todas es muy parecido: llevan una o dos torres de sondeo, e instalaciones de producción de energía y accionamiento, bombas y estanques del lodo de circulación; almacenes, talleres, laboratorio y oficinas. Además, alojamientos para el personal y pista para helicópteros, que garantizan su enlace con tierra firme. La característica importante que sirve para clasificarlas es la forma como se fijan en el lugar de trabajo, pues mientras unas flotan y se fijan con anclas, otras se apoyan firmemente en el fondo del mar. Se pueden considerar los siguientes tipos: buques-sonda, plataformas sumergibles, plataformas autoelevadoras, plataformas flotantes semisumergibles y barcazas. Los buques-sonda son embarcaciones en las que se monta la torre de perforación y se instalan los elementos y servicios necesarios, dejando sobre cubierta la pista para helicópteros; su ventaja principal es que pueden trabajar a grandes profundidades y su operación resulta la más económica en comparación con los demás métodos. Tienen gran libertad de movimiento porque sus desplazamientos son rápidos y poco costosos; sin embargo, presentan el inconveniente de su escasa estabilidad. Las plataformas sumergibles están construidas sobre columnas con las que se apoyan en el fondo del mar. La maniobra de estas plataformas no es difícil y son estables al ser remolcadas, pero su transporte alcanza costos elevados sobre todo para distancias grandes; son apropiadas cuando desde un punto se efectúan varios

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sondeos con direcciones diferentes, de modo que no haya que cambiarlas de sitio con frecuencia: generalmente son utilizadas para calados de más de 50 metros. En las plataformas autoelevadoras, las columnas llevan gatos que elevan a la plataforma, por lo que pueden ampliar su calado hasta 90 metros; son de difícil transporte y generalmente se utilizan en estaciones desde las que se efectúan varios sondeos con una campaña de larga duración. Las plataformas flotantes semisumergibles cuentan con columnas que están unidas a unos grandes cilindros o pontones con armaduras, situados alrededor de la plataforma, y hacen las veces de flotadores que pueden llenarse de agua a voluntad para conseguir la altura adecuada para el trabajo, de acuerdo con la intensidad del oleaje. La parte inferior con los pontones queda sumergida, de modo que el conjunto se estabiliza mejor, aunque se trabaje en zona de fuerte oleaje. Las estructuras más altas de estas plataformas llegan a 40 metros; sin embargo, si se colocan parcialmente sumergidas se puede trabajar sobre los 150 metros. Resulta poco económico desplazarías a distancias grandes, por lo que son apropiadas para realizar sondeos de exploración localizados en distancias cortas. Las barcazas son embarcaciones de fondo plano sobre las que se montan las torres de sondeo y los servicios, llegando a sumergirse un poco al llenar de agua los tanques de inmersión, de modo que en lugares con poca profundidad se pueden apoyar sobre el fondo del mar y cuando flotan trabajan hasta a 20 metros. Algunos países, como Estados Unidos, hacen la prospección del petróleo submarino desde espaciosas plataformas llamadas "rigs", que pueden ser de dos tipos muy distintos en su diseño y modo de empleo. Unas están provistas de pies móviles, que son bajados en el momento en que la plataforma llega al lugar de trabajo; las otras, en cambio, son flotantes, y se sumergen parcialmente en el momento de la perforación, inundando de lastre sus depósitos situados en la base de la plataforma. Las primeras están provistas de patas móviles y sólo pueden trabajar en fondos inferiores a 50 metros, pues la longitud de estas patas, que hay que recoger cuando la plataforma se traslada de un emplazamiento a otro, impone una limitación. En cambio, las plataformas semisumergibles permiten perforar a cualquier profundidad, pero en la práctica se limitan a 200 metros, porque la inmovilidad lateral no es suficiente para fondos mayores. Estas plataformas son más eficientes cuando se las estabiliza en el momento de la perforación mediante anclas y procedimientos automáticos basados en localizaciones y marcaciones con el radar y el sonar. Los diseños de las estructuras están cambiando constantemente, y la industria espera disponer de instalaciones capaces de producir petróleo y gas cada día a mayor profundidad, tratando, si el potencial petrolífero de estas zonas más profundas y los factores económicos lo justifican, de construir instalaciones de producción para estas profundidades. La explotación de los yacimientos de petróleo en el mar sigue bases semejantes a la de tierra firme. Después de evaluar la capacidad y productividad comercial por medio de estudios y ensayos, que constituyen la "prueba de producción", se acondiciona la tubería de extracción de petróleo, cementando el tubo de revestimiento para asegurar su impermeabilidad al paso de las filtraciones de agua, y así evitar su mezcla con el petróleo. Posteriormente se colocan en la parte superior de la tubería, en su salida a la superficie, los cierres con llaves de seguridad y tuberías secundarias de transporte, necesarias para soportar la presión interna del gas disuelto en el petróleo o la de los mantos acuíferos localizados en el área, y así hacer brotar el petróleo de manera espontánea. Durante esta fase, que generalmente es la más prolongada, se colocan los equipos de bombeo del petróleo que se van a usar cuando la presión natural se agote, y finalmente se dispone de un complicado equipo de seguridad y lucha contra incendios, estallamientos imprevistos, contaminación del agua del mar por derrames de petróleo, etcétera. El principal inconveniente de estas maniobras es la lucha con las condiciones del mar, por la situación flotante de las plataformas, expuestas a ser arrastradas y destruidas por los temporales.