Los pilotes perforados sin entubación con fluidos estabilizadores, denominados CPI-6 en la nomenclatura de las NTE-1977, permiten excavar en terrenos inestables o con nivel freático alto, debido a las propiedades expansivas y tixotrópicas de los fluidos empleados, que ayudan a contener las paredes. Estos fluidos presentan propiedades tixotrópicas en la bentonita y propiedades iónicas en los polímeros.
Los fluidos estabilizadores pueden ser utilizados para estabilizar la excavación en toda su altura o bien una parte. Durante la construcción del pilote, el nivel de lodos debe mantenerse en un nivel apropiado, siempre por encima del nivel freático al menos de 1,0 a 1,5 m. Este procedimiento es aplicable de preferencia en terrenos finos sin estratos granulares gruesos libres de matriz fina o grandes bloques.
Una vez acabada la perforación, se introduce la armadura y se hormigona utilizando la tubería tremie hasta el fondo de la perforación. La tubería se va subiendo a medida que se hormigona, procurando que su boca inferior esté embebida un mínimo de 4 m dentro de la columna ya hormigonada para evitar posibles cortes durante el hormigonado. La consistencia del hormigón debe ser fluida. Durante el hormigonado deben controlarse nuevamente las características de los lodos de bentonita para evitar contaminaciones en el hormigón. Los diámetros empleados en este tipo son, según la NTE, de 45 a 125 cm, aunque la maquinaria actual permite pilotes de diámetros mayores.
Se pueden alcanzar profundidades superiores a 50 m, en función de las características del Kelly telescópico que sostiene la herramienta de perforación. Sin embargo, hay que tener en cuenta la complicación que supone el uso de lodos bentoníticos a medida que aumenta la profundidad.
Su uso es habitual como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atreviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.
Fases de ejecución:
Excavación con cuchara y vertido de lodo en la excavación para extracción de la tierra.
Cambio de lodo contaminado y limpieza del fondo del pilote
Introducción de las armaduras.
Hormigonado desde el fondo mediante tubo Tremie y recuperación del lodo.
Pilote terminado.
Para garantizar la estabilidad de la perforación, el nivel del lodo debe estar siempre próximo al nivel de coronación del murete-guía, debiéndose mantener constante, por lo que es preciso aportar lodos a medida que se excava el terreno. Además, se precisa una central de tratamiento de lodos que permita el control de la calidad de los lodos (mediante su viscosidad y contenido en finos) y la regeneración de los lodos contaminados.
Para la perforación y extracción de tierras se utilizan cucharas, barrenas cortas o buckets. Los restos de la excavación se van depositando en el fondo de la misma, por lo que es fundamental la limpieza de la punta del pilote. Para su limpieza se emplean bombas de fondo que permiten la extracción del lodo contaminado y la incorporación de lodo regenerado. Pueden utilizarse para ello sistemas de circulación directa que introducen lodos frescos por la punta que desplazan al lodo contaminado, que sale por la cabeza, o sistemas de circulación inversa que lo hacen aspirando el fango contaminado del fondo y alimentan con fango fresco por la cabeza.
A continuación os dejo un vídeo explicativo de la construcción de este tipo de pilotes.
Figura. Pilote CPI-4 en el puente sobre el río Yeaguas, Casariche (Sevilla). http://www.pilotessondepoz.com
El pilote CPI-4 de la NTE es un tipo de pilote perforado y hormigonado “in situ” de entubación recuperable con extracción de tierras. Se recomiendan en terrenos que por su consistencia sufren desprendimientos y se desmoronan durante la excavación, ya sea por la baja consistencia del terreno o por la presencia del nivel freático. Son habituales diámetros de 450 mm a 2.000 mm.
La excavación en terrenos blandos y medios se realiza mediante el uso de barrenas de hélice cortas. En caso de terrenos más duros se hace necesaria la inclusión en la barrena de dientes con puntas de widia. En terrenos muy competentes y roca se utiliza una corona circular con puntas de widia.
Pilote CPI-4. http://www.pilotesyobras.comCamisa de enchufe rápido
La principal particularidad de los pilotes CPI-4 consiste en que mientras se perfora se va introduciendo en el terreno una tubería de sostenimiento, también denominada camisa. Estas camisas son muy robustas, sirviendo no solo para contener el terreno, sino también como útil de perforación. Los primeros metros de la perforación se efectúan por hinca con tapón de grava. Una vez alcanza la profundidad objetivo se procede a 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.
Colocada la armadura, comienza el hormigonado y se extraerá la entubación, de manera que siempre quede un mínimo de dos diámetros de hormigón dentro de ella. Para verter el hormigón dentro de la perforación correctamente evitando segregaciones y exudaciones, se utiliza un tubo “Tremie”. 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 de consistencia fluida.
A la vez que avanza la fase de hormigonado se va subiendo simultáneamente el tubo tremie, pero teniendo la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducido en el hormigón fresco. A la vez, se va extrayendo la tubería de sostenimiento, manteniéndola siempre por debajo del nivel del hormigón fresco. Así, se consigue evitar cortes en el hormigonado por el desprendimiento de las paredes de la perforación. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno se concluye con el hormigonado.
Este tipo de pilote muy recomendable para empotramientos en roca, pilotes a perforar en zonas con bolos, estratos cementados, en incluso en zonas con rellenos muy heterogéneos como escolleras. También se utiliza para la ejecución de pilotes bajo el nivel del agua, tal y como se aprecia en la siguiente fotografía de la construcción del puente en el sur de Guayaquil (Ecuador).
El Pilote CPI-8 es un pilote perforado con barrena continua tipo hélice hasta la profundidad solicitada (“Continuous Flight Auger”, CFA). Se trata de un pilote muy usado en España, siempre que tratemos con terrenos flojos, como arenas o arcillas. Se hormigona a través del núcleo de la barrena, mientras esta se va extrayendo, para posteriormente colocar la armadura en hormigón fresco con el apoyo de un vibrador hidráulico (lo cual implica una consistencia blanda del hormigón). La punta de la barrena queda introducida varios diámetros dentro del hormigón durante su puesta en obra. Este procedimiento resulta muy interesante respecto a otras tipologías en cuanto al tiempo de ejecución. Los diámetros habituales son de 350 a 1200 mm.
Se recomienda una dosificación mínima de cemento de 380 kg/m³ y un cono de 18 a 20 cm, con un árido máximo de 12 mm si es de cantera y 20 mm si es de gravera. Es muy importante garantizar una correcta bombealibidad del hormigón para introducirlo a través de la barrena.
El pilote CPI-8 presenta numerosas ventajas que hacen que sea una tipología muy empleada en cimentaciones profundas. Entre otras se pueden destacar las siguientes:
• No es necesario el uso de una entubación o de lodos tixotrópicos en terrenos inestables, pues la propia barrena permite la contención del terreno.
• Se puede controlar en todo momento la presión y volumen de hormigonado.
• Permiten realizar el empotramiento del pilote en estratos consistentes.
• Elevado rendimiento, lo que permite plazos de obra muy razonables.
En cuanto a las fases de ejecución, son las propias del pilotaje con barrena continua:
• Posicionamiento y aplome de la máquina para garantizar la verticalidad en la perforación.
• Perforación hasta la profundidad especificada.
• Bombeo del hormigón por el interior de la barrena y extracción simultánea de la barrena helicoidal, que lleva alojada en sus álabes el terreno perforado. El hormigón se encuentra en todo momento en contacto con la barrena helicoidal. Debe combinarse la velocidad de ascensión de la barrena, el caudal y la presión del hormigón para evitar cortes en el fuste del pilote o sobre secciones y excesos de hormigón innecesarios.
• Colocación de la armadura en el hormigón.
A continuación tenéis un Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.
Os dejo una colección de vídeos, algunos seleccionados por Juan José Rosas en su blog, que espero que os gusten.
Las pantallas continuas de pilotes secantes se emplean cuando las filtraciones entre pilotes (tangentes o separados), pueden poner en riesgo la pantalla o los terrenos que sustenta. En este caso, primero se hacen unos pilotes sin armadura, a distancia inferior a su diámetro, y luego los pilotes intermedios cuando el hormigón de los laterales todavía está fresco. Estos últimos pilotes son los que deben ir convenientemente armados.
El proceso constructivo presenta las siguientes fases:
1. Construcción de muro guía.
2. Perforación de pilotes secundarios.
3. Hormigonado de pilotes secundarios.
4. Perforación de pilotes primarios.
5. Colocación de la armadura en pilotes primarios.
Ejecución de pantalla de pilotes secantes. Franki Foundations
Os dejo a continuación un vídeo de la empresa Keller donde se describe el procedimiento constructivo de un pozo de gran diámetro utilizando para ello una pantalla previa de pilotes secantes.
Este es el paradigma de las obras: siempre existen personas mayores, normalmente jubilados, que desde la valla se pasan todo el día, día tras día, hasta acabar la obra, observando y criticando lo que ven y se hace. Si nuestros alumnos tuviesen el tiempo suficiente de ver una obra completa y se les comentara día a día los errores y las bondades de lo que allí ocurre, la experiencia conseguida sería magnífica.
Por ello, para asignaturas como «Procedimientos de Construcción», muchas veces las explicaciones en clase serían insuficientes sin la experiencia de la visualización de las obras. Para ello nuestros alumnos tienen un trabajo de curso sobre la observación de una obra en concreto y su informe final. Aunque con la crisis actual, el tema se complica cada vez más.
Para hablar de este tema de las «vallas», os dejo una charla de Juan José Rosas, ingeniero de caminos experto en geotecnica, que a través de su blog «Geojuanjo» nos deja periódicamente información y curiosidades sobre su especialidad. Os recomiendo que veáis este vídeo donde habla de la «observación» de las obras. Si no tenenos una «valla» cerca, lo mejor es Youtube, que es la «valla universal».
Los terrenos expansivos suponen un auténtico dolor de cabeza para los ingenieros. Si sumamos un terreno soluble y corrosivo, tenemos un buen problema a solucionar, tal y como nos comenta Enrique Montalar en su blog respecto a la construcción del túnel de El Regajal. Todas estas circunstancias obligaron a diseñar complejos procesos constructivos durante la ejecución del túnel con unos revestimientos estructurales de gran rigidez que, en muchos casos, debían quedar finalizados muy cerca del frente de excavación.
El túnel de El Regajal es uno de los elementos más importantes de la línea de alta velocidad Madrid-Castilla La Mancha-Comunidad Valenciana-Región de Murcia, tanto por su complicada ejecución desde el punto de vista geológico y geotécnico, como por el valor medioambiental de la infraestructura. Este túnel se incluye en el tramo Aranjuez-Ontígola, de 4,7 km de longitud, que discurre entre los términos municipales de Aranjuez (Madrid) y Ontígola (Toledo), y cuyas obras de plataforma cuentan con un presupuesto de 113,82 millones de euros. El proyecto lo hizo SENER, la empresa constructora fue la UTE ACCIONA-OBRAS SUBTERRÁNEAS y la asistencia técnica corrió a cargo de GETINSA, aunque cuando vieron lo que tenían entre manos entraron también en juego la UPM, la UPC y el CEDEX.
Os paso a continuación un vídeo que presenta el túnel de El Regajal, así como el proceso constructivo del túnel y singularidades de la obra.
Figura 1. Secciones de pilotes prefabricados pretensados. http://www.ingeniero-de-caminos.com/
Los pilotes prefabricados pretensados se emplean en cimentaciones profundas y como anclajes en obras terrestres y en obras marítimas. Estos pilotes presentan una mayor resistencia a flexión y a tracción que los pilotes de hormigón armado, por lo que se usan en obras en las que es necesario resistir esfuerzos horizontales grandes (muelles, pantalanes, zonas sísmicas) o de tracción (macizos de anclaje, muros, etc.).
La resistencia a tracción es igual a la fuerza del pretensado. Por su menor presencia de fisuras, también están recomendados en suelos agresivos o contaminados, además de no verse afectados por el nivel freático. Otro caso de utilización se da en terrenos muy blandos, en los que durante el proceso de hinca se pueden generar en el pilote esfuerzos importantes a tracción que son absorbidos por la precompresión inicial debida al pretensado.
Figura 2. Planta de prefabricados de pilotes de hormigón pretensado. Fuente: http://www.sciaust.com.au/
Los pilotes prefabricados de hormigón pretensado pueden tener secciones huecas o macizas, siendo estos últimos, en general, de menor sección que los tubulares. Los pilotes de sección tubular suelen ser cilíndricos, aunque también se suministran con sección octogonal y cuadrada aligeradas mediante hueco circular para disminuir el peso. El hueco central suele ser utilizado para introducir los sistemas de instrumentación. Los diámetros usuales oscilan entre los 0,60 y 1,60 m, con espesores mínimos de pared de 10 cm, siendo, en general, más largos y de mayor sección que los pilotes de hormigón armado prefabricados.
Los pilotes pretensados de sección maciza suelen ser cuadrados u octogonales y en general de dimensiones similares a los prefabricados de hormigón armado. Su configuración es similar a la de los pilotes prefabricados de hormigón armado, solo que sustituyendo la armadura longitudinal por cables o alambres de pretensar. La armadura longitudinal es en general armadura de mínimos, normalmente del 2% de la sección de hormigón.
Tipos de pilotes pretensados
Pilotes prefabricados pretensados con alambres adherentes. Los pretensados (pre-tensión) se ejecutan de una sola pieza en las bancadas de las plantas de prefabricación. Las secciones más típicas son la cuadrada y la hexagonal. Estos pilotes están provistos de un azuche metálico en la punta para protegerla en el proceso de hinca. Para grandes longitudes de pilote se dispone una junta de empalme que permite unir diferentes tramos hasta alcanzar la profundidad deseada. Las juntas deben estar diseñadas para resistir mayores solicitaciones que el propio pilote. Los elementos de conexión se ajustan y se protegen de la corrosión. Una vez conectados se consigue una pretensión que asegura la transmisión de esfuerzos.
Pilotes prefabricados con armadura postesa. Los postesados se ejecutan en tramos que son ensamblados hasta obtener la longitud deseada y postesados mediante gatos en una planta o en la propia obra. La más común es la sección anular (pilote tipo Raymond). Estos pilotes se construyen mediante centrifugado y permiten un fácil acceso para su inspección. La sección anular presenta un menor peso propio, con un gran momento de inercia y radio de giro. La longitud de estos pilotes puede llegar a 60 m, con una sección de hasta 1,50 metros.
Figura 3. Pilotes pretensados. Fuente: http://www.pilingcontractors.com.au/
La armadura transversal está formada por armadura pasiva colocada en espiral con mucha mayor densidad en la cabeza y en la punta debida a las necesidades de zunchado del hormigón durante el proceso de hinca.
Figura 4. Empalme de pilote prefabricado pretensado (Terratest). Fuente: http://www.fontdarquitectura.com/productos/cimentaciones/pilotes/588
Los pilotes pueden fabricarse de una pieza o en tramos empalmables según las necesidades de la obra. Las uniones entre tramos de pilotes pretensados son en general más complejas que las de hormigón armado. También es posible empalmar un mismo pilote tramos pretensados con armados, en función de las solicitaciones. El corte de los pilotes pretensados por pre-tensión tubulares es sencillo y se realiza mediante sierras circulares para hormigón armado.
Los importantes esfuerzos que se generan en la punta del pilote durante el proceso de hinca hacen necesario el refuerzo en la misma. La punta puede haber sido hormigonada con forma plana, cónica o piramidal o añadir azuches metálicos específicos para determinado tipo de terrenos.
La fabricación de los pilotes pretensados tubulares se ejecuta en planta de prefabricación mediante centrifugado. Utilizando el curado al vapor en cámaras, se pueden hincar pilotes a las 72 horas de su fabricación.
Los pilotes de hormigón pretensado poseen una mayor durabilidad que los de hormigón armado gracias a la limitación de aberturas de fisuras por el pretensado. No obstante, en ambientes muy agresivos (marinos, suelos orgánicos, zonas industriales, etc.) en los que se favorece la corrosión de las armaduras, el hormigón suele ser tratado con cementos especiales o incluso revestimientos protectores en general de origen bituminoso.(p. ej. brea-epoxi). Estos revestimientos se pueden aplicar a todo el fuste o solo en el tramo del pilote en el que se prevea ambiente agresivo.
Para completar la información sobre este tema, os dejo a continuación un enlace de Carlos Fernández Tadeo que indica cómo realizar un control de calidad completo de su construcción, http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647
A continuación podéis ver un vídeo Polimedia donde se explica este tipo de pilote.
También os dejo un vídeo donde se explica la fabricación de pilotes de sección circular.
[politube2]65098:450:358[/politube2]
Aquí podemos ver el proceso de fabricación.
Os dejo un vídeo interesante sobre el procedimiento constructivo, en este caso, en el nuevo aeropuerto de México.
A continuación os dejo el catálogo de pilotes prefabricados y pretensados TERRA de Terratest.
Una forma de excavar zanjas en terrenos flojos a profundidades de 3-7 m o incluso más, es el uso de entibaciones con guías deslizantes. Se trata de reforzar la entibación con una estructura con guías laterales que permite el deslizamiento de paneles de acero. Las planchas se deslizan con mínimas fuerzas, sin golpes o sacudidas, incluso a gran profundidad. Además, se eliminan posibles problemas de asentamiento o desplazamiento de terreno tanto en la excavación como en la extracción; la entibación no se acuña ni se atasca. Su gran flexibilidad permite su empleo tanto en zonas de difícil acceso como en amplias conducciones subterráneas.
Mediante el uso de paneles en planos distintos que los superiores, es posible lograr mayores profundidades y de dimensión variable. Además, esto permite extraer los paneles inferiores sin mover los superiores, lo que involucra una gran eficiencia en el proceso de rellenos compactados.
Os dejo algunas guías de distintas empresas que os pueden ser de utilidad: IguazuriIschebeckMecanotubo. Asimismo, os dejo algunos vídeos explicativos, que espero os gusten:
A veces resulta ventajoso el uso de tablestacas arriostradas con tirantes respecto a las arriostradas mediante perfilería metálica cuando no existen obstáculos en la excavación y en la puesta en obra en el interior del recinto o de la zanja.
En este caso, es posible alcanzar profundidades de excavación elevadas sin necesidad de perfiles ni codales. Es ideal para zanjas que necesiten arriostramiento y sirvan para colocar tubos en tramos de gran longitud, imposibles de instalar debido a la presencia de codales. Asimismo, su empleo estaría recomendado cuando fuese necesario realizar la excavación en más de una fase, para montar los tirantes y la viga de atado.
Este arriostramiento se ejecuta normalmente mediante tirantes formados por barras de acero macizas. Estos tirantes limitan las deformaciones en las pantallas. Además, todo este material (tablestacas principales y traseras, tirantes y piezas auxiliares) es recuperable.
Uno de los condicionantes del procedimiento constructivo, tal y como se ve en la figura anexa, es la necesidad de espacio en obra para colocar una pantalla de tablestacas trasera a la principal, de forma que sea capaz de transmitir al terreno la reacción en el arriostramiento, al estar ambas pantallas conectadas por dichos tirantes.
Figura 1. http://www.tectonica-online.com/productos/2683/artificial_congelacion/#
Al excavar y estabilizar el suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad consiste en congelar artificialmente el suelo, en especial cuando este es blando y está saturado. Ello permite disponer de una pared provisional que impide el desmoronamiento del terreno.
El estudio de la congelación artificial del suelo requiere conocimientos sobre las técnicas de congelación existentes, así como sobre las propiedades térmicas y geotécnicas del terreno. Este procedimiento constructivo requiere la participación de empresas especializadas. Aquí podéis descargar un documento que explica una aplicación práctica de la técnica.
Fundamento teórico
La estabilización temporal del terreno mediante congelación es una técnica empleada en minería desde mediados del siglo pasado. Se basa en la transformación del agua intersticial en hielo, que, en ese estado, actúa como elemento aglutinante de las partículas del suelo.
Se consiguen así dos efectos, por una parte, un aumento de la resistencia del terreno y, por otra, una completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las condiciones de excavación. Pero al mismo tiempo, se alteran otras condiciones geotécnicas que pueden afectar a estructuras contiguas a la obra y que, en el proyecto previo, han de ser estudiadas cuidadosamente.
Figura 2. Sistema de congelación de terrenos
Aplicabilidad
La congelación es adecuada en una amplia variedad de suelos, incluso cuando las inyecciones y otros métodos no pueden utilizarse. El requisito que plantea es que los suelos estén saturados de agua, ya que, de lo contrario, la técnica no mejora las características del terreno. Así, se podría congelar un terreno con un grado de saturación del 20%, pero en terrenos cohesivos la congelación no alcanza el 100%, por lo que el tratamiento deja de ser eficaz.
Figura 3. http://teoriadeconstruccion.files.wordpress.com
Sistemas de congelación
El procedimiento consiste en instalar un conjunto de tubos o sondas de congelación por los que habrá de circular la sustancia refrigerante, con la disposición y separación entre las sondas que aconsejen las condiciones de obra (profundidad de excavación, planta, etc.) y el terreno.
Figura 4. Esquema de congelación del terreno
Como sustancias refrigerantes pueden emplearse salmueras (con frecuencia, cloruro cálcico, aunque también se han utilizado cloruros de sodio, magnesio o litio), anhídrido carbónico (nieve carbónica) o nitrógeno líquido. Todas ellas presentan el mismo fundamento físico: la capacidad de absorción de calor de estas sustancias al pasar del estado líquido al gaseoso.
El método de instalación varía según se recupere o no el elemento refrigerante (circuito cerrado o abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el que se muestra en la figura. El fluido, en estado líquido, pasa por los tubos refrigerantes y, al evaporarse a través de ellos, absorbe calor del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor que en combinación con un sistema refrigerador lo licua a baja temperatura, y después es conducida a un depósito, en el que es almacenada en forma líquida a alta presión. Desde este tanque el caudal se bombea a las sondas refrigerantes para ser reutilizado en un nuevo recorrido a través del circuito cerrado de congelación. La salmuera suele estar al menos a 5 °C por debajo de la mínima temperatura que debe alcanzarse, con puntos de congelación habituales entre -20 °C y -40 °C.
Cuando la congelación se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, esta (a menudo nitrógeno líquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a baja temperatura (» -196 °C), hacia las sondas o tubos congeladores de la instalación: el fluido, después de pasar a través de las sondas, ya evaporado se dirige hasta el final del circuito, en este caso abierto, del cual sale a la atmósfera en forma de gas a unos -60 °C de temperatura.
Figura 5. Congelación artificial del suelo mediante nitrógeno líquido. Adaptado de Cashman y Preene (2012)
Este sistema resulta más caro que el anterior por no recuperar la sustancia refrigerante, pero los efectos de congelación que se obtienen en la práctica son más rápidos.
Existe la opción de utilizar un procedimiento mixto. Consiste en combinar la capacidad frigorífica del nitrógeno líquido para congelar el terreno rápidamente y la economía de la salmuera para el mantenimiento durante los trabajos de excavación y la construcción de la estructura. Para ello, los circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan emplear ambos procedimientos.
Condiciones de ejecución
La elección del procedimiento y medios de congelación más efectivos requiere el estudio del terreno y de la obra en tres etapas:
Estudio de viabilidad
Elección del sistema
Ejecución y control
El estudio de viabilidad determina la factibilidad de la congelación y define qué tipo de acciones se deben adoptar si se requieren medidas correctoras del terreno. Obviamente, se debe comenzar por el conocimiento hidrogeológico del terreno y del entorno afectado por la congelación. En este estudio, los parámetros térmicos y geotécnicos del suelo durante todo el proceso son los que presentan un mayor interés.
Es conveniente conocer el volumen y las condiciones del agua que entre en contacto con el material congelado debido al calor proporcionado y a los efectos de la velocidad de circulación. A partir de velocidades de 1,5–2 m/día, la congelación no es posible con nitrógeno líquido. Con esas altas velocidades se puede inyectar el terreno para mejorar la eficiencia del tratamiento. La congelación suele ser factible en suelos saturados, aunque también podría emplearse en suelos con grados muy bajos de saturación (10%).
El estudio de viabilidad determina el sistema de congelación y la mejor disposición de los tubos para adaptarlos a las condiciones del terreno. Se recurre a superficies cilíndricas, de sección circular o elíptica, para que los esfuerzos generados en el material congelado sean de compresión. El análisis térmico permite seleccionar la disposición más favorable de las sondas, la potencia del equipo de congelación y el tiempo de trabajo necesario para lograr la congelación.
Las sondas termométricas permiten controlar la temperatura en el interior del suelo congelado. De esta forma se controla la evolución de la congelación durante la excavación y se determina la potencia frigorífica necesaria. Por tanto, la congelación se realiza en dos etapas: la etapa activa, que congela el terreno para formar la pantalla, y la etapa pasiva, en la que se mantiene estable el espesor congelado.
La resistencia de un suelo congelado la determinan la cohesión y el ángulo de rozamiento. Pero estos parámetros varían según la temperatura y el tiempo, con leyes diferentes en función de la composición del suelo y de la duración de la carga aplicada.
Ventajas y limitaciones
La congelación del terreno permite acortar plazos cuando la cantidad de agua en una excavación es importante, y es un método aplicable a una gran variedad de suelos. Sin embargo, su ejecución precisa de empresas especializadas, lo que, junto con su coste, ha limitado su uso en España. Asimismo, en el caso de gravas con un flujo de agua considerable, se requiere una inyección previa. Por último, el asiento producido tras la descongelación del terreno puede ser significativo.
Os dejo aquí un caso real en Varsovia sobre la aplicación de la congelación del terreno.
A continuación, os dejo un vídeo que he preparado para explicar este procedimiento constructivo. Espero que os guste.
En el siguiente vídeo se muestra un proyecto de congelación para la construcción posterior de un túnel.
Referencias:
CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
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.
MUZÁS, F. (1980). El frío, la helada, congelación de terrenos. Capítulo 16 de Geotecnia y Cimientos III, de J.A. Jiménez Salas, Ed. Rueda.
MUZÁS, F. (1980). Congelación artificial del terreno.IV Curso sobre Técnicas de Mejora del Terreno. Valencia, 16 de octubre. (link)
Los pilotes perforados sin entubación con fluidos estabilizadores, denominados CPI-6 en la nomenclatura de las NTE-1977, permiten excavar en terrenos inestables o con nivel freático alto, debido a las propiedades expansivas y tixotrópicas de los fluidos empleados, que ayudan a contener las paredes. Estos fluidos presentan propiedades tixotrópicas en la bentonita y propiedades iónicas en los polímeros.
