Diseño de pilotes de cimentación para plataformas marinas fijas
Tramo de pilote inferior
Figura 4. Diseño de pilotes en condiciones de hincado estático para plataformas tipo jacket.
el uso de pilotes de gran longitud, se debe incrementar el espesor del pilote para aumentar su rigidez axial. Los espesores del pilote definidos para las condiciones de servicio son la base para el diseño del pilote en la etapa de instalación. El pilote se secciona en tramos de diferente longitud; la primera sección se determina en función de la longitud de la pluma de la grúa de instalación. Para definir la longitud de las secciones siguientes, se toma en cuenta tanto la estratigrafía del sitio como el peso del equipo de instalación; secciones muy largas requerirán grandes espesores de pilote o aceros de alta resistencia para soportar los esfuerzos inducidos por el peso del martillo. En la figura 4 se muestra la condición de dos tramos de pilote durante su instalación. En las plataformas tipo torre, el hincado de los pilotes se realiza por medio de equipos hidráulicos submarinos, los cuales son muy ligeros y eficientes, por lo que no inducen grandes esfuerzos a los pilotes, además de que éstos son instalados en posición vertical y normalmente se utilizan grandes diámetros para reducir tanto la longitud de penetración como los desplazamientos laterales ante fuerzas ambientales (viento, corriente y oleaje). A diferencia de lo que ocurre en una estructura tipo jacket, en la tipo torre al incrementar el diámetro del pilote no se incrementan las fuerzas de oleaje y corriente en la plataforma. Diseño de pilotes en condiciones de hincado dinámico El análisis de hincado dinámico permite definir el martillo con el que se asegura que se alcanzará la penetración de diseño del pilote, además de garantizar que los es-
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Campana del martillo de hincado
fuerzos generados en el pilote no rebasen los niveles de esfuerzos permisibles. Este análisis toma en cuenta la resistencia a la penetración del suelo, la rigidez axial del pilote, las características de los martillos disponibles y, principalmente, la respuesta del suelo por la aplicación de esfuerzos cíclicos, el cual pierde resistencia al esfuerzo cortante al ser remoldeado. En la actualidad, la instalación de los pilotes de plataformas marinas en México se realiza con martillos hidráulicos y de vapor. Los hidráulicos son mucho más eficientes; sin embargo, se debe considerar que no todas las empresas contratistas que trabajan en México cuentan con este tipo de martillo, por lo que es recomendable que el análisis y diseño de los pilotes se realice con martillos de vapor, principalmente cuando se desconoce el equipo de la compañía instaladora. En ambos tipos de martillo se aplica la técnica de percusión, la cual consiste en hincar los pilotes a fuerza de golpes aplicados a la cabeza del pilote. La selección del equipo de hincado debe tomar en cuenta el diámetro del pilote, la longitud de penetración bajo el fondo marino y, principalmente, las características estratigráficas del suelo en el sitio, sin olvidar que los esfuerzos cíclicos producen el remoldeo de los suelos y por consiguiente la reducción de su resistencia al corte. El análisis de hincabilidad se basa en la solución del problema de la propagación de la onda unidimensional en barras elásticas propuesta por Smith en 1950 (GRLA, 1994).
Figura 5. Izaje de pilote de gran longitud utilizando un elemento de apoyo para reducir la separación de los puntos de sujeción.
Diseño de pilotes en condiciones de izaje Para la condición de izaje se debe revisar cada uno de los tramos en los que se secciona el pilote, y evaluar los esfuerzos generados por el peso propio. En la figura 5 se muestra la maniobra para el izaje de un tramo de pilote. Construcción de las cimentaciones Los pilotes y las plataformas marinas son construidos en patios de fabricación localizados principalmente en los estados de Veracruz y Tamaulipas (Tuxpan, Tampico y Altamira). Estos patios se localizan en las riberas de
IC Ingeniería Civil Órgano oficial del Colegio de Ingenieros Civiles de México ❙ Núm. 582 enero de 2018