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Curso en línea de «Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación»

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre «Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación». El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 50 horas de dedicación del estudiante. Empieza el 9 de septiembre de 2019 y termina el 21 de octubre de 2019. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/?v=04c19fa1e772

Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.

Este es un curso básico de construcción, cimentaciones y estructuras de contención en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás las distintas tipologías y aplicabilidad de los cimientos y las estructuras de contención utilizados en obras de ingeniería civil y de edificación. El curso índice especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la ejecución de los distintos tipos de cimentación (zapatas, losas de cimentación, pilotes, micropilotes, cajones, etc.) así como los distintos tipos de estructuras de contención (muros pantalla, pantallas de pilotes y micropilotes, tablestacas, entibaciones, muros, etc.). Es un curso de espectro amplio que incide especialmente en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos, y por tanto, resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual donde los aspectos de proyecto, geotecnia, estructuras de hormigón, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Además, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.

El contenido del curso está organizado en 20 unidades didácticas, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada unidad se estima en 2-3 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Además, al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos determinados del tema abordado. Al final se han diseñado cuatro unidades didácticas adicionales cuyo objetivo fundamental consiste en afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento constructivo. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del curso, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está programado para una dedicación de 50 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal de 6 a 10 horas, dependiendo de la profundidad de aprendizaje requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.

Objetivos

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

Comprender la utilidad y las limitaciones de las cimentaciones y estructuras de contenciónempleadas en la construcción de obras civiles y de edificación
Evaluar y seleccionar el mejor tipo de cimentación y estructura de contención necesario para una construcción en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales

Programa

– Unidad 1. Concepto y clasificación de cimentaciones
– Unidad 2. Cimentaciones superficiales. Parte 1
– Unidad 3. Cimentaciones superficiales. Parte 2
– Unidad 4. Cimentaciones por pozos y cajones
– Unidad 5. Conceptos fundamentales y clasificación de pilotes
– Unidad 6. Pilotes de desplazamiento prefabricados
– Unidad 7. Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”
– Unidad 8. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 1
– Unidad 9. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 2
– Unidad 10. Equipos para la perforación de pilotes
– Unidad 11. Estructuras de contención de tierras. Muros
– Unidad 12. Pantallas de hormigón
– Unidad 13. Estabilidad de las excavaciones. Entibaciones.
– Unidad 14. Tablestacas y anclajes
– Unidad 15. Hinca de pilotes y tablestacas
– Unidad 16. Descabezado de pilotes y muros pantalla
– Unidad 17. Caso práctico 1
– Unidad 18. Caso práctico 2
– Unidad 19. Caso práctico 3 d
– Unidad 20. Cuestionario final del curso

Profesorado

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar de artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 4 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Tiene experiencia contrastada en cursos a distancia, destacando el curso MOOC denominado “Introducción a los encofrados y las cimbras en obra civil y edificación”, curso que ya ha tenido cuatro ediciones con más de 17000 estudiantes inscritos.

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

Perforación con hélice corta

Cuando se trata de perforaciones de diámetros elevados y la extracción del material se realiza de forma discontinua, se utiliza la perforación con hélice corta (intermittent augering).

Con este procedimiento se pueden realizar perforaciones de hasta 2,5 m de diámetro y de hasta 50 m de profundidad. El terreno debe estar lo suficientemente seco y cohesivo para evitar derrumbes en las paredes. En caso contrario, habría que recurrir a la perforación con lodos y extracción con cazo.

Referencias:

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

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

Soil nailing o suelo claveteado

Figura 1. Suelo claveteado con mallazo de acero en las proximidades del embalse de Loriguilla (Valencia). Fotografía: V. Yepes (2021)

La técnica del soil nailing, también conocida como claveteado de suelos, consiste en un método de refuerzo del terreno que se ha utilizado frecuentemente para estabilizar taludes, terraplenes, cortes del terreno, túneles y estructuras de contención (Figura 1). El soil nailing tiene su origen en la década de los 60 del siglo XX, cuando se introdujo el Nuevo Método Austríaco para la construcción de túneles. La introducción de barras de acero, la inyección de mortero fluido en las perforaciones y el revestimiento con hormigón proyectado permitieron excavar túneles en roca.

A medida que se desciende en la excavación, se introducen anclajes de refuerzo pasivos, generalmente subhorizontales, que trabajan principalmente a tracción, aunque también pueden resistir cargas de flexión y corte. Estas barras pasivas son de acero y se conocen como pernos de roca o bulones en el ámbito de los túneles. Los refuerzos se complementan con un paramento superficial que puede ser rígido o flexible y que impide el deslizamiento del suelo entre los puntos en los que se encuentran las barras instaladas. Este refuerzo del terreno aumenta su resistencia al corte a lo largo de superficies potenciales de falla (Figura 2).

Figura 2. Aplicaciones típicas del suelo claveteado: (a) en talud existente; (b) en excavación

Las barras se colocan en sondeos perforados previamente y que luego se rellenan con una lechada o mortero de inyección («grout»). El diámetro de la perforación oscila entre 50 y 150 mm. Posteriormente, se ejecuta un revestimiento o pantalla («facing») que impida la caída de tierra entre los puntos donde se encuentran las inclusiones. Esto suele hacerse con hormigón proyectado (gunita), que se refuerza con una malla de acero (figura 3). El espesor del revestimiento varía entre 50 y 150 mm, siendo más delgado en pendientes inclinadas y más grueso en excavaciones verticales permanentes (Figura 4). La relación agua-cemento del mortero fluido suele oscilar entre 0,40 y 0,45.

Figura 3. Gunitado sobre ladera claveteada. https://slatonbros.com/advantages-of-soil-nailing/

Figura 4. La técnica de Soil nailing con apuntalamiento metálico en cabeza para el edificio Millenium de Mónaco. https://twitter.com/desdeelmurete/status/1357477174396260352/photo/1

La separación entre los anclajes suele ser de entre 1,00 y 1,50 m, con inclinaciones de entre 10° y 20° respecto a la horizontal. Las barras de acero suelen tener un diámetro de entre 25 y 40 mm y una longitud habitual de entre 4 y 20 m. La longitud del anclaje dependerá de las condiciones del terreno, aunque normalmente oscila entre 1,0 y 1,5 veces la altura del talud.

Este procedimiento no se puede aplicar cuando el nivel freático está bajo ni cuando el suelo es blando o muy blando, ya que es necesario controlar estrictamente las deformaciones. Tampoco se utiliza en arenas y suelos sin cohesión, pues la perforación puede colapsar incluso durante la construcción. Resulta poco eficaz en taludes o deslizamientos muy altos, puesto que los anclajes tendrían que ser muy largos. Por último, la corrosión del acero implica la adopción de medidas preventivas que pueden suponer costes adicionales.

Figura 2. Procedimiento constructivo del suelo claveteado. https://civilengineeringbible.com/article.php?i=107

Os paso unos cuantos vídeos informativos al respecto. Espero que os sean de utilidad.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia.

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

Inyecciones de hidrofracturación

Figura 1. Inyección de fracturación para mejorar terreno bajo cimentación de aerogenerador

Las inyecciones de fracturación (también llamadas hidrofisuración, hidro-fracturación, hidrojacking o claquage) son inyecciones de lechada de cemento a media/alta presión que rompen el terreno, produciendo su densificación y rigidización, y creando una red estructuradora. Se introduce un material de baja viscosidad que rompe el terreno y luego se inyecta una lechada de fraguado rápido para reestructurarlo. Las presiones empleadas son de varias decenas de bares para romper el suelo y de 10 bares o inferiores para mantener el caudal de inyección. El tipo de lechada o mortero que se utilice, así como los aditivos y dosificaciones, dependerán tanto del tipo de inyección que se vaya a realizar como del resultado que se desee obtener con la intervención.

Esta técnica se lleva a cabo inyectando pequeños volúmenes en cada fase mediante un tubo-manguito. El producto de la inyección no puede penetrar en los poros del terreno, sino que se introduce por las fisuras que se van produciendo por efecto de la presión. Así se originan lentejones del material inyectado que recomprimen transversalmente el terreno. Al crear una nueva estructura de terreno reforzado, se consigue un doble efecto de densificación y rigidización. Esto se debe a que el suelo queda cosido por la red de fracturas inducidas en él y cementadas.

Figura 2. Esquema de inyección por fracturación

Las inyecciones de fracturación se han concretado en dos tipos de inyección basados en la fracturación hidráulica: las inyecciones de compensación (“compensation grouting”) y las inyecciones armadas. Las inyecciones de compensación controlan los movimientos que puedan generar las obras subterráneas sobre edificios en superficie. Las inyecciones armadas aumentan la resistencia al corte del terreno y disminuyen su deformabilidad, utilizándose en recalces de edificios, disminución de asientos de cimentaciones directas, estabilización de vaciados, etc. Estas inyecciones armadas emplean tubos-manguito que proporcionan un efecto de bulonado al terreno tratado.

Las fases características de este tipo de inyección son las siguientes:

Instalación del tubo manguito e inyección de la vaina: El tubo manguito se sitúa en la perforación, rellenando el espacio anular entre la pared del sondeo y el tubo manguito con una mezcla de bentonita-cemento.
Fracturación del suelo: Para permitir la inyección de la suspensión se inserta en un obturador doble, que independiza cada uno de los manguitos durante su inyección.
Inyección múltiple: Los manguitos se inyectan una o varias veces, según se requiera. El volumen de lechada, la presión máxima de inyección y, en el caso de una inyección repetitiva, la velocidad de inyección, se mantiene de acuerdo con las instrucciones. Se pueden reutilizar los tubos manguitos.

Figura 2. Fases de la inyección de fracturación. https://maquinariacimentaciones.wordpress.com/2013/08/02/inyeccion-fracturacion/

En esta animación de Keller podemos ver cómo se realiza una inyección de compensación.

https://www.youtube.com/watch?v=bglSAb3Gesc

Creo que es de interés la comunicación del profesor Fernando Muzas sobre inyecciones de fracturación y de compactación.

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Os dejo el catálogo de Keller de las inyecciones de compensación.

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Referencias:

AENOR (2001). UNE-EN 12715. Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Inyecciones. Madrid.

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (2002). Guía de cimentaciones en obras de carretera. Ministerio de Fomento, Madrid.

PUERTOS DEL ESTADO (2005). ROM 0.5-05. Recomendaciones geotécnicas para obras marítimas y portuarias. Ministerio de Fomento, Madrid.

MUZAS, F. (2003). Inyecciones de fracturación y compactación. Jornada sobre mejora del terreno de cimentación. Intevía. (link)

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

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

Columna de grava mediante vibrosustitución

KellerTerra muestra en un vídeo de 5 minutos cómo se ejecuta una columna de grava (vibrosustitución) en la obra de la Central de Ciclo Combinado de la Bahía de Escombreras, Murcia. Después de visualizarlo, contesta a las siguientes preguntas:

¿Qué es una central de ciclo combinado?
¿Qué circunstancias del terreno hicieron recomendable la mejora del suelo mediante columnas de gravas?
¿Qué características se querían conseguir del terreno mejorado?
¿De qué partes consta un tubo vibrador?
¿Pará qué sirve el tamiz que se encuentra en la tolva donde la cargadora descarga grava?
¿Qué hace el aire comprimido en la cámara de descarga?
¿Qué diámetros de columna de grava se ejecutaron?

Referencias:

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Inyecciones de alta presión: Jet grouting

Figura 1. Esquema básico del funcionamiento de la inyección a alta presión o jet-grouting. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jetgrouten.png

La inyección de alta presión, conocida como jet-grouting es un proceso que implica romper el suelo (o roca suelta), mezclarlo y reemplazarlo parcialmente con un agente cementante (generalmente, cemento). La desagregación se logra mediante un fluido con alta energía, que puede incluir el propio agente cementante (Figura 1).

Por tanto, el jet-grouting se considera una técnica de tratamiento del terreno que mejora sus propiedades resistentes y compresibles y reduce la permeabilidad.

La primera patente se aplicó en el Reino Unido en la década de los 50, aunque su desarrollo real se llevó a cabo en Japón a principios de los 70 y se introdujo en Europa a mediados de esa misma década. Hoy en día, la técnica se ha desarrollado extraordinariamente.

En general, se utiliza una mezcla de agua y cemento. También se pueden utilizar otros tipos de conglomerantes hidráulicos, como la bentonita, el filler y las cenizas volantes. Si se emplea bentonita en la mezcla, antes de agregar el cemento hay que preparar e hidratar la suspensión de agua y bentonita.

Esta técnica de alta presión consigue desagregar el suelo o la roca poco compacta, mezclándola y sustituyéndola por cemento, lo que permite rellenar huecos y discontinuidades. Básicamente, se expulsan chorros de lechada de cemento (grout) a través de unas toberas a velocidades muy altas, logrando así la rotura del terreno y su íntima mezcla con el mismo. La distancia que alcanza la erosión por chorro (energía de corte) varía en función del fluido empleado, del tipo de suelo, de la velocidad de ascenso, etc., y puede alcanzar hasta 5 m de diámetro. La técnica del jet-grouting tiene múltiples aplicaciones (mejora del terreno, impermeabilización, túneles, etc.), y el fluido de perforación también es variable (cemento, bentonita, mezclas químicas, etc.).

Las presiones de trabajo varían, llegando en algunos casos puntuales hasta los 90 MPa. Los sistemas de jet-grouting permiten inyectar lechadas de cemento en suelos de grano muy fino, en los que con otros sistemas solo se podrían inyectar productos químicos o ni siquiera estos. El jet-grouting puede aplicarse en arenas, limos e incluso suelos arcillosos de cierta consistencia.

La perforación del terreno antes de la inyección puede realizarse con cualquier equipo (a rotación o a rotopercusión, según las condiciones que requiera el terreno), con tal de que el varillaje se adapte a las altas presiones a las que se efectúa la inyección.

Casi todos los equipos de perforación empleados en la ejecución de anclajes son aptos. Si la perforación se realiza con jet en suelos blandos y se inyecta después de perforar, el cambio de salida del agua por el de la lechada en algunos equipos se puede realizar mediante una válvula situada en la boquilla de inyección.

En gravas, la inyección a alta presión introduce el mortero a través de los huecos, igual que con un equipo convencional, pero en este caso forma un bloque mucho más compacto, sin las dificultades que originan los rellenos de arcilla en el procedimiento tradicional.

Dependiendo del sistema de desplazamiento y fracturación del terreno y su mezcla con la lechada inyectada, la normativa europea (EN 12716) distingue los siguientes sistemas de jet-grouting (ver Figura 2):

Sistema de fluido único: La disgregación y cementación del suelo se obtiene con un chorro único de un fluido a alta presión, que suele ser lechada de cemento.
Sistema de doble fluido (aire): La presencia de aire desagrega y cementa el suelo, y también facilita la evacuación de los detritus generados. En comparación con un sistema de fluido único, produce un jet mayor y realiza una mayor sustitución del terreno.
Sistema de doble fluido (agua): El suelo se rompe mediante un chorro de agua a alta presión que fluye a través de la boquilla superior, mientras que por la inferior se inyecta una lechada para cementar el suelo.
Sistema de triple fluido: Mediante un chorro de agua a alta presión, un chorro de aire a presión y lechada de cemento se consigue romper el suelo. Es el más complejo de los sistemas, pero puede sustituir todo el suelo y producir una columna de mayor diámetro.

Figura 2. Sistemas de jet-grouting. Fuente: http://www.interempresas.net/Mineria/Articulos/146294-Diametro-columnas-jet-grouting-funcion-energias-especificas-perforacion-inyeccion.html

El sistema de fluido único es apropiado para arenas medias a densas y suelos cohesivos muy blandos. El doble fluido suele usarse en arenas medias a densas y suelos cohesivos de blandos a medios. En cambio, el triple fluido se puede utilizar prácticamente en cualquier suelo.

En la Tabla 1 se recogen los parámetros de trabajo más habituales para la maquinaria empleada en el jet-grouting.

Tabla 1. Parámetros de trabajo estándares para la maquinaria de jet-grouting

Parámetros de trabajo	Fluido sencillo	Doble fluido (aire)	Doble fluido (agua)	Triple fluido
Presión de la lechada (MPa)	30 – 50	30 – 50	> 2	> 2
Caudal de la lechada (l/min)	50 – 450	50 – 450	50 – 200	50 – 200
Presión de agua (MPa)	—	—	30 – 60	30 – 60
Caudal de agua (l/min)	—	—	30 – 150	50 – 150
Presión de aire (MPa)	—	0,2 – 1,7	—	0,2 – 1,7
Caudal de aire (m³/min)	—	3 – 12	—	3 – 12

El rango de aplicación del jet-grouting está limitado principalmente por la resistencia del terreno que se va a erosionar. Esta es una de las principales diferencias con las inyecciones comunes, en las que lo importante es el tamaño de las fracturas y de los poros, que en el jet-grouting es irrelevante.

El jet-grouting puede emplearse en la mayoría de terrenos, desde rocas débiles hasta arcillas, puesto que solo requiere su fracturación, como ocurre con las inyecciones con fracturación. A diferencia de las inyecciones convencionales, el jet-grouting destaca por su aplicabilidad en suelos cohesivos. No obstante, cada tipo de sistema de jet-grouting tiene un campo de validez característico.

El límite superior de aplicabilidad del jet-grouting está en las gravas de 60 mm de diámetro. Obviamente, es imposible mover y cortar elementos gruesos en el entorno del jet, como bolos o bloques, ya que su energía no es suficiente.

La aplicación principal del jet-grouting son los suelos, pero también puede emplearse en el caso de emboquilles con roca alterada, rocas con cementación escasa, roca afectada por una excavación, etc. En roca sana, su resistencia a compresión se opone a la erosión provocada por los jets.

Las aplicaciones principales del jet-grouting son:

Mejora del terreno
Control de agua (permeabilidad)
Recalces
Túneles

La principal ventaja de este método es su versatilidad y flexibilidad. Como ya se ha indicado, se puede utilizar en todo tipo de terrenos y se puede realizar en espacios reducidos, alcanzando profundidades importantes sin tener que descubrir el terreno hasta la superficie.

En la Figura 3 se puede observar el aspecto de las columnas de refuerzo que se pueden conseguir con la inyección a elevada presión.

Figura 3. Sistemas de jet-grouting. Fuente: http://www.interempresas.net/Mineria/Articulos/146294-

Sin embargo, una aplicación de interés es el uso del jet-grouting para ejecutar cortinas de impermeabilización. El caso más habitual es la construcción de columnas secantes, solapadas en una o varias filas (Figura 4).

Figura 4. Ejecución de una pantalla con jet-grouting mediante columnas secantes. Fuente: https://www.terratest.cl/soluciones-cortinas-de-impermeabilizacion-pantallas.html

Otro empleo muy común es la creación de pantallas de estanqueidad en el caso del fondo de un recinto apantallado sometido a subpresiones (Figura 5) o bien en barreras de impermeabilización en núcleos de presas (Figura 6).

Figura 5. Croquis de un tapón ejecutado con jet-grouting en el fondo de un recinto apantallado. Fuente: https://2bd7e8ad-9629-4fd0-a14e-4054a92f2fc8.filesusr.com/ugd/c939f2_2befc25a84ae4fc1b8741456e0fd9584.pdf

Figura 6. Croquis de barreras de impermeabilización con jet-grouting en una presa de materiales sueltos. Fuente: https://aetess.com/wp-content/uploads/Aplicaciones-del-jet-grouting-2019.pdf

También se puede utilizar el jet-grouting como elemento de impermeabilización en juntas de pantallas in situ o como elemento de cierre en pantallas de pilotes o micropilotes, cuando estos se construyen separados. En este caso, las columnas se realizan cada dos pilotes. Los pilotes serían el elemento estructuras y el jet-grouting garantizaría la impermeabilización.

Os dejo, por su interés, el artículo 677 del PG-3, donde se describen las características técnicas exigibles al jet-grouting.

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Os paso varios vídeos al respecto, empezando por una animación sobre del Jet grouting de triple fluido:

Referencias:

ARMIJO, G.; HONTORIA, E. (2015). Diámetro de las columnas de jet grouting en función de las energías específicas de perforación e inyección. Ingeopres, 246:36-41.

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

Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)

Figura 1. Disposición de lanzas de drenaje en dos fases. https://www.empresadesatascossevilla.es/2015/08/achiques-de-agua-del-nivel-freatico-en-sevilla.html

El descenso de la capa freática mediante el método de vacío, también llamado lanzas de drenaje, agujas filtrantes, tubos filtrantes, tubos de achique o pozos-punta, se conoce comúnmente por su nombre en inglés, «wellpoint». Se trata de un equipo autoaspirante para el bombeo por vacío del agua. Es un método de control del descenso del agua subterránea aplicable en terrenos granulares de diversa densidad y graduación. Se trata de un sistema simple, versátil y de bajo coste, especialmente cuando el lugar de construcción es accesible y el estrato saturado que se pretende drenar no es muy profundo.

Este sistema de agotamiento de agua puede resultar muy eficiente y útil en excavaciones cuya cota se encuentra por debajo del nivel freático. Por ejemplo, en la construcción de sótanos o zanjas para colectores.

Tiene aplicación en un amplio rango de terrenos, con permeabilidades comprendidas entre 10^-3 y 10^-5 m/s, aunque su funcionamiento óptimo se produce cuando se instala en arenas de grano medio sin presencia de finos. En otros terrenos, pueden ser necesarias operaciones adicionales de montaje (como, por ejemplo, la perforación previa y la ejecución de un filtro granular). Es especialmente útil en terrenos de baja permeabilidad (arenas finas y limos), donde el agua no puede drenar por gravedad a un sumidero. Además, el efecto de succión hace que la arena fina se mantenga con taludes empinados en excavaciones de altura inferior a dos metros. En terrenos poco permeables, la depresión del nivel freático sería muy lenta, con caudales muy pequeños y un tiempo para alcanzar el nivel definitivo que podría durar meses. Por este motivo, el sistema no es viable en estos terrenos, no solo por su bajo rendimiento, sino también porque los finos taponarían el filtro de la lanza e impedirían el paso del agua.

La aspiración del agua se produce por vacío a través de numerosos puntos de captación, tantos como lanzas hay, y pasa por los filtros situados en los extremos de estas. Consiste básicamente en unas lanzas de entre 2,5 y 6 m de longitud y con un diámetro de entre 1,75 y 2,00 pulgadas, que se hincan separadas entre 1 y 1,5 m de forma paralela a la zanja que se quiere excavar. Estas lanzas se conectan a una bomba de succión. Las lanzas están equipadas con una boquilla de inyección en su extremo inferior, de forma que, al hincarlas, se impulsa agua a presión para introducirla con facilidad. Una vez instaladas, se succiona el agua para abatir el nivel freático. La limitación se encuentra en la altura de aspiración, de entre 5 y 6 m, por lo que, si se quiere profundizar más, deberán realizarse escalonamientos (figura 2).

Figura 2. Drenaje mediante wellpoint en etapas (Justo Alpañes y Bauzá, 2010)

El montaje del equipo no es complicado. La inserción de las lanzas se realiza mediante inyección de agua a presión a través de las mismas (self-jetting). Una vez colocadas, las lanzas se recogen en su parte superior por una tubería colectora que, a su vez, irá conectada a la bomba de vacío. Desde allí, el agua extraída se conducirá al punto de vertido con la ayuda de dos bombas incorporadas. La bomba de vacío, de gran cilindrada, es la que produce la depresión base del sistema. El accionamiento y control del funcionamiento del equipo es muy sencillo. Para conseguir la aspiración del agua, es necesario garantizar la estanqueidad de toda la conducción.

Debido a que el agotamiento se produce en numerosos puntos, el efecto de arrastre de finos, típico de las bombas de fondo, disminuye.

El sistema funciona como un equipo compacto que puede ser móvil o estar situado en un punto fijo de la obra, pues no precisa moverse para realizar su trabajo. De hecho, el bombeo se lleva a cabo a través de los conductos de aspiración a los que concurren las diversas lanzas de drenaje.

Los componentes del sistema son:

Bomba de hinca: bombas de agua a presión conectadas a las cabezas de las lanzas, de modo que el agua sale por la punta de la lanza desplazando y arrastrando el terreno allí situado. Este vaciado hace que descienda la lanza.
Bomba de vacío: junto con un tanque separador de la mezcla aire-agua y bomba de agua, junto con una unidad de control eléctrico, la bomba de vacío provoca una subpresión que aspire el agua.
Manguitos de unión: tubos flexibles que conectan las lanzas con la conducción de aspiración.
Lanzas o agujas de drenaje: tubos de acero galvanizado y 50 mm de diámetro, con un filtro de 1 m de longitud en el extremo más profundo. Se hincan en el terreno y aspiran el agua una vez ensambladas a la bomba de vacío.
Mangueras de presión
Colectores: para la tubería perimetral.
Accesorios: codos, tes, tapones, tubos bifurcados, uniones, mangueras flexibles.
Cuadro eléctrico: 380 V, 36 A
Alargadores

Figura 3. Componentes del sistema. Cortesía de ISCHEBECK. http://www.ischebeck.es/assets/wp-content/uploads/agotamiento_agua/Cat%C3%A1logo%20Wellpoint%2016022012.pdf

Una página interesante es la de la empresa ISCHEBECK, os dejo su catálogo a continuación.

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Os dejo un vídeo explicativo de las lanzas de drenaje.

Os paso algunos vídeos sobre la ejecución de esta técnica.

REFERENCIAS:

HERTZ, W.; ARNDTS, E. (1973). Theorie und praxis der grundwasserabsenkung. Ernst & Sohn, Berlin.
JUSTO ALPAÑES, J.L.; BAUZÁ, J.D. (2010). Tema 10: Excavaciones y drenajes. Curso de doctorado: El requisito básico de seguridad estructural en la ley orgánica de la edificación. Código Técnico de la Edificación. ETS. de Arquitectura, Universidad de Sevilla.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia
POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W. (2016). Groundwater Control – Design and Practice, 2nd Edition. Construction Industry Research and Information Association, CIRIA Report C750, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

CURSO:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación.

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

Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno

Figura 1. Proceso de electroósmosis (Terrancorp.com, 2014)

Muchos problemas de ingeniería están relacionados con la estabilidad del terreno. Para solucionarlos, se utilizan distintos métodos que permiten aumentar su resistencia mediante tratamientos granulares, químicos o térmicos. Una forma de estabilizar los suelos finos saturados o parcialmente saturados es la electroósmosis, que no solo permite mejorarlos, sino que también se emplea como técnica de drenaje. Otro de los usos habituales de esta técnica es para combatir la humedad por capilaridad, con lo que se combaten las eflorescencias. Sin embargo, en este artículo nos centraremos en el empleo de la electroósmosis como técnica de mejora del terreno y como técnica de drenaje del nivel freático.

La electroósmosis es un fenómeno basado en la precipitación eléctrica de sustancias coloidales en suspensión, observado por primera vez por el físico Reuss (1808) quien introdujo dos tubos verticales abiertos en sus extremos dentro de un bloque de arcilla húmeda y los llenó de agua hasta la mitad de su altura. Después de colocar un par de electrodos en su interior, hizo pasar una corriente eléctrica por ellos y comprobó que el nivel del agua subía en uno de los tubos mientras descendía en el otro. Esto demostraba la existencia de un flujo de agua del tubo al otro a través de la arcilla.

Más tarde, Casagrande (1952) aplicó el sistema para consolidar un suelo arcilloso en la excavación de un talud. Para ello, colocó dos series de tubos porosos de 10 cm de diámetro y 7 m de profundidad como cátodos, y alrededor de estos situó un relleno de gravilla para facilitar la entrada del agua. Entre cada dos cátodos separados 9 m se intercalaron como ánodos tubos de 12 mm de diámetro. El paso de una corriente de 90 voltios y una potencia de 1,5 kW provocó la acumulación de agua en los tubos porosos (cátodos), que se pudo extraer fácilmente por bombeo.

La electroósmosis es un método de drenaje eléctrico empleado para estabilizar arcillas blandas y limos al incrementar su resistencia por la reducción de humedad. Téngase en cuenta que son terrenos que presentan problemas para aplicar las técnicas de pozos con sistema de vacío convencional. El sistema deja de ser efectivo en arenas finas con permeabilidades inferiores a 3·10^-5 m/s. La diferencia con otros procedimientos es que el movimiento del agua no se produce por gravedad, sino por un campo eléctrico. Con la electroósmosis se desatura el suelo, aumenta su resistencia y se consolida, por lo que se mejoran las condiciones del terreno al estabilizarlo.

El agua fluye de los ánodos (+) a los cátodos (-) en un medio poroso saturado (Figuras 2 y 3). Dan buenos resultados cátodos de un diámetro de 120 mm colocados cada 3-5 m y barras de acero o aluminio como ánodos intercalados de 100 mm de diámetro. En el cátodo se sitúa un wellpoint o un pozo drenante, que es un tubo abierto por el fondo. Los ánodos y cátodos son tubos abiertos por el fondo. Los gradientes de potencial varían entre 30 y 180 V. A mayor voltaje, más volumen de agua drenada, aunque pueden producirse fenómenos de hidrólisis, por lo que deben hacerse ensayos para establecer los parámetros energéticos más convenientes. Se necesitan de 0,5 a 1,4 kW/m³ de suelo drenado en excavaciones grandes, y hasta un máximo de unos 14 kW/m³ en las pequeñas. Este movimiento del agua genera consolidación, con un aumento temporal de las tensiones efectivas.

La conductividad eléctrica del agua depende de su salinidad, lo que influye en la eficiencia de la corriente y el voltaje aplicado. En un suelo con mayor salinidad, el volumen de agua drenada mediante electroósmosis es mayor y la consolidación es más eficiente y rápida.

Figura 2. Disposición del equipo para el drenaje

Figura 3. Disposición del equipo para el drenaje (Bell, 1993)

Las desventajas de este método son el alto coste de la energía necesaria y los problemas relacionados con la seguridad de los operarios al trabajar con un circuito de corriente continua. Los elevados costes de ejecución y la falta de práctica en su uso limitan su aplicación a casos especiales en los que el caudal a evacuar sea escaso. Su empleo más frecuente es la mejora permanente de las propiedades de los cimientos o la estabilización de los taludes. En la Figura 4 se muestra el principio de la electroósmosis empleado en el drenaje previo a la excavación de un túnel.

Figura 4. Tratamiento por electroósmosis previo a la excavación de un túnel (Bielza, 1999)

A continuación os dejo un vídeo que os he grabado para explicar este procedimiento de tratamiento de suelos. Espero que os guste.

Referencias:

BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W. (2016). Groundwater Control – Design and Practice, 2nd Edition. Construction Industry Research and Information Association, CIRIA Report C750, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp. POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

CURSO:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación.

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

Columnas de gravas

Figura 1. Tratamiento del terreno con columnas de grava en función de la altura del terraplén. Fuente: Carlos Oteo

Las columnas de grava constituyen un método de mejora de terrenos cohesivos blandos mediante la rigidización que produce la introducción de columnas de grava en los orificios creados por el vibrador o equipo de pilotaje convencional, según el método de ejecución escogido. Aumenta la capacidad portante del terreno, aumenta la estabilidad frente al deslizamiento en terraplenes, acelera el proceso de consolidación del terreno (constituyen drenes verticales) y reduce los asientos en servicio. Se aplica sobre arenas limosas, limos, limos arcillosos, arcillas y rellenos heterogéneos.

En casos en los que, además de una preconsolidación, es necesario un refuerzo del terreno, como en el caso de terraplenes elevados que precisan terrenos portantes de mayor resistencia, la inclusión de columnas de grava permite solucionar el problema.

Las columnas de grava surgieron como una extensión de las técnicas de vibrocompactación profunda de suelos finos. Puede realizarse mediante un pilotaje convencional o mediante el uso de vibradores especiales (figura 2). La técnica mediante pilotaje convencional puede ser por sustitución o por desplazamiento. La vibrosustitución o vibrodesplazamiento, se aplica en terrenos cohesivos (contenido de finos > 12%), y supone la sustitución del terreno por un material granular de aportación.

Figura 2. Ejecución de columnas de grava

No obstante, también se puede aplicar la vibración profunda en suelos granulares (contenidos de finos < 12%), normalmente con vibradores específicos de baja frecuencia y usando agua a presión para facilitar el hincado, lo que produce una licuación parcial del terreno y su densificación. Este procedimiento se denomina vibroflotación o vibrocompactación. El terreno no se sustituye, rellenándose el cono de hundimiento alrededor del vibrador con el terreno, no siendo propiamente una columna de grava. Sin embargo, a veces se aporta material granular de mayor calidad transportado a la obra, por ejemplo, árido de machaqueo de 20-40 mm, por lo que se podría hablar en este caso de una columna de grava.

En la Figura 3 se puede observar el ámbito de aplicación de las columnas de grava frente a la vibrocompactación en función del tipo de terreno. En las arenas se comprueba que existe una zona de transición entre ambas técnicas de mejora de terrenos mediante vibración profunda.

Figura 3. Ámbito de aplicación de las técnicas

Como limitación de esta técnica, en suelos blandos originales que tengan baja capacidad portante para soportar la resistencia lateral que le pueden exigir las columnas cargadas, con resistencias a corte sin drenaje c_u≤ 0.015 MPa.

Figura 4. Relaciones asiento-tiempo en terraplenes con diferentes tratamientos. Fuente: Carlos Oteo

Las recomendaciones más importantes para ejecutar una columna de grava serían las siguientes:

Tamaño entre 5 y 40 mm para la grava, con un ángulo de rozamiento interno entre 38º y 40º, sin ser friable (valores menores al 30-35% en el ensayo de los ángeles)
Separación entre columnas de 2 a 10 m, en malla regular
Diámetros entre 40 y 120 cm, dependiendo del terreno
Profundidad que puede llegar a 37 m, aunque lo normal es no pasar de 20 m
El cálculo de las columnas de grava suele hacerse con el método de Priebe (1995), que obtiene los parámetros del suelo equivalentes mejorados. Con este método deben utilizarse valores conservadores, por ejemplo, un grado de rozamiento de 40º, y garantizar una correcta ejecución de las columnas para que, por ejemplo, el ángulo de rozamiento de la columna sea superior al supuesto.

A continuación os dejo un catálogo de Terratest sobre columnas de grava que creo os puede ampliar la información al respecto.

Pincha aquí para descargar

Dejo también un artículo de Juan Manuel Fernández Vincent sobre las columnas de grava.

Pincha aquí para descargar

Os paso varios vídeos de esta técnica de mejora de terrenos. Espero que os sean útiles.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.

MONTEJANO, J.C. (2017). Ejecución de columnas de grava como refuerzo de la cimentación de un parque eólico en Nouakchott, Mauritania. Interempresas.net

PRIEBE, H.J. (1995). Design of vibro replacement. Ground Engineering, 28(10):31-37.

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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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 de la 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:

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