¿Qué es una cabria?

Figura. Cabria abandonada en El Centenillo, Jaén. https://es.wikipedia.org/wiki/Cabria_(construcci%C3%B3n)

La cabria es una estructura consistente en dos vigas ensambladas en ángulo agudo, mantenidas por otra que forma trípode con ellas, o bien por una o varias amarras. Un torno colocado entre las dos vigas y una polea suspendida del vértice reciben la cuerda con que se maniobra el peso.

La mayoría de estos aparatos son de brazo fijo construyéndose en algunos casos también con brazo inclinable. Es un procedimiento sencillo y económico de elevación de cargas pesadas de hasta 150-200 toneladas.

Al no permitirse el movimiento de giro horizontal, las cargas sólo pueden subir o bajar. Se utilizan preferentemente para trabajos portuarios, montados sobre barcazas o pontones.

 

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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Curso gratuito online masivo: Introducción a los procedimientos de construcción para la mejora de terrenos en obra civil y edificación

Compactación dinámica (cortesía de Menard)
Compactación dinámica (cortesía de Menard)

Acerca de este curso MOOC de la UPV

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).

El inicio del curso es el 25 de mayo de 2021. La inscripción la puedes realizar en el siguiente enlace: https://www.edx.org/es/course/introduccion-a-los-procedimientos-de-construccion-para-la-mejora-de-terrenos-en-obra-civil-y-edificacion

Lo que aprenderás

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

  1. Clasificaciones de las técnicas de mejora y refuerzo del terreno
  2. Sustitución del terreno como técnica de mejora
  3. La precarga como técnica para la mejora de terrenos.
  4. Drenes verticales como técnica de mejora de terrenos
  5. Consolidación por vacío de suelos
  6. Columnas de grava
  7. Columna de grava ejecutada por medios convencionales
  8. Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
  9. Columna de grava mediante vibrosustitución
  10. Columnas de grava compactada
  11. Pilotes de arena compactada
  12. Columnas encapsuladas con geotextil
  13. Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
  14. Concepto de pilotes y clasificaciones
  15. Pilotes de compactación
  16. Columnas de hormigón vibrado
  17. Columnas de módulo controlado
  18. Columnas de cal y de cal-cemento
  19. Columna de grava inyectada
  20. Pilotes de desplazamiento
  21. Pilotes de madera
  22. Pilotes metálicos
  23. Pilotes metálicos hincados
  24. Pilotes de hormigón armado hincados
  25. Pilotes prefabricados de hormigón pretensado
  26. Pilote de desplazamiento con azuche
  27. Sistema “Franki” de ejecución de pilotes de desplazamiento
  28. Hinca de pilotes con mazas de caída libre
  29. Hinca por vibración de pilotes
  30. Hinca silenciosa de pilotes
  31. Pilotes de extracción
  32. Pilotes perforados con barrena continua
  33. STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada
  34. Micropilotes
  35. Mejora del terreno mediante vibrocompactación
  36. Mejora de terreno mediante Terra-Probe
  37. Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
  38. Compactación por resonancia de suelos
  39. Compactación dinámica
  40. Compactación dinámica rápida
  41. Sustitución dinámica
  42. Compactación con explosivos
  43. Compactación por impulso eléctrico
  44. Compactación por hidrovoladura
  45. Compactación mecánica de suelos
  46. Curva de compactación de un suelo
  47. Selección de un equipo de compactación
  48. Los tramos de prueba en la compactación de suelos
  49. Recomendaciones de trabajo en la compactación
  50. Técnicas de inyección del terreno
  51. Procedimientos empleados en la inyección de terrenos
  52. Materiales empleados en la inyección de terrenos
  53. Tipos de lechadas y aplicabilidad de los materiales de inyección de terrenos
  54. Inyección de lechadas inestables
  55. Inyección de lechadas estables
  56. Inyección de lechadas químicas
  57. Inyecciones de alta presión: Jet grouting
  58. Inyecciones de compactación
  59. Inyecciones de hidrofracturación
  60. Mezcla profunda de suelos
  61. Springsol: mejora de terrenos mediante columnas de suelo-cemento
  62. Pantallas realizadas por mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing Walls)
  63. Pantallas de suelo-cemento con hidrofresa (Cutter Soil Mixing)
  64. Pantallas plásticas de bentonita-cemento
  65. Pantallas de suelo-bentonita
  66. Pantalla de lodo autoendurecible armado
  67. Pantallas delgadas de lodo ejecutadas mediante vibración de perfiles
  68. Pantallas de geomembranas
  69. Muros de tierra mecánicamente estabilizada: Tierra Armada
  70. Suelo reforzado con geosintéticos
  71. Soil nailing o suelo claveteado
  72. La técnica del bulonaje
  73. Concepto y clasificación de los anclajes
  74. Zonas de un anclaje
  75. Ejecución de un anclaje
  76. Seguridad en la ejecución de los anclajes
  77. La estabilización de suelos
  78. Estabilización de suelos con cal
  79. Estabilización de suelos con cemento
  80. Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
  81. Estabilización de suelos con cloruros
  82. Grava-cemento
  83. Grava-emulsión
  84. Grava-escoria
  85. Mejora de terrenos por calentamiento
  86. Congelación de suelos
  87. Métodos biológicos como técnica de mejora de terrenos
  88. El problema del agua en las excavaciones
  89. Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones
  90. Selección del sistema de control del nivel freático
  91. Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros
  92. Drenaje de excavaciones mediante zanjas perimetrales
  93. Drenaje horizontal con pozos radiales
  94. Drenaje de excavaciones mediante pozos filtrantes profundos
  95. Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)
  96. Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno

Conozca al profesor

Víctor Yepes Piqueras

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.

 

Sostenimiento de un muro pantalla y elementos de sujeción

Los muros pantalla, en función de la calidad del terreno y del proyecto de construcción, se pueden clasificar en apoyadas y sin apoyo. En las apoyadas, la estabilidad se consigue mediante una o varias líneas de tirantes o puntos de apoyo, además del empuje pasivo del empotramiento. En las pantallas sin apoyo, denominadas autoestables o en voladizo, la estabilidad solo se debe a las reacciones del suelo en la parte empotrada.

Figura 1. Arriostramiento de muros pantalla mediante anclajes. Imagen: V. Yepes

Para dimensionar los elementos de sujeción, se deben tomar los máximos esfuerzos derivados de las comprobaciones de estabilidad de la pantalla, aplicando los coeficientes de seguridad parciales correspondientes. A este respecto, se remite al lector a la Tabla 2.1 del DB SE-C del Código Técnico de Edificación y las disposiciones de la Instrucción de Hormigón Estructural vigentes. Los elementos de sujeción habituales en un muro pantalla son los anclajes, los puntales o tornapuntas, las celosías metálicas y los propios forjados de la estructura principal.

Una forma habitual de realizar el soporte lateral de las pantallas es mediante anclajes que pueden estar en uno o en varios niveles. En la Figura 1 se observa el anclaje de los muros pantalla de un recinto para una vivienda. En estos casos, los anclajes se pueden utilizar siempre que no afecten a los edificios o servicios colindantes a la pantalla. Deben tener una longitud capaz de sostener la superficie pésima de deslizamiento debidas a las comprobaciones de estabilidad general y de estabilidad de la pantalla. Además, es necesario contemplar medidas para evitar la corrosión de los anclajes, ya sean definitivos o provisionales de larga duración.

Otra forma de contener un muro pantalla es mediante puntales o tornapuntas, que son elementos que permiten apear la pantalla. Estos elementos inclinados se apoyan tanto en la propia pantalla como en la parte inferior con durmientes fijos (Figura 2). En el caso de que los esfuerzos al terreno sean elevados, deberá disponerse una zapata corrida paralela a la pantalla. En cualquier caso, los puntales deben afectar lo menos posible a la excavación y a la ejecución de cimientos y estructura.

Figura 2. Arriostramiento de muros pantalla mediante tornapuntas

También se pueden apoyar los muros pantalla mediante codales metálicos. En la Figura 3 se observa el apoyo de una pantalla contra otra, incluso en las esquinas. Se trata de una obra realizada en Valencia, la misma de la Figura 1.

Figura 3. Arriostramiento de muros pantalla. Imagen: V. Yepes

También es habitual apuntalar las propias pantallas entre sí mediante celosías metálicas dispuestas en planos horizontales, tal y como muestran las Figuras 4 y 5, fotografías tomadas en Burgos en el 2019. Se trata de evitar en lo posible entorpecer las labores de excavación y en la construcción de cimentaciones y estructura del edificio.

Figura 4. . Arriostramiento mediante celosías metálicas. Imagen: V. Yepes

 

Figura 5. Detalle del arriostramiento mediante celosías metálicas en esquina. Imagen: V. Yepes

Otro sistema de apuntalamiento del muro pantalla es el formado por los propios forjados de un edificio (Figura 6). En efecto, con el procedimiento constructivo “top-down”, ascendente-descendente. Se trata de acodalar los muros de contención mediante los propios forjados de los sótanos, que se construyen a medida que se profundiza el vaciado. Téngase en cuenta que hay que considerar en el cálculo de los forjados los esfuerzos de los empujes de las pantallas. Para el apoyo de estos forjados, normalmente se construyen pilotes interiores. Este sistema es muy adecuado para grandes profundidades de excavación o cuando el terreno es de mala calidad y se pretende controlar los movimientos del terreno exterior a la excavación.

Figura 6. Arriostramiento de muro pantalla mediante los forjados del edificio

REFERENCIAS:

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Sistema integral de protección de escaleras

Sistema integral de protección de escaleras red tipo Perona.

La prevención de riesgos laborales en la construcción es una de las preocupaciones más importantes que debe tener cualquier profesional del ramo. Uno de los problemas más habituales es proteger las escaleras en fase de construcción. Un sistema interesante que puede solucionar este problema es el sistema integral de protección de escaleras-red tipo Perona.

Los componentes de este sistema de protección son fáciles y económicos de conseguir en cualquier tipo de obra y  circunstancias, pues tan solo son necesarios para su instalación:

  • un paño de red (similar a las del tipo “horca”),
  • tablas de madera de 2’00 cm. de espesor , 10 cm. de ancha y de una longitud inferior en 20 cm. a la del largo de cada tramo de la escalera.
  • clavos de acero de 10 mm. (tres/cuatro unidades en cada tabla).

No es necesaria mano de obra especializada, ni condiciones especiales algunas para su montaje. El sistema permite y garantiza la protección de todos los operarios, desde el inicio de la construcción de la losa de escalera (fase de estructura), hasta la colocación de la barandilla definitiva, pasando por todas las etapas intermedias, como son: revestido de peldaños, enlucidos o acabados de caja de escalera, pintura e incluso colocación de la barandilla definitiva, sin que estorbe la protección en ningún trabajo, ni sea factible para retirarla ningún operario, por su propia constitución.  El sistema es apto para escaleras de un solo tramo, de dos, de tres o de cuatro, incluso se puede instalar en escaleras de tramos curvos.

Si queréis información adicional sobre las redes de seguridad, os recomiendo una publicación del Instituto Vasco de Seguridad y Riesgos Laborales que podéis enlazar aquí. Otra publicación interesante es de Mapfre. Además, os paso un vídeo explicativo sobre el sistema Perona que espero que os guste:

Breve semblanza de José Juan-Aracil Segura, ingeniero de caminos alcoyano

Proyecto de distribución de agua potable de Benidorm (Alicante). https://histobenidorm.blogspot.com/2013/11/

Salvando las diferencias generacionales y de contexto, siempre me ha sorprendido las coincidencias biográficas que he tenido con la figura de D. José Juan-Aracil Segura. Aunque no tuve la suerte de conocerlo personalmente (falleció en 1982, el año en que comenzaba yo la carrera), ambos somos ingenieros de caminos nacidos en Alcoy (Alicante), con el número 1 de promoción en ambos casos y curiosamente, con hijos que también son ingenieros de caminos. Además, hemos sido catedráticos de universidad de la misma asignatura. En efecto, Juan-Aracil fue el catedrático de esta asignatura que en los años cuarenta se denominaba “Maquinaria y Medios Auxiliares de Obra” en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid, asignatura que luego fue cambiando de nombre hasta llegar a la de “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras“. También en esta asignatura imparto docencia en la Escuela de Valencia. A diferencia de otro tipo de asignaturas (Hormigón, Geotecnia, Materiales de Construcción, etc.), las asignaturas de Maquinaria y Medios Auxiliares, o bien de Procedimientos de Construcción, han sido impartidas en las distintas escuelas, mayoritariamente, por profesores asociados, muy ligados a las empresas constructoras. Es por ello que son pocos los catedráticos en España de esta materia. De hecho, José Luis Juan-Aracil López, su hijo, pasó a ser catedrático de la asignatura en Madrid, que la ejerció hasta su paso a Profesor Emérito. Os remito al siguiente artículo donde expliqué en su día los antecedentes históricos de la asignatura.

De interés, hoy para los coleccionistas, es la colección de 8 tomos de apuntes de Maquinaria Auxiliar de Obras, con diabramas, dibujos, esquemas, talbas, etc. Una grandísima cantidad de información y que fueron un precedente de los textos españoles en la materia. Otros libros de interés han sido el de los “Saltos de agua y presas de embalse”, escrito junto con José Luis Gómez Navarro, del año 1953. O la “Conversión de unidades del sistema inglés o norteamericano al sistema métrico y viceversa”, del año 1958. Todos estos libros, descatalogados, son de coleccionista.

Apuntes de Maquinaria Auxiliar de Obras (8 tomos). Tapa dura – 1 de enero de 1959.

Fernando Sáenz Ridruego, escribió una muy breve biografía en las páginas de la Real Academia de la Historia. José Juan-Aracil Segura nació en Alcoy (Alicante) el 5 de noviembre de 1905, falleciendo en Madrid el 19 de enero de 1982. En 1905 nacieron Christian Dior, Henry Fonda o Miguel Mihura, por poner algunos ejemplo. También en dicho año fallecieron Julio Verne, José María Gabriel y Galán o Juan Valera. Pero lo más sorprendente fue el año milagroso del Albert Einstein, que publicó la Teoría de la relatividad especial, el efecto fotoeléctirco y el movimiento browniano.

Viaducto de Segovia, Madrid. https://es.wikipedia.org/

El joven José Juan-Aracil cursó la enseñanza media en Alcoy, su pueblo natal, en el colegio Luis Vives. Se trasladó a Madrid para estudiar en la Escuela de Ingenieros de Caminos, donde terminó la carrera en 1930, con el número 1 de su promoción. Apenas terminados sus estudios, ganó en 1932, junto con el arquitecto Francisco Javier Ferrero Llusiá, y el ingeniero de caminos Luis Aldaz Muguiro  el concurso para el proyecto del viaducto sobre la madrileña calle Segovia. Es de destacar que en este concurso se presentaron proyectos técnicos de la talla del ingeniero de caminos Eduardo Torroja, y del arquitecto Secundino Zuazo. El proyecto ganador se caracteriza por empleo de hormigón armado pulido, calado en unos machones de granito. Si bien la construcción se demoró hasta 1942, debido al deterioro que sufrió por los daños de la Guerra Civil.

Recién terminada su carrera, se atisba sus inquietudes técnicas publicando, en 1931 un artículo, “Esfuerzos secundarios” en la Revista de Obras Públicas, donde publicó a partir de entonces numerosos artículos. En este artículo llenó parte del vacío de los libros y revistas de entonces sobre este tema, siendo encargado de curso de la asignatura de Construcciones Metálicas. Va a ser habitual ver artículos en esta revista donde desarrolle temas concretos de los explicados en sus clases.

En 1935 realizó un viaje de estudios pensionado por la Escuela, llevando el tema “Presas de embalse”, visitando Francia, Suiza e Italia. A su vuelta redactó una memoria que se publicó en la Revista de Obras Públicas. Durante la Guerra Civil combatió en el bando nacional, en el que se le concedió la Medalla de la Campaña. En 1939 fue nombrado profesor de Maquinaria en la Escuela de Caminos, asignatura que explicó hasta su jubilación en 1975. Fue director técnico de Obras y Servicios Públicos, S.A. (OSEPSA), empresa con la que realizó numerosas obras, entre las que destacan la construcción del acueducto de Tardienta, la reconstrucción de los puentes de Bilbao, del puente de Vizcaya y de la presa de Ordunte, destruidos durante la contienda, y la construcción de los viaductos de San Jorge, Cabriel y Narboneta, en el ferrocarril Cuenca-Valencia, así como del pantano de Amadorio, en la provincia de Alicante.

Juan-Aracil reconstruyó, tras la Guerra Civil, el Puente transbordador Bizkaia/ Vizcaya, con un proyecto que introducía bastantes cambios sobre el proyecto original. El más importante fue la eliminación de los tirantes de los extremos de la luz en el vano principal, que el autor justificaba por la dificultad que suponía la indeterminación de la actuación conjunta de péndolas y tirantes, Sin embargo, y como el propio Juan-Aracil reconocía, eso le obligó a aumentar la inercia de la viga, pasando de dos a tres metros de canto.

Puente Vizcaya, Transbordador de Portugalete a Las Arenas. Al fondo se ve Sestao. El tramo horizontal superior es una pasarela para peatones, a la que se puede acceder mediante ascensores. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Vizcaya#/media/Archivo:Zubia_jun.jpg
Vista del puente sobre el Turia (2018). https://www.wikiwand.com/es/Puente_de_Santa_Cruz_de_Moya

Obra obra de Juan-Aracil fue el puente de Santa Cruz de Moya (también, puente Nuevo) es un viaducto existente en el término municipal de Santa Cruz de Moya, provincia de Cuenca (Comunidad de Castilla-La Mancha). Construido en la C-234 de ValenciaAdemuz sobre el río Turia en la segunda mitad de los años cincuenta. Otro ejemplo más es la traída de agua a la Celupal, proyecto finalizado el 10 de octubre de 1947 fue redactado por Juan-Aracil, entre otros, aparte de los citados, como el acueducto de Tardienta, de la presa de Ordunte, o la distribución de agua potable de Benidorm, entre otros.

Como curiosidad del carácter alcoyano de D. José Juan-Aracil, baste recordar el homenaje que se le rindió el 27 de noviembre de 1980 en un céntrico restaurante madrileño por parte de la Asociación de San Jorge en la capital de España. Juan-Aracil fue el presidente (clavario) de esta Asociación alcoyana en Madrid. Os dejo a continuación un par de textos escritos en 1949 sobre la Asociación de San Jorge Mártir de Madrid y otro de 1951 sobre Alcoy y el Cuerpo de Ingenieros de Caminos, ambos de la Revista de la Asociación de San Jorge.

Construcción de un muro con encofrado trepante

https://www.archiexpo.com/prod/peri-sas/product-3627-1354809.html

Un encofrado trepante es una estructura de soporte de encofrado que, mediante soluciones hidráulicas y mecánicas, se eleva sin necesidad alguna de grúa, levantando consigo el encofrado. La descripción de este tipo de encofrado la hicimos en un artículo anterior que podéis consultar aquí.

Os paso a continuación un vídeo de la empresa Estructures CEFA  donde podréis ver la construcción de un muro visto de hormigón utilizando el sistema de encofrado trepante. Estructures Cefa es una empresa ubicada en Terrasa especializada en la realización de estructuras de hormigón armado. Podéis visitar su web: www.cefaestructures.com

 

Drenaje de excavaciones mediante bombeo desde pozos eyectores

Figura 1. Bombeo desde pozos eyectores. https://wjgroup.org/our-services/ejector-dewatering/

El sistema de pozos eyectores combina las ventajas de los pozos profundos y de las lanzas de drenaje (wellpoints), pero con algunas desventajas. Los pozos profundos precisan un diámetro suficiente para alojar en su interior una bomba sumergible, con el coste correspondiente, además, presentan una relativa fragilidad que puede solucionarse con el sistema de pozos profundos con eyectores. En este caso, la elevación del agua se realiza inyectando agua a alta presión hasta el fondo del sondeo, donde el efecto venturi succiona el agua y la eleva al exterior. Trabaja por succión, pero a diferencia de los wellpoints, ésta se produce en el fondo del pozo. La ventaja respecto a los pozos profundos es que los eyectores presentan un diámetro pequeño. Las bombas de presión se sitúan en superficie y son del tipo normal, lo cual resulta de interés por su fácil vigilancia y facilidad de mantenimiento y sustitución. Además, a diferencia de las electrobombas sumergibles, que pueden quemarse rápidamente si funcionan en seco, los eyectores pueden bombear mezclas de aire y agua sin problemas. Por tanto, el coste unitario de los eyectores es significativamente menor que el de los pozos profundos, por lo que pueden utilizarse en espaciamientos más pequeños cuando las condiciones son adecuadas.

La desventaja es su rendimiento energético bajo y su aplicabilidad se centra en caudales bajos. En efecto, en suelos con cierta cantidad de finos, con más del 5%, los métodos de drenaje gravitacionales son muy lentos y los conos de depresión tardan en formarse. Por tanto, el sistema es adecuado cuando se quiere rebajar el nivel freático en terrenos de baja permeabilidad (limo o arena fina) a más de 5 m, que sería el límite de un wellpoint de una sola etapa. En estos terrenos con conductividad tan baja, el uso de vacío garantiza un mejor drenaje del suelo. Además, si la columna del filtro en el pozo se sella con bentonita, el vacío se transmite por entero al terreno, acelerando el drenaje en los suelos finos que se encuentren atravesados por capas más permeables, aumentando la resistencia al corte del terreno.

Sin embargo, a profundidades mayores a 45-50 m, este sistema llega a ser ineficiente, optándose por un pozo profundo con bomba en el fondo. Además, los sistemas eyectores son sensibles a distintos componentes del agua subterránea como el hierro o el manganeso, que si precipitan pueden atascar el sistema, perdiendo rendimiento, al igual que por bioincrustaciones o por el desgaste de la boquilla, lo cual implica un mantenimiento regular del equipo.

La instalación consta de una serie de pozos, con una sola instalación de bombeo, cuya disposición depende de las condiciones del suelo. Los pozos están equipados por conductos o tuberías de alimentación, un expulsor (venturi), y un conducto de retorno. En la cabeza del pozo, la tubería de alimentación es conectada a una línea de alimentación de alta presión, y la tubería de retorno es conectada a una tubería de evacuación de baja presión. Las líneas de retorno están conectadas a una planta especial de bombeo la cual abastece a la línea de alimentación con agua a gran presión, y recoge el agua de la línea de evacuación. La elevada presión de agua que pasa a través del venturi, succionará el agua del suelo y la enviará a la superficie a través de la tubería de retorno. Pueden ser de dos tipos: de tubería única (dos concéntricas) o de dos tuberías. Este sistema se usa en suelos con baja permeabilidad (Figura 2).

Figura 2. Esquemas de eyector de dos tuberías o de tubería única (Powers, 1992)

A pesar del alto costo de la instalación de estos pozos, pueden resultar en algunos casos más económicos y fáciles de operar que los wellpoints. Los pozos pueden ser instalados en la superficie de la tierra fuera del área de construcción bajando el nivel de agua en una sola etapa. La distancia entre eyectores es similar a la utilizada en el sistema de wellpoints. En un principio, las profundidades de operación no están limitadas por la altura de succión, habiendo eyectores capaces de trabajar hasta 150 m de profundidad, aunque lo normal es estar entre los 30 y los 50 m en una sola etapa. Cuando se utilizan eyectores de una sola conducción, el diámetro interno de la perforación puede llegar a ser tan pequeño como 50 mm, lo que hace que este sistema sea  muy factible económicamente.

Una estación de bombeo suele constar de un tanque y una o más bombas, con válvulas y tuberías de conexión. La bomba toma agua del tanque y la impulsa a presión a la línea de abastecimiento, a las que están conectadas las tuberías de inyección de cada eyector. El agua inyectada y extraída del terreno vuelve al tanque a través de la línea general de retorno, a la que se conectan las tuberías de descarga de los eyectores. Una sola estación puede abastecer hasta 75 pozos eyectores.

Os paso una animación para que veáis cómo funciona un eyector. Espero que os sea útil.

REFERENCIAS:

  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones

Figura 1. Bajo nivel freático. https://www.keller.com.es/experiencia/soluciones/bajo-nivel-freatico

Cuando se realiza una excavación, la presencia de agua subterránea siempre provoca problemas. No solo dificulta el desarrollo de los trabajos, sino que también debilita los taludes o el fondo, comprometiendo su estabilidad.

Las aguas interfieren el desarrollo de los trabajos, por lo que hay que evitar que lleguen a los tajos mediante captaciones locales, ataguía, canaletas, drenajes, etc., evacuándolas por gravedad, y reduciendo el bombeo a lo estrictamente necesario.

El impacto del agua es de tal relevancia que condiciona el diseño de la estructura y del procedimiento constructivo, afectando consecuentemente al coste. Por tanto, no hay más remedio que impedir en lo posible la entrada de agua en la excavación (barreras físicas permanentes o provisionales) y expulsar fuera la que pudiese entrar (bombeos), o bien modificando las propiedades en el terreno y el agua (inyecciones en el terreno, congelación).

Todas las técnicas que permiten excavar en presencia de agua, tanto sea creando barreras impermeables al abrigo de las cuales es posible drenar la excavación, o bien extrayendo el agua con un caudal mayor al que el terreno puede proporcionar, se van a denominar técnicas de control del nivel freático. No obstante, y en términos estrictos, el “control del nivel freático” (dewatering) solo se debería aplicar a acuíferos libres formados por suelos de grano grueso. En acuíferos libres de grano fino o en acuíferos confinados deberíamos hablar de “control de la presión intersticial” (pore water pressure).

Figura 2. Posibilidades de control del nivel freático mediante extracción del agua o por barreras impermeables

Pérez Valcárcel (2004) clasifica las técnicas en (a) sistemas de contención de agua: tablestacas, ataguías, muros pantalla, congelación o inyección del terreno; y (b) sistemas de drenaje de excavaciones: bombeo desde zanjas perimetrales, bombeo desde pozos filtrantes, bombeo con agujas filtrantes (wellpoint) y electroósmosis. Por su parte, García Valcarce et al. (1995), además de los sistemas de contención de agua mencionados, subdivide los sistemas de drenaje en sistemas de drenaje propiamente dichos y sistemas de agotamiento, donde entrarían los drenajes profundos.

No obstante, existen más clasificaciones. Por ejemplo, Powers (1992) clasifica dichas técnicas en cuatro grupos:

  • Sistemas de bombeo abierto (sump pumping): el flujo del agua de una excavación se recoge en zanjas y sumideros y posteriormente se bombea al exterior.
  • Sistemas de predrenaje o drenaje previo del terreno (predrainage): antes de excavar se drena el suelo mediante pozos de bombeo, wellpoints, eyectores o drenes. Se pretende una excavación en seco.
  • Sistemas de diafragmas o de contención del agua (cut off): mediante tablestacas, muros pantalla, pantallas de lodos, congelación del terreno o inyecciones. Suelen usarse en combinación con los sistemas de bombeo.
  • Sistema de exclusión del agua (excluded): mediante aire comprimido, una entibación de lechada o con una entibación de presión de tierras, muy utilizados en la construcción de túneles mediante escudos presurizados.

Se podrían resumir las clasificaciones anteriores en la propuesta de la Figura 3. En esta clasificación, la contención del agua se realiza mediante barreras físicas como ataguías o pantallas, o bien mediante métodos de exclusión; mientras que el drenaje se puede realizar antes o durante la excavación, diferenciando de esta forma el agotamiento del rebajamiento del nivel freático.

Figura 3. Clasificación de las técnicas de control del agua. Elaboración propia.

En el caso de la extracción del agua, tenemos dos posibilidades en función del momento en que realiza en relación con la excavación:

  1. Agotamiento del nivel freático, cuando se evacua el agua que se filtra al recinto de la excavación conduciéndola a una zanja o un sumidero, donde se bombea. Las filtraciones se controlan y evacúan durante la excavación, sin depresión previa del freático.
  2. Rebajamiento del nivel freático, cuando se hace descender el nivel freático por debajo de los taludes y el fondo del recinto de la excavación. Se controla y evacua el agua antes de la excavación.

El procedimiento a utilizar depende de los caudales a bombear, que a su vez dependen de la importancia de los acuíferos y del coeficiente de permeabilidad del terreno. Normalmente el rebajamiento es preferible al agotamiento directo, entre otras, por las siguientes razones:

  • En el caso del agotamiento, el recinto excavado está más o menos blando y encharcado, lo cual dificulta el paso de operarios y maquinaria. Con un rebajamiento previo, la excavación puede realizarse prácticamente en seco e incluso con un terreno ligeramente cohesionado debido a las fuerzas capilares. Además, es más sencillo excavar y transportar un terreno más bien seco que empapado.
  • El agotamiento puede provocar sifonamiento y tubificación, puede descomprimir el terreno o degradarlo por arrastre de finos, convirtiéndolo en colapsable.
  • El rebajamiento contribuye a aumentar la estabilidad de los taludes y disminuye los empujes sobre las estructuras de contención (entibación, pantallas o tablestacas). El rebajamiento puede utilizarse, incluso, para aumentar la presión efectiva y provocar su consolidación.

Pero también existen algunos inconvenientes con el rebajamiento del nivel freático:

  • Si falla el dispositivo que mantiene el rebajamiento, puede entrar en poco tiempo agua en la excavación, desmoronándose taludes o levantando el fondo.
  • Como el rebajamiento no se realiza en un área muy concreta, en los alrededores se producirá un aumento de las tensiones efectivas, y por tanto, asientos que pueden producir daños en estructuras próximas.

Los métodos apropiados de control del nivel freático dependerán de la naturaleza del suelo y de la profundidad de la excavación. Así, en función de la permeabilidad del terreno, la remoción del agua puede hacerse por gravedad, por aplicación de vacío o por electroósmosis. Así, el agotamiento se utilizará en gravas, pues presentan una elevada permeabilidad, con caudales importantes y terrenos poco erosionables. Una permeabilidad entre 10-1 < k < 10 (m/s) permite el agotamiento desde la misma excavación, si ésta penetra menos de 3 m en el nivel freático. Para mayores permeabilidades o mayores profundidades de excavación, habría que recurrir a otros procedimientos constructivos. En cambio, el rebajamiento será útil en arenas o arenas limosas, con una permeabilidad entre 10-6 < k < 10-1 (m/s). En el caso de arcillas y limos, con permeabilidades entre  10-7 < k < 10-6 (m/s), el rebajamiento suele realizarse por vacío o electroósmosis, pues el caudal es bajo y el cono formado por la depresión del nivel freático se realiza lentamente. Para permeabilidades menores, comprendidas entre 10-9 < k < 10-7 (m/s)  basta con hacer algún agotamiento periódico de la excavación. Para permeabilidades menores a 10-9 (m/s), se puede excavar en seco.

Os dejo un Polimedia explicativo sobre este tema. Espero que os sea de interés.

Como complemento, os dejo también, por su interés, un artículo de Ferrer, Davila y Sahuquillo donde se analiza el proceso de drenaje en obra civil ubicada en zona urbana. Espero que os sea útil.

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REFERENCIAS:

  • GARCÍA VALCARCE, A. et al. (1995). Manual de Edificación. Derribos y demoliciones. Actuaciones sobre el terreno. Ediciones Universidad de Navarra, Pamplona, 472 pp.
  • PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat, Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia, 419 pp.
  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

 

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Contención del agua mediante ataguías celulares

Figura 1. Ataguía celular para la construcción de isla artificial de conexión puente-túnel del Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge. http://www.americanpiledriving.com/wordpress/2011/12/12/

Las ataguías celulares son estructuras de contención utilizadas con profundidades importantes, formadas por cilindros huecos contiguos, normalmente tablestacas de acero unidas, que soportan los empujes mediante la fricción de su base (Figura 1).

Estos cilindros son relativamente grandes, con diámetros típicos de 12 a 20 m. Se utilizan en la construcción de presas, muelles (Figura 2), pilas de puentes y recintos en general donde debe trabajarse en seco.

Los recintos construidos con ataguías celulares se pueden construir sobre terrenos firmes o de calidad media. Los depósitos de suelos blandos hasta gran profundidad pueden ser inadecuados.

Figura 2. Muelle de recintos de tablestacas. http://www.puertos.es/es-es/BibliotecaV2/ROM%200.5-05.pdf

En el caso de corrientes importantes, por ejemplo en un gran río, es importante conocer el campo de velocidades entorno a la zona donde se colocarán las ataguías celulares. En este caso, la propia ataguía reduce la sección del río y provoca un aumento de la velocidad del agua, con la posible erosión del fondo del cauce, en especial hacia las esquinas, por lo que conviene redondearlas.

Las celdas se rellenan con un material del mayor peso específico posible, normalmente una mezcla de arenas y gravas. En el caso de desmontar las celdas, antes debe extraerse el material de relleno. En cambio, si se rellenan de hormigón quedan como estructuras permanentes, como es el caso de la construcción de diques en obras portuarias.

El ancho medio de una ataguía celular sobre roca oscila entre el 70 y el 80% de la altura del agua exterior que retiene (Figura 3). En el caso de estar sobre suelos arenosos, al igual que ocurre con las ataguías de tablestacas de doble pared, debe tener un espaldón en el interior. Con grandes calados de agua, estas ataguías de doble pared se pueden rellenar de hormigón y sostenerse por puntales, lo cual ahorra un espacio considerable y permiten asegurar una buena impermeabilización con anchos muy pequeños.

Figura 3. Sección de ataguía celular de doble pared de tablestacas

Existen distintas configuraciones de recintos que se construyen con formas circulares de tablestacas planas, creando celdas independientes que después se unen mediante arcos de tablestacas con formas especiales. En la Figura 4a se observan arcos circulares conectados por diafragmas rectos; en la Figura 4b vemos celdas circulares conectadas por arcos circulares; en la Figura 4c vemos la estructura tipo trébol, que consta de grandes celdas circulares subdivididas por diafragmas rectos. Las ataguías de tabiques rectos requieren menos tablestacas que las celdas circulares, aunque el relleno debe hacerse con cuidado para que los tabiques de separación no sufran presiones descompensadas. Con los recintos circulares, se pueden rellenar las celdas de forma independiente. Con los recintos de diafragmas, han de hacerse los rellenos simultáneamente, utilizándose un mayor número de tablestacas. Su posible ventaja radica en menores esfuerzos en la tablestaca para un mismo calado.

Figura 4. Configuraciones de ataguías celulares

Las ataguías celulares se deben diseñar para ofrecer seguridad estructural en distintos aspectos:

  • Se debe evitar el vuelco y su puesta fuera de alineación
  • Debe estar al abrigo del deslizamiento
  • Debe presentar seguridad a la rotura por cortante en el relleno interior de la célula
  • Las juntas no deben romperse, teniendo en cuenta la corrosión
  • Las almas de las tablestacas deben presentar un factor de seguridad razonable frente a la rotura
  • No deben haber distorsiones ni deformaciones fuera de límites aceptables

La ventaja de construir las ataguías celulares con tablestacas es que precisan poco andamiaje, bastando unas guías superiores e inferiores para hacer descenderlas (Figura 5). Se pueden construir desde tierra, de forma que cada célula terminada sirve de plataforma de trabajo para hincar en la siguiente (Figura 6). Sobre lechos rocosos irregulares, las longitudes de las tablestacas se adaptan al perfil de la roca. Sobre suelos arenosos o de grava, se dispone de un banco de tierra interior (Figura 3) para conseguir que la longitud de la filtración sea suficiente para evitar el colapso por surgencia.

Figura 5. Ataguía celular para dique de Carena. https://www.soletanche-bachy.com/es

 

Figura 6. Ataguía celular para dique de Carena. https://www.soletanche-bachy.com/es

Uno de los mayores riesgos de colapso de las ataguías celulares es el fallo de cualquier unión. Por eso no se aconseja usar estas ataguías sobre terrenos con cantos u otros obstáculos que puedan abrir las tablestacas o la ruptura de las uniones.

A continuación os dejo algunos vídeos sobre el uso de las ataguías celulares. Espero que os sean de interés.

REFERENCIAS:

  • CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
  • POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and aplications. Third Edition, John Wiley & Sons.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W. (2016). Groundwater Control – Design and Practice, 2nd Edition. Construction Industry Research and Information Association, CIRIA Report C750, London.
  • PUERTOS DEL ESTADO (2005). Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias ROM 0.5-05. Ministerio de Fomento, Madrid, 537 pp.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Drenes de penetración transversal: drenes californianos

Figura 1. Drenes californianos. http://civogal.com/drenes-californianos

Cuando se quiere reducir las presiones intersticiales en taludes y zonas de difícil acceso, son muy útiles los drenes de penetración transversal. Son perforaciones ascendentes comúnmente llamadas drenes californianos (horizontal drains), debido a que el Departamento de Carretas de California empezó a utilizarlo a partir de los últimos años de la década de 1930.

Son perforaciones de pequeño diámetro y gran longitud realizadas frecuentemente con los mismos carros perforadores empleados en la instalación de bulones o ejecución de sondeos. En su interior se dispone un tubo de policloruro de vinilo (PVC) ranurado, de un diámetro mínimo de 50 mm capaces de soportar cierta carga por si la perforación colapsara, tubo en ocasiones rodeado de un geotextil que actúe de filtrante para evitar el taponamiento o la erosión interna del terreno al escapar los finos. No obstante, si las deformaciones esperadas superan al radio del tubo, entonces se utilizan drenes metálicos. Asimismo, se pueden disponer drenes sin tubo interior, especialmente en roca sana, donde no se esperen movimientos que obstruyan la perforación, ni materiales que puedan obstruirla.

Figura 2. Drenes de penetración transversal en las proximidades del embalse de Loriguilla (Valencia). Fotografía: V. Yepes (2021)

Los drenes se disponen con una pequeña inclinación, de al menos el 3% sobre la horizontal, normalmente entre 5-10º, para evacuar el agua por gravedad, debiéndose introducir, al menos, en 2-3 m en la zona de acumulación de agua. Es por ello que a veces también se llaman drenes subhorizontales. Se debe dejar también, entre 2 y 3 m del tubo más próximo a la boca del taladro sin orificios ni ranuras. En otras ocasiones se pueden disponer más inclinados, incluso en vertical en galerías de drenaje.

Los drenes de penetración transversal tienen como objeto reducir las presiones intersticiales, agotar un embalsamiento de agua o rebajar el nivel freático. En el caso de taludes, los drenes se utilizan para estabilizar deslizamientos profundos, tal y como se puede apreciar en la Figura 3. Son especialmente eficaces en terrenos permeables, rocas fisuradas o cuando interceptan capas permeables saturadas, perdiendo eficacia en suelos arcillosos homogéneos.

Figura 3. Localización del nivel freático antes y después de la instalación de un dren horizontal

Si bien la disposición de los drenes depende de las condiciones hidrogeológicas y morfológicas del talud o ladera, normalmente se disponen 1-2 filas de tubos distanciados entre 7 y 30 m, siendo lo más frecuente entre 10 y 15 m. En el caso de taludes de más de 60 m de altura, se disponen bermas y una línea de drenes al pie de cada berma, recogiendo el agua a una cuneta impermeable. Con alturas superiores a 100 m, la longitud de perforación necesaria es tan alta que su coste se dispara. Si en nivel freático se encuentra entre 30 y 60 m por encima del pie del talud, se prolongan los drenes desde el pie hasta una profundidad igual a la altura del talud, con un máximo de 90-100 m.

La perforación simultánea de los drenes con desmontes de alturas superiores al de la maquinaria ordinaria facilita su ejecución y mejora las condiciones de drenaje durante la excavación. No se emplean lodos tixotrópicos durante la perforación, sino entubaciones provisionales al atravesar terrenos inestables o tramos de falla, hasta instalar el tubo definitivo. El agua drenada por los tubos debe canalizarse adecuadamente a cunetas u otros elementos del drenaje superficial. Además, estos drenes deben someterse a revisiones periódicas, con un mantenimiento que incluya su limpieza con aire a presión.

Los drenes de penetración transversal presentan como ventajas su rápida y sencilla instalación en comparación con otros sistemas de drenaje profundo, permite alcanzar toda la superficie del talud, puede ejecutarse una vez iniciadas las inestabilidades y el desagüe se realiza por gravedad, sin el uso de bombas o sistemas auxiliares. Sin embargo, su área de influencia es limitada en comparación con otros sistemas de drenaje profundo y se ejecutan una vez hecho el talud, por lo que su estabilidad puede complicarse.

Como información complementaria, os dejo la ficha técnica realizada por GEOCISA sobre al ejecución de anclajes y drenes californianos en el castillo de Jadraque (Guadalajara).

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REFERENCIAS:

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