Figura 1. Máquina para hincado silencioso. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silent_piler.jpg
La hinca por presión, también llamada hinca silenciosa, introduce el pilote o la tablestaca en el terreno mediante una fuerza estática vertical aplicada con gatos hidráulicos. En este caso se mide la capacidad portante del pilote directamente con el manómetro del gato, por lo que la hinca de cada pilote se comporta en realidad como un ensayo de carga correspondiente a un rechazo deseado. 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 y tiene un campo de actuación reducido a suelos suficientemente blandos. 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. A veces se les provee a estos equipos de un equipo de chorro a presión (jetting) para mejorar la hinca. En la Figura 1 puede verse el procedimiento de hinca silencioso de tablestacas, 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. En este caso, la prensa es del tipo “japonés”, pues la máquina se ha diseñado para “caminar” sobre las tablestacas ya instaladas, sin necesidad de una grúa, que serían prensas del tipo panel, o bien de una estructura de soporte móvil (Figura 2).
Figura 2. Prensa autónoma tipo panel. Fuente: https://www.liebherr.com
Aquí os dejo una explicación, no solo de la hinca por presión, sino también de otros métodos como la hinca por inyección de agua y prebarrenado.
Os dejo a continuación algunos vídeos para que veáis el funcionamiento del sistema.
En este otro vídeo podéis ver la hinca a presión de pilotes prefabricados.
La excavación de un muro pantalla suele realizarse con una cuchara bivalva acoplada a una retroexcavadora. La profundidad de la excavación es variable y los taludes se estabilizan con bentonita, que se va añadiendo según va avanzando la excavación, por lo que hay que tener relacionado el caudal de aportación de bentonita con la velocidad de avance de la excavadora.
La tubería desde la instalación de la bentonita hasta la excavación es de acoplamiento rápido y están en contacto mediante un código de señales acústicas. La profundidad de la excavación se controla por medio de una cadena media, una vez que la excavación está a cota. Hay que esperar 20 o 30 minutos para la sedimentación, pasado este tiempo se procede a la limpieza del fondo quedando lista la excavación para recibir la ferralla. Los productos de la excavación se retiran a vertedero con camiones.
Normas de seguridad:
Antes de posicionar la máquina se habrá vallado el entorno, quedando aislada la zona de trabajo, de forma que impida el paso de personas ajenas.
El itinerario de los camiones debe estar indicado de forma clara y concreta.
Se estudiará el emplazamiento de las máquinas, observando detenidamente el radio de acción en todas las posiciones, muy especialmente altura de pluma, contrapesos y movimientos de la cuchara. Esta operación la hará el encargado del tajo y el maquinista.
Los servicios habrán sido desviados y perfectamente señalizados los próximos a la excavación.
El maquinista revisará diariamente los cables, ganchos, perrillos, contrapesos, los principales elementos de la cuchara (bielas, cuñero, dientes, patín guía, etc.), poniendo en conocimiento de su jefe los defectos que haya encontrado o parando los trabajos ante el menor obstáculo imprevisto.
Se hará el mantenimiento a las máquinas que indique los respectivos manuales de entretenimiento.
La cuchara no se guiará con las manos para emboquillarla entre los muretes guías, esta ocupación (si hay que hacerla) se hará por medio de alargaderas que impida la aproximación del ayudante al borde de la excavación.
La conducción de la bentonita de tubos será de acoplamiento rápido y buena estanqueidad.
El operador de la instalación de bentonita estará protegido contra el polvo que desprende el abastecimiento de la tolva.
La bomba de extracción de lodos, estará sujeta a puntos fijos o móviles del exterior de forma que pueda ser fácilmente recuperada del fondo de la zanja.
La toma de corriente de la bomba de lodos y demás herramientas eléctricas estará protegida por disyuntor diferencial de alta sensibilidad y puesta a tierra de los cuadros.
La línea de alimentación desde el cuadro general, que estará normalmente en la instalación de bentonita, hasta los cuadro de obra será aérea y sustentada por poste de madera.
En la instalación de esta línea se prestará la máxima atención a los gálibos en los puntos de cruce y posicionamiento de las máquinas excavadoras, si no está enterrada.
Se estudiará con los vecinos las salidas y entradas a sus inmuebles y negocios durante la ejecución de la excavación.
El personal que trabaje en la excavación y en las proximidades usará además de la ropa de trabajo, botas de goma y guantes.
No se dejará, bajo ningún concepto, excavación o hueco alguno sin tapar con mallazo o proteger con barandillas rígidas colocadas a 0,90 m de altura.
Los conductores de los camiones utilizarán el casco cuando abandonen la cabina de su vehículo.
Las cajas de los camiones irán provistas de sus correspondientes trampillas para evitar pérdidas de carga durante el transporte.
El vertedero estará acondicionado y los conductores advertidos del peligro que supone levantar el volteo en terreno mal nivelado o que pueda ceder por exceso de humedad.
Está prohibido circular con el volteo levantado.
A continuación os dejo algunos vídeos ilustrativos de esta fase del procedimiento constructivo de un muro pantalla.
Un muro pantalla o pantalla de hormigón in situ es un tipo de cimentación profunda, o estructura de contención flexible, empleado habitualmente en ingeniería civil. Funciona como un muro de contención que se construye antes de efectuar el vaciado de tierras y que transmite los esfuerzos al terreno. En algunos posts anteriores ya hemos descrito este elemento constructivo.
En este artículo nos vamos a centrar en los aspectos de seguridad. Para ello os dejamos un vídeo descriptivo de la ejecución de muros pantalla en seguridad realizado por el Comité de Seguridad de AETESS para la Guía técnica audiovisual para la promoción de la Seguridad Laboral en el sector de las Cimentaciones Especiales (www.aetess.com), así como un enlace a la guía técnica de seguridad AETESS de muros pantalla (link). Espero que os sea el material de utilidad.
Springsol es una técnica especialmente útil en el tratamiento del terreno en trabajos de rehabilitación o refuerzo de estructuras, terrenos bajo losas de naves industriales, terraplenes en infraestructuras de comunicación, etc. Se encuentra a medio camino entre el pilote de mortero, las columnas de suelo-cemento realizadas mediante jet grouting y las columnas de mortero inyectado a presión controlada ejecutadas mediante intrusiones rígidas o compaction grouting.
Se trata de un procedimiento donde se crea una columna de suelo-cemento por medios mecánicos, con unas aspas o alas que giran y amasan el suelo. Utiliza equipos de tamaño reducido realizando perforaciones de pequeños diámetros (de 100 a 150 mm). Esta característica permite minimizar el efecto sobre losas, soleras o zapatas, siendo posible perforar estratos intermedios no perforables con barrenas, dejando los primeros metros sin tratamiento. Además, evita la inyección a altas presiones, susceptibles de afectar a las estructuras. Además, permite ejecutar la columna a partir de una profundidad concreta (con, por ejemplo tapones, de fondo).
Una aplicación especialmente interesante es el tratamiento de taludes ferroviarios atravesando el balasto, evitando su contaminación, con una mínima afección al servicio.
Figura 2. Aspecto de la columna formada. http://www.rodiokronsa.es/Figura 3. A- Perforación con ligante. B- Mezcla suelo-ligante (rechazo). C- Apertura de alas bajo tubería. D- Perforación, mezcla suelo-ligante. Diámetro de columna 400 mm. http://www.tectonica-online.com/Figura 4. http://actions-incitatives.ifsttar.fr/
Os paso a continuación una animación donde se puede ver con mayor claridad cómo funciona este tratamiento.
Por su interés, os recomiendo el decálogo que Juan José Rosas, ingeniero de caminos consultor en geotecnia aplicada, nos ofrece en relación con la rehabilitación y refuerzo de cimentaciones. Este decálogo lo hizo público en un curso sobre reparación y refuerzo de cimentaciones en rehabilitación de edificios, del cual os dejo el vídeo.
DECÁLOGO:
Antes de actuar, se ha de estabilizar.
No confundas la enfermedad con los síntomas.
Un minuto o un euro en fase de diagnóstico (establecer el o los escenarios que explican los hechos así como los riesgos e incertidumbres soportadas) son horas y cientos de euros en fase de proyecto (determinación de protocolos de actuación y dimensionado de elementos) así como días y miles de euros en fase de construcción.
Enfoca tus prospecciones a descartar escenarios no a buscarlos. Contempla como posibles todos los escenarios que no hayas descartado.
Establece protocolos de actuación que analicen y gestionen los riesgos en todas las fases constructivas siendo éstos suficientemente flexibles para adaptarse a cambios de escenarios.
Si no has acertado en el diagnóstico, al menos, que tu actuación no empeore la situación (anclaje pasivo y activo).
Lo que ha funcionado suele tener tendencia a seguir funcionando, por ende, lo que no ha funcionado difícilmente pasará a funcionar.
La conexión de los elementos nuevos y los antiguos es el punto más crítico de la actuación, trátalo como tal.
Todo lo que puedas medir, mídelo. De las pocas cosas que puedes fiarte es de los datos de pruebas de carga y de la auscultación, luego ausculta.
A veces únicamente puedes optar por soluciones paliativas.
Los muros de gaviones propiamente dichos consisten en un recipiente de forma prismática rectangular, relleno de material granular de distintos tamaños, de enrejado metálico de malla hexagonal, que puede ser de triple torsión o electrosoldada dependiendo de las características de la obra.
Sin embargo, se pueden fabricar muros flexibles utilizando la misma idea pero con otros materiales. Son los llamados muros de gaviones flexibles. Consisten en unas celdas realizadas con materiales geosintéticos, que permiten su relleno con tierras u otros materiales como mezclas de grava-cemento, de tierras con cal, etc. Se obtiene de esta forma un muro de tierra sostenida, que funciona por gravedad. Además, constituyen barreras de contención muy flexibles que pueden resultar de gran interés en actuaciones de emergencia como ante desbordamiento de ríos. También pueden ser de gran interés como complemento de obras civiles o ambientales.
Os dejo unos vídeos de la empresa Contflexdique gaviones flexibles donde se puede ver cómo se monta un muro flexible de estas características. Espero que os gusten:
Os dejo un documento que creo de interés sobre el tema.
Precarga en dársena del puerto de Escombreras. http://opweb.carm.es/premiosingenieriacivil/faces/vervistaprevia.xhtml?codigo=E201646
La precarga consiste en aplicar al terreno una carga igual o superior a la que producirá en servicio la estructura que se proyecta apoyar en él, provocando su consolidación, lo que se traduce en un aumento de la resistencia del terreno y una disminución de los asientos postconstructivos. En algunas ocasiones es necesario realizar la precarga una vez finalizada la obra, como en tanques de almacenamiento de líquidos.
Este tratamiento es un método de mejora destinado, en principio, a suelos cohesivos blandos. Estos suelos pueden sufrir asientos importantes bajo sobrecargas pequeñas, con una evolución lenta de estos asientos. Además, dada su baja resistencia al corte, pueden producirse procesos de rotura (deslizamiento de terraplenes, hundimiento de cimentaciones superficiales, etc.). La primera vez que se carga el suelo blando se deforma entre 5 y 10 veces más que si se carga posteriormente, después de haber sido precargado y descargado. Sin embargo, existen situaciones en las que esta primera deformación puede oscilar entre 2 y 20 veces más (Ministerio de Fomento, 2002). La profundidad eficaz del tratamiento puede llegar hasta varias decenas de metros.
En un suelo blando, los asientos son irreversibles casi en su totalidad, por lo que, aunque se retiren las cargas, el terreno no vuelve a su posición original. Si se vuelve a cargar hasta el mismo valor de la carga previa, o no hay asientos o estos son mucho menores.
La Figura 1 muestra la curva de asientos de un suelo precargado bajo un terraplén. Durante la precarga, el suelo asienta según la curva descrita hasta llegar al punto 1, correspondiente al instante en que se retira el terraplén. Así, la curva describe esta descarga hasta llegar al punto 2, donde el suelo ya no tiene carga, pero los asientos remanentes son casi iguales a los producidos por la carga del terraplén.
Figura 1. Curva carga-asiento de un suelo precargado bajo un terraplén
Al recargar el suelo con una carga igual a la del terraplén (punto 3 de la Figura 2) el suelo describe una curva similar a la de descarga, pero de sentido contrario. Se observa como los asientos inducidos por la recarga son pequeños, debido a la memoria de carga del suelo.
Figura 2. Curva carga-asiento tras la retirada del terraplén
La finalidad de la precarga es preconsolidar un suelo compresible para que, cuando vuelva a ser cargado por la estructura definitiva, sufra los menores asientos posibles, además de aumentar su resistencia.
La precarga es eficaz para mejorar casi todos los suelos, tanto secos como saturados. Se ha utilizado en suelos naturales, como arenas sueltas y limos, arcillas limosas blandas, limos orgánicos, turbas y depósitos aluviales erráticos, así como en suelos artificiales formados por materiales dragados sin compactar, residuos industriales (cenizas) y depósitos de residuos urbanos. Los suelos sobreconsolidados, es decir, aquellos sometidos a una carga mayor que la actual, no responden tan bien a la precarga, puesto que su comportamiento es más elástico que el de los suelos normalmente consolidados. La técnica más habitual para mejorar la compacidad de los rellenos portuarios realizados con material proveniente del dragado es la realización de precargas. En la Figura 3 se muestra el uso de la precarga en la construcción del Muelle de Baleares en el Puerto de Tarragona.
Figura 3. Precarga en la construcción del Muelle de Baleares en el Puerto de Tarragona. https://www.elestrechodigital.com/2021/02/15/el-puerto-de-tarragona-encara-la-fase-final-de-la-construccion-del-muelle-de-baleares/
El método más común de aplicar la precarga es apilar el material de relleno sobre el terreno original, usando camiones y extendedoras, y dejando la carga un cierto tiempo. El material se retira una vez alcanzada la consolidación con medios auxiliares similares. A continuación, se ejecuta la nueva obra, considerando que las deformaciones con que responderá el terreno serán admisibles. El material retirado sirve para otra precarga o para la construcción de terraplenes. Existen otros métodos de precarga que consisten en bajar el nivel freático mediante pozos filtrantes, zanjas, bombeo al vacío en pozos, y el fenómeno de electroósmosis.
Como ventajas de la aplicación de este método pueden destacar:
Bajo coste. Entre un 10-20% respecto a otros métodos. Entre un 20-40% si la precarga se realiza con drenes.
Los equipos utilizados son sencillos y baratos (equipos de movimiento de tierras)
Se evalúan los efectos de un modo directo e inmediato. Equivale a un ensayo a escala natural.
En zonas sensibles a la sismicidad, se reduce el riesgo de licuación en suelos arenosos finos.
Figura 4. Precompresión del terreno
Uno de los factores que más limitan esta técnica es el tiempo necesario para la consolidación, por lo que a veces ni siquiera se dispone de unos pocos meses para que funcione la precarga. Esto puede evitarse con una buena previsión del trabajo, anticipando la ejecución de la precarga a la finalización del proyecto o el comienzo de las obras. Además del tiempo, como factores limitantes de la precarga pueden considerarse el límite de la capacidad de soporte del suelo, el efecto sobre estructuras próximas (asientos, empujes laterales del terreno y rozamiento negativo) y los posibles costes elevados de auscultación y control.
Para acelerar la consolidación y reducir el tiempo de precarga, puede ser rentable realizar tratamientos adicionales que mejoren el drenaje del terreno, lo que reduce el camino del agua hacia zonas más permeables y modifica las direcciones del flujo. Estos métodos son:
Inclusiones verticales por columnas de grava. Esta técnica, además de acelerar el proceso de consolidación, supone un refuerzo del terreno.
Instalación de drenes verticales en el terreno. Los fines buscados con este método son alcanzar un grado de consolidación suficiente dentro de un plazo aceptable en el proyecto, modificando las variables de consolidación y tiempo. Con ello se provocan asientos de forma anticipada, con asientos postconstructivos insignificantes.
El Ministerio de Fomento (2002) establece como parámetros para fijar los objetivos de la precarga los asientos producidos durante la construcción de la obra y posteriormente, así como la seguridad frente a los distintos estados límite. También fija los siguientes aspectos que deben controlarse durante su ejecución: la extensión en planta y altura de la precarga, la densidad aparente de los materiales de la precarga, las fechas de colocación y retirada de las precargas, los asientos superficiales del terreno, las presiones intersticiales en el terreno y los posibles agrietamientos y otros síntomas de inestabilidad en la superficie externa de las precargas.
Os dejo un vídeo explicativo sobre esta técnica que he grabado.
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.
MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
Figura 1. http://www.rubricatuneles.com/t%C3%BAnel-motril
El revestimiento de un túnel constituye una estructura en contacto directo con la cavidad o con el sostenimiento previamente colocado. Esta estructura se coloca por motivos resistentes, para asegurar la impermeabilización, por razones estéticas de acabado o por razones funcionales, cuando lo que se quiere es mejorar la ventilación, la iluminación o la capacidad hidráulica. Si bien los revestimientos pueden realizarse con dovelas prefabricadas o utilizar revestimientos ornamentales sin función resistente, en este artículo comentaremos algunas ideas básicas sobre el revestimiento realizado con hormigón bombeado.
Lo primero que hay que decir es que el revestimiento no es necesario en algunos túneles que, por sus características, se mantienen estables durante muchos años. En otras ocasiones, cuando se va a excavar la sección, se puede realizar el revestimiento con un hormigón bombeado más o menos denso en función de las características geotécnicas, hasta conseguir un equilibrio tensión-deformación entre el propio terreno y el sostenimiento.
El revestimiento de los túneles se suele efectuar con hormigón en masa, aunque en casos especiales se pueden utilizar armaduras. Así, por ejemplo, al atravesar terrenos expansivos, zonas de falla o cuando se quieren asegurar determinadas juntas, como la de zapatas y contrabóveda, se puede emplear hormigón armado. Sin embargo, este tipo de estructura complica la ejecución.
En los terrenos de buena calidad, el hormigonado se puede realizar a plena sección una vez terminada la excavación. Con terrenos de peor calidad o cuando la sección es muy grande, primero se excava y luego se hormigona la bóveda por bataches, y después los hastiales y, por último, la contrabóveda. Cuando el terreno empeora, se debe hormigonar el avance cerca del frente a medida que se ejecuta la excavación, así como los hastiales y la contrabóveda, con los correspondientes decalajes. Es importante tener en cuenta que, cuando se hormigona por fases, las juntas actúan como rótulas, transmitiendo solo los esfuerzos de compresión; por tanto, si existen cargas perpendiculares, las juntas se deberían efectuar con el machihembrado correspondiente para garantizar la continuidad estructural.
Figura 2. http://www.peri.es/
La puesta en obra del revestimiento consiste en rellenar con hormigón el espacio existente entre el encofrado y el terreno. Si la excavación y el revestimiento se realizan de forma simultánea, el revestimiento avanza de manera intermitente, al mismo ritmo que avanza la excavación. En este caso, se suelen utilizar módulos de unos 6 m, que pueden unirse entre sí y que se trasladan con un carretón manual o automotriz que debe dejar paso a los medios de excavación y desescombro. Cuando la excavación y el revestimiento son independientes, se utilizan encofrados telescópicos. En cualquier caso, los encofrados llevan ventanas distribuidas convenientemente que permitan la colocación y vibrado del hormigón.
El hormigón se transporta sobre neumáticos o sobre vía. Los medios de colocación que se utilizan son la bomba y el transportador neumático, aunque la tendencia actual se orienta hacia la utilización de la bomba. El rendimiento máximo puede ser de 50 m/día, por lo que es muy difícil superar los 1000 m/mes.
Una operación complementaria al revestimiento son las inyecciones de contacto a baja presión (inferior a 0,2 MPa), con lechada o mortero, que se usan para rellenar los huecos existentes en la roca y el hormigón próximo a la zona de contacto, y permiten sellar dicha superficie. Para ello, se perforan taladros de unos 50 mm de profundidad, con una densidad de uno cada 6 m², y una profundidad de 60-80 cm.
Os dejo a continuación algunos vídeos que os pueden ser de interés.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
La excavación de túneles en arcillas y areniscas, terrenos comunes en Inglaterra, ha dado origen al método de construcción conocido como “procedimiento de construcción de túneles a sección completa” o “método de ataque a plena sección”.
Este método se utiliza en túneles de pequeña sección, con un diámetro no mayor de 15 m², y permite corregir cualquier imprevisto durante la excavación. Fue empleado en el primer túnel subterráneo bajo el Támesis en 1825, gracias a la utilización de un escudo de frente abierto.
El proceso de excavación comienza con la creación de una galería central de pequeña sección y fácil control, con un diámetro aproximado de 3 m² y una longitud de entre 3 y 4 metros. La seguridad de la galería se asegura mediante el uso de puntales y tablones o placas metálicas. Una vez estabilizada la primera fase, la excavación se expande hacia los laterales en la segunda fase, lo que permite una mayor velocidad de ejecución. Posteriormente, la excavación se realiza en franjas horizontales en las fases 3 y 4. Una vez completada la excavación de la sección completa del túnel, se procede al revestimiento, comenzando por la solera o contrabóveda.
Este procedimiento de construcción tiene la ventaja de que el hormigonado se puede ejecutar de manera continua, lo que evita la necesidad de juntas y previene posibles asentamientos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no se termina de hormigonar hasta que se haya excavado todo, lo que puede generar riesgos en el sostenimiento en cualquier momento. Por esta razón, es necesario que el material tenga una cohesión mínima para poder excavar la destroza y la contrabóveda en una única fase. Este método también se puede aplicar en roca, cuando no es necesario revestir.
A continuación, os dejo un vídeo sobre la construcción del metro bajo el Támesis, obra de Sir Marc Isambard Brunel. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
A continuación, os dejo un vídeo muy didáctico en el que se explica un fallo muy habitual en muros de contención. En él se puede ver el caso típico de un muro construido para soportar un suelo arenoso seco sobre el que ya existen construcciones. Este caso es muy habitual en carreteras o vías férreas, donde se construye un muro para soportar una excavación. Si el muro se desplaza, se puede observar claramente lo que ocurre en la superficie y con las edificaciones existentes.
