Fluidos bentoníticos como estabilizador de excavaciones

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

La bentonita es el nombre con el que se denominan a ciertos tipos de arcillas que poseen propiedades tixotrópicas cuando se mezclan con el agua. Debe su nombre a su descubrimiento cerca de Fort Benton, en los Estados Unidos en el siglo XIX. Las bentonitas comerciales son silicatos de aluminio hidratados y contienen fundamentalmente el mineral montmorillonita. El nombre de este tipo de arcilla se debe a su descubrimiento en cerca de Montmorillon, en Francia. Hoy día se utilizan distintas clases de bentonita tanto en ingeniería civil como en edificación, pudiendo variar sensiblemente sus propiedades en función de su origen.

Uno de los usos más frecuentes de la bentonita es como fluido estabilizador de excavaciones, donde compite con los fluidos a base de polímeros, fundamentalmente en la ejecución de pilotes. Dentro de este uso, la estabilización de excavaciones de muros pantalla esta ampliamente difundida en España. Los fluidos bentoníticos se utilizan también habitualmente para estabilizar las paredes de la excavación de pilotes excavados de cierto diámetro e incluso en los de pequeño diámetro en competencia con las entibaciones recuperables. En esta aplicación el fluido bentonítico debe se capaz de formar una barrera o bizcocho (cake) en las paredes de la excavación a fin de impedir la pérdida de fluido en el terreno, creando una capa contra la que puede actuar la presión del fluido para contrarrestar las presiones externas del terreno o las aguas freáticas. Otro uso habitual, del cual ya hemos hablado en una entrada anterior, es como fluido de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida. También se usa la bentonita en la creación de barreras húmedas en el terreno para contener el agua de zonas contaminadas. Son las pantallas plásticas (Cutter Soil Mixing). En esta aplicación se suele mezclar con cemento u otros materiales a fin de crear un slurry que permanece en estado fluido durante varias horas antes de adquirir mayor consistencia y funcionar como barrera. En ciertas ocasiones se suele introducir una membrana flexible en la barrera. Por último, los fluidos bentoníticos también se utilizan para la contención del frente de excavación en túneles, delate de las tuneladoras y para el transporte de los restos excavados hacia las unidades desarenadoras situadas en la parte posterior del convoy.

Sin embargo, las propiedades de las bentonitas varían y, por tanto, no todas sirven para todos los usos. Por ejemplo, la propiedad de resistencia del estado de gel es importante si el fluido bentonítico esta en reposo y debe ser capaz de contener sólidos en suspensión, y no es por el contrario importante si el fluido es agitado continuamente en un sistema con recirculación. Las propiedades de las bentonitas deben considerarse antes de usar un tipo determinado para una aplicación específica. Independientemente de estas variaciones en cuanto a sus característica, las bentonitas deben cumplir los siguientes requisitos y funciones:

    1. Mantener los frentes de la excavación aportando presión hidrostática a las paredes de la misma.
    2. Mantenerse dentro de la excavación sin fluir hacia el suelo colindante.
    3. Mantener en suspensión los detritus procedentes de la excavación.
    4. Permitir ser desplazados con facilidad y limpiamente por el hormigón, sin una afección significativa a la adherencia armadura-hormigón.
    5. Debe ser posible su limpieza de sólidos en suspensión mediante el bombeo y paso por desarenadoras para su reutilización posterior.
    6. Ser bombeables con facilidad.

En general, las tres primeras propiedades requieren un producto denso y las tres últimas un producto muy fluido. Hay por tanto un conflicto que debe ser resuelto en cada caso antes de la puesta en obra del fluido estabilizador.

En el vídeo que sigue se puede observar la elaboración de bentonita para su uso en un muro pantalla.

En este otro, podéis ver su uso en un pilote.

En el vídeo que os dejo a continuación se profundiza en el uso de los lodos como fluido de perforación. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

 

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Pilote de desplazamiento con azuche

http://www.generadordeprecios.info/obra-nueva/CPI/CPI020.html
http://www.generadordeprecios

Los pilotes de desplazamiento con azuche (pilotes CPI-2 en la nomenclatura de las antiguas Normas Tecnológicas de Edificación), consiste en un tubo de acero hincado en el terreno con un azuche de punta cónica o plana en su extremo inferior, que puede ser metálica o de hormigón prefabricado. Este pilote se realiza sin extracción de terreno, por lo que durante su ejecución no puede comprobarse la naturaleza del suelo que se va atravesando. El hueco generado por la hinca de este elemento se rellena con hormigón fresco y armadura, generando el pilote propiamente dicho. El azuche posee un diámetro exterior mayor en aproximadamente 5 cm que el pilote, con la parte superior cilíndrica ya preparada para introducir en el extremo inferior de la entubación. Se utilizan con diámetros pequeños (entre 30 y 65 cm) y cuando el terreno es resistente, pero poco estable. La armadura tiene una longitud mínima que será el mayor valor de los siguientes: 6 m o 9 veces el diámetro del pilote. La longitud del pilote viene limitada por la longitud de la resbaladera sobre la que desliza la tubería, estando en torno a los 22 m.

Su uso habitual es 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. Se recupera la tubería, si es preciso  mediante vibradores, dejando el azuche o tapa perdido.

Con golpes de maza o martillo se hinca desde la parte superior de la entubación y se encaja hasta la profundidad que se requiere para el pilotaje. Luego se extrae la entubación con la precaución de que quede un mínimo de hormigón igual a 2 veces el diámetro interior; de esta manera se impide la entrada de agua por la parte inferior de la entubación y el corte del pilote. Durante la extracción se pierde el azuche. La forma de extraer la entubación es con un golpe en la cabeza, logrando el efecto de vibrado del hormigón, circunstancia que ha dado nombre al pilote “Vibro”, que es el más conocido dentro de este tipo. Para la hinca se usa el martinete (martillo hidráulico o diésel), que consiste en un mazo mecánico que va dando golpes periódicos sobre la cabeza del pilote para introducirlo en el terreno. A parte del pilote Vibro, otros pilotes comerciales que utilizan técnicas parecidas son el Simplex, Alpha o Western. Continue reading “Pilote de desplazamiento con azuche”

Hinca silenciosa de pilotes y tablestacas

800px-Silent_pilerLa hinca por presión, también llamada “hinca silenciosa”, introduce el pilote o la tablestaca en el terreno mediante una fuerza vertical aplicada con gatos hidráulicos. Es un procedimiento útil cuando no se permiten vibraciones o no hay espacio para los martillos. Su uso es habitual en el recalce de cimentaciones, donde la propia estructura sirve de reacción a los gatos. Sin embargo, es un procedimiento que presenta bajos rendimientos.

Las secciones empleadas con este sistema deben desplazar el terreno fácilmente, como sería el caso de tablestacas o pilotes de hormigón pretensado y sección tubular sin tapa.

La hinca por presión provoca un menor asentamiento del terreno, siendo eficiente en suelos arcillosos, pero menos en terrenos cohesivos densos.

En la figura puede verse el procedimiento de hinca silencioso, donde se puede observar cómo la máquina utiliza la reacción procedente del rozamiento negativo del grupo de tablestacas ya hincadas para hincar la nueva tablestaca.

http://atsunewgiken.com/wp-content/uploads/2011/10/wsp01.png

Os dejo a continuación algunos vídeos para que veáis el funcionamiento del sistema.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)

Barrettes inyectadas (shaft-grouted barrettes)

Barrette, según la norma EN 1536:1999
Barrette, según la norma UNE-EN 1536:2011

Los “barrettes”, atendiendo a la norma UNE-EN 1536:2011, son pilotes que en planta son rectangulares, en T o en L o cualquier otra configuración similar, empre que se hormigonen en una sola operación. Se emplean para sustentar cargas verticales y/o laterales.

A este tipo de pilotes de hormigón con extracción del terreno se les ha denominado también como pilotes rectangulares, minipantallas, módulos portantes o pilas oblongas (este último término usado en México). Este pilote se excava por métodos continuos o discontinuos (hélice, cuchara, trépano, etc), usando sistemas de contención para estabilizar las paredes de la excavación, normalmente con lodos bentoníticos o polímeros.

La construcción de este tipo de pilotes es muy parecida a la de un muro pantalla. Se realiza una excavación hasta la profundidad requerida y se rellena con un lodo tixotrópico para proporcionar soporte a las paredes. Posteriormente se coloca la armadura y se hormigona con tubos Tremie.

Este tipo de pilote perforado ofrece mayor superficie específica respecto al pilote de sección circular, lo cual permite resistir mejor las cargas verticales debido al aumento de la resistencia en fuste. Desde el punto de vista estructural, se orientan de forma que ofrezca la sección la mayor inercia en la dirección requerida, favoreciendo su comportamiento ante solicitaciones sísmicas.

Colocación de armadura en barrette. Fuente: www.bachy-soletanche.com.hk
Colocación de armadura en barrette. Fuente: www.bachy-soletanche.com.hk

 

Sin embargo, en este post nos vamos a centrar en un caso especial, de gran interés. Se trata de las barrettes inyectadas o de fricción (shaft-grouted barrettes, friction barrettes). Se trata de una cimentación no tan profunda como un pilote normal, que permite reducir el consumo de acero y de hormigón y que acorta la duración de las obras. Se trata de introducir, junto con la armadura, unas tuberías embebidas por donde se inyectará una lechada de cemento y arena a alta presión una vez el pilote ha adquirido la resistencia necesaria. Una vez endurecida esta mezcla, la formación de salientes de las paredes de los pilotes aumenta de forma significativa la fricción, y por tanto la resistencia del fuste. Este tipo de cimentación profunda se ha utilizado en edificios altos, como las Torres Petronas de Malasia, o el International Commerce Centre de Hong Kong.

icc_900x600_Bachy
Cimentación de 241 barrettes inyectadas en el International Commerce Centre (ICC), en Hong Kong. Fuente: www.arup.com

A continuación os dejo un vídeo sobre cómo se realiza la ejecución de las barrettes de fricción. Se trata de una obra en Vietnam, y desgraciadamente el vídeo no está ni en español ni en inglés. Pero creo que es interesante.

References:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

Pilotes CPI-7: perforado a rotación sin sostenimiento

Ejecución de un pilote CPI-7. www.tecnoiberica.es

Según la NTE, se denomina CPI-7 al pilote perforado a rotación y hormigonado “in situ”, en los que debido a las características del terreno, no precisa el sostenimiento de las paredes. Es un pilote rápido de ejecutar y económico, idóneo cuando el terreno es estable durante la perforación. Los diámetros habituales oscilan entre 450 y 1500 mm, con profundidades de hasta 40 m. El tipo de terreno decide la forma de excavación. En el caso de terrenos blandos y medios, la excavación se realiza mediante barrenas de hélice cortas. En cambio, con terrenos más duros deberíamos incluir en la barrena de dientes puntas de widia. En terrenos muy competentes y roca la perforación pasa por una corona circular con puntas de widia. Una vez alcanza la profundidad objetivo se realiza la limpieza del fondo de la excavación mediante el uso de un cazo (“bucket”).

www.tecnoiberica.es

Posteriormente al limpiado del fondo se procede a introducir la armadura de acero con la ayuda de un equipo auxiliar (grúa). Para garantizar el recubrimiento mínimo necesario de la misma, se levanta 20 cm sobre el fondo de la excavación y se colocan separadores para su correcto centrado.

Después de colocar la armadura se comienza con el hormigonado. Se utiliza un tubo “Tremie” para verter el hormigón en la perforación, de forma que se eviten segregaciones y exudaciones. Este tubo se introduce por dentro de la armadura hasta alcanzar el fondo de la perforación. A continuación se comienza a bombear el hormigón que debe ser homogéneo y de consistencia fluida, con conos de Abrams de 15-16 cm, recomendando dosificaciones de hormigón de 350 kg de cemento por m3 de hormigón y la utilización de áridos no superiores a 20 mm.

Conforme avanza la fase de hormigonado se va subiendo simultáneamente el tubo Tremie, pero teniendo la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducido en el hormigón fresco. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno se concluye con el hormigonado. Por último se procede al descabezado de los pilotes.

Os dejo una animación que describe el procedimiento.

 

También podéis ver a continuación un vídeo Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)

 

Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención

Portada cimientosOs presento en este post un nuevo libro que he publicado sobre procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. El libro trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, maquinaria y equipos auxiliares empleados en la construcción de cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas, pilotes, cajones, estructuras de contención de tierras, muros, pantallas de hormigón, anclajes, entibaciones y tablestacas. Además, de incluir la bibliografía para ampliar conocimientos, se incluyen cuestiones de autoevaluación con respuestas y un tesauro para el aprendizaje de los conceptos más importantes de estos temas. Este texto tiene como objetivo apoyar los contenidos lectivos de los programas de los estudios de grado relacionados con la ingeniería civil, la edificación y las obras públicas.

Este libro lo podéis conseguir en la propia Universitat Politècnica de València o bien directamente por internet en esta dirección: http://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_328-9-1

El libro tiene 202 páginas, 242 figuras y fotografías, así como 140 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html

Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de Valéncia. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.

Descargar (PDF, 123KB)

 

 

Descabezado de pilotes con quebrantadores hidráulicos

Descabezamiento de pilotes y muros pantalla
Descabezamiento de pilotes y muros pantalla

El descabezado de pilotes consiste en la retirada del hormigón para dejar al descubierto la armadura y unir el pilote con su encepado. Esta operación sirve para unir los elementos de la cimentación.  La complejidad del proceso de descabezado estriba en la retirada del hormigón de forma “limpia” y rápida sin dañar la armadura interior.

El descabezado con quebrantadores se realiza de la siguiente manera: se practican unos taladros al hormigón, dentro de ellos se introducen unos forros de plástico que después se eliminan y se introduce el quebrantador DARDA, para que después de descabezarlo deje sólo las varillas.

Sus principales ventajas son:

  • permite ahorrar mucho tiempo
  • es mucho más barato que otros sistemas
  • no afecta para nada a la estructura del hormigón

A continuación os dejo un vídeo e información adicional de la empresa ANZEVE para que tengáis más información sobre esta operación. Espero que os sea de interés.

Descargar (PDF, 199KB)

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)

Hinca de pilotes o tablestacas por inyección de agua a presión

Pilote de hormigón armado hincado con lanza de agua a presión (FHWA)
Pilote de hormigón armado hincado con lanza de agua a presión (FHWA)

La hinca de elementos en suelos granulares compactos como las arenas, especialmente en terrenos secos, presentan serias dificultades que pueden resolverse mediante la inyección de agua a presión en la punta del pilote o la tablestaca o en alojamientos previamente preparados en sus caras. La presión del agua, de unos 0,4 a 4 MPa, debe ser apropiada al tipo de terreno y al elemento a hincar, con un caudal de alimentación permanente del orden de 72 a 900 m3/h.

Este procedimiento, aunque podría ser suficiente para la hinca, lo usual es que se combine con otros sistemas de tipo dinámico, especialmente la vibración. La hinca con chorro de agua es muy recomendable en zonas donde el rechazo se presente al 100%, como son los terrenos arenosos, sin embargo, en suelos arcillosos, la eficacia de la inyección de agua es prácticamente nula. En terrenos granulares con gravas gruesas y bolos, la inyección de agua puede no movilizarlas, y por tanto, también el efecto es bajo. Con todo, hay que prever las consecuencias que puede tener en el entorno de la hinca por la pérdida de cohesión que tendrá el terreno. Este procedimiento no se recomienda en aquellos pilotes que vayan a trabajar por fuste o que soporten cargas horizontales importantes, debido justamente al aflojamiento del terreno.

Las normas obligan a que la lanza de agua se quede entre 1 y 4 m por encima de la profundidad prevista, puesto que el suelo se afloja. La hinca se terminará, por tanto, con un procedimiento ordinario. Esta prescripción es muy importante en el caso de los pilotes que trabajen por punta. También se suspenderán los trabajos si el pilote empieza a torcerse debido a una perturbación excesiva del terreno.

Dejamos a continuación un vídeo para ilustrar el procedimiento constructivo.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)

Pilote “monotubo” Unión

MonotubeEl pilote “monotubo” Unión es apropiado para pequeños trabajos donde no se requiera un equipo especial de hinca, como es un mandril. Se trata de un tubo de acero de sección cónica y  estriada de pequeño espesor que se hinca en el terreno sin ayuda de un núcleo o mandril. El estriado le permite soportar los esfuerzos de hinca sin pandeo. Presentan un diámetro de 20 cm en punta y de 30 a 45 cm en cabeza. Se emplea en longitud hasta de 37 m y cargas de 300 a 600 kN. Son especialmente apropiados para trabajos pequeños, porque no requieren equipos especiales de hinca, como es el mandril.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)

Pilote “button-bottom”

Pilote entubado “button-bottom” (Western Foundation Corporation Viginia, USA)
Pilote entubado “button-bottom” (Western Foundation Corporation Viginia, USA)

Este tipo de pilote emplea un tubo metálico de unos 35 cm de diámetro que se hinca en el terreno hasta el rechazo. Presenta en el extremo del tubo una punta de hormigón prefabricado (button) de diámetro algo mayor que queda perdida. La forma y resistencia de esta punta permite atravesar estratos de gran resistencia. La chapa ondulada que ha de proteger al hormigón se hace descender por el interior del tubo hasta su unión con el fondo (bottom) y a continuación se hormigona mientras se extrae la entubación de hinca sin peligro gracias a la fijación de la chapa interior. Esta chapa corrugada en principio favorecería la resistencia por fuste del pilote, sin embargo, el hueco que se forma alrededor de la misma cuando se recupera el tubo de hinca no favorece el rozamiento, por lo que es mejor considerar que trabaja por punta. Su longitud alcanza unos 20 – 30 m, soportando cargas de unos 500 kN o mayores. Este tipo de pilote es patente de Western.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9. (link)