Ensanchadoras de la base de pilotes: el balde de quijadas

Figura 1. Balde de quijadas con articulación en la base y con articulación superior

En suelos suficientemente coherentes se puede ensanchar la base de la perforación, a fin de aumentar la capacidad de transmitir resistencia por punta, mediante una herramienta especial denominada balde de campana o de quijadas. Este útil puede ser de dos tipos: con articulación en la base o con articulación superior.

El ensanche del fondo excavación (acampanamiento o underreaming) tiene forma troncocónica. Como criterio general, la altura del ensanchamiento debe ser mayor que el diámetro del pilote y la anchura menor que tres veces el diámetro.

Figura 2. Herramienta para ensanchamiento de la punta del pilote

 

Referencias:

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.

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Problema de selección de una cimentación. Desarrollo del pensamiento crítico

http://cimentacioneslevante.es/muros-pantalla/

Desde el proceso de Bolonia, muchos cambios han habido en nuestras universidades y planes de estudios. Uno de ellos es la necesidad de desarrollar y evaluar las competencias del título correspondiente a través de cada una de las asignaturas y comprobar que se adquieren los resultados de aprendizaje. De este tema ya hemos hablado varias veces. Hoy os traigo un problema que me sirve para evaluar, a través de una rúbrica, la competencia transversalPensamiento Crítico” en la asignatura de Procedimientos de Construcción II, del grado de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.

También os dejo una presentación que hice en un congreso docente donde explico cómo realizamos esta evaluación.

ENUNCIADO:

Se quiere construir un edificio de 30 plantas de altura más seis sótanos (altura de 3,00 m cada sótano) en una ciudad de 500000 habitantes. El solar se encuentra entre dos medianerías, y tiene una superficie rectangular de 20 x 35 m, siendo las medianerías los lados de 20 m. Existe la posibilidad de utilizar un solar anejo para realizar la obra, de 44 x 35 m. Hay acceso directo tanto al solar donde se va a realizar el edificio como al solar disponible, según se observa en la Figura 1. El clima es atlántico, con lluvias abundantes, con temperaturas que se supone oscilan entre 5 y 25 ºC, y se tienen 10 horas de luz de media durante la construcción de la cimentación.

Figura 1. Esquema de la situación del solar del edificio, del solar disponible y de los edificios construidos

Se ha realizado un sondeo y se ha determinado un corte del terreno que se muestra en la Figura 2. Se observa que el nivel freático se encuentra a 3,50 m de la superficie. Existe un sustrato duro de areniscas de 4,00 m de espesor situado entre dos capas de limos arcillosos con trazas de arenas y gravas. A 22 m de profundidad existe una capa de calizas sanas, de al menos 15 m de potencia. Los primeros 2,20 m son un relleno antrópico donde existen tocones de árboles, basura y una mezcla de limos arcillosos y gravas.

Figura 2. Esquema básico del corte geológico

La solución a proyectar debe conjugar la posibilidad técnica de ejecución, el impacto ambiental y social sobre el entorno (contaminación, ruidos, vibraciones, etc.), la facilidad constructiva y la viabilidad económica, Use los datos del enunciado que considere importantes y, en el caso de necesitar datos, razone adecuadamente el uso de información adicional.

Preguntas de grupo:

  1. Indique qué tipo de cimentación sería la más conveniente.
  2. Razone dos procesos constructivos que podrían ser aplicados y cuál de los dos cree que será más eficaz. La respuesta debe ser de consenso entre los miembros del grupo.
  3. Define los principales pasos en la construcción de dichas cimentaciones.
  4. Descarte, justificando las razones, al menos tres procesos constructivos de cimentación que no sean aplicables a este caso.
  5. Indique si ha tenido que consultar otras fuentes para la elección de la tipología y el proceso constructivo (en dicho caso indicar cuál), o ha sido suficiente con el temario de la asignatura.

 

Preguntas individuales:

  1. Critique los dos procesos constructivos de la pregunta 2, indicando si está de acuerdo con lo consensuado por el grupo. Se valorará especialmente su opinión crítica personal justificada y si hay diversidad de opiniones entre los miembros del grupo.
  2. Realice una crítica sobre el ejercicio 1, indicando aquellas cosas con las que está de acuerdo con el grupo o no. Se valorará la justificación crítica de la respuesta.
  3. Indique los cinco riesgos para las personas más importantes que supone el procedimiento constructivo elegido y qué medidas preventivas debería utilizar.

Referencias:

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.

YEPES, V. (2018). Correspondencia jerárquica entre las competencias y los resultados de aprendizaje. El caso de “Procedimientos de Construcción”. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2018, Valencia, pp. 1-15. ISSN 2603-5863

GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Valoración de las herramientas y metodologías activas en el Grado en Ingeniería de Obras Públicas. Congreso Nacional de Innovación Educativa y de Docencia en Red IN-RED 2017, Valencia, 13 y 14 de julio de 2017, 9 pp.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, V. (2017). Assessment of transverse and specific competences in civil engineering studies: ‘Critical thinking’. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3683-3692. ISBN: 978-84-617-8491-2

MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Assessment of the argumentative ability in innovation management of civil engineering studies. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3904-3913. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2016). Desarrollo y evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2016, Valencia, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-541-5.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Valoración de la competencia transversal “Pensamiento crítico” por los alumnos de GIOP (2015). XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

YEPES, V.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; TORRES-MACHÍ, C. (2016). Acquisition of competences in a Master Degree in Construction Management. 10th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2016), March, Valencia, pp. 718-727. ISBN: 978-84-608-5617-7.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2015). Pensamiento crítico como competencia transversal en el grado de Ingeniería de Obras Públicas: valoración previa. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-12. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1560 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2015). Students’ guide as a reference for a common case study in a master degree in construction management. 9th International Technology, Education and Development Conference INTED 2015, Madrid, 2nd-4th of March, 2015,  pp. 4850-4857. ISBN: 978-84-606-5763-7.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Competencia transversal ‘pensamiento crítico’ en el grado de ingeniería civil: valoración previa. XIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria, Alicante, 2 y 3 de julio,  pp. 2944-2952. ISBN: 978-84-606-8636-1. (link)

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). La competencia transversal de comunicación efectiva en estudios de máster en el ámbito de la ingeniería civil y la construcción. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1540 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). Strategic evaluation of a M.Sc. degree in construction management: a faculty vs. students comparison. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain), 10-12 March, pp. 1974-1984. ISBN: 978-84-616-8412-0  (link)

YEPES, V. (2014). El uso del blog y las redes sociales en la asignatura de Procedimientos de Construcción. Jornadas de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2014. 15-16 de julio, Valencia, pp. 1-9. ISBN: 978-84-90482711.

SEGADO, S.; YEPES, V.; CATALÁ, J.; PELLICER, E. (2014). A portfolio approach to a M.Sc. degree in construction management using a common project. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain),  10-12 March,  pp. 2020-2029. ISBN: 978-84-616-8412-0 (link)

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Descabezado de muro pantalla

Figura 1. Descabezado con martillo rompedor manejado desde una retroexcavadora. http://www.generadordeprecios.info

Se define como descabezado la operación por la cual se retira el hormigón contaminado, o de inferior calidad o el exceso de la cabeza del muro-pantalla por encima del nivel de coronación previsto. Se trata de un procedimiento similar al descabezado de pilotes, tema que ya tratamos en un artículo anterior. A continuación vamos a describir brevemente los procedimientos usuales de descabezado de muros pantalla (Figura 1).

Son varias las razones por las que tenemos que descabezar un muro pantalla. En primer lugar puede ocurrir que hayamos rellenado a una cota superior a la teórica, pero lo más habitual es que el hormigón de la parte superior de las pantallas esté contaminado con los lodos de perforación o con el propio terreno, por lo que debe sanearse. Se debe realizar el descabezado del hormigón hasta el nivel de coronación usando equipos y métodos que no dañen al hormigón, la armadura o cualquier instrumentación instalada en los paneles. En particular, es importante respetar las armaduras del muro pantalla para que solapen con la viga de coronación. En ocasiones se utilizan equipos mecánicos pesado que pueden ocasionar un riesgo de fisuración extensiva, por lo que, en ocasiones, se debe restringir el tipo y tamaño de la máquina empleada.

Cuando sea posible, se puede descabezar por encima del nivel de coronación antes de que el hormigón haya fraguado. Sin embargo, se debe hacer el descabezado final hasta el nivel de coronación solo después de que el hormigón haya alcanzado la suficiente resistencia.

Una de las preguntas habituales es saber qué distancia hay que descabezar. La respuesta fácil es que la Dirección Facultativa, en función de la contaminación de la parte superior de la pantalla, es quien debería determinar la magnitud requerida. En una conversación técnica mantenida con Luis Miguel Salazar (PONTEM), me comentó que la norma NTE-CCP, que trata sobre pantallas, se determina lo siguiente: “la cota final de hormigonado rebasará a la teórica en al menos 30 cm. Este exceso en su mayor parte contaminado por el lodo, será demolido antes de construir la viga de atado de los paneles. Si la cota teórica coincide con la coronación de muretes se deberá hacer rebosar el hormigón hasta comprobar que no está contaminado“. Por tanto, ya tenemos una cota mínima: al menos 30 cm, pero la recomendación es comprobar la profundidad en la que el hormigón se encuentre contaminado.

Una de las formas habituales de descabezar el muro-pantalla es de forma manual con ayuda de martillos picadores. En la Figura 2 se puede ver esta operación. Se trata de un procedimiento que presenta poco rendimiento y que puede resultar penoso para los operarios. Es por ello que, en caso de descabezar grande volúmenes, es preferible desde el punto de vista económico y de rendimiento el uso de medios más mecanizados. Por ejemplo, en la Figura 3 se observa un martillo rompedor manejado desde del brazo de una retroexcavadora.

Figura 2. Descabezado de la pantalla con martillos picadores manuales. Cortesía: Geocisa

 

Figura 3. Descabezado de muro pantalla mediante martillo rompedor. http://www.gestionaobras.com/muros-pantalla-torremalilla/

El descabezado de muros pantalla mediante herramientas hidráulicas presenta ventajas respecto al uso de martillos rompedores: una mayor productividad, mínimo daño sobre el propio muro pantalla, la posibilidad de dejar la armadura intacta, no hay grietas por debajo del nivel de corte, bajos costes de operación y alta eficiencia.

Se puede realizar el descabezamiento de muros pantalla mediante un quebrantador hidráulico, de forma similar a los pilotes (ver Figura 4). Se trata de un cilindro quebrantador que funciona con el principio de cuña. Existen quebrantadores que pueden manejarse por un solo operario con una fuerza de quebrantación superior a las 4000 kN. El trabajo es silencioso, sin polvo ni vibraciones, de peso ligero y apto para utilizarse en espacios cerrados o de difícil acceso.

Figura 4. Descabezamiento de un pilote mediante quebrantador hidráulico. http://www.taladraxa.com/servicios/quebrantado/descabezado-de-pilote.html

También existen herramientas accionadas mediante gatos hidráulicos que permiten un descabezado limpio y preciso de la cabeza del muro-pantalla, tal y como podemos observar en las Figuras 5 y 6.

Figura 5. Descabezado de muro pantalla mediante gatos hidráulicos. http://geojuanjo.blogspot.com/2011/05/descabezando-muros-pantalla.html

 

Figura 6. Descabezador hidráulico de muros pantalla. https://www.pilebreaker.com/wall-breaker

Otra de las opciones que pueden utilizarse es utilizar unas mandíbulas hidráulicas que, literalmente, “se comen” el hormigón, rompiéndolo (Figura 7).

Figura 7. Descabezado de muros pantallas mediante mandíbulas. http://coynsa.com/derribos/demolicion-de-pantallas-de-hormigon-armado-en-macropozo/

También se pueden utilizar otros procedimientos como la hidrodemolición (ya se escribió sobre ello en un artículo sobre descabezado de pilotes) o bien se puede utilizar el fresado para el descabezado. Las Figuras 8 y 9 muestras dos tipos de máquinas que realizan un fresado de la cara interior del muro-pantalla. Sin embargo, la misma herramienta sirve para el descabezado, tal y como se puede ver en el vídeo que sigue.

Figura 8. Fresado de muro pantalla. http://www.retasur.com/servicios/fresado-de-pantallas-de-hormigon/

 

Figura 9. Fresado de muro pantalla. http://www.comportiz.com/fresado-de-muro-de-pantalla.html

 

 

Referencias:

ORDEN de 8 marzo 1983, Norma Tecnológica de la Edificación NTE-CCP, «Cimentaciones, Contenciones, Pantallas». BOE 16 abril 1983, núm. 91, pág. 10529.

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.

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STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada

Figura 1. Pilotes Starsol. http://www.soletanche-bachy.com.ar

Dentro de los pilotes de extracción de barrena continua podemos distinguir un procedimiento mejorado denominado STARSOL. Se trata de un sistema desarrollado por el grupo francés SOTELANCHE-BACHY, al cual pertenece la empresa española RODIO, por lo que también se llama este procedimiento Rodiostar/Starsol. Con este sistema se resuelven dos problemas que tenían procedimientos anteriores: la perforación de capas duras y la ejecución y control de la calidad del hormigonado. La perforación en capas duras se realiza mediante un motor de gran potencia, con un par de 90000 N·m, incorporando un útil de corte bajo el eje de la hélice, con lo que puede atravesar o empotrase en terrenos de 35 a 50 N/mm2 de resistencia a rotura. Ello hace innecesario el uso de trépano. Tampoco se necesitan lodos ni camisa porque el hormigonado se realiza a través del tubo interno, que funciona a modo de Tremie. El mayor problema es que las armaduras deben introducirse después del hormigonado, aunque este problema se podría resolver definitivamente con hormigones armados con fibras de acero. Los diámetros habituales de este tipo de pilotes se encuentran entre 0,40 y 1,00 m, con una profundidad máxima normal de 30 m. La potencia total instalada ronda los 250 KVA.

Los elementos principales del equipo son los siguientes:

  • Grúa dotada de grupo hidráulico
  • Mástil guía
  • Cabeza de rotación hidráulica
  • Manguera de introducción del hormigón al tubo interior
  • Barrena continua alrededor del tubo exterior
  • Tubo central con desplazamiento por el interior del tubo exterior
  • Sistema de gatos que permite el desplazamiento vertical del tubo central hasta 1,50 m
  • Útil de limpieza

En la Figura 2 se muestran las fases constructivas del método. El procedimiento comienza con la perforación mediante rotación de la barrena. Una vez llega a la profundidad requerida, se para la rotación, se levanta el conjunto y se comienza a bombear hormigón a presión. La distancia entre las bases de la barrena y del tubo sumergido es de 1,50 m. Por último, una vez hormigonado el pilote, se coloca la armadura, incluso con vibradores si fuera necesario. La armadura se puede introducir con este método fácilmente hasta 15 m, aunque el mejor registro de 17 m se consiguió en 1988.

La diferencia entre el procedimiento STARSOL y los pilotes de barrena continua convencionales es que en los primeros el hormigón se bombea a presión (de al menos 0,1 MPa, lo que asegura un excelente contacto en cualquier terreno), de forma que dicha presión y el volumen de hormigón se encuentran controlados. Esto garantiza que el primer hormigón vertido es el único que ha estado en contacto con el terreno y el único que puede estar contaminado. En el caso de los pilotes de barrena continua clásica, el hormigón se vierte a través del tubo central de la barrena y directamente sobre el anterior, mientras que en el sistema STARSOL, se realiza mediante un tubo telescópico introducido por dicha barrena hueca, el cual puede quedar introducido hasta 1,0 m por debajo de la lámina libre de hormigón, de ahí la mayor presión de bombeo y la gran ventaja con respecto al CPI-8 convencional; pues se evita la posibilidad de cortes en el hormigón.

Figura 2. Esquema del proceso de ejecución del pilote STARSOL

A continuación os dejo algunos vídeos explicativos que creo de interés.

Referencias:

GARCÍA-VALCARCE, A.; SACRISTÁN, J.A.; GONZÁLEZ, P.; HERNÁNDEZ, R.J.; PASCUAL, R.; SÁNCHEZ-OSTIZ, A.; IRIGOYEN, D. (2003). Manual de edificación. Mecánica de los terrenos y cimentaciones. Editorial CIE Dossat 2000, 710 pp.

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.

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Sistemas de entibación por presión hidráulica

Entibadora hidráulica Pressbox Serie 800. Cortesía SBH Tiefbautechnick

El sistema de entibación por presión hidráulica está formado por una cámara compuesta por paneles, del tipo tablestacas. Su profundidad recomendada de trabajo es de hasta 7 m y su anchura máxima de 1,70 a 4,70 m. Una viga accionada hidráulicamente hinca e iza los paneles, por lo que no se recomienda en terrenos rocosos o con bolos. Ambas caras de la cámara están apuntaladas y sostenidas por unas secciones especiales situadas en los bordes.

Es un sistema especialmente diseñado para reparar conductos o instalar tuberías. También se recomienda para trabajos de arqueología y en cascos antiguos, pues no transmite vibraciones. Una vez instaladas las tuberías, una excavadora mueve la cámara a lo largo de unos carriles hasta la siguiente sección.

Entibación por presión hidráulica. https://www.sbh-verbau.de/es/entibacion-trench-shoring-perfiles-sbh/entibacion/pressbox.html

Referencias:

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.

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Problemas con la perforación o la hinca de pilotes ante información confusa del terreno

Reconocimiento geotécnico. https://www.arqhys.com/construccion/reconocimiento-geotecnico.html

En algunos artículos anteriores hemos descrito algunos procedimientos constructivos de los distintos tipos de pilotes. También se han comentado en artículos anteriores algunas técnicas relacionadas con los informes geotécnicos.

Podéis consultar el siguiente documento realizado por Juan Herrera y Jorge Castilla, de la UPM: “Utilización de técnicas de sondeos en estudios geotécnicos“:  http://oa.upm.es/10517/1/20120316_Utilizacion-tecnicas-sondeos-geotecnicos.pdf

 

Sin embargo, aquí quiero resaltar algunos casos concretos donde los informes geotécnicos pueden confundir al constructor y llevarlo a errores durante la perforación o hinca de los pilotes (Rodríguez Ortiz, 1982):

  1. Capas delgadas de arenisca floja o vetas de arena cementadas. Las coronas de sondeo las traspasan y disgregan, confundiéndose con arenas. Las barrenas que perforan los pilotes son de diámetro mayor y no tienen potencia suficiente para romper estas capas, con lo que se hace necesario un trépano. En el caso de hinca, se suele dar rechazo al llegar a estas capas, deteniéndose la hinca, lo que supone un riesgo de punzonamiento bajo las cargas de trabajo.
  2. Las vetas carbonatadas y costras, de naturaleza evaporítica y de espesores variables, con elevadas resistencias. Los sondeos a rotación disgregan las gravas presentes, otras veces se sacan testigos rocosos que se confunden con gravas o bolos calcáreos. Son errores de apreciación que, unido a la difícil correlación entre los cortes geotécnicos, provocan que pasen desapercibidas estas vetas y causen problemas en la hinca y en la perforación.
  3. Las vetas silicatadas se confunden con los cantos de sílex. Son capas de extraordinaria dureza que hace difícil la penetración de los pilotes, incluso con espesores de pocos centímetros.
  4. Bloques erráticos u obstáculos de tamaño similar al diámetro del pilote. Pueden dificultar enormemente el hincado o la perforación.
  5. Confusión entre roca sana y alterada en el apoyo del pilote, que puede magnificar o infravalorar la capacidad portante prevista.
  6. Evaluación de la resistencia de una capa rocosa para predecir si la excavación debe realizarse con trépano, tricono o elementos de corte rotativo.
  7. La estructura del substrato rocoso debe caracterizarse geológicamente y con reconocimientos puntuales para determinar si las fracturas impiden la perforación rotativa para un determinado diámetro.
  8. Los sondeos pueden interpretar una estabilidad de las paredes diferente a la perforación del pilote, pues los diámetros son diferentes. Si el terreno lo permite, se prefieren los sondeos helicoidales, pues se aproximan mejor a las condiciones de perforación del pilote.
  9. La permeabilidad del terreno y la presencia de capas granulares abiertas pueden impedir la perforación con lodos, debiéndose recurrir a la entubación. Un sondeo convencional puede pasar por alto este aspecto, salvo que se hagan pruebas de bombeo o permeabilidad.

Veamos este vídeo de geotecnia.ONLINE sobre las cinco cosas que debemos hacer antes de empezar con los sondeos o perforaciones de un estudio del terreno. El contenido se relaciona con lo que hemos contado anteriormente.

 

Referencias:

RODRÍGUEZ ORTIZ, J.M. (1982). Reconocimientos del terreno para pilotajes, en ROMANA, M. (Ed.): Apuntes sobre pilotes. Universidad Politécnica de Valencia.

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.

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Pilotes prefabricados de hormigón armado hincados

Figura 1. Detalle de azuche de acero en pilote de prefabricado de hormigón (Rodio Kronsa). Fuente: http://www.fontdarquitectura.com/productos/cimentaciones/pilotes/588

Los pilotes prefabricados de hormigón constituyen una técnica de cimentación profunda enmarcada en los pilotes de desplazamiento. Este tipo de pilotes pueden fabricarse de hormigón armado o pretensado.

Los pilotes prefabricados de hormigón armado suelen de sección cuadrada, de dimensiones habituales entre 200 y 400 mm de lado, aunque también los hay de sección rectangular, circular o poligonal. A veces, incluso pueden ser huecos para poder introducir algún tipo de canalización como las instalaciones de geotermia. Por sus dimensiones reducidas se utilizan para cargas y longitudes moderadas, como en obras de edificación. Se confeccionan con hormigones de resistencia característica mayor a 40 MPa. Las armaduras longitudinales son de, al menos, 12 mm de diámetro, disponiéndose como mínimo una barra en cada vértice. Las armaduras transversales serán, de al menos 6 mm de diámetro, duplicándose la cuantía en al menos una longitud de 3 veces el diámetro del pilote. Se comportan bien por fuste en arenas, gravas y arcillas. La durabilidad es buena, pero en ambientes agresivos se deben proteger las armaduras de la corrosión con cementos especiales o revestimientos.

Los prefabricados presentan ventajas como el curado al vapor, la disminución de almacenaje en obra, los mayores rendimientos y la calidad entre otros. Ello permite cargas de trabajo de 10 – 12,5 MPa, lo que disminuye la sección para igual capacidad portante. Son habituales secciones de 25×25 cm y 30×30 cm para capacidades que van de 600 a 1000 kN.

Con longitudes largas, se realizan empalmes entre las piezas de hormigón, de un máximo habitual de 12 m por razones de transporte. Las juntas de empalme suelen ser objeto de patente y pueden ser mecánicas (tipo machihembrado), por anclaje mediante resinas epoxi, mediante forros de acero o soldados en piezas metálicas dejadas en los extremos. Además, se debe cuidar la manipulación del pilote desde el vehículo de transporte hasta el lugar de hinca.

La hinca de estos pilotes se suele realizar mediante equipos de caída libre, con una maza entre 50 y 110 kN que se eleva mediante equipos de accionamiento hidráulico. La maza golpea constantemente la cabeza del pilote hasta su rechazo, que se produce cuando, tras un determinado número de golpes, el pilote no desciende un determinado número de centímetros. En ese momento, se supone una capacidad resistente tanto por rozamiento por fuste como por su trabajo en punta. No obstante, en suelos arcillosos, debe comprobarse el rechazo alcanzado, transcurrido un periodo mínimo de 24 horas.

La protección de la punta del pilote frente a la hinca es un detalle que no se debe olvidar. Para ello suele añadirse una pieza metálica cónica o piramidal, o bien un azuche metálico específico como puede verse en la Figura 1, que permite también la fijación del pilote en un sustrato rocoso. Se trata de azuche especial denominado punta de Oslo. En la Figura 2 se observa la protección de la cabeza del pilote frente a la hinca.

Figura 2. Detalle del anillo de protección del pilote frente al golpeo. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)

Una vez el pilote se hinca hasta el rechazo, la parte libre del pilote queda a distintas alturas. Ahora se debe limpiar y eliminar el hormigón de la cabeza que pueda haber quedado resentido por el golpeo de la maza y no reúna las características mecánicas necesarias y para dejar unas esperas para unir el pilote al encepado.

A continuación os dejo un vídeo explicativo que, entre otros, explica este tipo de pilote prefabricado. Espero que os sea de interés.

Os dejo un vídeo sobre el procedimiento constructivo de hinca de estos pilotes prefabricados.

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.

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La zapata aislada

Figura 1. Zapata aislada centrada. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos

En un artículo anterior se explicaba el concepto y las clasificaciones de las cimentaciones. Dentro de las cimentaciones superficiales se encuentran las zapatas, que va a ser el objeto de esta entrada.

Una zapata aislada es una cimentación puntual que recibe un solo sistema de carga, como son los pilares (ver Figura 1). Se emplea en terreno firme y competente, transmitiendo una tensión de media a alta y provocando asientos pequeños o moderados. Es la cimentación más económica sobre roca o suelos con tensiones admisibles habituales superiores a 0,15 N/mm2. Son cuadradas, aunque se usan rectangulares cuando existen luces diferentes en dos sentidos perpendiculares, los momentos flectores se dan en una sola dirección, los pilares son de sección rectangular, se levantan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación o en casos especiales de geometría difícil. En otros casos pueden ser de formas circulares o poligonales. Si existe una junta de dilatación, se dispone la zapata en diapasón, con dos soportes adosados.

Las zapatas aisladas se pueden clasificar atendiendo a su forma (Figura 2): rectas (de canto constante), escalonadas, piramidales y nervadas o aligeradas.

Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma

La norma de hormigón estructural EHE, en cambio, cataloga las zapatas en rígidas y flexibles (ver Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado.

Figura 3. Tipología estructural de zapatas atendiendo a la EHE

Pero para saber más de este tipo de cimentación superficial, a parte de remitirte al texto de referencia, he preparado un vídeo explicativo que creo que puede ser de interés. Espero que te guste.

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.

 

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Zonas de un anclaje

Figura 1. Componentes de un anclaje activo

Un anclaje es el elemento capaz de transmitir esfuerzos de tracción desde la superficie del terreno hasta una zona interior del mismo. En artículos anteriores vimos el concepto y la clasificación de los anclajes, la forma de ejecutar un anclaje y aspectos relacionados con la seguridad en su ejecución. En este artículo vamos a describir brevemente las diferentes zonas de un anclaje.

En los anclajes se distinguen las siguientes zonas (Figura 1):

  • Zona o bulbo de anclaje: es la parte solidaria al terreno en profundidad, encargada de transferirle los esfuerzos. Tiene características muy distintas dependiendo del procedimiento constructivo empleado. Teóricamente se trataría de una parte fija, es decir, que no se movería ni durante el tesado ni durante la movilización del empuje activo. En la práctica se puede mover algo, pero no debe despegarse del terreno, pues entonces desaparecería la capacidad del anclaje.
  • Zona libre: es la parte en la que la armadura es independiente del terreno que la rodea, de forma que está libre su deformación al tensionarse. En efecto, la capacidad de deformación de esta zona libre es la que provoca la progresiva puesta en carga del anclaje. Conviene una longitud mínima de unos 5 m para que el esfuerzo aplicado se vea poco afectado por los posibles desplazamientos de la cabeza respecto a la zona de anclaje al terreno. Puede garantizarse la independencia del anclaje respecto al terreno en esta zona mediante camisas de PVC o metálicas. Sin embargo, debe garantizarse su protección contra la corrosión.
  • Cabeza: es la unión de la armadura a la placa de apoyo, sobre la que se ejerce la fuerza estabilizadora sobre la estructura. Dependen de cada fabricante y son similares a las utilizadas en hormigón pretensado.

En la Figura 2 se puede observar la cabeza para un anclaje de 8 torones.

Figura 2. Cabeza para un anclaje de 8 torones. https://publicworkstoolscad.blogspot.com/

Os dejo una animación de Keller Cimentaciones respecto a la ejecución de una inyección.

Referencias:

AETESS (2006). Guía Técnica de Seguridad AETESS. Micropilotes y anclajes.

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (2001). Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera. Madrid.

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.

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Perforación rotativa por corte

Figura 1. Secuencia de corte

La perforación rotativa por corte tuvo su máximo desarrollo en la década de los 40 en las minas de carbón americanas. Hoy día su uso se limita a las rocas blandas y de pequeños diámetros, aunque en los trabajos a cielo abierto este sistema entra en competencia con el arranque directo y en los trabajos subterráneos con la perforación rotopercusiva.

Con este sistema, la fuerza de avance trata de mantener en contacto el útil de corte con la roca, de forma que el filo sea el encargado de realizar los sucesivos cortes.

El corte se realiza con bocas que presentan elementos de carburo de tungsteno u otros materiales como los diamantes sintéticos, pudiéndose distinguir varios tipos:

  • Bocas bilabiales o de tenedor, en diámetros de 36 a 50 mm
  • Bocas trialetas o multialetas, en diámetros de 50 a 115 mm
  • Bocas de labios reemplazables, con elementos escariadores y perfil de corte escalonado, en diámetros de 150 a 400 mm
Figura 2. Tipos de bocas para perforación por corte

El ángulo de ataque α del útil de corte varía entre 110º y 140º, siendo más obtuso cuanto más dura sea la roca. El ángulo del labio de corte β varía entre 75º y 80º. El ángulo de corte γ oscila entre -6º y 4º, siendo positivo en rocas blandas y negativo en las duras.

Figura 3. Ángulos característicos de un útil de corte

 

Figura 4. Trayectoria de un punto de la boca

Existe una relación empírica entre el diámetro de perforación, la velocidad de penetración y el tipo de roca:

donde

Vp = Velocidad de penetración

μ = Coeficiente de fricción de la roca

E = Empuje sobre la boca

Vr = Velocidad de rotación

re = Radio efectivo de la roca

Ev = Energía específica de la roca

Ar = Área de la sección transversal del barreno

 

Sin embargo, en la práctica existe una desviación importante de los datos, pues el coeficiente de fricción depende del empuje y la velocidad de rotación se limita por el desgaste continuo que se produce en las bocas al aumentar el número de revoluciones.

Figura 5. Relación entre el empuje y la velocidad de penetración

En la práctica, se pueden definir dos campos claros de operatividad de este sistema de perforación rotativa:

  • Aquellas rocas de resistencia a compresión menor a 80 MPa
  • Rocas con contenido en sílice menor al 8%, para evitar un desgaste excesivo

La eliminación del detrito de perforación suele realizarse con un fluido de barrido que puede ser aire, en los trabajos a cielo abierto o agua o aire húmedo en los trabajos de interior. Emplear aire con inyección de agua no sólo facilita la evacuación del detritus y favorece la velocidad de avance, sino que también refrigera las bocas de perforación y disminuye su desgaste. Además, evita el colmatado de la perforación y elimina el polvo. Se necesita aproximadamente de 1000 a 1500 l/min de aire y por cada perforadora unos 250 cm3/min de agua.

En rocas muy blandas (30 a 40 MPa) puede emplearse varillaje helicoidal, de paso mayor cuanto más grande sea la velocidad de penetración, para evacuar el residuo de la perforación.

Figura 6. Varilla helicoidal y bocas de perforación

Os dejo a continuación un vídeo donde explico, en general, la perforación rotativa de rocas. Espero que os complemente la información anterior.

Referencias:

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209.

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.

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