Los terrenos considerados en un movimiento de tierras presentan una amplia variabilidad, no sólo en sus componentes sólidos, sino en su humedad, disposición, índice de huecos, etc., de forma que desde una roca sólida, hasta un suelo orgánico, se puede pasar por arcillas, limos, gravas, arenas, o cualquier combinación entre estos materiales, con mayor o menor cantidad de agua. Se tiene, por tanto un conjunto de materiales, más o menos heterogéneos, constituidos por una mezcla en las tres fases, sólida, líquida y gaseosa.
Estos materiales tendrán mayor o menor resistencia de remoción y arranque (penetración y separación) en función del peso específico, de su dureza, rozamiento interno o cohesión. Ello influirá en su facilidad de carga, y por tanto, se observa la estrecha relación que existe entre el tipo de material y la maquinaria elegida para su manipulación.
La clasificación de Kögler-Scheidig se basa en la dificultad con que se pueden arrancar los suelos con utensilios manuales empleados por los geólogos en los reconocimientos de terreno. Esta clasificación agrupa los materiales en una escala de 1 a 8 según su resistencia al arranque (ver Tabla).
Tabla: Clasificación de los suelos en relación a la dificultad de su arranque (según Kögler-Sheidig)
Construcción con método Bernold. Túnel de Jeresa (Fotografía: M. Romana)
El método ideal de perforación de un túnel sería aquel que permitiese excavar el perfil y hormigonar la bóveda de un túnel simultáneamente. El método Bernold de ejecución de túneles consiste en la colocación, inmediatamente después de la excavación, de un sostenimiento rígido compuesto por cerchas sobre las que se monta una chapa troquelada denominada chapa Bernold, dejándose hasta la superficie de excavación una distancia igual al espesor del recubrimiento. Posteriormente se hormigona detrás de la chapa, sirviendo ésta como encofrado perdido y armadura. Esta es una opción válida para macizos de calidad mala o muy mala, aunque, según indica Romana (2001), su utilización ha decaído en España debido a la popularización del Nuevo Método Austríaco. Este sistema incorpora los siguientes elementos:
Chapas metálicas troqueladas, onduladas y curvadas, de 2 a 3 mm. de espesor y 1 m2 de superficie útil, solapadas y unidas entre sí por medio de pasadores también metálicos.
Cimbras de montaje o cerchas, formadas por perfiles de acero de ala ancha (HEB) con 3 o 4 articulaciones que facilitan el montaje de la chapa a la que sirven de soporte.
Tubos separadores metálicos, para arriostrar las cimbras y fijar su distancia. Las cerchas llevan unas chapas preparadas para encajar los separadores en ellas.
La aplicación del sistema Bernold es compatible con el control y gunitado del terreno y además proporciona un refuerzo adicional con el recubrimiento final del túnel realizado con los elementos anteriores, de la siguiente forma: Conforme se va realizando la excavación se van colocando las cimbras de montaje, arriostradas con los tubos separadores. La distancia entre cimbras es normalmente de 0,96 m. Partiendo de la base y a cada lado de la sección, se va montando la chapa Bernold, solapando y uniendo los sucesivos tramos con pasadores hasta llegar a la clave del túnel.
Chapa Bernold
Colocada la chapa se hormigona el hueco que queda entre ella y la superficie del terreno, que debe tener un espesor mínimo de 1/15 a 1/20 del radio de la sección. Las ranuras de la chapa facilitan su adherencia y completa unión con el hormigón al refluir éste por ellas y por los huecos que quedan entre los solapes de los tramos contiguos; al mismo tiempo, estas ranuras facilitan la eliminación del agua sobrante durante el vibrado.
El hormigón que se emplea tiene una dosificación de cemento de 250-300 kg/m3, una relación a/c = 0,4-0,5 y un tamaño máximo de áridos de 30 mm. El tape frontal es perdido y se realiza normalmente con metal deplové o nervometal.
Como en cualquier método de excavación-entibación, el sistema Bernold puede combinarse con el bulonado, la inyección u otros medios de refuerzo complementario, aunque las cerchas y la chapa por su forma, ya constituyen un medio altamente resistente y capaz de absorber cargas disimétricas. Su empleo es muy recomendable en las zonas de boquillas y en el cruce de fallas o zonas tectonizadas.
Fuente: Tedesa, técnicas de entibación, s.a. http://www.dfdurofelguera.com/catalogo_tedesa/prod/prod_cat/chapa/Bernold/bernold.pdf
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.
ROMANA, M. (2001). Recomendaciones de excavación y sostenimiento para túneles. Revista de Obras Públicas, 148(3408):19-28. (link)
La pantalla de suelo-cemento con hidrofresa (cutter soil mixing) es una técnica de mejora de suelos que se emplea para generar pantallas impermeabilizantes verticales mediante el uso de hidrofresas. Consiste en excavar el terreno en paneles verticales mediante una cabeza cortadora (hidrofresa) suspendida de un brazo grúa articulado. Esta cabeza presenta dos elementos cortantes giratorios provistos de dientes de corte que giran en direcciones opuestas para expulsar el material excavado.
La cabeza también posee un inyector, en la parte central de las dos ruedas cortantes, por el cual se inyecta una mezcla de bentonita-cemento. Esta mezcla, gracias al movimiento giratorio de los dientes y de unas paletas giratorias, se amalgama con los detritos formando un nuevo material. Tras el fraguado del cemento se obtiene una pantalla impermeable. La ventaja del método es que se usa el propio material del terreno, no generando apenas residuos.
En pantallas poco profundas, de menos de 20 m, se ejecuta en una fase, que consiste en inyectar la bentonita-cemento según se tritura el terreno. Se usa con tiempos cortos de perforación para que no fragüe el cemento. En mayores profundidades se usan dos fases; en la primera se excava hasta la cota deseada y luego durante el ascenso se inyecta la mezcla.
Para ejecutar muros continuos, se divide la construcción en paneles primarios y secundarios, que se solapan con los anteriores con juntas frescas si los paneles primarios no han fraguado, o bien con solapes duros si ya han endurecido.
Os dejo un caso de estudio de la empresa Bauer, que espero que os sea de utilidad.
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.
Esta técnica de mejora y refuerzo de suelos blandos o flojos consiste en el mezclado mecánico y profundo de los materiales disgregados del terreno con un aglomerante, líquido o sólido, generando un nuevo material tipo suelo-cemento. El aglomerante suele ser cemento, cal y bentonita. El terreno así estabilizado es más resistente, menos permeable y de menor compresibilidad que el terreno original.
La incorporación de los aglomerantes al terreno puede llevarse a cabo en forma de lechada (Método húmedo) o mediante aire comprimido (Método seco). Para cada caso es necesaria la utilización de una herramienta especial que permita la ejecución de la mezcla en profundidad.
La mezcla profunda de suelos se puede clasificar en dos grupos: mezclado vertical, generando columnas o en masa horizontal, produciendo fajas o extensiones importantes en plantas.
En el caso de mezclado vertical, el diámetro de la columna es constante en profundidad y depende de la capacidad de la herramienta y el método que se utilice (húmedo o seco). Se ejecuta con una mezcladora giratoria que perfora el terreno hasta la profundidad requerida. En ese momento empieza la inyección del aglomerante mientras se extrae el varillaje.
http://jafecusa.com/?page_id=2796
La técnica de mezclado en masa consiste en una retroexcavadora en la que el brazo de la pala sustituye por un brazo excavador con un cabezal rotatorio que posee un inyector por el que se impulsa la mezcla aglomerante. Este método utiliza equipos no complejos: una retroexcavadora y una bomba de inyección. Es rápido en la ejecución, pero su uso se limita a la longitud del brazo, que no suele ser superior a 5 m.
Os dejo un folleto de la empres Bauer donde se explica con mayor detalle este procedimiento constructivo.
A continuación os dejo varios vídeos y animaciones al respecto.
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.
Según el Documento Básico SE-C Cimientos, del Código Técnico de Edificación, el estudio geotécnico es el compendio de información cuantificada en cuanto a las características del terreno en relación con el tipo de edificio previsto y el entorno donde se ubica, que es necesaria para proceder al análisis y dimensionado de los cimientos de éste u otras obras. Existen múltiples técnicas de reconocimiento empleadas en la redacción de un estudio geotécnico del terreno. Las técnicas pasan desde una inspección visual básica, por ejemplo para caracterizar un macizo rocoso), a técnicas de campo o laboratorio.
También os dejo el siguiente vídeo realizado por el profesor José Ramón Ruiz, de la UPV, donde se explican brevemente los conceptos básicos del estudio geotécnico, así como las técnicas de reconocimiento más empleadas. Espero que os sea útil.
Figura 1. Hélice de excavación de un pilote en seco. Imagen: V. Yepes
Según la NTE, se denomina CPI-7 al pilote perforado a rotación y hormigonado “in situ”, en los que debido a las características del terreno, no precisa el sostenimiento de las paredes. Es un pilote rápido de ejecutar y económico, idóneo cuando el terreno es estable durante la perforación. Los diámetros habituales oscilan entre 450 y 1500 mm, con profundidades de hasta 40 m. El tipo de terreno decide la forma de excavación. En el caso de terrenos blandos y medios, la excavación se realiza mediante barrenas de hélice cortas. En cambio, con terrenos más duros deberíamos incluir en la barrena de dientes puntas de widia. En terrenos muy competentes y roca la perforación pasa por una corona circular con puntas de widia. Una vez alcanza la profundidad objetivo se efectúa la limpieza del fondo de la excavación mediante el uso de un cazo (“bucket”).
Posteriormente, al limpiado del fondo se procede a introducir la armadura de acero con la ayuda de un equipo auxiliar (grúa). Para garantizar el recubrimiento mínimo necesario de la misma, se levanta 20 cm sobre el fondo de la excavación y se colocan separadores para su correcto centrado.
Figura 2. Cuchara para extraer material en la ejecución de pilotes CPI-7. Imagen: V. Yepes
Después de colocar la armadura se comienza con el hormigonado. Se utiliza un tubo «Tremie» para verter el hormigón en la perforación, de forma que se eviten segregaciones y exudaciones. Este tubo se introduce por dentro de la armadura hasta alcanzar el fondo de la perforación. A continuación se comienza a bombear el hormigón que debe ser homogéneo y de consistencia fluida, con conos de Abrams de 15-16 cm, recomendando dosificaciones de hormigón de 350 kg de cemento por m3 de hormigón y la utilización de áridos no superiores a 20 mm.
Conforme avanza la fase de hormigonado se va subiendo simultáneamente el tubo Tremie, pero teniendo la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducidos en el hormigón fresco. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno se concluye con el hormigonado. Por último, se procede al descabezado de los pilotes.
Os dejo una animación que describe el procedimiento.
[politube2]65086:450:358[/politube2]
También podéis ver a continuación un vídeo Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.
Os presento en este post un nuevo libro que he publicado sobre procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. El libro trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, maquinaria y equipos auxiliares empleados en la construcción de cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas, pilotes, cajones, estructuras de contención de tierras, muros, pantallas de hormigón, anclajes, entibaciones y tablestacas. Además, de incluir la bibliografía para ampliar conocimientos, se incluyen cuestiones de autoevaluación con respuestas y un tesauro para el aprendizaje de los conceptos más importantes de estos temas. Este texto tiene como objetivo apoyar los contenidos lectivos de los programas de los estudios de grado relacionados con la ingeniería civil, la edificación y las obras públicas.
El libro tiene 202 páginas, 242 figuras y fotografías, así como 140 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html
Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de Valéncia. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Referencia:
YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.
A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.
¿Por qué es habitual compactar con el primer compactador que tenemos en obra? Grandes errores y pérdidas económicas han sufrido más de una obra de movimiento de tierras por no acertar con el equipo de compactación adecuado. No es un tema fácil, pues requiere conocer con cierto detalle no sólo las características del compactador, sino también el tipo de suelo, sus características de humedad, granulometría, etc., y además, las condiciones de trabajo que vamos a imponer a esta unidad de obra. Vamos, pues, a intentar divulgar algunas ideas en torno a este tema para complementar otros posts anteriores como el que dedicamos a la curva de compactación o al tramo de prueba.
La elección de un equipo compactador, y la forma de usarlo, está condicionada por multitud de circunstancias y factores, de modo que no es biunívoca la solución adoptada para unas condiciones determinadas. Al final, la elección será fundamentalmente un asunto económico, ya que existen amplios solapes entre los distintos tipos de máquinas y sus campos de aplicación. Los casos que se pueden presentar son variados y cada uno requiere procedimientos específicos. No es lo mismo construir un terraplén nuevo, que consolidar un terreno natural o trabajar en un terreno anegado. En las situaciones habituales, donde se forma un terraplén compactando tongadas sucesivas del terreno, va a ser determinante la naturaleza del material empleado. El material empleado definirá la aplicabilidad de los equipos. El siguiente factor a considerar será el estado en que se encuentre (humedad, espesor de la capa, etc.). También decidirá la forma y dimensiones de la zona a compactar.
Por último, se deberá atender al volumen total de material. Se eligen las máquinas de tamaños que proporcionen mayores rendimientos, pero sin llegar a romper los suelos. Suelen emplearse equipos que presenten mayores capacidades de producción que los equipos de excavación y transporte, para no convertirse en «cuellos de botella» de las actividades. Cuando se emplean varios equipos en la compactación, con frecuencia trabaja una máquina de elevadas producciones, y es otra la que termina la superficie. Se seleccionará el equipo de compactación en función de la naturaleza del relleno, considerando tres grandes grupos de materiales, los finos, los de grano grueso y los pedraplenes.
Elección del compactador en suelos finos
Los suelos finos (más del 35% de limos y arcillas, es decir de la fracción inferior a 80 micras) se caracterizan, a efectos de la compactación, por la dificultad que presentan para variar su humedad. Si ésta es próxima a la óptima del Proctor Normal, pueden utilizarse desde los equipos de neumáticos, a los de patas apisonadoras e incluso los vibrantes lisos. Con defecto de humedad, antes de adicionar agua, se aconseja el uso de compactadores autopropulsados de patas apisonadoras, que trabajen con tongadas de poco grosor. Arcillas muy cohesivas con bajo porcentaje de humedad precisan una presión muy fuerte que rompan los terrones para que después la compactación sea completa; por su naturaleza química, suelos muy arcillosos precisan una presión unitaria muy alta para poder compactarse. Con exceso de humedad sólo podemos apisonar con reducidas energías, para evitar que el terreno pierda estabilidad, aconsejándose la compactación en capas gruesas (40 a 60 cm) con equipos remolcados vibratorios con patas apisonadoras con peso superior a las 10 t.
Elección del compactador en suelos de grano grueso con finos
Estos suelos (proporción de finos superior al 5%, pero sin llegar al 35%) son muy sensibles a los cambios de humedad, influyendo el porcentaje de gruesos y la plasticidad de la fracción fina. Son adecuados los rodillos vibratorios o los compactadores de neumáticos pesados, con espesores de capa que pueden llegar a 50 y 70 cm. Son menos apropiados los compactadores de patas apisonadoras.
Elección del compactador en suelos de grano grueso sin finos
Son suelos de escasa cohesión (porcentaje de finos inferior al 5%), hundiéndose en ellos los compactadores de alta presión de contacto, debiéndose precompactar el terreno, por ejemplo, con neumáticos de baja presión de inflado. En terrenos arenosos son muy útiles los equipos vibratorios y los de neumáticos, llegándose a apisonar tongadas de hasta 1 m. Con proporciones de gruesos más importantes, se recurren a rodillos vibratorios de alta carga lineal unitaria, con espesores menores. La vibración puede descompactar la parte superficial de la capa, que puede cerrarse con un compactador estático, o puede corregirse con la compactación de la capa siguiente.
Las arenas de granulometría uniforme pueden compactarse con abundante agua y con neumáticos de baja presión de inflado o vibratorias de reducida carga unitaria. Una arena sin finos es difícil de compactar, sobre todo si es monogranular. Un 5% de finos arcillosos facilita la operación y confiere consistencia al conjunto. El tipo de finos debe ser plástico, ya que un limo empeoraría la mezcla.
Elección del compactador en pedraplenes
El espesor de las capas deberá ser superior en un 50% del tamaño máximo de los elementos. Si los elementos se disgregan, se compacta como un suelo de grano grueso con finos, si no debe existir contacto entre los elementos gruesos, limitándose el contenido de los finos a un 30% del total. Se compactan con equipos vibratorios pesados -en cuyo caso deben ser de peso superior a 10 t, siendo las tongadas de un grosor entre 0,50 y 1,50 m; y a veces también se usan los supercompactadores de neumáticos de más de 50 t. Por lo general, en carreteras, el pedraplén sin finos no se moja durante la compactación. La Tabla 1 recoge una recomendación en cuanto a la elección de equipo de compactación.
Tabla 1. Selección del equipo de compactaciónTabla 2. Recomendaciones sobre el empleo de compactadores (Strassenwesen, 1972)
La Norma Tecnológica de Edificación NTE-ADE de explanaciones proporciona, con carácter orientativo, el espesor de tongada e, en cm, a compactar y el número de pasadas n, en función del tipo de terreno y del compactador empleado. En la Tabla 3, H es la humedad en %, LP es el límite plástico y Cu el coeficiente de uniformidad de Hazen.
Tabla 3. Compactación de terraplenes según NTE-ADE
En caso de utilizarse una combinación de compactadores diferentes, se tomará como espesor máximo de tongada compactada y como número mínimo de pasadas, los correspondientes a los compactadores que requieran el valor menor y mayor respectivamente.
Os paso el siguiente Polimedia para repasar estos conceptos, aunque hay libros e información adicional que podéis consultar fácilmente para ampliar este tema. Espero que os guste.
Referencias
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
Raise Boring constituye un procedimiento constructivo para la ejecución mecanizada de pozos o chimeneas entre dos niveles dentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil. Los niveles pueden ser subterráneos o, el superior, estar en la superficie. El procedimiento, desarrollado en la década de los 50 en Estados Unidos, consiste básicamente en perforar un barreno piloto y luego ensanchar la perforación hacia arriba mediante una cabeza escariadora. Se trata de un equipo de perforación que se instala por encima del terreno. Se taladra una perforación piloto, con un ángulo que puede ser de hasta 45º. Se perfora hasta llegar al túnel o caverna ya existente. Posteriormente se retira la broca piloto y se fija un escariador a la sarta de perforación, que amplía la perforación hacia arriba. Se han perforado con diámetros habituales entre 2 y 3 m, a unas profundidades de 100 a 200 m, aunque se han llegado a 6 m de diámetro y más de 2000 m de profundidad.
Entre las ventajas de este sistema se encuentra la alta seguridad y buenas condiciones de trabajo, la productividad más elevada que con explosivos (por ejemplo, método Jaula Jora), el perfil liso de las paredes, la sobreexcavación inexistente y la posibilidad de realizar excavaciones inclinadas. En cuanto a los inconvenientes, la inversión elevada, el coste de excavación unitario elevado, la poca flexibilidad en dimensiones y cambios de dirección, las dificultades en rocas en malas condiciones y la necesidad de personal especializado.
Os dejo a continuación un vídeo para que veáis el funcionamiento de este tecnología.
En el vídeo que podemos ver a continuación, se puede ver la perforación de una chimenea de ventilación de 80 m de largo en la mina Condestable, en Mala-Lima-Perú.
Os dejo a continuación un vídeo de la empresa Herrenknecht donde podéis ver el procedimiento constructivo. Espero que os guste.
Por gentileza de Valen Fernández, del Departamento Técnico de Pedraplús, os dejo a continuación un documento que amplia la información sobre el sistema.
Los terrenos considerados en un movimiento de tierras presentan una amplia variabilidad, no sólo en sus componentes sólidos, sino en su humedad, disposición, índice de huecos, etc., de forma que desde una roca sólida, hasta un suelo orgánico, se puede pasar por arcillas, limos, gravas, arenas, o cualquier combinación entre estos materiales, con mayor o menor cantidad de agua. Se tiene, por tanto un conjunto de materiales, más o menos heterogéneos, constituidos por una mezcla en las tres fases, sólida, líquida y gaseosa.
