Figura 1. Zapata de medianería. Imagen de J. Martinez (http://www.soloarquitectura.com/foros)
Las zapatas aisladas pueden ser centradas, medianeras o de esquina, según la columna se encuentre en el centro del cimiento, en el borde o en la esquina. De las zapatas centradas ya se habló en un artículo anterior. Ahora vamos a dar unas pinceladas a los otros dos tipos de zapatas.
La zapata de medianería transmite la carga de soportes excéntricos situados en una de las caras de la zapata (Figura 1). A veces se llama zapata perimetral o zapata excéntrica. Un caso especial, cuando se dan dos medianeras, es la zapata de esquina, tal y como se ilustra en la Figura 2, tiene situada la columna en una de las esquinas. Ambos casos son habituales cuando se disponen soportes junto a las lindes de propiedad del terreno sobre las que se va a construir la estructura.
Figura 2. Zapata de esquina
La excentricidad de la carga sobre una zapata de medianería provoca un momento de vuelco que tiende a levantarla (Figura 3). Para evitarlo, tal y como muestra la Figura 4, se puede atar la cimentación al forjado o viga superior (a,b), mediante un tirante (c,d) o mediante una viga centradora (e). La viga centradora une zapatas de medianería o de esquina redistribuyendo las cargas y presiones sobre el terreno. A esta viga también se le suele llamar viga de equilibrio. Recomiendo el libro del profesor Calavera (2015) para profundizar en los cálculos de este tipo de estructuras de cimentación.
Figura 3. La carga del pilar provoca un momento de vuelcoFigura 4. Problema de la excentricidad de la carga. Esquema basado en Calavera (2015)
Os dejo un par de vídeos de Marcelo Pardo donde se puede ver, en primer lugar, el proceso constructivo de una zapata perimetral con viga de equilibrio. Aprovecho para recomendar su blog: https://marcelopardo.com/
En este segundo vídeo, se explica la teoría de vigas de equilibrio para zapatas excéntricas de hormigón armado.
Referencias:
CALAVERA, J. (2015). Cálculo de estructuras de cimentación. 5ª edición. Intemac Ediciones, S.L. Madrid, 563 pp.
Figura 1. Detalle de zapatas arriostradas. Fuente: www.construccioneslabassa.com
Las riostras son vigas de hormigón armado encargadas de enlazar las zapatas. Su misión es evitar los corrimientos relativos entre las zapatas y absorber cargas horizontales, especialmente el sismo (Figura 1).
En la Figura 2 se muestra un ejemplo típico de armado con zapatas arriostradas. En la Figura 3 se observa cómo el hormigón de limpieza debe disponerse también en las vigas riostras. Se debe realizar un atado perimetral, y en función de la aceleración sísmica, este atado será unidireccional (0,06 g < ac < 0,16 g) o bidireccional (ac ≥ 0,16 g). En la Figura 4 se comprueba la diferencia en la densidad de vigas de atado en función de la sismicidad.
Figura 2. Armado típico de un par de zapatas arriostradas. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos, Regalado et al., (2004).Figura 3. Hormigón de limpieza bajo zapatas arriostradasFigura 4. Disposición de vigas de atado entre zapatas según la sismicidad
Figura 5. Detalle de armado de zapatas arriostradas. Imagen: E. Valiente
También se pueden atar zapatas a distinto nivel, tal y como vemos en la Figura 6.
Figura 6. Zapatas aisladas con desnivel de cotas de asiento
Os dejo un vídeo donde, de forma virtual, se ve la ejecución de una cimentación directa por zapatas arriostradas.
El honor es doble cuando se publica dicha reseña en la Revista de Obras Públicas, que es el órgano profesional de los ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, revista fundada en 1853, que es la publicación periódica no diaria más antigua en España.
También os paso la crítica a continuación. Agradezco a Mª Carmen Rubio, Mayca para sus amigos, sus comentarios positivos de este libro, que ya está en su segunda edición.
«Una de las dificultades más importantes que nos encontramos los que nos dedicamos a la docencia de una asignatura como “Procedimientos de construcción” es explicar en clase las técnicas constructivas, los equipos, las instalaciones auxiliares y la maquinaria con los que se ejecutan en obra las soluciones de proyecto; es decir, llevar al aula la experiencia práctica. Para acercar al futuro ingeniero civil al apasionante mundo de la construcción se hace necesario agudizar el ingenio para facilitar al alumno fotografías, vídeos y documentación que permitan este acercamiento. Es por ello que resulta difícil encontrar libros donde se reúna este tipo de información práctica sobre métodos, maquinaria y medios auxiliares aplicados al caso particular de la construcción de cimentaciones y estructuras de contención.
En efecto, son abundantes los libros de texto sobre geotecnia, mecánica de suelos, resistencia de materiales o cálculo de estructuras, pues los fundamentos básicos de estas materias suelen permanecer en el tiempo y forman la base de las enseñanzas técnicas.
Sin embargo, las técnicas constructivas, y en especial la maquinaria, avanzan más rápidamente, por lo que es difícil mantener actualizado un manual como el que nos presenta Víctor Yepes en este volumen.
El texto, fácil de entender incluso por lectores sin una profunda formación técnica, permite abordar los aspectos constructivos de las cimentaciones y las estructuras de contención. Se agradece la gran cantidad de material gráfico y las referencias aportadas, lo cual permite ampliar la información en caso necesario. También resultan de interés las más de 400 cuestiones planteadas al final del texto, con sus respuestas, que permiten al lector realizar un ejercicio de autoevaluación.
Por tanto, nos encontramos ante un texto universitario que no solo permite apoyar la docencia en las aulas de los futuros titulados en Ingeniería y Arquitectura, sino que también sirve para dar una visión conjunta y bien documentada de los procedimientos constructivos a cualquier profesional que se dedique al proyecto y ejecución de obras.
Por último, me gustaría resaltar la intensa labor divulgadora realizada por el autor en esta última década a través de las redes sociales. Es difícil no tropezarse con el blog de Víctor Yepes cuando se realiza alguna consulta técnica en los buscadores disponibles en internet y, dado el perfil de los jóvenes ingenieros y arquitectos, Víctor ha desarrollado una gran labor en la formación práctica de este colectivo, facilitando un acercamiento de los procedimientos de construcción y equipos. Todo este trabajo desinteresado, de mucha calidad y gran rigor técnico, no hubiese sido posible sin los años de experiencia del autor tanto en la empresa pública como privada, así como de los años dedicados a la docencia y a la investigación universitaria en el ámbito de la ingeniería de la construcción».
Os dejo también un vídeo que he grabado presentando este mismo libro. Espero que os sea de interés.
La normalización consituye una actividad estratégica en el desarrollo de todos los sectores, y en especial, de la geotecnia. La Asociación Española de Normalización (UNE), es el único Organismo de Normalización de España y, como tal, ha elaborado un informe sobre la normalización en la geotecnia con todos los datos actualizados a fecha de 2021. Una de las conclusiones relevantes de este informe es la importancia de participar activamente en el comité UNE CTN 103 – Geotecnica para adquirir conocimiento detallado de las normas y, de esta forma, anticipar las necesidades y tendencias del sector; influir en el contenido de las normas y garantizar que sus necesidades específicas se tengan en cuenta; así como establecer contactos con las partes interesadas, los expertos y los reguladores en el ámbito nacional e internacional. Os dejo el documento en abierto por su interés.
Os dejo a continuación una entrevista que he hicieron unos estudiantes de ingeniería civil e ingeniería geotécnica de Perú. Ha sido muy interesante la conversación que he tenido con jóvenes y entusiastas estudiantes preguntando sobre la realidad de la ingeniería.
GEOPUCP es una asociación estudiantil, sin fines de lucro, que pertenece a la Pontificia Universidad Católica del Perú dedicada a promover, apoyar e incentivar la geotecnia a los futuros profesionales tanto a nivel nacional como internacional.
Se trata de un podcast, el tercero de ellos, denominado «Las redes sociales: Un medio nuevo para impulsar la enseñanza en geotecnia«. Espero que os guste.
Os presento la primera edición del libro que he publicado sobre procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Se trata de un manual de referencia que trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para realizar la compactación y la mejora del terreno. La novedad de esta obra radica en el tratamiento constructivo de estas técnicas, donde las fotografías e ilustraciones añaden valor a las explicaciones realizadas en el texto. Además de incluir una amplia bibliografía, se aportan cuestiones de autoevaluación con respuestas para el aprendizaje de los conceptos más importantes. Es un libro de texto dirigido a estudiantes de ingeniería y arquitectura, con una fuerte orientación hacia la construcción. No obstante, también se estructura como un manual de consulta para los profesionales relacionados con el proyecto y la construcción de obras. Además, este libro complementa los aspectos constructivos de otro tipo de textos estructurales o geotécnicos, más orientados a la teoría y los problemas.
El libro tiene 426 páginas, 259 figuras y fotografías, así como 325 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 València. 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.
Estoy en este momento revisando la última prueba de imprenta de un Manual de Referencia (revisado por el sistema doble ciego) de la Universitat Politècnica de València, del cual soy autor. Se trata de un libro de 422 páginas, con 259 ilustraciones y 325 preguntas de autoevaluación, titulado «Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno». Su referencia es el número 428 y os pasaré el enlace para que lo podáis conseguir en cuanto se publique.
Sin embargo, no me he podido resistir a adelantar el prólogo que he escrito para este libro y que, además de presentarlo, sirve como reflexión sobre la docencia de la asignatura «Procedimientos de Construcción» que actualmente se imparte en los grados de ingeniería civil y de ingeniería de obras públicas de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.
Prólogo
La docencia de una asignatura como “Procedimientos de Construcción” resulta complicada, ya que se debe enseñar al futuro ingeniero civil cómo ejecutar las obras. Eso incluye no solo las fases constructivas, sino también aspectos de gran relevancia como el conocimiento de la maquinaria y los medios auxiliares, la seguridad y la salud, el impacto ambiental de las obras y, sobre todo, el conocimiento básico necesario en geotecnia, resistencia de materiales, mecánica, cálculo de estructuras, gestión de empresas, planificación de obras y economía. Todo ello para acertar en la selección del mejor proceso constructivo para una obra determinada. Y todo este conocimiento debe abordarse con una experiencia nula o muy limitada del alumnado respecto de la realidad física de las obras.
La pregunta es inmediata: ¿Cómo podemos llevar la obra al estudiante en un aula? Resulta evidente la necesidad de que los futuros profesionales pisen las obras lo máximo posible y realicen prácticas en empresa. Pero esta experiencia no es suficiente para adquirir las competencias y conocimientos necesarios.
El problema se agrava cuando este tipo de asignaturas de construcción se imparten en los primeros cursos de los grados. En los planes antiguos, “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras” se impartía en los últimos cursos, incluso en paralelo con la asignatura de Proyectos. Esto permitía al estudiante aplicar todos los conocimientos adquiridos con anterioridad y hacía que la asignatura pudiera entenderse con mayor profundidad.
Pero el problema sigue siendo el mismo. Me acuerdo que esta asignatura la estudié en cuarto curso de la titulación de ingeniero de caminos, canales y puertos, cuando el plan se desarrollaba en seis cursos. En aquella época, hablo del año 1986, D. Hermelando Corbí Abad, profesor de la asignatura, utilizaba todos los medios disponibles en su momento, como el proyector de opacos, fotografías que nos pasábamos de mano en mano o catálogos de máquinas o de empresas, para que nos imagináramos cómo se podría hacer una obra. Y, sobre todo, pizarra, mucha pizarra. Tomábamos apuntes en clase y teníamos fotocopias mecanografiadas por el profesor que nos servían de texto. Todo se complementaba con abundantes visitas a obras y excursiones organizadas que nos abrían los ojos, el compañerismo y la ilusión por esta apasionante profesión.
Cuando en 1994 empecé a impartir la asignatura por primera vez, tuve que recurrir a todo tipo de estrategias disponibles en aquel momento. Era entonces profesor asociado, más joven, pero con años de experiencia ya en los sectores público y privado. Usábamos vídeos en VHS, transparencias que nos permitían ahorrar mucha pizarra, fotografías y catálogos. Se completaba con las visitas a la obra. Pero el problema de acercar la realidad al estudiante seguía siendo complejo. Además, las técnicas constructivas, y sobre todo las máquinas y los elementos auxiliares, cambiaban a un ritmo acelerado. Todo fue demasiado rápido para los medios de los que disponíamos.
Sin embargo, la aparición de los ordenadores, el PowerPoint y, sobre todo, de internet revolucionó todo con el cambio de milenio. Nada volvió a ser como antes. La información y las novedades se acumularon en mi ordenador. Cientos de fotografías, vídeos y documentos se perdían entre las carpetas de mi disco duro. Había que poner orden.
El descubrimiento de las ventajas de contar con una bitácora digital revolucionó mi forma de impartir las clases de esta asignatura. En efecto, el 5 de marzo de 2012 empecé con lo que iba a ser un blog personal para organizar la información que tenía dispersa en mi ordenador. Fue una auténtica revolución. Podía ordenar por entradas información dispersa sobre temas de construcción, incluyendo fotografías, vídeos y enlaces a otros documentos. Nada volvería a ser lo mismo. Los estudiantes disponían de una herramienta con la que tenían toda la información, no solo de clase, sino que podían ampliarla hasta donde quisieran buceando en internet. Así nació el “Blog de Víctor Yepes” https://victoryepes.blogs.upv.es/, que hoy cuenta con casi 1 500 artículos y más de 5 000 visitas diarias. Además, con la potencia de las redes sociales, toda la información se multiplicaba exponencialmente.
El paso siguiente era el lógico y el normal. Se trataba de depurar y mejorar la información para elaborar un libro. Así surgió una serie de textos docentes que, bajo el nombre de Manual de Referencia, edita la Universitat Politècnica de València. Además, este libro en particular sirve de base para un curso en línea, gratuito y masivo que, bajo el mismo nombre, se imparte desde este mismo año en la plataforma edX, en la que colabora nuestra universidad. En el enlace https://www.edx.org/course/introduccion-procedimientos-construccion-obra-civil se puede acceder al curso en cualquier momento y obtener un certificado oficial.
En cuanto a la estructura de este libro, realmente tiene dos grandes partes, una dedicada a la compactación mecánica de los suelos y, la segunda, que se centra en las técnicas de mejora del terreno. Si bien es cierto que la compactación mecánica no deja de ser una técnica de mejora del terreno, por su importancia y su generalidad en las obras, se ha tratado como una parte diferenciada. También podréis encontrar un buen número de referencias y una cantidad nada desdeñable de preguntas tipo test con sus respuestas para comprobar si habéis comprendido bien lo explicado en el texto. Al final podréis localizar un índice temático que, de buen seguro, os servirá para encontrar información rápidamente.
La necesidad de un libro como este surge de cubrir un importante hueco editorial. Si bien se pueden encontrar cientos de libros de gran calidad en materias tales como la geotecnia y la mecánica de suelos, la resistencia de materiales y el cálculo de estructuras, la hidráulica, etc., son pocos los que se dedican a desgranar los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para ello.
El reto fue bastante importante. Se trató de estructurar información muy dispersa, técnicas clásicas y otras de rabiosa actualidad, maquinaria que, año tras año, deja obsoletos a los modelos anteriores. Y, afortunadamente, es posible que, en unos años, parte de las técnicas contenidas en este volumen queden como recuerdos del pasado, dando paso a la robotización, la inteligencia artificial, los gemelos digitales y otras muchas técnicas emergentes que desdibujarán la forma en que entendemos las obras.
Por último, aunque se ha realizado un esfuerzo minucioso para revisar el manuscrito, es posible que haya alguna errata típica de una obra publicada por primera vez. Asumo la responsabilidad de cualquier error y, en la medida de lo posible, trataré de subsanar y mejorar los aspectos o sugerencias que me hagáis llegar.
Este libro, a partir de ahora, deja de ser mío y pasa a ser vuestro. Espero que sirva para todos los estudiantes y profesionales que quieran introducirse al maravilloso mundo de las obras, y en particular, a aquellos que tienen que luchar, día a día con el terreno donde se van a asentar.
A través del blog de Carlos Fernández Tadeo se puede acceder a la descarga gratuita de la monografía del Cedex denominada «Recomendaciones para la ejecución e interpretación de ensayos no destructivos para el control de la integridad de pilotes y pantallas in situ». Esta monografía también se puede descargar gratuitamente de la página de publicaciones de la web de Aetess. No obstante, la monografía se publicó en 2006, y si bien los conceptos básicos permanecen vigentes, la instrumentación y los equipos ha avanzado considerablemente. Os remito a Carlos Fernández Tadeo, gran especialista en este tema, para más información al respecto.
Figura 1. Inyección de lechada. Fuente: https://www.suelosingenieria.com/index.php/actividades/construccion/mejoramientos-de-suelos/inyecciones-lechada
La inyección de morteros o de suspensiones inestables es el caso habitual en las lechadas de cemento (Figura 1). Se trata de una suspensión de cemento en agua cuya homogeneidad depende de la agitación de la mezcla. Una vez cesa la agitación, se inicia la sedimentación del cemento. Esa sedimentación provoca el taponamiento de los poros y la inyección se obstaculiza. El cemento es un excelente material de inyección, pues no solo rellena los huecos, sino que, al fraguar, endurece el terreno o los macizos rocosos.
La aplicación habitual de la inyección de lechadas inestables es aumentar la resistencia de un macizo rocoso, aunque también se consigue impermeabilizar, especialmente si se emplean lechadas tratadas químicamente (estables). Lo habitual es que la inyección con lechadas de cemento se realice mediante impregnación (2 a 5 MPa) o fractura (9 a 10 MPa). También se podría realizar una inyección de compactación, pero requiere que el fluido sea muy denso, de modo que los bulbos de mortero fraguado desplacen y compacten la masa de suelo en sus alrededores.
La impermeabilización facilita tanto la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la excavación de pozos o galerías bajo nivel freático que luego se revestirán, como la ejecución de trabajos definitivos, como es la ejecución de pantallas estancas bajo presas, cuando se adivinan filtraciones de agua importantes (Figura 2). La inyección a alta presión no sería necesaria para garantizar la impermeabilización, sin embargo, es frecuente, pues permite utilizar explosivos en la excavación posterior sin perjudicar la calidad del tratamiento.
Figura 2. Tratamiento de inyecciones en presa de hormigón. Adaptado de Houlsby (1990)
La consolidación mediante inyecciones de cemento en un macizo rocoso facilita la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la perforación de galerías en terrenos difíciles, y mejora la capacidad resistente de la cimentación de una obra, por ejemplo, bajo la pila de un puente, en los estribos de una presa bóveda, etc.
Figura 3. Formación de una bóveda a la entrada de un intersticio en un suelo granular
El prototipo de suspensión inestable es un mortero de un tipo análogo al de uso corriente, pero lo suficientemente diluido como para ser inyectable. Es decir, un mortero muy fluido (lechada), inestable debido al tamaño de los granos de cemento y al proceso de fabricación. El grado de dilución en este tipo de suspensiones es variable, con relaciones máximas de 10 litros de agua/1 kg de cemento, y lo mismo que en los morteros estables pueden añadirse proporciones de arena. Las relaciones agua/cemento varían de 0,5:1 a 10:1, aunque es habitual una proporción de 0,8:1 a 5:1 (Bell, 1993).
La penetrabilidad de las lechadas de cemento depende del tamaño de los granos de cemento, de la posibilidad de formar un cúmulo de granos en bóveda al atravesar un intersticio (Figura 3) y de la velocidad del fluido con la que comienza la sedimentación del cemento. Es por ello una solución muy adecuada para materiales granulares gruesos como zahorras, gravas y arenas gruesas, o bien para la inyección de grietas en macizos rocosos. En cambio, resulta un procedimiento poco eficaz en arenas, excepto si lo que se pretende es la consolidación o compactación conseguida cuando se inyecta en cortos intervalos (Tomlinson, 1982). Se trata de una solución sencilla y de relativamente poco coste, pero se encuentra limitada por la permeabilidad del medio. El uso de cemento Portland corriente y agua ya no es adecuado en suelos con permeabilidad inferior a 10⁻³ m/s.
Figura 4. Selección de inyección para la consolidación y estabilización de suelos. Fuente: https://col.sika.com/dms/getdocument.get/8de57674-59ac-3af1-ada7-a6bddb323deb/CONSOLIDACION,%20ESTABILIZACION%20E%20IMP%20DE%20SUELOS%20Y%20ROCAS.pdf
Se pueden distinguir, entre las lechadas de cemento, las siguientes:
Suspensiones de cemento puro: con una relación cemento/agua que oscila entre 0,1 y 0,5 en peso.
Suspensiones de cemento rebajado: donde se reemplaza parte del cemento por un polvo inerte como una arena fina o cenizas volantes. Con el porcentaje de arena, la resistencia disminuye rápidamente, pero no es un problema si se busca impermeabilidad. No obstante, las suspensiones de arena desgastan rápidamente las bombas de inyección.
El equipo empleado para la elaboración de las mezclas de cemento consta de un turbo mezclador de altas revoluciones (más de 1250 rpm); un mezclador de bajas revoluciones (de 60 a 80 rpm) que mantiene en agitación la mezcla durante la inyección; bombas de tornillo sinfín o de doble pistón con capacidad de inyección variable de 0 a 60 l/min y presión ajustable de 0 a 3 o 4 MPa; obturadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos y manómetros registradores (Figura 5).
Figura 5. Esquema del equipo de inyección (Cambefort, 1968)
El tiempo de inyección está relacionado con la evolución de la viscosidad del material inyectado, con la presión de inyección admisible y con el radio efectivo (Bielza, 1999). En las suspensiones de cemento, el tiempo de inyección se limita a 2-4 horas. Cuando comienza la hidratación total, se inicia el fraguado del cemento. La lechada es bombeable desde la fase de agitación hasta su inyección, y también después del inicio de la hidratación. Sin embargo, tras ese comienzo la resistencia final del material se reduce. Por tanto, no se aconseja la inyección de suspensiones en condiciones de hidratación. Las resistencias normales a la compresión simple oscilan entre 5 y 50 MPa a los 28 días. El tiempo de fraguado aumenta con la relación agua/cemento. Así, las lechadas de cemento fraguan en unas 4-5 horas, pero si están muy diluidas, este periodo se puede alargar a las 10-15 horas. Incluso algunas lechadas con relaciones agua/cemento mayores a 10 nunca llegan a fraguar.
Como las lechadas de cemento son inestables, su velocidad de flujo disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia desde la perforación hasta la zona de inyección, lo que provoca que las partículas se sedimenten en una proporción menor según la relación agua/cemento de la mezcla. Es decir, cuanto mayor sea la dosificación del mortero, más elevada será la velocidad crítica de sedimentación. Por ello, se aconseja que la lechada inicial tenga una dosificación baja, por ejemplo, una relación a/c de 10:1 a 15:1, para evitar los taponamientos prematuros. La dosificación ideal sería la menor que permita alcanzar la contrapresión de rechazo establecida de antemano. En la práctica, la dosificación inicial se determina a partir del resultado del ensayo de agua (Lugeon).
Para aumentar la penetrabilidad, se aconseja el uso de cemento de alta finura de molienda o de microcemento. Se evitan las bóvedas de granos al atravesar los intersticios mediante mezclas muy fluidas, denominadas mezclas medias. Sin embargo, el tratamiento de impregnación en masa no resulta aconsejable para este tipo de suspensiones inestables. Para que una inyección inestable sea factible o no resulte muy complicada, el tamaño mínimo de las partículas del terreno debería situarse entre 5 y 10 mm. Además, en terrenos con un 10% de finos ya no es factible inyectar cemento. En arenas y gravas se hincan tubos de punta perdida, un tubo de inyección cada 4 m² aproximadamente, inyectándose en zonas de unos 50 cm de altura. Si las inyecciones son con lechadas de cemento de molido normal y de tamaños muy diferentes (0 a 160 μm), no se pueden utilizar en fisuras de abertura inferior a 0,1 mm ni en suelos arenosos de tamaño inferior a 0,8 mm, pues se produce un filtrado de las partículas y la lechada no penetra en el terreno (Schulze y Simmer, 1978). Es decir, las arcillas no pueden inyectarse. Por el contrario, si los huecos son demasiado grandes, se deposita inmediatamente la lechada, dando a la inyección un radio de acción muy pequeño.
En cambio, la aplicabilidad de las lechadas de cemento se encuentra plenamente justificada en el caso de macizos rocosos fisurados (presencia de diaclasas, planos de debilidad, estratificación). La presión del fluido disminuye con la distancia y la velocidad, lo que provoca la sedimentación. Son habituales los taladros de 60 a 90 mm, separados entre 2 y 5 m, según la roca. La lechada de cemento se inyecta en capas de 3 a 5 m de espesor, según el porcentaje de finos a cerrar.
En rocas o materiales gruesos, se puede realizar una excavación por debajo del nivel freático, colocando una cortina de mortero inyectado. Tomlinson (1982) recomienda dos filas de perforaciones para una inyección primaria con sus centros separados de 3 a 6 m en ambas direcciones, con unos segundos taladros, incluso terceros, entre ellos (Figura 6). Una regla empírica habitual para inyectar pasta en las grietas de los estratos rocosos es aplicar 0,07 kg/cm² por cada 30 cm de profundidad de la perforación. Se aplica una mayor presión en las inyecciones secundarias y terciarias según la eficacia de la inyección primaria.
Figura 6. Disposición de perforaciones para formar una cortina impermeable mediante la inyección de lechada de cemento alrededor de una excavación. Adaptado de Tomlinson (1982)
La presión de inyección de las lechadas inestables constituye uno de los parámetros de diseño más importantes, pues favorece la apertura de las fisuras en una roca fisurada. Esta presión puede alcanzar entre 8 y 9 MPa. La presión facilita la expulsión del exceso de agua y permite corregir errores en la dosificación. Agranda tanto la longitud de penetración como las fisuras existentes, y crea nuevas. Independientemente de la presión de inyección, la calidad del cemento depositado en las fisuras aumenta con dicha presión.
Por otra parte, la lechada discurre casi en paralelo a los planos de estratificación o de diaclasas del macizo rocoso. Las fisuras perpendiculares a la inclinación general del macizo son artificiales y se producen en capas menos resistentes bajo la acción de presiones superiores a 10 MPa.
La mayor parte de los tratamientos de inyección en roca se relacionan con la construcción y el mantenimiento de presas y túneles, así como con algunas aplicaciones en minería. Se trata de obras subterráneas en las que las inyecciones buscan reducir y controlar la filtración de agua. Suelen ser habituales las lechadas de cemento, aunque en algunos casos se han realizado inyecciones químicas y con resina.
Hay que apuntar, por último, que actualmente se utilizan las mezclas estables en la mayoría de los tratamientos de inyección y consolidación debido a sus mejores propiedades reológicas. Sin embargo, si el terreno no presenta muchas dificultades, las inyecciones con lechadas inestables son un método económico y eficaz.
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.
CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
HOULSBY, A.C. (1990). Construction and Design of Cement Grouting. John Wiley & Sons, Inc, New York.
SCHULZE, W.E.; SIMMER, K. (1978). Cimentaciones. Editorial Blume, Madrid, 365 pp.
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.
Este es un curso básico de procedimientos constructivos necesarios para la mejora de terrenos en obras civiles y de edificación. Es un curso que no requiere conocimientos 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 técnicas de mejora del terreno utilizadas habitualmente en obras de ingeniería civil y de edificación. Se índice especialmente en la maquinaria necesaria, en los procedimientos constructivos, en la aplicabilidad a los distintos tipos de suelos, en aspectos económicos, medioambientales y de seguridad en los trabajos. A lo largo del curso se abordarán aspectos como la precarga, las columnas de grava, las inclusiones en el terreno, los pilotes de desplazamiento, la compactación dinámica, la compactación mecánica de suelos, las inyecciones del terreno, la estabilización de suelos, la mezcla profunda, los anclajes, el control del nivel freático, entre otros temas.
El contenido del curso está organizado en 8 módulos, cada uno con 4 secuencias de aprendizaje que permiten, con una dedicación menor a una hora diaria, aprender los aspectos básicos de las técnicas de mejora del terreno. Cada semana se trabaja un módulo, teniendo el curso una duración estimada de dos meses (8 semanas).
Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:
Comprender la utilidad y las limitaciones de las distintas técnicas de mejora del terreno empleadas en la construcción de obras civiles y de edificación.
Evaluar y seleccionar el mejor procedimiento constructivo y maquinaria necesaria para la mejora del terreno en unas condiciones determinadas, considerando la economía y la seguridad.
Programa del curso
Clasificaciones de las técnicas de mejora y refuerzo del terreno
Sustitución del terreno como técnica de mejora
La precarga como técnica para la mejora de terrenos.
Drenes verticales como técnica de mejora de terrenos
Consolidación por vacío de suelos
Columnas de grava
Columna de grava ejecutada por medios convencionales
Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
Columna de grava mediante vibrosustitución
Columnas de grava compactada
Pilotes de arena compactada
Columnas encapsuladas con geotextil
Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
Concepto de pilotes y clasificaciones
Pilotes de compactación
Columnas de hormigón vibrado
Columnas de módulo controlado
Columnas de cal y de cal-cemento
Columna de grava inyectada
Pilotes de desplazamiento
Pilotes de madera
Pilotes metálicos
Pilotes metálicos hincados
Pilotes de hormigón armado hincados
Pilotes prefabricados de hormigón pretensado
Pilote de desplazamiento con azuche
Sistema “Franki” de ejecución de pilotes de desplazamiento
Hinca de pilotes con mazas de caída libre
Hinca por vibración de pilotes
Hinca silenciosa de pilotes
Pilotes de extracción
Pilotes perforados con barrena continua
STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada
Micropilotes
Mejora del terreno mediante vibrocompactación
Mejora de terreno mediante Terra-Probe
Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
Compactación por resonancia de suelos
Compactación dinámica
Compactación dinámica rápida
Sustitución dinámica
Compactación con explosivos
Compactación por impulso eléctrico
Compactación por hidrovoladura
Compactación mecánica de suelos
Curva de compactación de un suelo
Selección de un equipo de compactación
Los tramos de prueba en la compactación de suelos
Recomendaciones de trabajo en la compactación
Técnicas de inyección del terreno
Procedimientos empleados en la inyección de terrenos
Materiales empleados en la inyección de terrenos
Tipos de lechadas y aplicabilidad de los materiales de inyección de terrenos
Inyección de lechadas inestables
Inyección de lechadas estables
Inyección de lechadas químicas
Inyecciones de alta presión: Jet grouting
Inyecciones de compactación
Inyecciones de hidrofracturación
Mezcla profunda de suelos
Springsol: mejora de terrenos mediante columnas de suelo-cemento
Pantallas realizadas por mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing Walls)
Pantallas de suelo-cemento con hidrofresa (Cutter Soil Mixing)
Pantallas plásticas de bentonita-cemento
Pantallas de suelo-bentonita
Pantalla de lodo autoendurecible armado
Pantallas delgadas de lodo ejecutadas mediante vibración de perfiles
Pantallas de geomembranas
Muros de tierra mecánicamente estabilizada: Tierra Armada
Suelo reforzado con geosintéticos
Soil nailing o suelo claveteado
La técnica del bulonaje
Concepto y clasificación de los anclajes
Zonas de un anclaje
Ejecución de un anclaje
Seguridad en la ejecución de los anclajes
La estabilización de suelos
Estabilización de suelos con cal
Estabilización de suelos con cemento
Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
Estabilización de suelos con cloruros
Grava-cemento
Grava-emulsión
Grava-escoria
Mejora de terrenos por calentamiento
Congelación de suelos
Métodos biológicos como técnica de mejora de terrenos
El problema del agua en las excavaciones
Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones
Selección del sistema de control del nivel freático
Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros
Drenaje de excavaciones mediante zanjas perimetrales
Drenaje horizontal con pozos radiales
Drenaje de excavaciones mediante pozos filtrantes profundos
Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)
Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno
Catedrático de Universidad. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València
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. Consejero del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. 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 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 6 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.
