Vivimos en un mundo donde cualquier cálculo, por complejo que sea, está a un clic de distancia. Dependemos totalmente de las calculadoras digitales y las computadoras, hasta el punto de que resulta difícil imaginar cómo se resolvían problemas de ingeniería complejos antes de la era digital. Sin embargo, hubo una herramienta ingeniosa y puramente visual que dominó el mundo técnico durante décadas: el nomograma.
¿Cómo es posible que una tecnología del siglo XVII, considerada obsoleta durante más de cuarenta años, esté resurgiendo en campos de alta tecnología como la ingeniería minera? La respuesta se halla en una sorprendente sinergia entre la sabiduría analógica del pasado y el poder del código abierto actual.
1. Más allá de la nostalgia: una herramienta antigua para problemas modernos.
Un nomograma es una representación gráfica de una ecuación matemática. Está compuesto por una serie de ejes graduados, rectos o curvos, que representan las variables de la fórmula. Para resolver la ecuación, basta con trazar una línea recta (llamada isopleta) que conecte los valores conocidos en sus respectivos ejes; el punto en el que esta línea corta el eje de la variable desconocida proporciona la solución al instante.
Aunque sus orígenes se remontan al siglo XVII, los nomogramas se convirtieron en herramientas indispensables en el siglo XIX para la navegación astronómica y, más tarde, en la década de 1920, para resolver complejos cálculos de ingeniería relacionados con la presión, el volumen y la temperatura. Durante el resto del siglo XX, vivieron su época dorada en campos como la medicina, la aeronáutica y la química, pero la llegada de los ordenadores en la década de 1980 los dejó relegados al olvido. Hoy, contra todo pronóstico, están volviendo a ser útiles, no como una curiosidad histórica, sino como una herramienta práctica y potente, especialmente en entornos de campo o talleres donde la tecnología digital no siempre es la mejor opción.
2. Ingeniería para todos: resuelve fórmulas complejas solo con una regla.
El beneficio más destacado de los nomogramas es su capacidad para democratizar el cálculo. Permiten que cualquier persona, independientemente de su formación matemática, pueda resolver ecuaciones complejas con gran precisión. Como señala un estudio reciente sobre su aplicación en ingeniería minera:
«Además, los nomogramas permiten que personas sin conocimientos previos resuelvan fórmulas complejas con una precisión adecuada».
Este enfoque es increíblemente poderoso. Elimina la barrera del conocimiento matemático avanzado y reduce drásticamente el riesgo de cometer errores al realizar cálculos manuales en tareas repetitivas. En la práctica, son más rápidos y fáciles de entender que los procedimientos analíticos tradicionales, ya que convierten un problema abstracto en una tarea visual sencilla.
3. A prueba de fallos: la robustez del papel frente a las pantallas.
En un mundo digital, la simplicidad del papel es una ventaja formidable. Los nomogramas destacan en entornos en los que los dispositivos electrónicos no son prácticos, como en operaciones de campo en minería, talleres mecánicos u obras. Sus ventajas son evidentes: son portátiles, resistentes y no necesitan electricidad ni conexión a internet.
Esta robustez los convierte en la herramienta ideal para realizar cálculos repetitivos sobre el terreno. Por ejemplo, un ingeniero de minas podría usar un nomograma impreso para determinar al instante el diseño correcto de una voladura, simplemente conectando líneas entre la densidad de la roca, la velocidad del explosivo y el diámetro de la perforación, y así reducir un cálculo complejo a una tarea visual simple y robusta sobre el papel.
4. El Renacimiento digital: cómo el código abierto revivió el nomograma.
Si los nomogramas son tan útiles, ¿por qué desaparecieron? Su principal inconveniente histórico no radicaba en su uso, sino en su creación. La parte más engorrosa era el dibujo matemático de las escalas graduadas, un proceso laborioso y especializado que probablemente fue una de las principales causas de su declive.
Aquí es donde entra en juego el software moderno. El resurgimiento de esta técnica se debe en gran parte a PyNomo y Nomogen, dos herramientas de código abierto basadas en Python. Fueron creadas por Leif Roschier y Trevor Blight, dos de los autores del estudio que ha inspirado este resurgimiento, que han unido así la experiencia académica con la programación moderna. Estas soluciones permiten a cualquier ingeniero o científico generar nomogramas complejos y precisos en cuestión de segundos, eliminando el obstáculo que los había hecho obsoletos.
5. Intuición visual: comprendiendo la relación entre las variables.
Además de su utilidad práctica, los nomogramas ofrecen una ventaja más sutil, pero profunda: fomentan la comprensión conceptual del problema. Mientras que una calculadora o un programa informático suelen funcionar como una «caja negra» que simplemente proporciona un resultado, un nomograma permite ver la relación entre las variables.
Esta visualización intrínseca de los datos permite una comprensión mucho más profunda. Al mover la isopleta (la regla) sobre el gráfico, un ingeniero puede desarrollar una intuición sobre cómo afecta un pequeño cambio en una variable a las demás, algo que se pierde al introducir simplemente números en un software. Por ello, se convierten en una poderosa herramienta didáctica.
Conclusión: lecciones de una sabiduría olvidada.
La historia del nomograma es un ejemplo fascinante de cómo las ideas del pasado pueden recuperar su relevancia gracias a la tecnología moderna. La combinación de una técnica de cálculo del siglo XVII con un software de código abierto del siglo XXI demuestra que no se trata solo de una reliquia, sino de una prueba de que las soluciones más simples y visuales pueden seguir siendo increíblemente valiosas.
Su regreso nos obliga a plantearnos una pregunta importante: en nuestra carrera constante hacia la digitalización, ¿qué otras herramientas analógicas e ingeniosas hemos olvidado que podrían ayudarnos a resolver los problemas del mañana?
Os dejo aquí una conversación en la que se tratan estos conceptos.
En este vídeo se resumen los conceptos más relevantes sobre los nomogramas.
Os dejo la comunicación que presentamos recientemente en el VII Congreso Nacional de Áridos. En ella se ilustran, proporcionan y explican detalladamente siete ejemplos originales de nomogramas que se utilizan para resolver ecuaciones comunes en la industria de la explotación de áridos, como el diseño de voladuras y la estimación de ratios de perforación.
MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; YEPES, V.; ROSCHIER, L.; BLIGHT, T.; BOULET, D.; PERALES, A. (2025). Elaboración y uso de nomogramas para el ámbito de las explotaciones de áridos. Introducción de los códigos abiertos Pynomo y Nomogen. Actas del VII Congreso Nacional de Áridos, Córdoba, pp. 1085-1100. ISBN 978-84-125559-2-9.
Figura 1. Esquema de Perforación Horizontal Dirigida
Todos conocemos la estampa: una calle principal cortada, el ensordecedor ruido de la maquinaria, el tráfico desviado durante semanas y zanjas abiertas que suponen un obstáculo constante. Estas son las molestias habituales de las obras urbanas tradicionales, una realidad que asumimos como necesaria para mantener y ampliar las infraestructuras que nos prestan servicio. Sin embargo, bajo nuestros pies se está produciendo una revolución silenciosa. Existe una forma de instalar tuberías esenciales para el agua, el gas, la electricidad o las telecomunicaciones sin que apenas nos demos cuenta: las «tecnologías sin zanja».
Una de las más revolucionarias es la Perforación Horizontal Dirigida (PHD). Aunque su trabajo es invisible, su impacto es monumental. Este artículo revela seis aspectos sorprendentes sobre el funcionamiento de esta tecnología que está transformando el subsuelo de nuestras ciudades de manera más inteligente, rápida y respetuosa con el medio ambiente.
Figura 2. Máquina de perforación horizontal ideada por Leonardo da Vinci, antes de 1495. Fuente: http://trenchless-australasia.com/
1. Una idea renacentista: sus orígenes se remontan a Leonardo da Vinci.
Cuando pensamos en una tecnología tan sofisticada, capaz de perforar kilómetros bajo tierra con precisión centimétrica, la asociamos instintivamente al siglo XXI. La realidad es mucho más sorprendente. La idea conceptual de una máquina de perforación horizontal fue concebida nada menos que por Leonardo da Vinci antes de 1495. Aunque tuvieron que pasar casi cinco siglos para que la tecnología madurara, la primera instalación moderna de PHD con una tubería de acero se llevó a cabo en 1971 para cruzar el río Pájaro, en California.
Es fascinante reflexionar sobre cómo una visión renacentista sentó las bases de una de las técnicas de construcción más avanzadas de nuestro tiempo. Este largo camino de innovación demuestra que a menudo las grandes ideas necesitan siglos para encontrar las herramientas adecuadas para hacerse realidad, conectando el genio de un artista del pasado con las necesidades de la ingeniería del futuro.
2. No se trata solo de evitar zanjas, sino de salvar la vida útil de nuestras ciudades.
El principal beneficio que se asocia a la PHD es la comodidad: evitar el caos de las zanjas abiertas. Sin embargo, su verdadero impacto es mucho más profundo y estratégico. El método tradicional de abrir y cerrar zanjas tiene un coste oculto devastador para nuestras infraestructuras. Según los expertos, la simple apertura de una zanja puede reducir la vida útil de un pavimento en un 30 %. Esto significa que las calles que deberían durar décadas se deterioran prematuramente, lo que obliga a realizar reparaciones costosas y constantes.
Por tanto, el beneficio de la PHD va mucho más allá de la simple conveniencia. Se trata de una decisión económica y ecológica fundamental. Al eliminar la necesidad de excavar, no solo se reducen los plazos de ejecución, el impacto ambiental y las restricciones de tráfico, sino que también se preserva la integridad de la infraestructura urbana existente. En última instancia, esto reduce los costes finales de la obra y protege una de las inversiones públicas más importantes: nuestras calles y carreteras.
3. No se perfora a ciegas, sino que se «navega» bajo tierra con precisión centimétrica.
Una de las ideas erróneas más comunes sobre la perforación horizontal dirigida (PHD) es imaginarla como un proceso de perforación «a ciegas». Nada más lejos de la realidad. La cabeza de perforación es, básicamente, un vehículo teledirigido que se «navega» bajo tierra con una precisión asombrosa. La trayectoria se controla en todo momento mediante sistemas de navegación avanzados, lo que permite alcanzar grandes longitudes con una precisión centimétrica.
«Walk-Over»: similar a un detector de metales muy avanzado, un operario camina por la superficie siguiendo la trayectoria de la cabeza perforadora en tiempo real.
«Wire-Line»: un cable en el interior de la sarta de perforación transmite la información de posición.
«Gyro Compass»: un sistema giroscópico, similar al utilizado en aeronáutica, permite una navegación autónoma sin necesidad de acceder a la superficie.
Tabla. Diferentes procedimientos de navegación de PHD (IbSTT, 2013).
Esta precisión no es un lujo, sino una necesidad crítica. No solo garantiza que la perforación llegue al punto de salida exacto, sino que también es fundamental para evitar dañar la maraña de servicios soterrados existente (cables de fibra óptica, tuberías de gas y conducciones de agua). Un error podría acarrear «desorbitados costes legales por daños a terceros», convirtiendo una obra eficiente en un desastre económico y de seguridad.
4. El héroe anónimo: El fluido de perforación es mucho más que «lodo».
En cualquier operación de PHD se puede observar un fluido espeso, que a menudo se denomina «mud» o lodo, que circula constantemente. Podría parecer un simple subproducto, pero en realidad es uno de los componentes con mayor ingeniería de todo el proceso y el verdadero héroe anónimo de la operación, ya que cumple cinco funciones cruciales e irremplazables. Su composición se diseña específicamente para la geología del terreno que se va a atravesar y cumple cinco funciones cruciales e irremplazables:
Refrigerar las herramientas de corte, que giran a gran velocidad y generan una intensa fricción.
Ayudar en el corte del terreno gracias a la alta presión con la que se inyecta (efecto hidrojet).
Transportar los detritos (el material excavado) fuera del túnel y mantenerlo limpio.
Lubricar tanto la sarta de perforación como la tubería final durante su instalación.
Contener y mantener estables las paredes de la perforación, creando una especie de «revestimiento» temporal que evita derrumbes.
Sin este fluido multifuncional, la técnica sería inviable. Garantiza la estabilidad del túnel, la eficiencia del corte y el éxito de la instalación de la tubería.
Figura 3. Escariador. Imágen de Catalana de Perforacions
5. La paradoja de la rapidez: el éxito depende de una planificación meticulosa.
Una de las grandes ventajas de la PHD es su rapidez de ejecución en comparación con los métodos tradicionales. Sin embargo, esta rapidez en la fase de obra es el resultado de una fase de preparación extraordinariamente exhaustiva. En el sector se utiliza una proporción muy reveladora: «1 día de trabajo, 2 de planificación». El éxito no se improvisa, se diseña.
Antes de que entre en funcionamiento la primera máquina, es imprescindible valorar la viabilidad del proyecto mediante estudios previos. Estos incluyen análisis topográficos detallados y, fundamentalmente, estudios geológicos exhaustivos para conocer a la perfección el subsuelo. Estos estudios, realizados por geólogos expertos en la técnica PHD, pueden incluir perforaciones de investigación, prospecciones geofísicas (como el georradar para detectar servicios enterrados) y pruebas de laboratorio de los materiales del terreno. El objetivo es claro: reducir los riesgos de construcción al mínimo y anticiparse a cualquier obstáculo o cambio en el terreno antes de empezar a perforar. Esta fase de preparación es la que garantiza que la «navegación» subterránea sea un éxito y no un desastre, y evita precisamente los «desorbitados costes legales» que se producirían al dañar servicios existentes.
6. Mucho más que tuberías: creando tomas de agua que protegen los ecosistemas marinos.
Si bien la PHD es una aliada clave en entornos urbanos, algunas de sus aplicaciones más innovadoras y con mayor impacto se encuentran en la protección de ecosistemas sensibles. Dos ejemplos de ello son las tecnologías «APPROACH» y «NEODREN®», que utilizan la PHD como herramienta de ingeniería medioambiental.
APPROACH permite realizar conexiones tierra-mar, como emisarios o tomas de agua, sin dañar la zona intermareal y submarina vulnerable. La perforación se realiza desde tierra firme y sale directamente en el punto deseado del fondo marino, evitando así cualquier tipo de excavación en la costa o en el lecho marino.
NEODREN® es un sistema revolucionario de captación de agua marina. Su genialidad consiste en que, en lugar de una simple toma de agua marina, convierte el propio subsuelo marino en una planta de filtración natural. Se instalan múltiples drenes horizontales desde la costa hasta una capa permeable bajo el lecho marino. Estos drenes funcionan como un pozo de alto volumen que extrae agua de mar después de que esta se haya filtrado lentamente a través de la arena y las rocas, «consiguiéndose un agua de alta calidad, sin turbidez y de caudal constante», ideal para plantas desalinizadoras. Este método elimina por completo la necesidad de realizar excavaciones en el fondo marino.
Figura 4. Neodren®. https://www.catalanadeperforacions.com/es/soluciones/sistema-neodren/neodren-captacion-de-agua-marina/
El impacto ecológico de estas aplicaciones es enorme, tal y como lo resumen los expertos, al ser una técnica subterránea, se evita trabajar en la zona marítima, que es de difícil maniobra y siempre está expuesta a daños causados por temporales, al mismo tiempo que se protegen zonas de especial valor ecológico, como las praderas de posidonia. Así, la PHD trasciende su papel como técnica de construcción para convertirse en una herramienta que permite desarrollar infraestructuras críticas en perfecta armonía con el entorno y proteger los ecosistemas que antes se sacrificaban en nombre del progreso.
Conclusión: la próxima frontera de la construcción ya está aquí.
La perforación horizontal dirigida es mucho más que un método ingenioso para evitar zanjas. Se trata de una disciplina de alta tecnología con una historia sorprendente, una precisión casi quirúrgica y aplicaciones innovadoras que están redefiniendo la construcción moderna. Nos muestra que el futuro de la infraestructura no radica en dominar la superficie, sino en trabajar de manera inteligente y respetuosa con el entorno que se encuentra debajo, lo que hace que nuestras ciudades y costas sean más eficientes, resilientes y sostenibles.
La próxima vez que camines por una calle sin obras ni atascos o disfrutes de una playa virgen, ¿te preguntarás qué maravillas de la ingeniería se están construyendo silenciosamente bajo tus pies?
A continuación, dejo un audio donde se habla del PHD.
También os dejo este vídeo, donde se resumen conceptos importantes. No obstante, en este blog encontrarás muchos más vídeos y artículos sobre este tema de tanto interés.
Referencias:
Allouche, E., Ariaratnam, S., and Lueke, J. (2000). Horizontal Directional Drilling: Profile of an Emerging Industry. Journal of Construction Engineering and Management, Volume 126, No. 1, pp. 68–76.
Ariaratnam, S. T., and Allouche, E. N. (2000). Suggested practices for installations using horizontal directional drilling. Practice Periodical on Structural Design and Construction, Volume 5, No. 4, pp. 142-149.
Ariaratnam, S. T., and Proszek, J. (2006). Legal consequences of damages to underground facilities by horizontal directional drilling. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, Volume 132, No. 4, pp. 342-354.
IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
Jaganathan, A. P., Shah, J. N., Allouche, E. N., Kieba, M., and Ziolkowski, C. J. (2011). Modeling of an obstacle detection sensor for horizontal directional drilling (HDD) operations. Automation in Construction, Volume 20, No. 8, pp. 1079-1086.
Lubrecht, M. D. (2012). Horizontal directional drilling: A green and sustainable technology for site remediation. Environmental Science & Technology, Volume 46, No. 5, pp. 2484-2489.
Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.
Figura 1. Desencofrado en paso superior. Pista de Silla (Valencia). Imagen: V. Yepes
1. Introducción a los pasos superiores pretensados.
Los pasos superiores pretensados construidos in situ constituyen una de las soluciones estructurales más extendidas y fiables para el desarrollo de obras lineales, como carreteras y ferrocarriles, en España. Su prevalencia se debe a una combinación de eficiencia estructural, robustez y notable capacidad de adaptación a las geometrías de cruce requeridas por la infraestructura moderna.
Estas estructuras se definen por una serie de características geométricas fundamentales que optimizan su comportamiento y coste.
Relación canto/luz: La esbeltez del tablero es un indicador clave de su eficiencia. Esta relación se obtiene dividiendo el canto entre la distancia entre apoyos (luz). Por lo general, esta proporción es de aproximadamente 1/25, aunque puede llegar a un límite práctico de 1/30 cuando existen restricciones severas de gálibo vertical. Superar este umbral conduce a diseños que requieren un pretensado excesivo, lo que invalida la eficiencia del concepto estructural y obliga a replantear el diseño por completo.
Configuraciones de vanos: La disposición de los vanos se adapta al obstáculo que hay que salvar, lo que da lugar a configuraciones estandarizadas por la práctica. En autovías, las configuraciones más comunes responden a una lógica funcional:
Dos vanos (por ejemplo, 30-30 m): configuración ideal para autovías de doble calzada, ya que se aprovecha la mediana central para ubicar una pila de apoyo.
Tres vanos (por ejemplo, 20-36-20 m): trazado común para salvar obstáculos más anchos cuando no es factible o deseable una pila central.
Cuatro vanos (por ejemplo, 12-18-18-12 m): solución para cruces amplios que requieren una distribución de apoyos más regular.
Cuando el cruce es esviado (no es perpendicular), las luces aumentan para mantener los gálibos, lo que puede llevar a configuraciones como 14-20-20-14 m. En las líneas de alta velocidad (AVE), son habituales los puentes de tres vanos con luces de 12-17-12 m.
Tipos de estribos: Los estribos, apoyos extremos del puente, pueden ser abiertos o cerrados. Se desaconseja rigurosamente el uso de estribos flotantes en tableros hiperestáticos (continuos sobre múltiples apoyos) debido al elevado riesgo de asientos diferenciales en el terraplén, fenómeno para el que estas estructuras no están preparadas y que comprometería gravemente su integridad.
La preferencia por las soluciones construidas in situ frente a las prefabricadas se debe principalmente a su mejor comportamiento frente a impactos accidentales de vehículos que exceden el gálibo permitido. Su capacidad para redistribuir cargas imprevistas les confiere una resiliencia intrínseca, fundamental para garantizar la seguridad a largo plazo de la infraestructura.
El éxito de estas estructuras depende de una ejecución meticulosa en cada fase. A continuación, se detallará el proceso constructivo, comenzando por los cimientos de la obra: la ejecución de los alzados.
2. Construcción de cimentaciones y alzados (pilas y estribos).
Los alzados del puente (pilas y estribos) representan entre el 30 % y el 50 % del coste total de la estructura y constituyen un componente crítico. Su correcta ejecución, desde la cimentación hasta la coronación, es la garantía fundamental de la estabilidad global y de la transmisión adecuada de las cargas al terreno.
El proceso comienza con la construcción de las cimentaciones, siguiendo una secuencia rigurosa:
Excavación y verificación geotécnica: Se excava el terreno hasta la cota de cimentación definida en el proyecto. En este punto, es fundamental comprobar que el terreno de apoyo real posee las características de resistencia contempladas en el cálculo. Si el estrato esperado no se encuentra a la cota prevista, se debe profundizar la excavación hasta dar con él y rellenar el excedente de profundidad con hormigón pobre. Si el terreno adecuado no aparece, hay que detenerse y reconsiderar el diseño de la cimentación. Una práctica constructiva recomendable consiste en realizar una sobreexcavación de unos 5 cm para que el hormigón, que podría contaminarse con material de las paredes, quede fuera del recubrimiento estructural.
Hormigón de limpieza y armaduras de zapata: Sobre el terreno verificado, se vierte una capa de hormigón de limpieza de entre 10 y 15 cm de espesor. Su función es crear una superficie de trabajo nivelada y limpia, esencial para el montaje correcto de las armaduras pasivas de la zapata. A continuación, se colocan las mallas inferior y superior de armadura, separadas entre sí por barras denominadas «pates», que garantizan la geometría y permiten el tránsito de los operarios sin deformar la armadura.
Figura 2. Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes
Una vez completada la cimentación, se procede a la ejecución de los soportes, como en el caso de un estribo abierto:
Montaje de armaduras y encofrados: Se coloca la armadura pasiva del soporte, que suele llegar premontada desde el taller. A continuación, se instalan los encofrados, que suelen ser metálicos en el caso de los paramentos no vistos. Estos se aploman y se arriostran con puntales inclinados para garantizar su estabilidad frente a la presión hidrostática del hormigón fresco.
Hormigonado de soportes: El hormigonado se realiza con un cubilote y una manguera que desciende hasta el fondo del encofrado para evitar la segregación del hormigón al caer desde gran altura. Se utiliza hormigón tipo HA-25 y se vibra en capas de unos 30 cm para asegurar una compactación homogénea.
Desencofrado: El encofrado se retira normalmente a las 24 horas. El acabado superficial de estos paramentos no vistos suele ser de calidad básica, ya que quedarán cubiertos por el relleno de tierras.
Una vez ejecutados los soportes, se procede al relleno de tierras en la parte trasera del estribo. Esta operación requiere una compactación rigurosa para evitar desprendimientos futuros bajo las cargas de tráfico. Es fundamental coordinar esta tarea con la construcción del cargadero, es decir, la viga de coronación que une los soportes. En la práctica, la coordinación entre los equipos de movimiento de tierras y los de estructuras suele ser un punto conflictivo, pero es imprescindible compactar el relleno antes de hormigonar el cargadero para poder acceder con la maquinaria de compactación.
En paralelo, se construyen las pilas intermedias. Un ejemplo común son las pilas circulares, que se ejecutan con encofrados metálicos semicirculares que se ensamblan para formar los diámetros más frecuentes: 1,00 m o 1,20 m.
Una vez finalizados los alzados, la obra está preparada para la siguiente fase crucial: el montaje de la estructura auxiliar que soportará el tablero.
3. Sistemas de cimbrado y encofrado del tablero.
La ejecución del tablero in situ requiere un sistema de soporte temporal robusto y preciso. Este sistema está compuesto por dos elementos funcionalmente distintos: la cimbra, que es la estructura de apoyo global que transmite las cargas al terreno, y el encofrado, que es el molde en contacto directo con el hormigón y que le confiere su geometría final. A continuación, se analizan las dos metodologías principales empleadas.
3.1 Método 1: cimbra tubular con encofrado de madera.
Este es el sistema más tradicional y versátil. La cimbra tubular (tipo PAL) está formada por torres de perfiles huecos de planta cuadrada o triangular que cubren toda la superficie inferior del tablero. Su montaje, realizado por una cuadrilla de cinco personas, suele durar una semana.
La seguridad y estabilidad de este sistema dependen de varios factores críticos:
Estabilidad y arriostramiento: Para evitar el colapso «en castillo de naipes», es imprescindible escalonar los terraplenes laterales de los vanos extremos y conectar las torres entre sí mediante barras de arriostramiento longitudinales y transversales.
Cimentación y apoyo: La cimbra requiere un terreno con una tensión admisible mínima de 0,10 MPa. Para cumplir este requisito, suele mejorarse el terreno con una capa de grava-cemento y se reparten las cargas de las torres mediante tableros de madera longitudinales o zapatas individuales bajo cada pie.
Drenaje: Una gestión deficiente de las aguas torrenciales puede erosionar el terreno de apoyo y provocar el desplome de la cimbra, por lo que el control de estas aguas es un aspecto fundamental de la seguridad.
Figura 3. Cimbra con torres modulares. Imagen: V. Yepes
Sobre la cimbra tubular se monta el encofrado de madera, cuyo montaje puede llevar de una a tres semanas:
Nivelación y ajuste fino: En la parte superior de cada torre hay husillos de nivelación que permiten ajustar la cota del encofrado con precisión milimétrica. Un aspecto notable de estos diseños es la omisión deliberada de la contraflecha (curvatura ascendente). Esto es posible porque la flecha descendente debida al peso propio y la contraflecha ascendente generada por el pretensado tienen magnitudes similares y se anulan mutuamente, lo que caracteriza un diseño de pretensado eficiente.
Componentes del encofrado: El sistema está compuesto por largueros (vigas longitudinales apoyadas en los husillos), costillas (elementos transversales que dan forma a la sección) y el forro de tabla, que es la superficie en contacto directo con el hormigón.
Elementos específicos: Se deben ejecutar encofrados particulares para elementos como los dados de apoyo sobre los neoprenos y los cajetines de los anclajes del sistema de pretensado.
3.2. Método 2: cimbra industrial con encofrado metálico.
Este sistema es una alternativa más moderna y rápida. Consiste en torres de carga metálicas de alta capacidad, separadas aproximadamente cada 12 metros, sobre las cuales se apoyan vigas en celosía que sostienen los paneles de encofrado metálicos.
Figura 4. Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes
Las particularidades de este sistema frente al método tradicional son:
Cimentación: Cada pareja de torres puede soportar cargas de hasta 250 toneladas, por lo que es necesario construir zapatas de hormigón armado de unos 40 cm de espesor. Si el terreno no es adecuado, puede ser necesario realizar pilotajes en estas cimentaciones temporales.
Ventajas: Su principal ventaja es la rapidez de montaje, ya que permite alcanzar ciclos de hormigonado de un tablero al mes. Además, su diseño diáfano permite mantener el paso de los vehículos por debajo de la estructura durante la construcción.
Calidad de acabado: El acabado superficial que deja el encofrado metálico suele ser de peor calidad estética que el de la madera. Para mejorarlo, se pueden aplicar tratamientos al hormigón para dejar el árido visto.
Descimbrado: A diferencia del sistema tubular, el descimbrado se realiza mediante gatos de tornillo situados en la base de las torres, que permiten descender toda la estructura de forma controlada.
Una vez completado el montaje de la cimbra y el encofrado, la estructura está lista para recibir el esqueleto de acero que le conferirá su resistencia.
4. Colocación de armaduras pasivas y activas.
Esta fase consiste en montar el entramado de acero que reforzará el hormigón. Existen dos tipos de armaduras con funciones diferentes: las pasivas, que absorben esfuerzos locales y controlan la fisuración, y las activas, que conforman el sistema de pretensado que proporciona la capacidad portante principal del puente.
Las armaduras pasivas presentan una cuantía que oscila entre 50 y 70 kg/m² de tablero, mientras que las armaduras activas tienen una cuantía menor, que varía entre 12 y 25 kg/m.
Figura 5. Aligeramientos de poliestireno entre armaduras pasivas.
El proceso de montaje se desarrolla de la siguiente manera:
Montaje de armaduras pasivas: Las barras de acero llegan a la obra cortadas y dobladas desde el taller. El montaje comienza con las armaduras transversales («barcas») y las barras maestras longitudinales, con las que se construye un armazón base estable. Una zona que requiere especial atención es el diafragma de estribos (riostra de estribos), una viga transversal integrada diseñada para distribuir las inmensas fuerzas concentradas de los anclajes del pretensado (de hasta 4548 toneladas) en el cuerpo del tablero. El armado en esta zona debe ser extremadamente denso; un armado deficiente podría provocar la rotura del hormigón durante el pretensado. No se trata de una preocupación teórica. En España se han producido accidentes mortales debido a un armado inadecuado en las zonas de anclaje. Por este motivo, considero que la revisión de este detalle específico del armado es uno de los puntos de control más críticos de todo el proceso constructivo.
Colocación de aligeramientos de poliestireno (porexpan): Para optimizar la sección, se emplean bloques de poliestireno como aligeramientos internos. Su función estructural consiste en mejorar la relación inercia/área, al reducir el peso propio y aumentar la eficiencia del pretensado. Estos bloques tienden a flotar en el hormigón fresco. Para evitarlo, se sujetan con barras de acero superiores y transversales. Aun así, la fuerza ascensional es tan elevada que obliga a hormigonar el tablero en tongadas.
Instalación de armaduras activas (pretensado):
Trazado de las vainas: Se colocan las vainas (tubos metálicos corrugados) que alojarán los cables. Su trazado se realiza siguiendo la ley de momentos flectores: se colocan en la parte superior del tablero, sobre los apoyos, y en la parte inferior, en el centro de los vanos, con una tolerancia de colocación de solo 1 cm. Es crucial garantizar un espacio horizontal mínimo de 5 a 6 cm entre las vainas, especialmente en vanos y sobre pilas. Si las vainas quedan alineadas verticalmente, las fuerzas radiales del pretensado pueden generar tracciones que rompan el hormigón entre ellas.
Tubos de purga: En los puntos más altos del trazado (generalmente, sobre las pilas) se instalan tubos de purga. Estos tubos son fundamentales para permitir la salida del aire durante la inyección posterior de mortero, lo que garantiza la protección completa del acero y la durabilidad del puente.
Enfilado de torones: El día antes del hormigonado, los torones de acero se enfilan en las vainas mediante una enfiladora mecánica, dejando un metro de cable sobrante en cada extremo para el anclaje del gato de tesado.
Figura 6. Enfilando cables de pretensado. Youtube.
Tras el meticuloso ensamblaje e inspección de las armaduras, se alcanza el punto de no retorno: el vertido monolítico que dará al puente su forma definitiva.
5. Hormigonado del tablero.
El hormigonado del tablero es una de las fases más críticas y logísticamente complejas. Debe ejecutarse de forma continua, de principio a fin y sin juntas de construcción, para garantizar la integridad monolítica de la estructura.
Una planificación logística adecuada es fundamental para garantizar un hormigonado ininterrumpido:
Volumen y suministro: Se manejan volúmenes de entre 300 y 700 m³, normalmente de hormigón HP-35. Para evitar paradas, la estrategia habitual consiste en contratar el suministro de dos plantas diferentes, de modo que una pueda cubrir a la otra en caso de avería.
Equipos: Es indispensable contar con una bomba de hormigón de repuesto en la obra para sustituir de inmediato la principal en caso de fallo.
Condiciones ambientales: La operación se pospone ante riesgo de heladas o si las temperaturas superan los 40 °C. No obstante, una vez iniciado, el hormigonado debe continuar incluso si comienza a llover.
Figura 7. Hormigonado del tablero. https://economis.com.ar/puente-san-francisco-en-andresito-se-avanzo-con-el-hormigonado-del-tablero/
El proceso de ejecución en obra se realiza con un estricto control de calidad:
Técnica de vertido en tongadas: Para evitar la flotación de los aligeramientos de poliestireno, el hormigonado se realiza en tres capas o tongadas sucesivas: primero la losa inferior, luego las almas y, por último, la losa superior. Es fundamental que el vibrador penetre en la capa anterior para asegurar un vínculo monolítico y evitar juntas frías entre vertidos.
Control de calidad del hormigón: Se comprueba la consistencia del hormigón con el cono de Abrams y se toman muestras cilíndricas (aproximadamente seis por cada tercio de las cubas) para realizar ensayos de rotura en el laboratorio y confirmar que la resistencia alcanza los valores requeridos a los 7 y 28 días.
La cuadrilla de trabajo se guía por «tochos», barras con marcas de cota establecidas según la topografía, para garantizar que la superficie final del tablero tenga la geometría exacta definida en los planos.
Cuando el hormigón alcanza la resistencia necesaria, se somete la estructura a su primera prueba de carga real: el pretensado.
6. Operaciones de pretensado del tablero.
Figura 8. Tesado de los cables.
El tesado de los cables es la operación estructuralmente más crítica, ya que somete al puente a una de sus situaciones de carga más exigentes: la combinación del pretensado máximo con únicamente el peso propio de la estructura.
Para llevar a cabo el tesado, deben cumplirse unos requisitos previos:
Resistencia del hormigón: El hormigón debe alcanzar una resistencia mínima especificada de 27,5 MPa para el hormigón HP-35. Este valor, que suele alcanzarse a los siete días, es necesario para que el hormigón soporte las altas cargas concentradas en los anclajes y para limitar las pérdidas de pretensado a largo plazo.
Equipo de tesado: El equipo consta de un gato de pretensado, una centralita hidráulica y un grupo electrógeno.
El procedimiento de tesado de cada tendón, que dura aproximadamente 45 minutos, sigue una secuencia metódica:
Secuencia: El tesado sigue un orden definido en los planos, generalmente desde los tendones centrales hacia los extremos para mantener la simetría de las cargas.
Preparación: Se enfilan los bloques de anclaje («quesos») y se colocan las cuñas cónicas que los bloquearán.
Aplicación de carga y control dual: Se aplica la presión hidráulica al gato de forma gradual. La correcta aplicación de la fuerza se verifica mediante un doble control: se mide la presión en el manómetro y, simultáneamente, el alargamiento real del cable.
Criterio de aceptación: El tesado se considera correcto si la desviación media entre el alargamiento real y el teórico es inferior al 5 %. Si la discrepancia es mayor, el primer paso es reevaluar el alargamiento teórico utilizando el módulo de elasticidad real del acero, obtenido de los ensayos de control de calidad, ya que esta es una causa frecuente de disparidad.
Tras tesar desde un extremo, se repite la operación desde el otro; el alargamiento total es la suma de ambos. Una vez aprobado el tesado, se cortan los sobrantes de los torones y se puede proceder al descimbrado.
Para garantizar la durabilidad a largo plazo de la armadura activa, es imprescindible realizar la siguiente operación: la inyección de las vainas.
7. Inyección de vainas.
La inyección consiste en rellenar los conductos (vainas) que alojan los cables de pretensado con un mortero específico. Cumple dos funciones fundamentales:
Protección contra la corrosión: El mortero aísla las armaduras activas del ambiente exterior, lo que previene su oxidación.
Adherencia: La inyección crea un vínculo mecánico sólido entre la armadura activa y el hormigón circundante.
El procedimiento se realiza de la siguiente manera:
Equipo y mezcla: Se utiliza una amasadora y una bomba de inyección. Está prohibido amasar a mano.
Proceso de relleno: El mortero se inyecta a presión (aproximadamente 0,50 N/mm²) desde un extremo de la vaina.
Purga de aire: A medida que el mortero avanza, se abren los tubos de purga en los puntos más altos para expulsar el aire atrapado. No se cierran hasta que por el tubo emane un «chorro sólido de inyección». Este paso es absolutamente crítico. Una inyección deficiente con aire ocluido «puede dar lugar, en un plazo de 10 a 20 años, a la corrosión de las armaduras activas y al desplome del puente».
Una vez asegurada la integridad estructural interna, se procede a las fases de acabado exterior y de superestructura.
8. Acabados y superestructura.
Esta fase incluye todos los trabajos destinados a la finalización estética y funcional del puente, desde el tratamiento de las superficies de hormigón hasta la instalación de los elementos de circulación.
La calidad de los acabados del hormigón visto depende directamente del tipo de encofrado utilizado:
Encofrado de madera: Proporciona un acabado de alta calidad que deja marcada la veta de la tabla y es ideal para entornos urbanos. Para mantener esta calidad, suele limitarse el número de usos. Si se busca la máxima calidad, suele exigirse madera de primera puesta.
Encofrado metálico: Puede dejar acabados de menor calidad, con marcas visibles en las juntas y manchas si no se toman precauciones.
Desde el punto de vista estético, la esbeltez del puente (con una relación luz/canto de 27,5, por ejemplo) es uno de sus principales atributos. Para preservar la elegancia visual que aporta la esbeltez del tablero, debe evitarse el uso de parapetos de hormigón macizo. Estos añaden un volumen visual que contradice la eficiencia estructural del diseño. Las barandillas metálicas abiertas son la opción más apropiada para mantener la estética deseada.
Finalmente, se ejecutan los elementos de la superestructura.
Aceras: Se forman mediante un bordillo, una solera de hormigón in situ y una imposta lateral. Es fundamental que dispongan de armaduras de conexión con el tablero que resistan los impactos de los vehículos sin desprenderse.
Otros elementos: La construcción se completa con la colocación del firme (pavimento asfáltico) y de las juntas de calzada en los estribos.
Una vez terminada la superestructura, el puente está listo para su validación final mediante la prueba de carga.
9. Prueba de carga.
La prueba de carga es la fase final y obligatoria para todos los puentes con una luz superior a 12 metros en España. Su objetivo es verificar experimentalmente el comportamiento real de la estructura y comprobar que este se corresponde con las previsiones del cálculo antes de su puesta en servicio.
Figura 9. Prueba de carga. https://www.laensa.com/prueba-carga-se40/
La prueba se diseña y ejecuta siguiendo estas pautas:
Objetivo y configuración: El propósito es someter al puente a un tren de cargas que genere esfuerzos cercanos al 70 % de los del tren de cargas del proyecto. Por ejemplo, para un puente cuyo tren de cargas de proyecto suma 348 toneladas, una prueba típica podría emplear ocho camiones de 30 toneladas cada uno, que sumarían 240 toneladas..
Estados de carga: Los camiones se disponen en distintas configuraciones diseñadas para provocar el máximo efecto en las secciones críticas: por ejemplo, en el centro de un vano para generar el máximo momento flector positivo o sobre las pilas para generar el máximo momento flector negativo.
Durante la prueba, se aplica un estricto criterio de aceptación:
Medición de deformaciones: Los desplazamientos verticales (flechas) del tablero se miden con gran precisión mediante pértigas y relojes comparadores.
Resultados típicos: La experiencia demuestra que las flechas medidas suelen representar aproximadamente el 85 % de las teóricas calculadas.
Ciclo de carga y descarga: Se mide la posición en vacío, con carga instantánea, con carga estabilizada y tras la descarga. Para que la prueba se considere satisfactoria, la recuperación de la flecha tras la descarga debe superar el 90 % de la deformación total medida.
La superación de la prueba de carga no es un mero trámite final, sino la validación final de un proceso riguroso. Representa la confirmación de que la intención del diseño se ha traducido meticulosamente en la realidad física mediante una ejecución disciplinada en cada etapa previa. El resultado se documenta en un acta oficial y el paso superior queda listo para entrar en servicio.
1. ¿Qué es la compactación y por qué es importante?
La compactación de suelos es el proceso de aumentar la densidad de un terreno aplicando energía mecánica. En términos sencillos, consiste en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Al reducir los vacíos de aire en el suelo, se aumenta su resistencia, se reduce su capacidad de deformación y se disminuye su permeabilidad.
El objetivo principal de la compactación es mejorar las propiedades geotécnicas del suelo para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras construidas sobre él, como carreteras, edificios o presas. La elección del equipo y del método de compactación no es universal, sino que depende de factores clave como la naturaleza del terreno, su contenido de humedad y la función que desempeñará el relleno compactado.
Para seleccionar y utilizar correctamente estos equipos, es esencial comprender los principios fundamentales que rigen su funcionamiento.
Figura 1. Distintos tipos de compactadores. https://www.noticiasmaquinaria.com/nuevos-modelos-de-la-serie-de-rodillos-tandem-de-hamm-en-conexpo/
2. Los cuatro esfuerzos elementales de la compactación.
Toda la maquinaria de compactación, desde un pequeño pisón manual hasta un rodillo de varias toneladas, aplica una combinación de cuatro esfuerzos básicos para densificar el suelo. Comprender estos mecanismos es el primer paso para dominar el proceso.
Tipo de esfuerzo
Mecanismo y efecto principal
Estático vertical
Aplica el peso de la máquina para comprimir el suelo. Produce tensiones fundamentalmente verticales que aprietan las partículas entre sí.
Amasado
Genera tensiones en múltiples direcciones, «amasando» el suelo para reordenar partículas. Es especialmente útil para romper terrones en suelos cohesivos.
Impacto
Aplica una fuerza súbita que propaga una onda de presión, alcanzando mayor profundidad que el esfuerzo estático.
Vibratorio
Aplica una sucesión rápida de impactos que reduce la fricción interna entre partículas, facilitando su reacomodo en una configuración más densa.
Es importante destacar que el tipo de esfuerzo aplicado influye directamente en la estructura final de las partículas del suelo. Un terreno más compactado presenta partículas más orientadas y ordenadas (menos «floculadas»). El efecto de ordenamiento es progresivamente mayor al aplicar esfuerzos en el siguiente orden: estático, vibratorio, de impacto y, por último, de amasado.
Ahora que conocemos la teoría que hay detrás de la compactación, podemos explorar los equipos que aplican estos esfuerzos en la práctica.
3. Tipos principales de equipos de compactación.
Los equipos de compactación se pueden clasificar según el principio de trabajo predominante que utilizan: la fuerza estática de su propio peso o la energía dinámica de la vibración.
3.1. Compactadores estáticos: la fuerza del peso.
Estos equipos dependen principalmente de su peso para compactar el suelo.
Principio de funcionamiento: utilizan cilindros metálicos lisos para aplicar presión estática. Su mecanismo de compactación es «de arriba hacia abajo», por lo que la capa superior recibe la mayor energía.
Suelos adecuados: arenas y gravas bien graduadas, limos y arcillas de baja plasticidad. No se recomiendan para arenas uniformes o arcillas blandas.
Limitación principal: existe el riesgo de compactar en exceso la superficie y crear una costra rígida conocida como «encarpetamiento», mientras que las capas inferiores quedan menos densas.
Figura 2. Apisonadora estática de rodillo liso tipo triciclo. Imagen: V. Yepes
3.1.2. Compactadores de patas apisonadoras («pata de cabra»)
Principio de funcionamiento: en lugar de un rodillo liso, utilizan cilindros con múltiples «patas» o salientes que penetran en el suelo. Esto concentra la presión y compacta el terreno «de abajo hacia arriba».
Suelos adecuados: son especialmente efectivos en arenas y gravas con más del 20% de finos, así como en la mayoría de los suelos de grano fino (suelos limo-arcillosos, arenas limosas y arcillosas).
Ventaja principal: la acción de las patas rompe los terrones y grumos del suelo, a la vez que mejora la trabazón (unión) entre las sucesivas capas de material compactado.
Figura 3. Rodillo remolcado pata de cabra. Imagen: V. Yepes (2021)
Principio de funcionamiento: combinan el esfuerzo estático de su peso con el efecto de amasado que se produce por la deformación de sus neumáticos de goma, un proceso que reordena las partículas sin romperlas ni aplastarlas.
Suelos adecuados: son eficaces en suelos algo cohesivos y rellenos de limos poco plásticos.
Ventaja clave: son muy versátiles. Se puede ajustar su efecto modificando dos variables principales:
Aumentar la presión de inflado: incrementa la compactación en la superficie.
Aumentar la carga por rueda: aumenta el efecto de compactación en profundidad.
Figura 4. Compactador con neumáticos con dibujo. http://www.corinsa.es/tecnologia/compactacion/compactacion-de-tierras/
Estos equipos añaden una fuerza dinámica a su peso estático, lo que los hace extremadamente eficientes.
3.2.1. Principio de funcionamiento
Mecanismo: la vibración de un cilindro o una placa, lo que elimina en gran medida la fricción interna entre las partículas del suelo. Así, las partículas se reordenan y alcanzan una mayor densidad con menos esfuerzo y en capas de mayor espesor. Es especialmente eficaz en terrenos granulares (arenas y gravas). Para hacerse una idea de su eficacia, la acción de un rodillo vibrante puede equivaler a la de un rodillo estático mucho más pesado: hasta ocho veces en suelos cohesivos y hasta doce veces en gravas y escolleras.
Regla de oro para su uso:
Materiales granulares (arenas, gravas): se compactan mejor con frecuencia alta y amplitud reducida.
Materiales cohesivos (arcillas, limos): prefieren más amplitud y menor frecuencia.
3.2.2. Tipos más comunes
Existen diversos modelos: los monocilíndricos (con rodillo liso o de patas), los de dos rodillos (tándem) y los mixtos (un rodillo y ruedas neumáticas). De todos ellos, los monocilíndricos autopropulsados son los más versátiles en la mayoría de las obras de movimiento de tierras.
Figura 5. Rodillo compactador vibratorio hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html
3.3. Equipos para trabajos específicos
Para tareas específicas o en áreas de difícil acceso, se utilizan equipos más especializados.
Son máquinas de pequeño tamaño que son guiadas por un operario. Su principal ventaja es que pueden trabajar en espacios reducidos a los que no pueden acceder máquinas más grandes, por ejemplo, en la compactación de rellenos en zanjas o trasdoses de muros.
Este sistema es una alternativa más intensa que los rodillos vibratorios convencionales. Utiliza rodillos de perfil irregular (no cilíndricos) que, al girar a gran velocidad, generan impactos de alta energía. Su principal ventaja es la profundidad de su efecto, que puede alcanzar hasta cuatro o cinco metros.
Figura 6. Compactador de impacto de gran energía.
Una vez conocidos los tipos de equipos disponibles, el siguiente paso lógico es aprender a decidir cuál es el más adecuado para cada situación.
4. ¿Cómo elegir el equipo de compactación adecuado?
La elección del compactador no tiene una solución única, ya que depende de múltiples factores y, en última instancia, es una decisión económica. No obstante, para poder tomar una decisión técnica fundamentada, hay que tener en cuenta tres factores determinantes:
La naturaleza del material: es el factor más importante. Los suelos se pueden clasificar en tres grandes grupos:
Suelos finos: limos y arcillas.
Suelos de grano grueso: arenas y gravas.
Pedraplenes: materiales rocosos.
El estado del material: principalmente, su contenido de humedad. La humedad actúa como un lubricante entre partículas, pero un exceso o defecto puede dificultar enormemente la compactación.
El volumen, la forma de la zona a compactar y el ritmo de la obra: Un área grande y abierta permite el uso de máquinas de alto rendimiento. De hecho, suelen elegirse compactadores con una capacidad de producción superior a la de los equipos de excavación y transporte, para evitar que la compactación se convierta en un «cuello de botella» que retrase todo el proyecto.
La siguiente tabla ofrece una guía simplificada para la selección inicial del equipo en función del tipo de suelo.
Guía rápida para la selección de equipos por tipo de suelo.
Tipo de suelo
Equipos recomendados
Consideración clave
Suelos finos (limos y arcillas)
• Compactadores de patas apisonadoras
• Compactadores de neumáticos
El control preciso de la humedad es fundamental. Estos suelos son sensibles a un exceso o defecto de agua.
Suelos de grano grueso (arenas y gravas)
• Rodillos vibratorios
• Compactadores de neumáticos pesados
La vibración es extremadamente efectiva para reordenar las partículas en este tipo de material.
Pedraplenes (roca)
• Equipos vibratorios pesados (más de 10 toneladas)
Se necesita una gran energía de compactación debido al gran tamaño de los elementos rocosos.
Elegir el equipo adecuado no solo garantiza que se alcancen las especificaciones de densidad, sino que también optimiza el rendimiento y los costes del proyecto.
5. Conclusión: principios clave para el éxito de una compactación.
La compactación es una de las operaciones más importantes en la construcción, ya que de ella dependen la estabilidad y durabilidad de casi cualquier estructura. Aunque se trata de un tema amplio, un principiante puede sentar unas bases sólidas de conocimiento si se centra en dos principios fundamentales.
Para lograr una compactación eficaz, es esencial comprender y dominar los cuatro tipos de esfuerzos básicos (estático, de amasado, de impacto y vibratorio), así como la forma en que cada máquina los aplica.
Además, es importante entender que la elección del equipo depende principalmente del tipo de suelo. No hay una máquina universal: la clave del éxito es adaptar la herramienta al material con el que se trabaja.
Aquí tienes un vídeo introductorio a los compactadores.
A continuación, os dejo un resumen de las ideas más relevantes que un principiante debería conocer sobre la compactación de suelos. Espero que os resulte interesante.
Los pasos superiores de hormigón pretensado ejecutados in situ son elementos estructurales fundamentales en la construcción de obras lineales, como carreteras y ferrocarriles. Su correcta ejecución es fundamental para garantizar la durabilidad de la infraestructura y, lo que es más importante, la seguridad de los usuarios. Este Plan de Calidad se ha desarrollado como un instrumento de control riguroso, centrado en la identificación sistemática de los puntos críticos de control (PCC), los riesgos inherentes a cada fase y los procedimientos de verificación necesarios para mitigarlos. Basado en las mejores prácticas del sector, su objetivo es servir de guía técnica y procedimental para la dirección de obra y el contratista, garantizando el cumplimiento estricto de las especificaciones del proyecto y la consecución de los más altos estándares de calidad.
Figura 1. Paso superior en la autovía A-7, en Cocentaina (Alicante). Imagen: Lorena Yepes-Bellver
Este documento abarca las fases clave en la construcción de este tipo de estructuras y cubre el proceso constructivo de manera integral. En concreto, el plan abarca:
La ejecución de las cimentaciones y alzados (pilas y estribos).
El montaje, nivelación y aseguramiento de cimbras y encofrados.
La correcta colocación de armaduras pasivas, activas y elementos aligerantes.
La planificación y ejecución del hormigonado del tablero.
La operación de tesado del pretensado.
La inyección de vainas para la protección de la armadura activa.
Los controles de acabados y la ejecución de la prueba de carga final.
El proceso constructivo comienza con la ejecución de los alzados, una fase fundamental que sienta las bases para la estabilidad y el correcto comportamiento de toda la estructura.
2. Control de calidad en la construcción de alzados (pilas y estribos).
La construcción de los alzados, que incluye las pilas y los estribos, es una fase de gran importancia. Al representar entre el 30 % y el 50 % del coste total del puente, su correcta ejecución, y en particular la de sus cimentaciones, es la base sobre la que se sustenta la estabilidad de toda la estructura. Las estadísticas del sector son claras: aproximadamente un tercio de los fallos estructurales se deben a cimentaciones deficientes, por lo que esta etapa es un punto de control de máxima prioridad.
Figura 2. Cimentación provisional para las torres de una cimbra porticada. Imagen: V. Yepes
2.1 Verificación geotécnica y cota de cimentación.
El principal riesgo de una verificación incorrecta del terreno de cimentación es la aparición de asientos diferenciales. Un terreno con características resistentes inferiores a las previstas en el proyecto puede provocar movimientos incompatibles con la naturaleza hiperestática de la estructura, lo que conlleva una redistribución de esfuerzos no prevista y, en casos graves, fallos estructurales.
Los procedimientos de verificación y control para este punto crítico son los siguientes:
Revisión documental: antes de iniciar la excavación, es obligatoria la revisión exhaustiva del anexo geotécnico y del anexo de cálculo del proyecto. El equipo de obra debe familiarizarse con los sondeos y las recomendaciones de cimentación.
Inspección visual y verificación in situ: una vez alcanzada la cota final de excavación, se debe realizar una comprobación visual para confirmar que el estrato de apoyo se corresponde con el terreno esperado según los sondeos.
Protocolo de actuación ante discrepancias: si el terreno esperado no se encuentra en la cota prevista, el procedimiento estándar consiste en profundizar la excavación hasta localizarlo y, posteriormente, rellenar el sobreexceso con hormigón pobre. Si tras una profundización razonable no se localiza el estrato, se deberá detener el proceso, plantear un nuevo sondeo y revisar el diseño de la cimentación.
Control de cimentaciones profundas: en el caso de cimentaciones por pilotes, se debe verificar el estadillo de excavación y comprobar que el empotramiento de la punta en el estrato resistente cumple con lo especificado en el proyecto.
2.2 Colocación de armaduras y encofrados de soportes
Una ejecución deficiente en esta fase introduce múltiples riesgos: recubrimientos de hormigón insuficientes que exponen las armaduras a la corrosión, longitudes de empalme de las esperas inadecuadas que impiden la transmisión correcta de esfuerzos y comprometen la capacidad estructural, y una estabilidad deficiente del encofrado que puede provocar su deformación o colapso bajo la presión del hormigón fresco.
Procedimiento de verificación
Criterio de aceptación/rechazo
Medición de recubrimientos: Verificar la correcta colocación de separadores para garantizar la distancia entre la armadura y el encofrado.
El recubrimiento debe cumplir estrictamente con las especificaciones del plano. Se debe colocar un número de separadores suficiente para evitar el hundimiento de la malla superior al ser pisada, utilizando pates o soportes equivalentes de hormigón a razón de, al menos, 1 ud/m².
Comprobación de empalmes: Medir la longitud de solape de las esperas de los soportes.
La longitud debe ser igual o superior a la especificada en el proyecto para garantizar la correcta transmisión de esfuerzos.
Apeo y estabilidad del encofrado: Inspeccionar el sistema de apuntalamiento del encofrado de los soportes, incluyendo los puntales inclinados.
El encofrado debe estar perfectamente aplomado y arriostrado para asegurar su estabilidad y planeidad durante el hormigonado.
2.3 Hormigonado de soportes y curado
El principal riesgo durante el hormigonado de elementos esbeltos y verticales, como los soportes, es la segregación del hormigón. Verter el hormigón desde una altura excesiva hace que los áridos gruesos se separen de la pasta de cemento, por lo que el elemento resultante no es homogéneo y tiene una resistencia local inferior a la prevista.
Para controlar este riesgo, es obligatorio utilizar un embudo metálico y una manguera que descienda hasta el fondo del encofrado. El vertido debe realizarse en capas de aproximadamente 30 cm de espesor, vibrando cada una de ellas para garantizar una compactación adecuada y una distribución homogénea de los componentes del hormigón.
Figura 3. Estribo abierto. Imagen: V. Yepes
2.4. Ejecución y compactación del relleno del trasdós (estribos abiertos).
La coordinación y ejecución del relleno en estribos abiertos es un aspecto crítico que a menudo se subestima. Una compactación deficiente del terreno, especialmente en la zona acotada entre los soportes y bajo el futuro cargadero, puede provocar el desmoronamiento del terraplén cuando la estructura entre en servicio y se vea sometida a las cargas dinámicas del tráfico.
El procedimiento de control clave es secuencial: el relleno y la compactación de las tierras del cono de derrame deben realizarse antes de ejecutar el cargadero superior del estribo. Esta secuencia es la única que garantiza el acceso de la maquinaria de compactación a toda la superficie del trasdós, lo que asegura un grado de compactación uniforme y adecuado en la zona más crítica. Es fundamental señalar que, dado que los equipos de movimiento de tierras y los de estructuras suelen gestionar tajos distintos, coordinar esta tarea no siempre es sencillo, pero es imprescindible para garantizar la calidad final del estribo.
Una vez completados y verificados los alzados, la construcción avanza hacia el montaje de la estructura auxiliar que dará forma al tablero: la cimbra y el encofrado.
3. Control de calidad de cimbras y encofrados del tablero.
La cimbra es una estructura temporal, pero su función durante la construcción es absolutamente crítica. Debe soportar el peso total del hormigón fresco del tablero, las armaduras y las sobrecargas de ejecución, y transmitir estas cargas de forma segura al terreno. Si falla durante el hormigonado, las consecuencias son catastróficas. Los dos sistemas más habituales son la cimbra tubular con encofrado de madera, que ofrece un acabado superficial de mayor calidad, y la cimbra industrial con encofrado metálico, que permite un montaje más rápido a costa de un acabado estético inferior.
3.1. Estabilidad y cimentación de la cimbra.
La estabilidad de la cimbra está amenazada por varios riesgos fundamentales que deben ser controlados rigurosamente:
Fallo del terreno de apoyo: Cimentar sobre un terreno con una tensión admisible inferior a la requerida (el mínimo habitual para cimbra tubular es de 1.00 kp/cm²).
Desplome en «castillo de naipes»: Ausencia de arriostramientos longitudinales y transversales que conecten las torres entre sí, impidiendo una respuesta conjunta de la estructura.
Erosión y lavado: Una escorrentía no controlada de aguas torrenciales puede socavar los apoyos de la cimbra y provocar su colapso.
Deslizamiento en taludes: La falta de un escalonamiento adecuado en los terraplenes laterales donde apoyan los vanos de compensación compromete la estabilidad de las torres.
Figura 4. Escalonamiento con pequeños muros de hormigón junto al estribo. Imagen: V. Yepes
Riesgo identificado
Procedimiento de verificación y control
Criterio de aceptación
Fallo del terreno de apoyo
Inspeccionar el terreno y verificar que se ha ejecutado la capa de mejora de 30 cm de grava-cemento. Comprobar la disposición de tableros o zapatas de madera para el reparto de cargas.
El terreno debe cumplir la tensión admisible especificada en el proyecto de cimbra. Las medidas de mejora y reparto deben estar correctamente ejecutadas.
Desplome en «castillo de naipes»
Inspeccionar visualmente la existencia y correcta instalación de las barras de arriostramiento en ambas direcciones, uniendo todas las torres.
Todas las torres deben estar arriostradas conforme al proyecto de cimbra. No se admitirá la ausencia de estos elementos.
Erosión por lluvia
Verificar la ejecución de una zanja de drenaje aguas arriba y una zanja lateral que evacúe el agua de forma controlada.
El sistema de drenaje debe ser funcional y capaz de gestionar la escorrentía previsible.
Deslizamiento en taludes
Comprobar que los terraplenes laterales han sido escalonados y, si es necesario, reforzados con muretes de hormigón.
La ejecución del escalonamiento debe coincidir con los planos del proyecto de cimbra para garantizar un apoyo seguro.
3.2 Nivelación y geometría del encofrado del tablero.
La precisión en la nivelación del encofrado debe ser milimétrica y crítica. Un principio clave del diseño de estas estructuras es el equilibrio de deformaciones, por lo que no se aplica una contraflecha, ya que las flechas producidas por el peso propio y por la acción del pretensado están diseñadas para compensarse entre sí. Por este motivo, la precisión topográfica inicial del encofrado es un factor absolutamente imprescindible, ya que define directamente la rasante final del tablero.
El procedimiento de control topográfico es esencial. Un topógrafo debe nivelar de manera individual cada uno de los husillos de la cimbra, siguiendo las cotas definidas en los planos del proyecto. Este ajuste preciso garantiza que la geometría del tablero, incluidos los peraltes y los acuerdos, se construya con la máxima fidelidad al diseño.
Una vez verificada la geometría y la estabilidad del «molde» (encofrado), el siguiente punto crítico de control es la correcta colocación de su contenido: las armaduras pasivas y activas.
Figura 5. Encofrado del tablero. Imagen: V. Yepes
4. Control de calidad en la colocación de armaduras y aligeramientos.
Las armaduras de una estructura de hormigón pretensado cumplen una función dual: la armadura pasiva gestiona los esfuerzos secundarios de cortante y torsión, mientras que la armadura activa (los cables de pretensado) confiere al puente su capacidad principal para salvar grandes luces de manera eficiente. Cualquier error en la disposición o la cantidad de acero en esta fase compromete de forma directa e irreversible la capacidad portante de la estructura.
4.1 Trazado y sujeción de vainas de pretensado.
El trazado de las vainas de pretensado es un riesgo de primer orden. La armadura activa no es más que una armadura de tracción que debe colocarse donde se producen dichas tracciones: en la parte superior, sobre las pilas, y en la inferior, en el centro del vano. Si su posición vertical (excentricidad) es incorrecta, la fuerza de pretensado no generará el momento flector interno deseado, lo que invalidaría los cálculos del proyecto y comprometería la seguridad y el comportamiento de la estructura.
El protocolo de verificación del trazado de vainas es el siguiente:
Verificación por puntos: Se debe comprobar la cota vertical de todas las vainas en intervalos de 2.00 a 3.00 metros, contrastando las mediciones con los planos de pretensado.
Tolerancia: El trazado en vertical debe ajustarse con una tolerancia máxima de un centímetro, siendo especialmente rigurosos en las secciones críticas sobre pilas y en los centros de vano.
Sujeción: Es imperativo asegurar que las vainas estén firmemente sujetas a los estribos de las almas para evitar su movimiento o desplazamiento durante las operaciones de hormigonado.
Espaciamiento: Se debe verificar que existe un hueco horizontal mínimo de 5-6 cm entre vainas contiguas. Este espacio es crucial para permitir que el hormigón fluya correctamente y envuelva por completo las vainas, evitando la formación de coqueras.
4.2 Sujeción de aligeramientos contra la flotación.
Los aligeramientos de poliestireno expandido, al tener una densidad muy baja, están sometidos a una gran fuerza de flotación cuando se vierte el hormigón fresco. Este riesgo es crítico, por ejemplo, en un tablero con cuatro aligeramientos de 80 cm de diámetro, ya que el empuje de flotación puede alcanzar las 4,83 t/m, una fuerza muy superior al peso de la armadura pasiva que los recubre (aproximadamente 0,72 t/m). Si los aligeramientos no están adecuadamente anclados, flotarán y se desplazarán de su posición teórica, lo que alterará la sección transversal del tablero y constituirá un defecto estructural de difícil y costosa solución.
Figura 6. Aligeramiento puente losa.
Para mitigar este riesgo, deben aplicarse obligatoriamente dos medidas de control combinadas:
Anclaje mecánico: verificar la colocación de un sistema de sujeción robusto. Este sistema puede consistir en barras de acero (por ejemplo, de 12 o 16 mm de diámetro) dispuestas por encima de los aligeramientos y atadas a los cercos de las almas, o bien en flejes metálicos que rodean los aligeramientos y se anclan al fondo del encofrado.
Hormigonado por fases: se debe exigir que el hormigonado del tablero se realice en tres tongadas o capas sucesivas (losa inferior, almas y losa superior). Esta estrategia de vertido es fundamental, ya que el peso del hormigón de cada capa contrarresta de forma progresiva la fuerza ascensional, impidiendo la flotación.
4.3. Control de armado en zonas de alta concentración de esfuerzos.
La riostra sobre los estribos es una de las zonas más críticas de la estructura. Su función es difundir las cargas altamente concentradas de todos los anclajes del pretensado (que pueden sumar miles de toneladas, como las 4548 t del caso de referencia) hacia el resto del tablero. Un armado insuficiente en esta zona puede provocar la rotura de la riostra durante la operación de tesado, lo que supondría un fallo frágil y catastrófico. La gravedad de este riesgo no es teórica: recientemente se ha producido algún caso en España con víctimas mortales y heridos graves.
Como procedimiento de control, se establece una inspección final obligatoria y la emisión de un visto bueno formal por parte de la dirección de obra para la totalidad del armado del tablero antes de autorizar el inicio del hormigonado. Por experiencia, se sabe que las prisas en esta revisión final son la causa principal de la omisión de armaduras de refuerzo críticas. Este control debe ser un «punto de espera» formal y sin prisas en la planificación de la obra.
Una vez que el acero está correctamente posicionado y asegurado, el siguiente paso es hormigonar el tablero, una operación logística de gran envergadura y alta criticidad.
5. Control de calidad en el hormigonado del tablero.
El hormigonado del tablero de un paso superior es una operación logística de alta criticidad. Debe ejecutarse de forma continua, sin juntas de construcción, y conlleva el uso de grandes volúmenes de hormigón (normalmente entre 300 y 700 m³). Este proceso exige una planificación exhaustiva y la implementación de planes de contingencia para evitar cualquier interrupción que pueda afectar a la monoliticidad y a la integridad estructural del elemento.
5.1 Aseguramiento del suministro continuo de hormigón.
El principal riesgo durante esta fase es la interrupción del hormigonado. Cualquier detención prolongada crearía una junta fría que actuaría como un plano de debilidad estructural, algo inaceptable en el tablero de un puente. Los puntos de fallo más probables son una avería en la planta de hormigón o una avería mecánica en la bomba de hormigonado.
Para mitigar este riesgo, es obligatorio disponer de un plan de contingencia robusto:
Doble suministro: Se debe contratar el hormigón con dos plantas de producción independientes o, como alternativa, contratar una planta principal y mantener una segunda planta en servicio de guardia, lista para asumir la producción en caso de fallo de la primera.
Bomba de repuesto: Es imprescindible disponer de una segunda bomba de hormigón en la obra, totalmente operativa y lista para sustituir a la principal de forma inmediata en caso de avería.
Logística de personal: La jornada de hormigonado, que puede extenderse por más de 10 horas, debe ser planificada con personal suficiente para permitir turnos de descanso. Asimismo, el avituallamiento (comida y bebida) debe ser provisto en la propia obra para no interrumpir el ritmo de trabajo.
5.2. Control de calidad del hormigón en fresco y endurecido.
El control de calidad del material es tan importante como la logística de su colocación. Dichos controles deben ser sistemáticos y rigurosos.
Fase de control
Parámetro a controlar
Procedimiento de verificación
Criterio de aceptación/rechazo
Recepción en obra
Trabajabilidad (cono)
Realizar el ensayo del cono de Abrams a todas las cubas antes de su vertido en la bomba.
El cono medido debe estar dentro de la tolerancia especificada (p. ej., para un cono de 12 cm, se acepta ±2 cm). Las cubas fuera de rango deben ser rechazadas y vertidas en un lugar previsto para ello.
Muestreo para ensayo
Resistencia a compresión
Realizar un muestreo estadístico (p. ej., de un tercio de las cubas). De cada amasada controlada, se deben fabricar 6 probetas para su ensayo en laboratorio.
El resultado del ensayo a 28 días debe cumplir o superar la resistencia característica de proyecto (p. ej., HP-35).
Control para tesado
Resistencia temprana
Ensayo a compresión de una serie de probetas a 7 días (o 3 días si se prevé un tesado temprano). Se recomienda curar una serie de estas probetas a pie de puente, en las mismas condiciones ambientales que el tablero, para obtener una medida más representativa de la resistencia real.
La resistencia media obtenida debe alcanzar el valor mínimo especificado en el proyecto para autorizar el tesado (p. ej., 27.5 MPa).
Una vez colocado el hormigón y alcanzada la resistencia necesaria, se pasa a la siguiente fase crítica: el pretensado, que constituye la auténtica prueba de carga de la estructura.
6. Control de calidad en el pretensado del tablero.
La operación de tesado del tablero es extremadamente crítica. En esta fase, la estructura se somete a una de sus situaciones de carga más desfavorables, ya que se aplica la fuerza máxima de pretensado con únicamente el peso propio del tablero actuando. Esta situación pone a prueba los límites de resistencia tanto del hormigón en las zonas de anclaje como del acero de alta resistencia de los tendones.
Figura 7. Anclajes de hormigón postesado. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/
6.1 Verificación dual de la fuerza de tesado.
El principal riesgo de esta operación es aplicar una fuerza de pretensado incorrecta, ya sea por exceso o por defecto. Un tesado insuficiente no conferirá a la estructura la capacidad portante para la que fue diseñada, por lo que quedará vulnerable ante las cargas de servicio. Por el contrario, un tesado excesivo puede provocar daños por compresión en el hormigón o incluso la rotura de los propios tendones.
Para garantizar la correcta aplicación de la fuerza, es obligatorio realizar un procedimiento de control dual.
Control de presión: Monitorizar y registrar la presión aplicada al gato hidráulico a través del manómetro de la centralita.
Control de alargamiento: Medir físicamente con una cinta métrica el alargamiento real que experimentan los tendones en cada extremo.
El criterio principal de aceptación es que la media de la desviación entre los alargamientos reales medidos y los alargamientos teóricos calculados en el proyecto debe ser inferior al 5 %. Si se supera este umbral, se debe detener la operación. Hay que informar inmediatamente al proyectista, analizar las posibles causas (por ejemplo, una discrepancia en el módulo de deformación real del acero de las bobinas suministradas) y no proceder hasta haberlas determinado.
6.2 Secuencia de tesado y seguridad operacional.
Una secuencia de tesado incorrecta, por ejemplo, asimétrica, puede inducir esfuerzos parásitos en la estructura que no se tuvieron en cuenta en el cálculo. Además, la operación conlleva un riesgo intrínseco muy elevado debido a las grandes energías almacenadas; la rotura de un anclaje o de un tendón puede tener consecuencias mortales.
Los procedimientos de control que se deben aplicar son:
Secuencia de tesado: Verificar que la operación sigue estrictamente el orden de tesado de los tendones especificado en los planos del proyecto. Generalmente, la secuencia procede desde los tendones centrales hacia los extremos, manteniendo siempre la simetría para no inducir momentos torsores no deseados.
Seguridad: Se prohíbe de forma taxativa la permanencia de personal no esencial en la zona posterior a los anclajes durante la aplicación de la carga.
Tras el tesado y su aprobación, es crucial proteger el acero activo contra la corrosión mediante la inyección de las vainas.
7. Control de calidad en la inyección de vainas.
La inyección de las vainas con mortero cumple dos funciones vitales: en primer lugar, proteger las armaduras activas de alta resistencia contra la corrosión y, en segundo lugar, garantizar la adherencia entre el cable y el hormigón circundante. No se debe subestimar la importancia de esta fase; los fallos por corrosión debidos a una inyección deficiente en el Reino Unido provocaron una moratoria en la construcción de este tipo de puentes, lo que subraya la gravedad de ejecutar incorrectamente este proceso.
7.1. Vaciado completo del aire ocluido.
El principal riesgo durante la inyección es la presencia de aire atrapado en los puntos más altos del recorrido de la vaina. Estas bolsas de aire impiden que el mortero de protección llegue a todas las partes del cable, por lo que quedan secciones del acero expuestas a la humedad y, por tanto, a un alto riesgo de corrosión a largo plazo.
El procedimiento de inyección y purga debe seguirse meticulosamente:
Se inyecta la lechada de mortero por uno de los extremos de la vaina a una presión controlada (alrededor de 5 kp/cm²).
Se espera hasta que la lechada fluya de manera continua por el extremo opuesto, momento en el que dicho extremo se tapa para presurizar la vaina.
A continuación, se abre el primer tubo de purga, que se encuentra en el punto más alto cercano al punto de inyección (normalmente sobre una pila).
Se mantiene el tubo de purga abierto hasta que por él salga un chorro sólido y continuo de inyección, sin burbujas de aire. En ese momento, se cierra herméticamente.
El proceso de purga se repite de forma secuencial para todos los tubos situados en los puntos altos a lo largo del trazado del cable.
Esta operación debe realizarse lo antes posible una vez recibido el visto bueno del tesado, sin posponerla, para minimizar el tiempo que el acero activo permanece desprotegido.
Una vez finalizadas las fases estructurales principales, se procede a ejecutar los elementos de acabado y a verificar el comportamiento final de la estructura mediante la prueba de carga.
8. Control de calidad de los acabados y prueba de carga.
Aunque la integridad estructural del puente ya está asegurada en esta fase, la ejecución de los acabados define su durabilidad y su aspecto final, mientras que la prueba de carga supone la aceptación formal de la obra y demuestra empíricamente que su comportamiento bajo carga es el esperado.
Figura 8. Prueba de carga. https://indaico.es/servicios/pruebas-de-carga
8.1 Ejecución de la prueba de carga.
La prueba de carga, que es obligatoria para puentes con luces superiores a 12 metros, tiene como objetivo someter la estructura a un estado de cargas que genere esfuerzos equivalentes a aproximadamente el 70 % de los producidos por el tren de cargas del proyecto. Supone la verificación final y tangible del trabajo realizado.
Los procedimientos de control para la prueba son los siguientes:
Proyecto de prueba: Se debe exigir un proyecto específico de prueba de carga, preparado por el calculista de la estructura. Este documento debe definir el número de camiones, sus pesos exactos y sus posiciones sobre el tablero para los distintos estados de carga que se van a probar (por ejemplo, el máximo momento flector positivo en el vano central y el máximo momento negativo sobre las pilas).
Medición de deformaciones: Utilizando equipos de precisión, se deben medir los desplazamientos verticales (flechas) en puntos clave del tablero. Las mediciones se toman antes de la carga (lectura de cero), durante la aplicación de la carga (respuesta instantánea) y tras un periodo de estabilización.
Medición de recuperación: Tras la retirada completa de la carga, se mide la flecha remanente para evaluar el comportamiento elástico de la estructura.
Criterios de aceptación: Se deben cumplir dos criterios principales:
La flecha máxima medida debe ser coherente con la calculada teóricamente (la experiencia indica que suele ser en torno al 85 % de la teórica).
La recuperación elástica debe ser superior al 90 % de la flecha máxima medida.
Acta de prueba: Los resultados de la prueba deben formalizarse en un acta oficial que se incorporará al expediente final de la obra como constancia de la correcta ejecución y comportamiento de la estructura.
8.2 Ejecución correcta de la superestructura.
Por último, hay que comprobar los elementos de la superestructura que completan el puente:
Aceras: Es crucial verificar la existencia de las armaduras de conexión (normalmente redondas de 12 a 25) que anclan la acera al tablero. Esta armadura evita que la acera pueda ser arrancada por impactos accidentales de vehículos contra el bordillo.
Estética: Se debe comprobar que los elementos de borde, como barandillas metálicas o parapetos, respetan la estética de la esbeltez del tablero. Se debe evitar el uso de parapetos de hormigón macizo, ya que aumentan visualmente el canto y restan elegancia al diseño. Esto es especialmente relevante si se han utilizado sistemas de cimbra industrial que, como se mencionó, priorizan la velocidad sobre la calidad del acabado superficial y dejan marcas y manchas que deben gestionarse para obtener un resultado final aceptable.
El cumplimiento riguroso y sistemático de todos los puntos de control detallados en este plan es esencial para garantizar la entrega de una estructura segura, duradera y conforme a los más altos estándares de calidad en ingeniería civil.
La impresión 3D de hormigón (3D Concrete Printing o 3DCP) se ha consolidado como una de las tecnologías emergentes más prometedoras en ingeniería civil. Consiste en fabricar elementos constructivos depositando, capa a capa, una mezcla cementicia diseñada para ser bombeada y extruida, lo que elimina la necesidad de encofrados tradicionales y reduce el consumo de materiales. Este enfoque permite una construcción más eficiente, flexible en sus formas y potencialmente más sostenible.
Propiedades del hormigón fresco: extrusibilidad, constructividad y tiempo abierto
El rendimiento de un hormigón por impresión 3D se evalúa en gran medida por sus propiedades en estado fresco. La extrusibilidad implica que la mezcla pueda fluir de manera continua por el sistema de bombeo y la boquilla sin obstruirse, lo cual se logra mediante un diseño adecuado de la granulometría y la incorporación de aditivos superplastificantes o modificadores de la viscosidad. La constructividad (buildability), por otro lado, se refiere a la capacidad de cada capa depositada para soportar las cargas de las capas sucesivas sin deformarse y está directamente relacionada con la tixotropía y la recuperación estructural de la mezcla. El tiempo abierto (open time) define el tiempo útil de aplicación o periodo de trabajabilidad durante el cual la mezcla mantiene condiciones reológicas adecuadas para la impresión. Este parámetro es crítico en proyectos de mayor escala o en entornos variables.
Adherencia intercapas, anisotropía y parámetros del proceso
Una de las limitaciones clave del hormigón impreso es la baja resistencia en los planos de unión entre capas. La adhesión entre capas depende de factores como el tiempo transcurrido desde su aplicación, la humedad superficial y las condiciones de curado. Los intervalos prolongados o las superficies secas tienden a generar juntas frías que actúan como planos de debilidad. Estudios recientes han propuesto estrategias para mitigar este efecto, como inducir condiciones termo-higrotérmicas durante la deposición, lo que puede aumentar la resistencia de la interfaz hasta en un 78 %. También se está investigando el uso de materiales compuestos especiales, como los cementicios de endurecimiento por deformación (SHCC), como materiales de unión, con los que se logran mejoras significativas en la adherencia y la resistencia a la flexión.
Propiedades mecánicas, durabilidad y microestructura
En estado endurecido, los hormigones impresos presentan resistencias a la compresión y a la flexión comparables a las de los hormigones convencionales, pero con un marcado carácter anisótropo debido a la orientación de las capas y a la presencia de vacíos entre los filamentos. La microestructura interfacial suele presentar una mayor porosidad, lo que influye en las propiedades de durabilidad, como la penetración de cloruros, la carbonatación o la resistencia a los ciclos de hielo y deshielo. Investigaciones recientes han demostrado que tanto el tiempo entre capas como las condiciones de curado influyen notablemente en la durabilidad y pueden afectar a la sorptividad y a la conductividad del ión cloruro.
Estrategias de refuerzo y mejoras funcionales
El hormigón impreso no puede resistir esfuerzos de tracción si no se integra algún tipo de refuerzo. Las estrategias actuales incluyen la incorporación de fibras (plásticas, metálicas o de vidrio) en la propia mezcla, la inserción de mallas de acero o textiles durante el proceso de impresión o el uso de composites reforzados, como el SHCC, entre capas. Los métodos en proceso, como la colocación automatizada de refuerzos textiles durante la impresión, han demostrado mejorar significativamente la ductilidad y la resistencia final de los elementos curvos. Estas soluciones avanzadas buscan superar la principal barrera de la impresión 3D para uso estructural: garantizar la capacidad portante frente a esfuerzos de tracción y flexión.
Sostenibilidad y materiales alternativos
Una de las mayores promesas de la impresión 3D de hormigón es su potencial de sostenibilidad. La eliminación de encofrados reduce los residuos y la energía necesaria y el diseño libre permite optimizar las formas para minimizar el uso de material. No obstante, la reducción real de la huella de carbono depende del uso de adiciones minerales (SCM, supplementary cementitious materials) y de áridos reciclados. Según diversos estudios, es posible incorporar cenizas volantes, escorias y residuos industriales para mejorar la sostenibilidad y reducir el coste. Investigaciones específicas demuestran que el uso de escoria de acero como árido fino es viable y que se pueden alcanzar resistencias comparables a las de las mezclas tradicionales. Asimismo, los diseños de mezclas con altos volúmenes de ceniza volante han demostrado un buen equilibrio entre la imprimibilidad y el rendimiento estructural.
Modelización, normativa y aplicación a escala real
La investigación también avanza en la modelización de los fenómenos que afectan a la impresión. Se han propuesto modelos informáticos que predicen la formación de juntas frías en función de la humedad superficial y del tiempo de deposición. Al mismo tiempo, en conferencias internacionales como Digital Concrete, impulsadas por RILEM, se han establecido procedimientos experimentales para caracterizar las propiedades de las mezclas imprimibles y evaluar la adhesión entre capas. A pesar de ello, todavía no existen normativas consolidadas que permitan el diseño estructural con garantías, por lo que la aplicación en obras reales se limita a proyectos piloto y prototipos. Revisiones recientes señalan que la falta de normas y metodologías de control de calidad es uno de los principales obstáculos para su industrialización.
Retos principales y recomendaciones prácticas
Los principales desafíos de esta tecnología son evidentes. La adherencia entre capas sigue siendo un punto débil que debe mejorarse mediante el control del tiempo de impresión, de la humedad y de los materiales de unión. La variabilidad debida a las condiciones ambientales exige una instrumentación avanzada y el control en tiempo real de los parámetros reológicos. El refuerzo requiere soluciones automatizadas y compatibles con la impresión continua, mientras que la sostenibilidad exige el uso intensivo de subproductos y una evaluación rigurosa del ciclo de vida. Por último, la escalabilidad industrial dependerá de la normalización de las pruebas y de la estandarización de los procesos.
Conclusión
El hormigón por impresión 3D se encuentra en una fase avanzada de desarrollo, con avances significativos en reología, adherencia, refuerzo y sostenibilidad. No obstante, aún es necesario superar retos relacionados con el control de calidad, la normativa y la durabilidad para garantizar su aplicación masiva en obras civiles. Su éxito dependerá de la integración de avances materiales, mecánicos y normativos, así como de la estrecha colaboración entre la universidad, la industria y los organismos de normalización. A corto plazo, la impresión 3D no sustituirá al hormigón convencional, pero sí abrirá un nuevo campo de aplicaciones en prefabricados, prototipos y proyectos singulares de alta eficiencia en materiales.
Os dejo algunos vídeos sobre este tipo de hormigón.
Referencias
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Figura 1. Simulación de la Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch trabajando con el pozo inundado a través de un terreno blando (cortesía de Herrenknetch).
Las unidades VSM (Vertical Shaft Sinking Machine) son equipos mecanizados diseñados para la construcción de pozos verticales en condiciones difíciles, como terrenos blandos intercalados con materiales más estables, suelos con resistencias a la compresión de hasta 140 MPa, presencia de aguas subterráneas o espacios confinados. Se utilizan en proyectos de túneles, accesos subterráneos, minería y soluciones urbanas, como aparcamientos subterráneos.
La VSM fue desarrollada por fabricantes como Herrenknecht a mediados de la década de 2000 y su uso se ha extendido internacionalmente debido a las ventajas en materia de seguridad y productividad que ofrece frente a los métodos convencionales. Su diseño modular le permite adaptarse a diferentes diámetros y profundidades, y su capacidad para operar en entornos urbanos y espacios confinados ha sido fundamental en proyectos como el sistema de túneles de Singapur y el metro de Nápoles.
Componentes principales:
Una unidad VSM se compone de:
La VSM propiamente dicha, que incluye el bastidor, el cabezal de corte o tambor rozador equipado con picas y el brazo giratorio telescópico con capacidad de extensión de aproximadamente 1 m, que permite la excavación por «rebanadas» mediante un giro de 360°.
Elementos auxiliares externos, encargados de controlar el descenso y la estabilidad, como zapatas de apoyo, winches y sistemas de control.
Estas máquinas suelen ser modulares y se adaptan al diámetro y a la profundidad requeridos. También pueden incorporar sistemas de monitorización digital para controlar el par de corte, el consumo de energía y las propiedades del lodo durante la excavación. Además, algunos modelos incluyen sensores avanzados que permiten predecir el desgaste de las picas y optimizar el rendimiento energético, lo que incrementa la eficiencia en obras de gran profundidad.
Figura 2. Elementos principales del Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch (cortesía de Herrenknetch).
Proceso constructivo
El procedimiento de excavación y construcción con VSM consta de varias fases:
Inicio y excavación: la máquina se instala en el pozo de ataque y se fija a las paredes mediante brazos estabilizadores. El tambor rozador excava justo por debajo del anillo inferior metálico, facilitando el descenso de la estructura de hormigón.
Evacuación del material: el material excavado (detritos) se mezcla con agua para formar lodos, que son extraídos mediante bombas sumergibles de 200–400 m³/h. Posteriormente, los lodos se conducen a una planta de tratamiento externa, donde se separa el agua y se acondiciona el material sobrante para su gestión. En proyectos recientes, se ha implementado un sistema de reciclaje de lodos que reduce el consumo de agua hasta en un 40 %.
Estructura del pozo: el anillo inferior es de acero biselado, permitiendo que los anillos de hormigón se deslicen a medida que avanza la excavación. Los anillos prefabricados de hormigón se añaden desde la superficie y son empujados por cilindros hidráulicos (3 o 4 unidades habituales), conectados a través de cables de acero que soportan el peso total de la estructura.
Coordinación excavación-anillado: la excavación, el bombeo de ripios y el montaje de anillos deben sincronizarse cuidadosamente para evitar paradas prolongadas que comprometan la estabilidad del pozo. En obras internacionales, se ha documentado la integración de software de control automatizado que permite coordinar en tiempo real la excavación, el bombeo y el anillado, lo que aumenta la seguridad y reduce los retrasos.
Rendimientos y capacidades
Diámetros: las VSM pueden construir pozos de entre 4,5 y 19 m, en función del modelo y de las condiciones de la obra.
Profundidad: habitualmente alcanzan profundidades de hasta 85 m en terrenos heterogéneos, con registros documentados en proyectos internacionales.
Avance: la tasa de excavación varía entre 1 y 5 m/día, en función de la geología, el diámetro y el estado hidrogeológico. En terrenos blandos o con alta presencia de agua, el avance puede ser menor debido al mayor control de lodos requerido.
Gestión de lodos y sellado
Durante la excavación, el pozo permanece inundado con lodos bentoníticos, que garantizan la presión hidrostática y evitan derrumbes. Una vez alcanzada la profundidad final, se extrae el lodo y se procede a la instalación de la tubería.
El fondo del pozo se sella con un tapón de hormigón mientras permanece inundado.
El espacio anular se rellena con lechada de cemento.
Finalmente, se evacúa el lodo residual para dejar el pozo listo para su uso. Algunos proyectos incorporan sensores que monitorizan la presión y la composición del lodo durante la instalación del tapón para garantizar la integridad estructural.
Comparativa y ventajas
Frente a otros métodos de excavación vertical, como las Shaft Boring Machines(SBM), la VSM destaca por:
Montaje compacto y aplicabilidad en entornos urbanos.
Mayor seguridad al reducir la intervención manual en el frente.
Alta productividad en diámetros medianos y grandes con suelos blandos o saturados.
No obstante, la elección entre VSM y otras tecnologías depende de parámetros como el diámetro requerido, la profundidad y las condiciones geológicas.
Conclusión
Las VSM son una solución mecanizada, eficiente y segura para la construcción de pozos de gran diámetro en condiciones complejas. Su modularidad, su capacidad para operar en suelos saturados y la posibilidad de integrar tecnologías digitales de control las convierten en una herramienta esencial en proyectos de infraestructuras, minería y entornos urbanos. El uso de sensores avanzados y sistemas de control automatizado permite optimizar el rendimiento, aumentar la seguridad y reducir el impacto medioambiental de los proyectos a gran escala.
Os dejo algunos vídeos al respecto de esta máquina:
Referencias
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Wang, J., Abbasi, N. S., Pan, W., Alidekyi, S. N., Li, H., Ahmed, B., & Asghar, A. (2025). A review of vertical shaft technology and application in soft soil for urban underground space. Applied Sciences, 15(6), 3299.
Figura 1. Detalle de cajones de blindaje Robust BOX. Fuente: www.atenko.com
1. ¿Qué es una entibación y cuándo es necesaria en construcción?
Una entibación es un sistema provisional de contención de tierras compuesto por elementos (metálicos o de madera) que se apuntalan entre sí. Su función principal es evitar el derrumbe de las paredes verticales en excavaciones como zanjas, minas, galerías subterráneas o pozos. Se utiliza cuando no es posible crear un talud estable que impida los desprendimientos o restrinja los movimientos del terreno. También es crucial cuando la profundidad de la zanja supone un peligro para los trabajadores, en concreto a partir de 1,30 m en terrenos cohesivos y 0,80 m en terrenos no cohesivos, siempre que no haya otras solicitaciones adicionales. No sería necesaria una entibación si la excavación presenta taludes estables (45° en suelos no cohesivos, 60° en suelos cohesivos o 80° en suelos rocosos), pero factores desfavorables, como vibraciones fuertes o rellenos mal compactados, pueden hacerla indispensable. Además, es fundamental para evitar sifonamientos en suelos no cohesivos por debajo del nivel freático.
2. ¿Cuáles son los principales tipos de entibaciones de madera y sus aplicaciones?
Las entibaciones de madera se clasifican principalmente en dos tipos, según la disposición de sus tablas y el tipo de terreno:
Entibaciones con tablas horizontales: Se usan en terrenos cohesivos y autoestables durante la excavación. La excavación y la entibación se van alternando cada 0,80-1,30 m, apuntalando las tablas de lado a lado con codales o rollizos hasta alcanzar la profundidad total.
Entibaciones con tablas verticales: Ideales para terrenos sin cohesión, como arenas sueltas o lodazales. Las tablas verticales con punta se hincan con una maza antes de excavar y pueden alcanzar hasta 2 m de profundidad. A medida que se hincan, se colocan las correas o cabeceros y se apuntalan.
Figura 2. Entibación de madera. http://www.generadordeprecios.info/rehabilitacion/Acondicionamiento_del_terreno/Recalces/Entibaciones/
Además, las entibaciones de madera se clasifican según el porcentaje de superficie de excavación que cubren:
Entibación cuajada: Cubre el 100 % de las paredes, con tablones contiguos, y se utiliza en gravas, arenas sueltas, limos y arcillas blandas de escasa consistencia.
Entibación semicuajada: Cubre el 50 % de las paredes, con tablones separados unos 0,75 m, y se emplea en terrenos suficientemente compactos.
Entibación ligera: Cubre menos del 50 %, sin tableros, solo cabeceros apuntalados por codales separados entre 1,5 y 2 m. Se emplea también en terrenos compactos.
Aunque han sido reemplazadas en gran medida por sistemas metálicos por razones económicas y de velocidad, las entibaciones de madera siguen siendo útiles en zanjas con muchas tuberías transversales o cuando el transporte de otros sistemas no es posible.
3. ¿Qué es un muro berlinés y en qué situaciones se recomienda su uso?
Un muro berlinés es un sistema de entibación temporal que consiste en perfiles metálicos hincados verticalmente en el terreno y separados entre sí, de modo que se pueden insertar tablones de madera para contener las tierras. Es una técnica segura y económica para excavaciones de poca o media profundidad (normalmente de 3 a 8 metros) en terrenos poco estables, como suelos arenosos o finos.
Se clasifica como un muro flexible y «abierto», lo que significa que no impide el paso del agua subterránea, por lo que es necesario agotar el nivel freático de forma simultánea durante la excavación. No se recomienda su uso cerca de cimentaciones existentes ni en caso de presencia de nivel freático. Su proceso constructivo consiste en hincar perfiles de doble T a intervalos regulares y, a medida que se excava, colocar los tablones de madera entre las alas de los perfiles. La colocación de los perfiles en perforaciones preejecutadas minimiza los ruidos y las vibraciones en zonas urbanas, y la fácil manipulación de los tablones permite dejar espacios para las instalaciones existentes.
Figura 3. Muro berlinés
4. ¿Cuáles son las principales ventajas de las entibaciones metálicas frente a las de madera?
Las entibaciones metálicas, que a menudo están prefabricadas y están compuestas por paneles de aluminio o acero, presentan varias ventajas significativas con respecto a las de madera:
Rentabilidad y productividad: Son más económicas y rápidas de instalar debido a su ligereza, sencillez de colocación y menor necesidad de mano de obra.
Seguridad: Se montan y desmontan desde el exterior de la excavación con maquinaria, lo que reduce el riesgo para los operarios.
Reutilización y durabilidad: Pueden reutilizarse en numerosas ocasiones, con un mínimo mantenimiento y una larga vida útil.
Versatilidad: Permiten excavar zanjas de diversas anchuras y profundidades, independientemente de la longitud de la tubería que se vaya a instalar.
Eficiencia: El ritmo de colocación de tuberías es alto, ya que la excavación y la entibación se realizan simultáneamente.
Minimización de alteraciones: El extremo inferior de las entibaciones no llega al fondo de la excavación, por lo que no se alteran los rellenos laterales de los tubos al extraerlas y se mantiene la homogeneidad y compactación de los rellenos.
Extracción sencilla: En suelos expansivos, se puede regular la separación entre los paneles para relajar las presiones del suelo antes de la extracción y facilitar el proceso.
5. ¿Qué tipos de entibaciones con paneles metálicos existen y para qué profundidades son adecuadas?
Existen dos grandes familias de entibaciones con paneles metálicos, adecuadas para diferentes profundidades:
Sistemas de cajones de entibación (blindajes o escudos): Se recomiendan para profundidades máximas de 4 metros. Estos cajones están formados por dos paneles unidos por codales de longitud regulable y se utilizan no solo para el sostenimiento, sino también para proteger a los trabajadores. Se ensamblan en obra y pueden usarse en terrenos no cohesivos. Para profundidades mayores, su extracción se vuelve difícil y puede causar descompensaciones del terreno.
Sistemas con guías deslizantes (paneles con guías deslizantes): Ideales para profundidades superiores a 4 metros. Están formados por paneles de acero que se deslizan a lo largo de unas guías laterales unidas por codales. Son especialmente ventajosos en terrenos no cohesivos y permiten alcanzar mayores profundidades con dimensiones variables. Su diseño garantiza un deslizamiento suave y mantiene el paralelismo entre las planchas, lo que elimina los problemas de asentamiento.
También se menciona la entibación ligera con paneles de aluminio para suelos cohesivos, que no debe superar los 2,40 m de profundidad y que se utiliza comúnmente como blindaje del borde de zanjas de hasta 1,75 m para proteger aceras y calzadas en zonas urbanas. También se describe el sistema de entibación por presión hidráulica, con una profundidad recomendada de hasta 7 m. Este sistema es ideal para reparar conductos o instalar tuberías y es adecuado para trabajos arqueológicos, ya que no transmite vibraciones.
Figura 4. Entibadora hidráulica Pressbox Serie 800. Cortesía SBH Tiefbautechnick
6. ¿Cuáles son las medidas de seguridad más importantes a la hora de trabajar con entibaciones metálicas?
La seguridad es primordial al utilizarlas. Entre las medidas de prevención comunes y esenciales se incluyen:
Certificación y cumplimiento: Se deben emplear sistemas certificados que sigan estrictamente las instrucciones del fabricante, y verificar que las condiciones reales de la obra coincidan con el proyecto y las cargas admisibles.
Manipulación segura: Al manipular los paneles, el enganche debe realizarse en los cuatro puntos designados, utilizando eslingas y cadenas en perfecto estado y con marcado CE.
Protección completa de la excavación: Las entibaciones deben proteger toda la superficie excavada y sobresalir al menos 15 cm de la coronación de la zanja o pozo para evitar desplomes del frente de la excavación.
Orden de instalación y desinstalación: La entibación se ejecuta de arriba hacia abajo, mientras que el desentibado se realiza en orden inverso, de abajo hacia arriba, manteniendo la estabilidad de la excavación y rellenando y compactando simultáneamente.
Distancias de protección: Se deben respetar distancias de protección de al menos 0,60 m alrededor de la entibación, incluida la maquinaria.
Acceso seguro: Se deben disponer escaleras aseguradas para acceder a las zanjas, que deben sobrepasar al menos un metro del borde. Queda estrictamente prohibido subir y bajar por los codales.
7. ¿En qué se diferencia el método de descenso directo del método de descenso escalonado para la instalación de cajones de entibación?
Ambos métodos consisten en la instalación de cajones de blindaje o escudos, pero se aplican en condiciones del terreno diferentes:
Método de descenso directo (o de ajuste): En este método, la entibación se introduce completa hasta el fondo de una zanja ya excavada. Es adecuado para paredes de excavación estables y verticales, y cuando la zanja tiene la misma anchura que la entibación. El espacio entre la cara exterior del blindaje y el frente de excavación debe ser mínimo y rellenarse para evitar movimientos laterales del cajón. La instalación se realiza con maquinaria sencilla, como una retroexcavadora o una pequeña grúa.
Método de descenso escalonado (o de «corte y bajada»): Este método se utiliza para cajones provistos de bordes cortantes y es más adecuado para terrenos menos estables. Consiste en empujar cada panel con la cuchara de una pala excavadora, alternando el descenso con la excavación y la retirada del suelo. El avance en el descenso no debe exceder los 0,50 m del borde inferior de la plancha, lo que permite un control más gradual y seguro en condiciones en las que la zanja no puede permanecer abierta sin soporte.
8. ¿Qué papel juega el tipo de terreno en la selección de un sistema de entibación?
El tipo de terreno es un factor determinante a la hora de elegir el sistema de entibación más adecuado, ya que influye directamente en su estabilidad y en el empuje que ejercerá sobre las estructuras de contención.
Terrenos cohesivos (arcillas, limos firmes): Pueden ser autoestables durante periodos cortos. Las entibaciones con tablas horizontales son útiles para excavaciones alternas. Para entibaciones metálicas ligeras, los sistemas de cabeceros verticales son adecuados para suelos estables. En general, se requiere menos cobertura (entibación ligera o semicuajada) si son suficientemente compactos, pero a mayor profundidad o con solicitaciones externas (vial, cimentación), se necesitarán entibaciones más robustas (semicuajadas o cuajadas).
Terrenos no cohesivos o blandos (arenas sueltas, gravas, lodazales): Son inestables y propensos al desplome inmediato. Requieren entibaciones que cubran la totalidad de las paredes (entibación cuajada de madera) o sistemas de contención continua. Para las entibaciones de madera se emplean tablas verticales que se hincan antes de excavar. Las entibaciones metálicas con guías deslizantes son muy recomendables a partir de los 4 m de profundidad en terrenos flojos y no cohesivos, al igual que los cajones de blindaje para profundidades máximas de 4 m.
Terrenos con nivel freático: La presencia de agua subterránea añade complejidad. Las entibaciones «abiertas», como el muro berlinés, requieren un agotamiento simultáneo del nivel freático. En suelos no cohesivos por debajo del nivel freático, es esencial utilizar una entibación para evitar el peligro de sifonamiento.
La Norma Tecnológica NTE-ADZ establece recomendaciones específicas sobre los tipos de entibaciones de madera (ligera, semicuajada y cuajada) en función del tipo de terreno, solicitación (sin solicitación, vial o de cimentación) y profundidad de corte, y hace hincapié en la necesidad de realizar estudios pertinentes en caso de duda.
Os dejo un vídeo y un audio que resume este tema:
Glosario de términos clave
Acodalado: Se refiere a elementos estructurales que están soportados o apuntalados lateralmente por codales o puntales, proporcionando estabilidad contra movimientos horizontales.
Andamios: Estructuras auxiliares provisionales que sirven para elevar materiales y permitir el acceso de los trabajadores a distintos puntos de una obra.
Apeos: Estructuras provisionales diseñadas para sostener una parte de una edificación o terreno que se encuentra en riesgo de colapso, descargando el peso sobre elementos más estables.
Berma: Plataforma horizontal o escalón que se forma en el talud de una excavación o terraplén para mejorar su estabilidad, reducir la altura de la entibación o facilitar el acceso.
Cimbra: Estructura provisional de apoyo utilizada para sostener un arco, bóveda o losa de hormigón durante su construcción, hasta que adquiere la resistencia necesaria.
Codal: Elemento horizontal, generalmente un puntal o rollizo, que se coloca entre las paredes de una zanja o entre los paneles de una entibación para mantener su separación y resistir el empuje del terreno.
Cohesivo (terreno): Tipo de suelo que posee cohesión entre sus partículas (como las arcillas o limos), lo que le permite mantener una forma sin desmoronarse fácilmente.
Encofrado: Estructura temporal que moldea el hormigón fresco hasta que este fragua y adquiere su forma y resistencia definitiva.
Entibación: Sistema de contención provisional de tierras, compuesto por elementos de madera o metálicos, acodalados entre sí, para evitar el desplome de las paredes de excavaciones.
Entibación cuajada: Entibación de madera que cubre la totalidad de las paredes de la excavación, con los tablones situados uno a continuación del otro. Se usa en terrenos de muy escasa consistencia.
Entibación ligera: Entibación de madera que cubre menos del 50% de las paredes de la excavación, utilizando principalmente cabeceros apuntalados por codales. Se aplica en terrenos compactos.
Entibación semicuajada: Entibación de madera donde los cabeceros se unen con tablas verticales que cubren el 50% de las paredes de la excavación, con tablones separados aproximadamente 0,75 m. Se usa en terrenos compactos.
Nivel freático: Nivel superior de la capa de agua subterránea que satura el suelo. Su presencia afecta la estabilidad del terreno y la necesidad de entibaciones impermeables o sistemas de agotamiento.
No cohesivo (terreno): Tipo de suelo cuyas partículas no tienen cohesión entre sí (como las arenas o gravas), lo que lo hace propenso a desmoronarse si no se contiene.
Muro berlinés: Entibación temporal formada por perfiles metálicos (generalmente doble T) hincados verticalmente, entre los cuales se insertan tablones de madera para contener el terreno. Es de tipo flexible y «abierto» al agua subterránea.
Panel metálico: Componente prefabricado, generalmente de aluminio o acero, utilizado en sistemas de entibación moderna. Ofrecen ligereza, rapidez de instalación y alta resistencia.
Rollizo: Tronco de árbol sin labrar o descortezar, utilizado comúnmente como codal o puntal en entibaciones de madera.
Sifona miento: Fenómeno que ocurre en suelos no cohesivos bajo el nivel freático, donde el flujo de agua ascendente puede arrastrar partículas de suelo, provocando la pérdida de estabilidad y posibles desplomes.
Tablas (de madera): Elementos planos de madera, de un espesor determinado, utilizados para conformar las paredes de las entibaciones de madera, ya sea en disposición horizontal o vertical.
Tablestacas: Elementos prefabricados, generalmente metálicos o de hormigón, que se hincan en el terreno para formar una pantalla continua de contención, a menudo utilizada en entibaciones o muros pantalla.
Talud: Inclinación o pendiente de una superficie de terreno. En excavaciones, un talud estable es aquel que no requiere entibación para evitar el desplome.
Zanja: Excavación alargada y estrecha realizada en el terreno, generalmente para la instalación de tuberías, cables o cimentaciones.
Referencias:
GARCÍA VALCARCE, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, Barcelona, 309 pp.
IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
LAMBE, T.W.; WHITMAN, R.V. (1996). Mecánica de suelos. Limusa, México, D.F., 582 pp.
MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
Figura 1. Pala sobre neumáticos cargando dúmper. Imagen: V. Yepes
1. ¿Qué es un ciclo de trabajo y cuáles son sus componentes principales?
Un ciclo de trabajo se define como la secuencia de operaciones elementales necesarias para completar una tarea. El tiempo total necesario para realizar estas operaciones se denomina «tiempo del ciclo». Se descompone en tres tipos principales:
Tiempo fijo: Duración de operaciones que requieren un tiempo determinado, como la carga, la descarga y las maniobras.
Tiempo variable: Duración de las operaciones que dependen de las condiciones de trabajo, como la distancia en un ciclo de transporte.
Tiempo muerto de inactividad: Tiempo de espera de una máquina mientras otra está realizando una operación en un equipo coordinado.
Figura 2. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempo muerto en la máquina principal
2. ¿Cómo se calcula la producción de un equipo por unidad de tiempo y qué factores la afectan?
La producción por unidad de tiempo o rendimiento de un equipo se calcula multiplicando la capacidad de producción en un ciclo por el número de ciclos realizados en ese período.
La producción de una máquina o conjunto de máquinas está influenciada por múltiples factores, como el clima, la dureza del trabajo, los turnos, el estado de las máquinas, el dimensionamiento de los equipos, la habilidad del operador y la existencia de incentivos. Para estimar la producción real a partir de la producción teórica, hay que multiplicar la producción teórica por una serie de factores de producción.
3. ¿Qué es el «cuello de botella» en un equipo de máquinas y por qué es importante identificarlo?
El «cuello de botella» es el recurso o máquina que limita la producción total del equipo. Identificarlo es fundamental porque cualquier cambio en su funcionamiento afectará directamente a la capacidad de producción de todo el equipo. Por ejemplo, en un sistema de cargadora y camiones, si la cargadora espera a los camiones, estos son el cuello de botella. Si los camiones esperan a la cargadora, entonces la cargadora es el cuello de botella.
4. ¿Qué es el factor de acoplamiento (match factor) y cuál es su valor óptimo para el coste de producción?
El factor de acoplamiento es la relación entre la producción máxima posible de los equipos auxiliares y la producción máxima posible de los equipos principales, suponiendo que no hay tiempos de espera. El coste de producción más bajo se logra con factores de acoplamiento cercanos a la unidad, pero ligeramente por debajo de ella. Esto se debe a las variaciones estadísticas en los ciclos de trabajo, por lo que, incluso con un equipo bien dimensionado y un factor de acoplamiento de uno, siempre habrá tiempos de espera.
5. ¿Cómo se determina el número de máquinas principales y auxiliares necesarias para un trabajo concreto?
Este número se puede estimar conociendo los tiempos de ciclo de cada tipo de máquina. En una unidad de tiempo (por ejemplo, una hora), el número total de ciclos realizados por las máquinas principales debe ser igual al número total de ciclos realizados por las máquinas auxiliares. Esta relación se puede generalizar para múltiples tipos de máquinas.
6. ¿Cuáles son los tiempos improductivos necesarios para operar una máquina?
Se trata de tiempos imprescindibles para el desarrollo normal de un trabajo, aunque no contribuyen directamente a la producción. Incluyen:
Tiempo preparativo-conclusivo: Revisión, arranque, traslado y protección de la máquina.
Tiempo de interrupciones tecnológicas: Necesidades de la tecnología implicada, como el cambio de posición de una cuchilla.
Tiempo de servicio: Mantenimiento y atención diaria del equipo durante la jornada.
Tiempo de descanso y necesidades personales: Tiempo para prevenir la fatiga del operador y atender sus necesidades básicas.
7. ¿Qué es la «producción tipo» y cómo se relaciona con la producción real?
La «producción tipo» es la producción obtenida durante 54 minutos ininterrumpidos de trabajo, siguiendo un método específico, en condiciones determinadas y con una habilidad media del operador. Se utilizan 54 minutos por hora para estimar las pérdidas de tiempo ajenas al trabajo. En esencia, se trata de una producción teórica en condiciones específicas.
Para estimar la producción real a partir de la producción tipo, se multiplica la producción tipo por una serie de factores de producción que tienen en cuenta las condiciones reales. La producción por hora de trabajo productivo en una obra concreta se relaciona con la producción tipo mediante el factor de eficacia.
Figura 3. Determinación del tiempo tipo de un trabajo
8. ¿Cuáles son los principales factores que modifican la producción tipo y de qué depende?
Los principales factores que modifican la producción tipo para estimar la producción real son los siguientes:
Factor de disponibilidad: Relación entre el tiempo disponible y el tiempo laborable real. Depende de la máquina y del equipo de mantenimiento.
Factor de utilización: Vincula el tiempo de utilización con el de disposición. Indica la calidad de la organización y planificación de la obra.
Eficiencia horaria, factor de eficacia o factor operacional: Cociente entre la producción media por hora de utilización y la producción tipo. Considera tiempos no productivos como traslados y preparación. Depende de la selección del personal y el método de trabajo.
Es importante señalar que solo el factor de disponibilidad depende directamente de la máquina; los demás están vinculados a la organización de la obra, la selección del personal y el método de trabajo.
Os dejo un audio que recoge estas ideas. Espero que os sea interesante.
También un vídeo explicativo del contenido.
Glosario de términos clave
Ciclo de trabajo: Serie completa de operaciones elementales necesarias para realizar una tarea o labor.
Tiempo del ciclo: Duración total invertida en completar un ciclo de trabajo.
Tiempo fijo: Parte del tiempo del ciclo que corresponde a operaciones de duración constante, independientemente de las condiciones de trabajo (ej., carga, descarga).
Tiempo variable: Parte del tiempo del ciclo que depende de las condiciones específicas de la operación (ej., distancia de transporte).
Tiempo muerto de inactividad: Período de espera de una máquina, usualmente debido a la necesidad de sincronización con otra máquina en una operación conjunta.
Cuello de botella: El recurso dentro de un equipo de trabajo que limita la producción total del conjunto.
Factor de acoplamiento (Match Factor): Relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares y la máxima producción posible de los equipos principales, idealmente sin tiempos de espera.
Producción: La transformación de elementos para obtener productos terminados o resultados útiles, a menudo asociados a unidades de obra en construcción.
Capacidad de producción: Cantidad de producto generado en un solo ciclo de trabajo.
Rendimiento: Producción por unidad de tiempo de un equipo.
Producción teórica: La producción esperada de un equipo bajo condiciones ideales o de diseño.
Producción real: La producción efectiva de un equipo, considerando las condiciones y factores operativos reales en una obra.
Factores de producción: Coeficientes utilizados para ajustar la producción teórica y obtener una estimación más precisa de la producción real, considerando diversas variables de la obra.
Tiempo productivo: Tiempo en el que el equipo trabaja directamente en la ejecución de una operación, ya sea principal o auxiliar.
Tiempos improductivos necesarios: Tiempos no productivos, pero esenciales para el desarrollo normal del trabajo (ej., preparativo-conclusivo, interrupciones tecnológicas, servicio, descanso).
Producción tipo: Producción obtenida en 54 minutos ininterrumpidos de trabajo bajo un método y condiciones específicas, con un operador de habilidad media. (Referencia a la hora reducida de 54 minutos útiles).
Factor de disponibilidad: Relación entre el tiempo que una máquina está disponible para trabajar y el tiempo laborable real. Refleja el estado mecánico y de mantenimiento.
Factor de utilización: Relación entre el tiempo que una máquina es utilizada efectivamente y el tiempo que está disponible. Refleja la organización y planificación de la obra.
Eficiencia horaria / Factor de eficacia: Cociente entre la producción media por hora de utilización y la producción tipo. Considera los tiempos de trabajo no productivo dedicados a tareas auxiliares y la habilidad del personal.
Producción media por hora laborable real: La producción promedio de un equipo durante una hora efectiva de trabajo, considerando todos los factores de corrección.
Índice de paralizaciones: Relación entre las interrupciones debidas a la organización, mal acoplamiento o averías de otras máquinas, y el tiempo laborable real.
Factor de aprovechamiento: Cociente entre el tiempo de utilización de una máquina y el tiempo laborable real. Es el producto del factor de disponibilidad y el factor de utilización.
Equipo en cadena: Un conjunto de máquinas donde la producción de una está ligada al trabajo de la que le precede, y la paralización de una detiene toda la cadena.
Equipo en paralelo: Un conjunto de máquinas iguales que trabajan simultáneamente, y la producción total es la suma de las producciones individuales o la probabilidad de que un cierto número de ellas esté activa.
Disponibilidad intrínseca: La disponibilidad de una máquina individual en un conjunto paralelo, sin considerar las interrupciones por organización.
Figura 1. Cuchara bivalva para construir pantallas. Por GK Bloemsma – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/
1. ¿Qué es un muro pantalla y qué funciones principales tiene en el campo de la cimentación?
Un muro pantalla es una técnica de cimentación profunda que se empezó a desarrollar en la década de 1950. Su principal característica es que se trata de una contención flexible que también cumple una función de cimentación. Las funciones principales de los muros pantalla son las siguientes:
Contención de tierras: Especialmente útil en situaciones donde la estabilidad de la excavación es difícil y existe preocupación por la seguridad de edificios colindantes.
Cimentación profunda: Proporciona una base sólida para estructuras.
Impermeabilización: Existen pantallas diseñadas específicamente, a menudo con cemento-bentonita, para evitar la filtración de agua.
Combinaciones de las anteriores: Muchos proyectos requieren una combinación de estas funciones para abordar desafíos complejos del terreno y la construcción.
Los cambios de forma y los movimientos de flexión que experimentan los muros pantalla influyen significativamente en la distribución y magnitud de los empujes del suelo, así como en las resistencias y acciones mutuas entre el suelo y la estructura.
2. ¿Cómo se clasifican los muros pantalla según su trabajo estructural y su función?
Los muros pantalla se clasifican de diversas maneras para adaptarse a distintas necesidades constructivas y geológicas.
Según su trabajo estructural, se pueden clasificar de la siguiente forma:
Pantallas en voladizo: Se introducen en el terreno a una profundidad suficiente para asegurar su fijación, aprovechando la resistencia pasiva del suelo.
Pantallas ancladas: Se utilizan cuando la profundidad de excavación es considerable (generalmente > 7-8m). Su estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y a uno o varios niveles de anclajes. Se subdividen en:
De soporte libre (o articuladas): El empotramiento es mínimo, comportándose como una viga doblemente apoyada.
De soporte fijo (o empotradas): El empotramiento es suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, actuando como una viga apoyada-empotrada.
Pantallas arriostradas: Sustituyen los anclajes por estampidores (puntales).
Pantallas acodaladas (entibaciones): Utilizan elementos de arriostramiento para la contención.
Pantallas atirantadas: Similares a las ancladas, pero el término puede implicar una mayor rigidez o elementos de tracción más permanentes.
Pantallas con contrafuertes: Refuerzos estructurales que aumentan su rigidez y capacidad de contención.
Según su función, se distinguen:
Pantallas de impermeabilización: Diseñadas para crear una barrera contra el flujo de agua (ej. con cemento-bentonita).
Pantallas de contención de tierras: Su propósito principal es retener el suelo.
Pantallas de cimentación (cimentación profunda): Actúan como elementos de apoyo para la estructura.
Pantallas combinaciones de las anteriores: Lo más común, buscando una solución multifuncional.
3. ¿Cuáles son los métodos de excavación de bataches para la construcción de muros pantalla y cuándo se utiliza cada uno?
La excavación de los bataches (paneles que conforman el muro pantalla) es un paso crítico que se lleva a cabo mediante dos métodos principales:
Medios convencionales (cuchara al cable o hidráulica). Estos métodos se utilizan en condiciones de terreno normales y profundidades típicas:
Cuchara de cable: El cierre es mecánico. Su ventaja es que la grúa excavadora puede usarse como auxiliar para hormigonado e izado de armaduras.
Cuchara hidráulica: El cierre y el giro son hidráulicos. Son más fáciles de manejar y producen menos excesos de hormigón que las de cable, aunque requieren una grúa auxiliar para armadura y hormigonado.
Hidrofresa. Este método se emplea en situaciones más exigentes debido a sus características de precisión y capacidad. Se utiliza cuando:
La dureza del terreno es excesiva.
Se requiere una verticalidad estricta (por debajo del 0,5 %).
Se alcanzan grandes profundidades (superiores a 45 metros).
Antes de la excavación, es necesario construir muretes guía que dirijan la herramienta, aseguren la verticalidad de los paneles y sirvan de soporte estable para la extracción de las juntas. Durante la excavación, puede ser necesario utilizar lodos tixotrópicos (bentoníticos) o polímeros para mantener la estabilidad de las paredes.
Figura 2. Vista de murete guía. http://www.estructurasmaqueda.com
4. ¿Qué función cumplen los lodos tixotrópicos (bentoníticos) y los polímeros en la construcción de las pantallas y en qué se diferencian?
Los lodos tixotrópicos (principalmente bentoníticos) y los polímeros son fundamentales para el sostenimiento de las excavaciones de muros pantalla, sobre todo cuando la estabilidad del terreno lo requiere.
Lodos tixotrópicos (bentoníticos):
Funciones: Mantener las paredes de la excavación (evitando derrumbes), mantener los sólidos en suspensión y lubricar la herramienta de perforación.
Mecanismo de acción: Forman una «torta» (cake) impermeable en la pared de la excavación. Esta película permite que la presión hidrostática de la columna de lodo actúe contra las paredes, estabilizándolas. Para que el «cake» se forme, es necesaria cierta filtración del lodo, por lo que son efectivos en suelos permeables (arenas) pero inútiles en arcillas.
Propiedades: Son fluidos no newtonianos cuya viscosidad aumenta al dejarlos en reposo (tixotropía), manteniendo los sólidos en suspensión gracias a un esfuerzo umbral (yield point).
Contaminación: Si se contaminan, floculan y pierden su funcionalidad. Se puede añadir polímero celulósico para protegerlos y aumentar su yield point sin incrementar excesivamente la viscosidad (útil en gravas).
Polímeros:
Alternativa a la bentonita: Pueden sustituir total o parcialmente a los lodos bentoníticos en condiciones particulares.
Ventajas medioambientales: Son biodegradables con el tiempo o se pueden destruir rápidamente con agentes oxidantes (lejía, agua oxigenada) o bacterias específicas.
Mecanismo de acción: A diferencia de la bentonita, no forman un «cake» externo efectivo. Las largas cadenas poliméricas se infiltran en el terreno y unen sus partículas por tracción iónica, creando un «cake» interno. Esto permite que la presión hidrostática del lodo actúe contra el terreno cohesionado.
Limitaciones: Carecen de un «yield-point» efectivo (salvo excepciones), por lo que solo se pueden emplear en terrenos de baja permeabilidad (10-5 a 10-6 m/seg).
Otras características: No necesitan desarenadores, ya que los sólidos en suspensión decantan rápidamente. Se dividen en polares (aniónicos y catiónicos) y apolares, siendo estos últimos más resistentes a ataques químicos.
En resumen, los lodos bentoníticos dependen de la formación de una «torta» externa y son adecuados para suelos permeables, mientras que los polímeros actúan por infiltración y cohesión interna, siendo idóneos para suelos de baja permeabilidad y ofreciendo ventajas medioambientales.
5. ¿Cuáles son los pasos clave en la ejecución convencional de muros pantalla después de la excavación y qué consideraciones son importantes en cada uno?
Una vez completada la excavación del batache y, si es necesario, sostenida con lodos, los siguientes pasos en la ejecución convencional de muros pantalla son los siguientes:
Desarenado de los lodos: Si se utilizaron lodos y su contenido de arena supera el 5 %, es imprescindible desarenarlos mediante centrifugado en hidrociclones. De no hacerlo, la arena decantaría sobre el hormigón, formando bolsas que comprometerían la calidad del muro.
Colocación de la armadura: La armadura debe atender a varias consideraciones:
Debe tener un esqueleto suficientemente rígido para mantener su forma durante la manipulación.
Para armaduras de gran longitud, se debe eslingar por distintos puntos a lo largo de su alzado; para las cortas, disponer de asas de izado.
Debe dejar espacio suficiente para la tubería tremie que se usará para el hormigonado.
Se deben colocar separadores (metálicos o de hormigón) para asegurar el recubrimiento mínimo de 75 mm según la normativa UNE.
Hormigonado de las pantallas: Se utiliza la técnica del hormigón sumergido, necesaria cuando no es posible vibrar el hormigón (como ocurre bajo lodos).
El hormigón se introduce a través de una tubería tremie que debe permanecer introducida 5m en el hormigón (o 3m en seco), subiéndose a medida que el hormigonado avanza.
Para paneles de más de 5 m de longitud, se usan dos tuberías tremie.
Los lodos se van evacuando a medida que el hormigón asciende.
La duración total del hormigonado debe ser inferior al 70 % del tiempo de inicio de fraguado.
Se utiliza un hormigón de consistencia líquida (cono 16-20 NTE o 18-21 UNE-EN-1538).
El hormigón debe subir lo más horizontal posible dentro del panel.
Extracción de la junta: Existen diferentes tipos de juntas para asegurar la continuidad entre paneles:
Junta trapezoidal: No necesita retirarse antes del fraguado del hormigón. Se extrae con un cabestrante o gatos.
Junta circular y tricilíndrica (Stein): Deben extraerse durante el fraguado del hormigón, en el momento justo en que este ha endurecido lo suficiente para mantenerse, pero no tanto que impida la extracción. Se retiran con gatos hidráulicos.
El cumplimiento de las tolerancias establecidas en normativas como la UNE o el PG-3 es fundamental en cada una de estas etapas para garantizar la calidad y funcionalidad del muro pantalla.
6. ¿Qué son los anclajes en cimentaciones, cómo se clasifican y cuáles son sus principales aplicaciones?
Los anclajes son elementos de sujeción de estructuras al suelo, diseñados para colaborar en la estabilidad del conjunto suelo-estructura y que trabajan fundamentalmente a tracción.
Clasificación de los anclajes:
Según su forma de actuar:
Pasivos: Entran en tracción automáticamente cuando las cargas o fuerzas externas actúan, oponiéndose al movimiento del terreno y la estructura.
Activos (pretensados): Se pretensan hasta una carga admisible una vez instalados, comprimiendo el terreno entre el anclaje y la estructura. Esto evita el movimiento de la cabeza del anclaje hasta que se supere el esfuerzo de pretensado.
Mixtos: Se pretensan con una carga inferior a la admisible, dejando un margen para absorber movimientos imprevistos.
Según el tiempo de servicio previsto:
Provisionales: Diseñados para un uso temporal durante la fase de construcción.
Permanentes: Diseñados para permanecer en servicio durante toda la vida útil de la estructura.
Inyección repetitiva (IR): Inyecciones a lo largo del bulbo en varias etapas.
Inyección repetitiva y selectiva (IRS): Inyecciones repetitivas en puntos específicos del bulbo.
Principales campos de aplicación:
Estabilización del terreno: Comprimir el terreno y coser diaclasas (fracturas).
Aumentar la resistencia al corte en taludes: Mejorar la estabilidad de laderas.
Sujeción de bóvedas de túneles y paredes de excavación: Proporcionar soporte en obras subterráneas o de contención.
Refuerzo de estructuras: Postesado de elementos estructurales, atirantado de bóvedas y arcos.
Arriostramiento de estructuras de contención: Estabilizar muros pantalla, tablestacados, etc.
Absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras: Contrarrestar la subpresión en soleras bajo el nivel freático.
Anclaje de estructuras esbeltas y complejas: Proporcionar estabilidad a elementos con alta esbeltez.
Los anclajes inyectados constan de tres partes: la zona de anclaje (bulbo inyectado al terreno), la zona libre (cables protegidos por una vaina) y la cabeza y la placa de apoyo, que fijan el anclaje a la estructura.
Figura 3. Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com
7. ¿Cuáles son los principales estados límite que hay que considerar en el dimensionamiento de elementos de contención, como los muros pantalla, según la normativa española (CTE)?
Según esta normativa, el dimensionamiento de los elementos de contención debe verificar una serie de estados límite para garantizar la seguridad y funcionalidad de la estructura. Estos se dividen en estados límite últimos y estados límite de servicio.
Estados Límite Últimos (ELU): Se refieren a la capacidad portante y la estabilidad global, evitando la rotura o colapso.
Estabilidad:
Deslizamiento: La estructura se desliza sobre su base o una superficie de falla.
Hundimiento: El terreno bajo la cimentación de la estructura falla.
Vuelco: La estructura gira alrededor de su base.
Capacidad estructural: Fallo del material constitutivo de la pantalla (hormigón, acero).
Fallo combinado del terreno y del elemento estructural: Una combinación de los anteriores.
Para pantallas flexibles, se deben verificar además:
Estabilidad global: Del conjunto suelo-pantalla-anclajes-sobrecargas.
Estabilidad del fondo de la excavación: Evitar levantamiento o sifonamiento.
Estabilidad de la propia pantalla: Rotura por rotación o traslación, o por hundimiento.
Estabilidad de los elementos de sujeción: (Anclajes, puntales).
Estabilidad en las edificaciones próximas: No causar daños a estructuras adyacentes.
Estabilidad de las zanjas: Durante la excavación de la propia pantalla.
Estados Límite de Servicio (ELS): Se refieren a las condiciones de uso de la estructura, evitando movimientos o infiltraciones excesivas.
Movimientos o deformaciones: Excesivos de la estructura de contención o de sus elementos de sujeción, que afecten a la propia pantalla o a estructuras próximas.
Infiltración de agua no admisible: Problemas de estanqueidad.
Afección a la situación del agua freática en el entorno: Con posibles repercusiones a estructuras próximas.
En el cálculo se deben considerar acciones como los empujes activos y pasivos de las tierras, los empujes horizontales del agua freática, las sobrecargas y las acciones instantáneas o alternantes (terremotos, impactos). También se tienen en cuenta las propiedades del suelo, los coeficientes de empuje (de Rankine y de Coulomb) y la deformabilidad de la pantalla, que influye significativamente en la distribución de los empujes.
8. ¿Qué es el sifonamiento en excavaciones y cómo se puede prevenir?
El sifonamiento es un fenómeno de inestabilidad del terreno que se produce en excavaciones, especialmente cuando el nivel freático (NF) se halla por encima del fondo de la excavación y es preciso agotar el agua del interior. Se produce una filtración de agua a través del fondo o de las paredes de la excavación. Si la presión intersticial del agua (es decir, la presión en los poros del suelo) crece hasta igualar la presión total del terreno, la tensión efectiva del suelo se anula (σ’ = σ – u = 0), lo que provoca una pérdida de resistencia y un flujo ascendente de partículas finas del suelo. Este fenómeno se alcanza para un «gradiente crítico».
Figura 4. Longitud de empotramiento para evitar el sifonamiento
Los principales problemas que causa el sifonamiento son:
Inestabilidad del fondo de excavación: Pérdida de capacidad portante del suelo.
Reducción de la presión efectiva en el intradós de la pantalla: Disminuye el efecto positivo del empuje pasivo, comprometiendo gravemente la estabilidad del muro pantalla.
Tubificación o entubamiento: Si se dan sifonamientos localizados, se inicia una erosión interna que forma conductos por donde el agua arrastra material, pudiendo causar un colapso brusco.
Soluciones principales para prevenir el sifonamiento:
Dimensionar un correcto sistema de bombeo: Para liberar las presiones intersticiales, ya sea durante la excavación (agotamiento) o de forma permanente mediante soleras drenadas. Los sistemas pueden ser bombeo desde arquetas (para excavaciones pequeñas sin finos), pozos filtrantes o lanzas de drenaje (well point).
Incrementar la clava de la pantalla: Aumentar la profundidad de empotramiento del muro pantalla (∆l) incrementa el recorrido del agua, reduciendo el gradiente hidráulico. La clava real puede ser un 20% mayor que la profundidad del punto de rotación.
«Clavar» las pantallas en un sustrato impermeable: Si es posible, extender la pantalla hasta una capa de suelo con muy baja permeabilidad (k) para cortar el flujo de agua.
Disminuir la permeabilidad de la capa filtrante y aumentar su peso específico aparente (γ’): Esto se puede lograr mediante un tapón de Jet-grouting, que también puede actuar como un codal natural.
Aumentar el efecto ataguía de la clava de las pantallas: Mediante un «peine» de inyecciones que reduce la permeabilidad del suelo bajo el muro.
Congelación del nivel freático: En casos extremos, se puede congelar el agua del terreno para crear una barrera impermeable.
A continuación os dejo un audio que resume bien el contenido de estos temas. Espero que os sea de interés.
Glosario de términos clave
Muro pantalla: Técnica de cimentación profunda y contención flexible que se desarrolla a principios de los años 50, aúna ambas funciones, especialmente en excavaciones difíciles o cerca de edificios.
Contención flexible: Cualidad de los muros pantalla que permite cambios de forma y movimientos de flexión, influenciando la distribución de empujes y la interacción suelo-estructura.
Empotramiento: Profundidad a la que se introduce la pantalla en el terreno por debajo del nivel de excavación para asegurar su fijación y estabilidad.
Empujes activos: Presiones horizontales mínimas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma alejándose de la estructura (descompresión horizontal).
Empujes pasivos: Presiones horizontales máximas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma empujando hacia el terreno (compresión horizontal).
Empuje al reposo: Presión horizontal que ejerce el terreno cuando no hay deformación lateral de la estructura de contención.
Muretes-guía: Estructuras temporales previas a la excavación de bataches, que dirigen la herramienta de excavación, aseguran la verticalidad de los paneles y sirven de soporte.
Batache: Segmento o panel individual que conforma el muro pantalla continuo, excavado y posteriormente hormigonado.
Cuchara al cable/hidráulica: Herramientas de excavación utilizadas para la formación de los bataches en medios convencionales.
Hidrofresa: Máquina de excavación especializada para bataches, usada en terrenos muy duros, cuando se requiere verticalidad estricta o a grandes profundidades.
Lodos tixotrópicos (bentoníticos): Suspensiones de arcilla (bentonita) en agua, utilizadas para sostener las paredes de la excavación mediante la formación de un «cake» y presión hidrostática, además de lubricar la herramienta. Son fluidos no newtonianos.
Lodos poliméricos: Soluciones de polímeros en agua que sustituyen o complementan a los lodos bentoníticos, formando un «cake» interno y uniendo partículas del terreno por tracción iónica. Son biodegradables.
Cake: Película impermeable que se forma en las paredes de la excavación de un muro pantalla debido a la filtración del lodo bentonítico, esencial para el sostenimiento por presión hidrostática.
Yield point (esfuerzo umbral): Esfuerzo mínimo necesario para que un fluido tixotrópico comience a fluir; por debajo de él, el lodo se comporta como un sólido.
Floculación: Proceso por el cual las partículas de lodo se agrupan, perdiendo su estabilidad y funcionalidad, generalmente por contaminación.
Tubería tremie: Tubería utilizada para el hormigonado sumergido de los muros pantalla, asegurando que el hormigón se deposite por debajo de la superficie del lodo sin contaminarse.
Junta (en pantallas): Dispositivo o técnica utilizada para asegurar la continuidad y estanqueidad entre bataches adyacentes (circular, trapezoidal, tricilíndrica o Stein).
Desarenado: Proceso de separación de arena de los lodos bentoníticos, realizado con hidrociclones, necesario para evitar la decantación de arena en el hormigón.
Pantalla en voladizo: Muro pantalla que se introduce en el terreno a una profundidad suficiente para que se fije como un elemento estructural en voladizo, aprovechando la resistencia pasiva.
Pantalla anclada: Muro pantalla cuya estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y al apoyo de uno o varios niveles de anclajes, usado en excavaciones profundas.
Pantalla de soporte libre (articulada): Pantalla anclada con una profundidad de empotramiento pequeña, que permite movimientos significativos en su base y se comporta como una viga doblemente apoyada.
Pantalla de soporte fijo (empotrada): Pantalla anclada con una longitud de empotramiento suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, comportándose como una viga apoyada-empotrada.
Efecto arco: Fenómeno que ocurre en pantallas flexibles, donde las cargas se concentran en las zonas más rígidas (como anclajes o fondo de excavación) y hay una descarga en las zonas de mayor movimiento.
Sifonamiento: Fenómeno en excavaciones con nivel freático alto, donde la presión intersticial en el fondo iguala la presión total, anulando la tensión efectiva del terreno y causando inestabilidad.
Gradiente crítico: Valor del gradiente hidráulico a partir del cual se produce el sifonamiento del terreno.
Tubificación (entubamiento): Erosión interna del terreno causada por sifonamientos localizados, formando conductos en el suelo.
Pozos filtrantes: Sistema de drenaje que utiliza bombas lapicero dentro de pozos para abatir el nivel freático.
Sistema de agujas filtrantes (well-point): Drenaje basado en la hinca de minipozos alrededor de una excavación, utilizando bombas de vacío para aspirar aire y agua, adecuado para terrenos arenosos.
Anclaje: Elemento de sujeción que transmite cargas de una estructura al terreno, generalmente trabajando a tracción.
Bulbo de inyección (zona de anclaje): Parte del anclaje inyectado que se fija al terreno, donde se desarrolla la transferencia de carga.
Zona libre: Parte del anclaje (cables o torones) que se encuentra protegida y no está en contacto directo con el terreno, permitiendo el pretensado sin fricción.
Cabeza y placa de apoyo: Elementos del anclaje que lo fijan a la estructura y mediante cuñas inmovilizan los torones.
Método de Kranz: Método de cálculo para anclajes que evalúa la estabilidad global frente al deslizamiento de la cuña de terreno soportada por los anclajes.
Entibación: Conjunto de elementos (tablestacas, puntales, codales) que se utilizan para contener las paredes de una excavación, evitando su colapso.
Método berlinés: Tipo de entibación donde se hincan perfiles metálicos aislados antes de excavar, y luego se va entibando progresivamente con elementos de contención y puntales.
Levantamiento de fondo: Problema de inestabilidad característico de excavaciones entibadas en suelos arcillosos blandos, donde el fondo de la excavación asciende debido a la presión del terreno.
Referencias:
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INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1987). Manual de ingeniería de taludes. Serie: Guías y Manuales, n.º 3, Ministerio de Educación y Ciencia, Madrid, 456 pp.
POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and applications. Third Edition, John Wiley & Sons.
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.
Introducción: El arte perdido del cálculo visual.
