Hincabilidad y Congelamiento de Pilotes Costa Fuera

III
IgIymIIIINI
Hincabilidad y congelamiento de pilotes costa fuera
Driving and freezing of offshore piles
Sociedad Mexicana de
Mecánica de Suelos
X X1
Reunión
Nacional de
Mecánica de
Suelos
María Guadalupe Olin Montiel, Instituto Mexicano del Petróleo
Carlos Roberto Torres Alvarez, Instituto Mexicano del Petróleo
RESUMEN: Las eventualidades durante el hincado de pilotes tanto en tierra como costa fuera, generalmente son inevitables debido a
la gran complejidad de los suelos y equipos utilizados que algunas veces es necesaria la interrupción temporal de la instalación, dando
origen a la recuperación del suelo que fue alterado mecánicamente durante el hincado, fenómcitc conocido como "congelamiento ". En
este trabajo se presenta un caso en el cual se presentó el rechazo al hincado y posteriormente el congelamiento de los pilotes durante
la instalación de una plataforma marina en la Sonda de Campeche. Se incluyen los resultados de los análisis realizados de hincado
dinámico, mediante el método de propagación unidimensional de onda, con la finalidad de pronosticar el número máximo de golpes
al hincado de los pilotes hasta la profundidad de diseño, después de haberse presentado el fenómeno de congelamiento.
ABSTRACT: The troubles generally are inevitable during pile driving due to the great complexity of the soils and used equipment
and sometimes the temporary interruption of the installation is necessary. If the driving interruption is long it could be developed
"freezing" between the soil and pile. This paper presents a real case of driving refusal where there was "freezing ", the analyses carried
out to solve the problem and solutions to drive piles to tip elevation of design.
1
INTRODUCCIÓN
deben ser tomados en cuenta para la instalación de una
plataforma marina.
La exploración de yacimientos de hidrocarburos fuera de
la costa se inició en México en 1958, pero no fue sino
hasta 1975 que se llevó a cabo la perforación del primer
pozo exploratorio denominado Chac -1, 80km, al norte de
la Isla del Carmen, Campeche. La primera plataforma de
perforación se instaló en 1978 a 45m de profundidad en la
Bahía de Campeche. Hoy en día la infraestructura de
PEMEX en la Sonda de Campeche está conformada por
más de 270 plataformas marinas, entre las de perforación,
producción, de enlace, de compresión y re- bombeo, de
inyección, habitacionales, telecomunicaciones y soporte de
puentes.
En la actualidad las cimentaciones de las plataformas
marinas fijas se construye a base de pilotes tubulares de
acero de punta abierta, hincados en el terreno mediante el
impacto de martinetes de vapor, diesel o hidráulicos. Los
pilotes se colocan en forma concéntrica en el interior de
las piernas de la plataforma y se extienden desde el punto
de trabajo hasta profundidades del orden de 60 a 120m
bajo el lecho marino, dependiendo de las descargas y
condiciones geotécnicas del sitio.
Las dimensiones de los tramos del pilote, la ubicación
de la punta en las suspensiones temporales del hincado
para soldar entre tramos, la reanudación del hincado luego
de la suspensión temporal, el peso del martillo requerido,
las dimensiones de la subestructura y las características
estratigráficas son los elementos más importantes que
Al efectuarse el hincado del pilote se produce el
remoldeo del suelo circundante reduciendo la resistencia a
la penetración. Al suspender el hincado esta pérdida de
resistencia se recupera gradualmente, hecho conocido
como "congelamiento ". En las suspensiones temporales, el
efecto de congelamiento adquiere mayor relevancia
cuando la punta del pilote se ubica en estratos de arena,
los cuales se caracterizan por proporcionar una elevada
resistencia al hincado en la
punta del pilote,
incrementando las dificultades para reanudar el hincado,
llegando algunas veces a ser problemático.
El surgimiento de problemas durante el hincado de
pilotes, tanto en tierra como costa fuera, son inevitables
debido a la gran complejidad de los suelo y entre los más
importantes son los asociados con el fenómeno de
congelamiento.
La mayoría de los suelos cohesivos presenta una
disminución a la resistencia al esfuerzo cortante cuando
estos son sometidos a un remoldeo por el efecto de una
acción mecánica, la cual se va recuperando gradualmente
con el tiempo hasta alcanzar nuevamente su resistencia
correspondiente a la de un suelo remoldeado.
En este trabajo se expone un caso en el cual se presentó
el fenómeno de congelamiento durante el hincado de los
pilotes para la instalación de una plataforma (octópodo) de
perforación; se incluyen los análisis de hincabilidad y las
medidas adoptadas para solucionar el problema. Los
análisis se realizaron considerando las características
192 MARÍA GUADALUPE OLIN MONTIEL Y CARLOS ROBERTO TORRES ALVAREZ
geotécnicas del sitio y usando registros históricos de
hincado llevados a cabo en la Sonda de Campeche.
La cimentación de la plataforma está constituida por 8
pilotes de acero de. 48 pulgadas de diámetro, de punta
abierta, en 4 de ellos se presentó el fenómeno de
300kPa a 115m de profundidad. La sensitividad del sitio
va de 1 a 9 en los primeros 30m y después de 1 a 2 hasta la
profundidad final explorada (Foundex Exploration Ltd.,
2003). En general, en la Sonda de Campeche los suelos
encontrados bajo el lecho marino consisten básicamente en
arcillas y materiales granulares sílicos y calcáreos con
congelamiento.
diferentes contenidos de carbonato, siendo las arcillas las
2
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN DE LOS
PILOTES
La instalación de los pilotes de acero de punta abierta de la
plataforma mostrada en planta en la Figura
1
se hizo
evitando suspender el hincado, por conexión de los tramos
o secciones de los pilotes, cuando la punta de estos se
encontrara en un estrato de arena para evitar que además
de la recuperación de la arcilla remoldeada en el fuste del
pilote se sumaran los efectos de la alta resistencia al
hincado en la punta, dando como resultado que llegaran a
presenten problemas de "congelamiento ".
que marcan una ligera disminución de la resistencia al
esfuerzo cortante durante el hincado.
Según se aprecia en la Figura 1, la cimentación está
formada por cuatro pilotes exteriores (Ejes 1 y 4) y cuatro
interiores (Ejes 2 y 3). La resistencia estática producida
por el desplazamiento rápido del pilote en un medio
viscoso como el suelo, se determinó a partir de la curva de
capacidad de carga axial última y estratigrafía del sitio
mostrada en la Figura 2.
Los pilotes interiores (Ejes 2 y 3) y del Eje 1 fueron
diseñados con una longitud de penetración de 95.22 m
(312.32 pies) y los pilotes del Eje 4 una longitud de 96.0m
(314.88 pies).
Capacidad de carga axial últirna del pilote (MN)
20
10
30
40
50
o
Arcilla calcárea
limosa
20
TI 25.3 m:
Y_
.i.
_Ar. ñárcillosar
111111111111111P71
I
.musuélta
40
I
Arcilla calcárea limosa
media a firme
Figura 1. Planta de la plataforma de perforación instalada y
localización de pilotes.
T2 =63.1 m
Los pilotes serían hincados al rechazo, definido en
Arena oto arcillosa
instalaciones costa fuera (API RP2A -WSD 2000), como el
punto donde la resistencia al hincado excede de 300
T3=96.
golpes /pie de penetración, en 5 pies consecutivos u 800
golpes en un solo pie de penetración (esta definición es
aplicable cuando el peso del pilote no es mayor de 4 veces
el peso del martillo, si esta condición no satisface, el
número de golpes será calculado proporcionalmente, pero
en ningún caso será superior de 800 golpes en 0.5 pies de
penetración) en el caso de interrupción del hincado por
mas de una hora, el criterio anterior solo será aplicable,
cuando el pilote haya penetrado por lo menos un pie
m_\
,
100
,
`
Arcilla cale rea arenosa
Arena fina a media limosa
Arena carbonar da fina a me la
Arcilla ca edrea muy
limosa dura
`res
120
-
Tensión
Compresión
140
después del reinicio, pero en ningún caso excederá 800
Figura 2. Gráfica de capacidad de carga axial al ima del sitio y
golpes en 0.5 pies de penetración.
Básicamente la estratigrafía encontrada en el sitio está
formada principalmente por arcillas calcáreas limosas con
intercalación de arena arcillosa y de arena poco limosa, de
31.0 a 34.0m y de 76.8 a 81.0m de profundidad,
respectivamente. El mayor contenido de humedad, 70 %, se
2.1
encuentra bajo el lecho marino y decrece a 28% en la
máxima profundidad explorada (121.8m). La resistencia al
esfuerzo cortante varía de 101(Pa en el lecho marino a
longitud de penetración de los pilotes del Eje -4.
Pilotes interiores
Para la instalación de la plataforma marina se procedió
primeramente al hincado de los pilotes interiores (Ejes 2 y
3). En todos los casos el primer tramo de los pilote (Ti)
penetró por peso propio.
XXIII REUNIÓN NACIONAL DE MECÁNICA DE SUELOS
Para el pilote A -2, el hincado del segundo tramo (T2)
se inicio con el martillo de vapor Menck -1800 con una
energía de 189,8141bs /pie y se mantuvo hasta el hincado
del tramo tres (T3) a la penetración final de 96m (315
pies).
193
El martillo Delmag D200 -42 mostró mejor eficiencia
que el Vulcan 060, Figura 4(b), debido a que es mayor la
energía del primero, aún en el rango inferior.
Sin embargo, al iniciar el hincado de la tercera sección
(T3) en los pilotes B -1 y posteriormente en el A -4 y se
Para los pilotes A -3 y B -3, el hincado del segundo
observó la perdida de eficiencia del martillo Delmag
tramo (T2) se inicio con el martillo Menck -1800, al inicio
del tramo tres (T3) se realizó el cambio por el martillo de
vapor Comaco 6850, llevándolos hasta la penetración de
diseño (96.0m).
D200 -42 como se observa en la Figura 5, con respecto al
Conmaco 6850 usado en
el
hincado de los pilotes
interiores (Figura 4(c)), a pesar de que ambos martillos
cuentan con la misma energía.
Para el pilotes B -2, se inicio el hincado del segundo
tramo (T2) con el martillo Menck -1800 y se realizó el
cambio a la profundidad de 42.0m por el martillo Vulcan
060 con una energía de 180,0001b /pie, el cual se utilizó
hasta la penetración final (96.0m).
La máxima resistencia al hincado se observó al inicio
del tramo tres (T3) del pilote A -2 con 300 golpes /metro
( 100 golpes /pie), muy por debajo de lo que se considera
como rechazo al hincado, Figura 3.
Golp es/metro
200
100
0
300
-o-A2 -A3
- -e--- B
-2 -
(a) Delmag D200-42.
400
Tramo T1
(Peso propio)
B3
20
Tramo T2
-e e-a
40
ff
60
Q_a"=_
c-ec
80
_
(b) Vulcan 060.
°-' ------- g4"e
e----e
---e
_
Tramo T3
.''.-:.V:ANN.-
100
Figura 3. Registro de hincado de pilotes interiores, Ejes 2 -3.
(c) Comaco 6850.
Figura 4. Martillos utilizados inicialmente durante el hincado de
los pilotes exteriores, Ejes 1 -4.
El pilote B -1 se hincó hasta la profundidad de 93.8m
(308 pies) con 620 golpes /m (189 golpes /pie) quedando la
punta del pilote en un estrato de arena fina a media, muy
2.2
Pilotes exteriores
limosa medianamente compacta, Figura 5.
Sin embargo, durante el hincado del pilote A -4 se
Una vez concluida la instalación se los pilotes interiores se
procedió con el hincado de los pilotes exteriores (Ejes 1 y
4). En los cuatro pilotes, el primer tramo (TI) penetró por
peso propio y el tramo dos (T2) se hincó con el martillo de
presentó el rechazo a la profundidad de 81.1m (266 pies)
con 1191 golpes /metro (363 golpes /pie) quedando la
diesel Delmag D200 -42, con una energía de 315,000 a
500,0001bs /pie, Figura 4(a), haciendo variar la energía al
inicio y al final de cada tramo sin complicaciones de
profundidad de penetración de diseño se suspendió el
rechazo.
punta del pilote en un estrato de arena poco arcillosa,
medianamente compacta. Sin haber alcanzado los 96m de
hincado temporalmente, Figura 5.
En el caso de los pilotes A -1 y B -4, en espera de un
martillo de mayor eficiencia, el hincado se suspendió
194 MARÍA GUADALUPE OLIN MONTIEL Y CARLOS ROBERTO TORRES ALVAREZ
temporalmente a la profundidad de 63.0m (207 pies) antes
de iniciar con el tramo tres (T3), previniendo el rechazo al
hincado que se había presentado en el tramo T3 del pilote
A -4, Figura 5. La punta del pilote quedó en un estrato de
arcilla calcárea muy limosa, firme a muy firme, con 30 y
40 golpes /metro (10 y 12 golpes /pie) durante el registro de
hincado, respectivamente; usando el martillo Delmag
D200 -42 con una energía de 500,000lbs /pie.
Golpes /metro
600
300
o
900
1200
o
A
A4
n
I
Tramo T 1
(Peso propio)
_.-8-1 - - - _B-4
0
20
10
40
30
La escasa penetración alcanzada por el pilote de
esquina A -4 fue provocada por la baja eficiencia del
martillo Delmag D200 -42, o bien por una mala operación
de este equipo.
Con la finalidad de reanudar, después de un mes de
interrupción, el hincado de los pilotes A -1, A -4 y B -4 se
realizaron análisis de hincabililidad por medio de la
ecuación de onda con objeto de seleccionar el martillo y la
energía adecuados para evitar el rechazo al hincado de los
pilotes y alcanzar la profundidad de diseño, tomando en
cuenta los posibles efectos de "congelamiento ".
Los análisis descritos a continuación se realizaron
tomando en cuenta las características de resistencia del
suelo en estado inalterado y remoldeado, así como
parámetros del suelo que han sido determinados a partir de
20
registros de instalaciones de pilotes en la Sonda de
Tramo T2
-j
Campeche.
.c.
-
40
3 ANÁLISIS DE HINCABILIDAD
3.1
;_-._._._._._._._._._._._._._._._._.
60
Tramo T3
¢." ------o----------e e- oa
.-.-..
--9o-- s-e--°-
---f
.--.-
80
:-
i
.6
-&----16---h
Figura 5 Registro de hincado de pilotes exteriores, Ejes 1 -4.
En la Figura 6 se muestran los tramos de los pilotes y
las profundidades donde el hincado se interrumpió.
A.I
.1
A.4
Tramo T3
Long = 311.57 m
M
Tramo T2
Long = 38.72 m
Lecho
hincado y la capacidad del pilote, entre otros.
Los análisis están basados en la transferencia al pilote y
al suelo de la energía cinética de la maza (martillo) al caer.
Esta realiza un trabajo útil forzando al pilote a introducirse
en el suelo venciendo su resistencia dinámica. La energía
es gastada en el rozamiento mecánico del martillo, en
transferir la energía del martillo al pilote por el impacto y
en la compresión temporal del pilote, del cojinete y del
El pilote se divide en una serie de pequeñas masas
530-4
Long =31 -11 m
penetración y que la sección del pilote resista los esfuerzos
suelo.
B.4
Tramo T3
El análisis de hincabilidad está basado en la teoría de
propagación de la onda unidimensional. Este método,
puesto en práctica primeramente por Smith (1962),
permite evaluar la capacidad del pilote para transmitir
hasta la punta la energía de hincado a fin de lograr su
de hincado sin sufrir daño. A partir de estos análisis se
define el equipo (martillo y cojinete), los esfuerzos de
loo
FJE -I
Análisis de propagación unidimensional de onda
Tramo 12
Long = 38.72 in
nn o
concentradas unidas entre si por resortes que simulan la
resistencia longitudinal del pilote (rigidez). La resistencia
por fricción lateral se representa por un modelo reológico
que incluye la deformación elástica y el amortiguamiento
que simula la disipación de energía en la punta y a lo largo
de la profundidad embebida del pilote, Figura 7.
Cuando el martillo golpea el cojinete se genera una
Tramo TI
Long = 72.86 In
Trono TI
Long = 72.86 m
V
de I,inc.,du
aceleración de Wc. La fuerza de compresión que se ejerce
81.1 m
9
95.3 m
Penevacm.,
tima
del pilote, WI y lo acelera un instante después de la
63,1 m
63.1 m
Intet-urir
96.1 n
93.9m
fuerza Rc, que lo acelera (Wc) y lo comprime. El cojinete
transfiere una fuerza, Ro, al primer segmento de la cabeza
93.9 n,
96.Bm
_Y_
Figura 6. Secciones de pilotes exteriores, interrupción de
hincado y penetración final.
en la cabeza del pilote RI produce aceleración en el
siguiente segmento del pilote, W2, produciéndose una
onda de compresión que se mueve hacia la punta del
pilote. La fuerza vertical en cualquier instante, t, es
equivalente a la compresión del resorte. La onda de fuerza,
cuando se mueve hacia abajo, es parcialmente disipada en
XXIII REUNIÓN NACIONAL DE MECÁNICA DE SUELOS
vencer la fricción y la fuerza que queda vence la
resistencia por punta, cuando la onda llega al extremo del
pilote. Para que el pilote penetre mas profundamente es
necesario que la fuerza en la onda sea mayor que las
sumas acumuladas de la máxima resistencia por fricción
lateral y la máxima resistencia por punta; si no es así, se
dice que el pilote ha alcanzado el rechazo.
La forma de la onda de fuerza depende de la rigidez del
pilote. En un pilote rígido (resortes fuertes) la forma de la
onda es mas pronunciada, con un pico más alto que el de
un pilote flexible. La fuerza que vence la resistencia por
punta es mayor para el pilote rígido. La fuerza pico o
máxima es también una función de la energía del martillo
y de su eficiencia; el de mayor energía produce la fuerza
mayor. La fuerza dividida por el área transversal del pilote
es igual al esfuerzo que se produce en el pilote durante el
hincado, si el esfuerzo máximo producido excede la
resistencia del pilote este se daña y entonces se dice que el
pilote ha sido hincado excesivamente, o que ha sido sobre hincado.
195
pilotes interiores de esta plataforma, con el número de
golpes obtenido en los análisis. Los valores obtenidos son
los mostrados en la Tabla 1.
b).- Con la finalidad de obtener valores óptimos de
sensitividad en arenas y arcillas se realizaron análisis
considerando las características estratigráficas del sitio
reportada en el estudio geotécnico (Foundex Exploration
Ltd. 2003) y los obtenidos a partir de registros de hincados
anteriores en la Sonda de Campeche (Barrera Nabor et al.
1994): Mediante la comparación entre los resultados
obtenidos en estos análisis y los registros de hincado d.;
los pilotes interiores de esta plataforma, se seleccionaron
los valores de sensitividad más adecuados para predecir el
hincado de los pilotes exteriores.
c).- Los martillos considerados en los análisis fueron
los Vulcan 060 y Comaco 6850. El cojinete usado fue el
recomendado por los fabricantes, con un espesor de 7 a 8
pulgadas de acuerdo a la normatividad.
Tabla 1. Constantes del suelo usadas para la calibración del
modelo.
Tipo de
Suelo
Arcilla
Arena
Limo
Coeficiente de
Amortiguamiento
Lateral
seg/pie
0.200
0.050
0.200
Coeficiente de
Amortiguamiento
en la punta
seg/pie
0,15
0.15
0.15
Coeficiente de
Deformación
Elástica, punta
pulgadas
0.100
0.100
0.100
3.2 Análisis de hincabilidad a partir de las
características geotécnicas del sitio
Capacidad
por fricción
capacidad
por punta
PILOTE REAL
PILOTE IDEALIZADO
Figura 7. Modelo para el análisis de hincado por el método de
propagación de onda.
Estos análisis se realizaron usando valores de sensitividad
determinados a partir de ensayes de campo (veleta remota)
y pruebas de laboratorio (veleta miniatura y compresión
triaxial no consolidadas -no drenadas, UU). Los ensayes
UU fueron realizados sometiendo las muestras de suelo a
un esfuerzo de confinamiento equivalente al existente in
situ en condiciones de la muestra sumergida, a partir de la
resistencia al esfuerzo cortante en condiciones inalterada y
alterada mediante remoldeo (no tan agresivo como el
inducido por el hincado de pilotes). En la Figura 8 se
muestran los valores de sensitividad, donde se puede
observar que en los primeros 30m de profundidad bajo el
Este análisis se usa generalmente para diagnosticar las
causas de un comportamiento anormal de hincado o como
guía para seleccionar el equipo o pilote más eficiente.
Los análisis de hincabilidad en este trabajo, mediante el
método de la ecuación de onda, se llevaron a cabo usando
el programa de cómputo GRLWEAP de acuerdo con las
siguientes consideraciones:
a).- El modelo suelo -pilote se calibró haciendo variar el
coeficiente de amortiguamiento, lateral y de punta, y el
coeficiente de deformación elástica en la punta; hasta
hacer coincidir el número de golpes registrado en
instalaciones pasadas en el área y en la instalación de los
lecho marino las arcillas son altamente sensitivas con
valores de 1 a 9, a diferencia de las arcillas más profundas
que son menos susceptibles al remoldeo con valores de I a
2. La sensitividad media utilizada en estos análisis fue de
1.7.
En la Figura 9 se muestran los resultados obtenidos
utilizando el estudio geotécnico del sitio.
Las longitudes de los tramos de pilote,
el
tipo de
martillo y los valores de sensitividad considerados para el
análisis de los pilotes interiores y el Eje -1 se presentan en
la Tabla 2; mientras que en la Tabla 3 los usados en los
pilotes del Eje -4.
196 MARÍA GUADALUPE OLIN MONTIEL Y CARLOS ROBERTO TORRES ALVAREZ
Sensitividad del suelo
Golpes /metro
lo
6
Ix
0
50
150
100
200
250
300
350
400
I
0
Sensitividad - Estudio Geetécnico
Pilotes Eje -4
Sensil ivid ad - Estudio Geotécnico
Pilotes Ejes 1 -3
I
t
_-!._
'
10
Tramo TI
- - Sensitividad - Historia de hincados
II
Pilotes Eje -4
- - - - Sensitividad - Hstoria de hincados
iir
N
=
20
_
Pilotes Ejes
1 -3
40
V
i
_--Tt-
V LCANO60
(180,100lb/pi
VI
Tramo T2
)
E
60
;
40
NI
`\
VIA
2
IX
1
ten
e
'
!
60
X
IW
\013
COMACO
6160
Tram
(510,000 lbs /pie)
XI
_---T
80
``
140
Triaxial UU
Veleta de campo
1
Veleta miniatura
Figura 8. Perfil de sensitividad del suelo obtenida del estudio
100
geotécnico.
Tabla 2. Parámetros usados en el análisis de los pilotes interiores
(Ejes 2 y 3) y el Eje -1.
Número máximo
Energía del
Tramo
Longitud Sensitividad martillo
(m)
TI
73.15
39.62
33.52
T2
T3
1.7
1.7
1.7
de golpes /metro
(lb-pie)
180,000- 200,000
180,000- 200,000
510,000
20
177
330
Tabla 3. Parámetros usados en el análisis de los pilotes del Eje -4
(exteriores).
Tramo
Energía del
Longitud Sensitividad martillo
Ti
T2
T3
73.15
39.62
35.05
1.7
1.7
1.7
180,000-200,000
180,000-200,000
510,000
Análisis de hincabilidad a partir de registros de
historia de hincado en la Sonda de Campeche
3.3
La experiencia acumulada en el Instituto Mexicano del
Petróleo participado en la supervisión de un gran número
de instalaciones de pilotes para plataformas marinas ha
permitido predecir con mayor certidumbre los valores de
Número máximo
sensitividad de los suelos de la Sonda de Campeche
durante el remoldeo por efectos del hincado (Barrera
de golpes /metro
Nabor et al. 1994).
(lb -pie)
(m)
Figura 9. Resultados del análisis de hincado de pilotes a partir de
sensitividad del estudio geotécnico y de hincados previos en la
Sonda de Campeche.
21
187
330
Como puede observarse en la Figura 9 y Tablas 2 y 3,
el número máximo de golpes por metro que podría
En la Tabla 4 se presentan los valores de sensitividad
obtenidos a partir del historial de hincados de pilotes en la
instalación de una gran cantidad de plataformas marinas en
la sonda de Campeche. Estos valores fueron utilizados en
este trabajo en la modelación del hincado dinámico de los
pilotes en los cuales se interrumpió el proceso de
instalación, a fin de reanudar el hincado.
alcanzarse en el primer y segundo tramo es de 20 y 177
para los pilotes de los Ejes 1 -3, y de 21 y 187 para el Eje -4
respectivamente, utilizando el Martillo Vulcan 060. Para
el tercer tramo de todos los pilotes (Ejes 1 -4) el número de
golpes obtenido fue de 330 utilizando el martillo Comaco6850, con estos resultados en la proximidad de la
penetración final no se tendrán altas resistencias al
hincado, encontrándose dentro del rango recomendado por
el fabricante de los martillos.
La diferencia.observada entre los pilotes de los Ejes 1 -3
-
y los del Eje -4 son despreciables, como se observa en la
Figura 9, debido a que únicamente se presenta una
pequeña diferencia de longitud en el tercer tramo.
Tabla 4. Valores de sensitividad definidos a partir de análisis y
registros de pilotes instalados en la sonda de Campeche (Barrera
Nabor et al. 1994).
Condición
Continuo
Reinicio
Arcillosos
Fricción
Punta
2.5
2.0
1.0
1.0
Arenosos
Fricción
Punta
3.0
1.0
En las Tablas 5 y 6, se muestran la distribución de las
longitudes utilizadas, el tipo de martillo y número máximo
de golpes que se puede presentar en cada uno de los
tramos (Figura 9).
XXIII REUNIÓN NACIONAL DE MECÁNICA DE SUELOS
Tabla 5. Parámetros usados en el análisis de los pilotes interiores
(Ejes 2 y 3) y el Eje -1.
(m)
(lb -pie)
73.15
39.62
33.52
TI
T2
T3
Número máximo
de golpes /metro
Energía del
martillo
Longitud
Tramo
180,000- 200,000
180,000- 200,000
510,000
20
118
121
Tabla 6. Parámetros usados en el análisis de los pilotes del Eje -4
(exteriores).
Tramo
Longitud
(m)
T2
T3
de golpes /metro
los valores reales y que en ningún caso se presentarían
problemas de hincado utilizando los martillos Vulcan 060,
(tramo T2), y Comaco 6850 (tramo T3).
Con base en los resultados anteriores se definieron los
valores de sensitividad en arenas y arcillas, para reinicio e
hincado continuo, que se usarían para el análisis de
hincabilidad de los pilotes exteriores en los cuales se
interrumpió su instalación. Destacando que estos valores
de sensitividad no fueron obtenidos para el caso de
interrupciones de hincado prolongadas o pilotes donde se
hubiera presentado el fenómeno de "congelamiento".
(lb -pie)
180,000- 200,000
180,000-200,000
510,000
73.15
39.62
35.05
T1
Número de máximo
Energía del
martillo
197
20
121
121
4 HINCADO DE PILOTES CONGELADOS
Una vez obtenidos los parámetros del suelo que mejor
Los resultados obtenidos en los análisis de hincado,
usando la sensitividad a partir de instalaciones previas, se
aprecian en la Figura 9. El número máximo de golpes
obtenido, es significativamente menor a los obtenidos con
la sensitividad reportada en el estudio geotécnico del sitio.
El objetivo principal de los análisis realizados, variando
la sensitividad del suelo, fue el predecir el comportamiento
de los pilotes durante el hincado. Por lo tanto, se efectúo la
representaran el proceso de hincado, según los resultados
de la Figural0, se hicieron los análisis para pronosticar el
hincado de los pilotes exteriores en los cuales se había
interrumpido el proceso de instalación, Figura 11.
comparación de los hincados teóricos con los registros
reales de la instalación de los pilotes interiores con la
finalidad de validar los resultados obtenidos. Así, en la
Figura 10 se puede apreciar que los resultados del análisis
de hincabilidad utilizando los valores de sensitividad, a
partir de instalaciones previas de pilotes, se ajustan
razonablemente con los resultados de los registros de
hincado de los pilotes interiores de esta plataforma.
Golpes/metro
o
A
-.50
100
I
p
---6---13
150
200
250
300
350
400
3
---B3
2
En la Figura 12 se presentan los resultados de los
Sena itivid d -Esiud'oGcotEcnco
.SenedivN d -Historiadehincados
20
VI11LAN 060
Tramo T2
á
knhtr.-\
- -.--
COMACD6650
80
Figura 12 con respecto a los registros reales de hincado,
son atribuibles al fenómeno de "congelamiento" que se
desarrolló durante los casi 30 días que fue interrumpida la
;
\
60
análisis realizados para el hincado de estos pilotes (A -1,
B -1 y A -4). Debido a que el modelo había sido calibrado
con los resultados del hincado de los pilotes interiores,
como ya se mencionó, la diferencia observadas en la
E
40
Figura 11.Pilotes exteriores con interrupción de hincado.
Tramo TI
(Peso propio)
2
Tramo
k°'.r-X: a
-,
loo
Figura 10. Análisis de hincabilidad pronóstico de los pilotes
interiores, sin efecto de congelamiento.
Los análisis donde se toman los valores de sensitividad
del estudio geotécnico nos demuestran que el número de
golpes obtenido son demasiado conservadores respecto a
instalación.
En el caso de los pilotes A -1 y B -4, aunque se presentó
el fenómeno de congelamiento, la punta se ubicó en un
estrato arcilloso durante la interrupción del hincado no
hubo problema significativos para romper la unión suelo pilote desarrollada durante e hincarlo hasta la penetración
final (Figura 6).
Como se aprecia en la Figura 12, para el caso del pilote
los resultados del hincado son congruentes con los
análisis. Sin embargo, para el pilote B -4 la diferencia
observada puede deberse a que el análisis se realizó con
los martillos Vulcan 060 y Comaco 6850 (hasta las
profundidades de 76.5m y la penetración de diseño,
A -1
198 MARÍA GUADALUPE OLIN MONTIEL Y CARLOS ROBERTO TORRES ALVAREZ
respectivamente) y el hincado se realizó con los martillos,
Aún en los pilotes que tuvieron rechazo al hincado antes
en el siguiente orden, Comaco 6858, Vulcan 560 y
que se interrumpiera el hincado el numero de golpes
Comaco 6858 (hasta las profundidades de 76.52m, 86.28m
y 96m, respectivamente).
pronóstico calculado con la sensitividad histórica era casi
el mismo número de golpes que se presentó durante el
hincado. Posterior a la suspensión el número de golpes fue
Golpes /metro
3000
2000
4000
Tramo T2
significativamente mayor, lo que indica que hubo una
recuperación de la resistencia al hincado. Durante el
hincado continuo las arcillas preconsolidadas, alrededor
del pilote se alteran significativamente, esto resulta en una
Tramo T3
-A-4Al
-
B4
't' 'd d Es t d'o G
té
Sensitividad -Historiadehincados
S
reducción de adhesión suelo pilote y por lo tanto una
reducción de capacidad de carga. Después de una
interrupción, el exceso de presión de poro empieza a
disiparse en la zona alterada` y la masa de suelo
circundante comienza a consolidarse hasta que, con el
tiempo, el pilote alcanza su capacidad última (Lysebjerg et
al. 2004). Por lo antes observado la sensitividad del suelo
se debería adoptar según el grado de preconsolidación.
Los valores obtenidos con la sensitividad determinada a
partir de pruebas de campo y laboratorio son muy
conservadores y podrían arrojar un número de golpes muy
altos comparándolos con el número de golpes reales.
De los análisis realizados por medio de la ecuación de
la onda utilizando los valores adecuados de los parámetros
que intervienen en el hincado podemos definir el tipo de
martillo y eficiencia para evitar los problemas de rechazo
al hincado y posteriormente el congelamiento.
100
Figura 12. Graficl de análisis de hincabilidad pronósticos de los
pilotes obtenidos con sensitividad histórica vs. registros reales,
con efecto de congelamiento.
REFERENCIAS
American
Petroleum Institute (2000). Recommended
Practice for Planning, Designing and Constructing
Respecto al pilote A -4, debido al congelamiento y a que
la punta se en un estrato de arena a la profundidad de 81m
intentó hincar con el martillo Comaco 6850. Sin
embargo, después de 747 golpes solo se logró mover 2
se
pulgadas. Debido a esto, fue necesario extraer el material,
mediante chiflones de agua a presión, del interior y punta
del pilote para remover el tapón de suelo, posterior a lo
cual se logró hincar el pilote hasta la penetración final de
96.0m.
Como se aprecia en la Figura 12, después de los 81m de
profundidad y haber eliminado el tapón de suelo, los
resultados obtenidos en los análisis con los registros reales
concuerdan favorablemente para el pilote A -4.
Fixed Offshore Platforms- Working Stresss Disign. API
RP2A -WSD edition.
Barrera Nabor P., Ortega R. R. y Castañeda R. M. (1994).
"Obtención de la sensitividad de los suelos de la sonda
de Campeche mediante métodos de campo y
laboratorio ", Memorias XVII Reunión Nacional de
Mecánica de Suelos, Publicación SMMS, Xalapa,
VER.
Foundex Exploration Ltd. (2003). Informe geotécnico
final Sinan -C; Criterios para diseño estático,
Levantamientos Geofisicos y Geotecnicos Campaña
2003. Reporte Número 03- 023 -03 FNL_1S -01, Bahía
de Campeche, México, Vol. 1.
Lysebjerg J., Augustesen A. y Sorensen C. S. (2004). The
Influence of Time on the Bearing Capaciticy of Driven
Piles. Aalborg University, Deparment of Civil
Engineerings, XVI Nordic Geotetechnical Vol.1.
Smith, E. A. L. (1962). "Pile- Driving Analysis by the
5 CONCLUSIONES
En este trabajo se presentó el caso donde se tuvo que
interrumpir temporalmente por rechazo al hincado la
instalación de los pilotes para una plataforma marina.
Se mencionan los análisis realizados usando parámetros
de suelo determinados en el sitio y los obtenidos por
experiencias durante hincados anteriores en la Sonda de
Campeche.
Los resultaron mostraron que los modelos analizados se
ajustan favorablemente con registros de hincado reales.
Wave -Equation," Transactions, ASCE, Vol. 127, part 1:
1145 -1193.