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Draga de cuchara montada sobre pontona

Figura 1. Draga de cuchara. Vía: http://www.hiseamarine.com

La draga de cuchara montada sobre pontona (grab/clamshell dredger, en inglés) es una máquina mecánica equipada con una grúa con un brazo de celosía y un cucharón o bivalva suspendido de un cable. Esta máquina se coloca en un pedestal en un extremo de un pontón o puede ser autoportante y montarse en un barco.

La draga de cuchara es eficaz en materiales blandos o previamente tratados, ya que su única fuerza es su peso. Sin embargo, su necesidad de barcazas o de vertido directo limita su uso en proyectos de regeneración costera y similares. Por otro lado, se utiliza ampliamente en el dragado de zanjas estrechas.

El ámbito de aplicación de estos equipos es para proyectos de escala reducida o de bajo volumen, en los que su tamaño les permite realizar tareas en lugares inaccesibles para dragas más grandes o en los que su movilización no resulta económica. Para proyectos de mayor envergadura, solo se emplean equipos con cucharas de gran capacidad. Se obtienen mejores resultados al dragar terrenos no cohesivos con sedimentos blandos, como arenas o fangos. También pueden usarse en arcillas y arenas moderadamente compactas, aunque con una disminución de la eficiencia. Con cucharas de gajos o pinzas, se pueden extraer rocas fragmentadas y otros elementos sueltos.

Figura 2. Elementos de la cuchara bivalva

En este caso, la grúa está montada en una pontona sin cántara. Para almacenar el material, se debe colocar uno o más gánguiles en los laterales de la pontona. Esta puede ser rectangular o semicircular y suele mantener su posición mediante cables y anclas en cada esquina o mediante pilones “spuds” que la estabilizan. La pontona tiene un bajo calado, lo que permite trabajar en aguas poco profundas siempre y cuando los gánguiles tengan acceso a la zona. La grúa se instala en la borda de la pontona para barrer la mayor superficie posible de material. Si es necesario, se pueden instalar varias grúas en una misma pontona.

Su modo de operación es el siguiente:

Situación del pontón en la zona de trabajo.
Descenso de los 3 pilonos de anclaje (spuds) que absorben los esfuerzos horizontales de la excavación. También las hay con un conjunto de cables y anclas o con ambos combinados.
Descenso de la cuchara (con cierta inercia), extracción, elevación del material y carga sobre gánguiles.
Izado de los 2 spuds situados en el tercio delantero. El spud de popa hace girar a la draga sobre su eje.
Inicio del proceso.

Figura 3. Ciclo de trabajo de las dragas de cuchara sobre pontona (Bray et al., 1997)

Los gánguiles tienen la función de transportar materiales hasta el punto de descarga. El volumen de la cuchara puede oscilar entre 0,75 y 200 m³. Su capacidad de almacenamiento varía entre 50 y 2000 m³. Las dragas de cuchara sobre pontona son más eficientes que las autoportadoras en términos de producción, pues permiten operar de forma ininterrumpida mientras haya gánguiles disponibles.

La operación de la draga de cuchara sobre pontón está limitada por factores económicos y ambientales. La profundidad mínima de agua para su funcionamiento es de 1 m y la máxima de dragado es de 50 m. La draga puede funcionar en olas de hasta 2 m y en corrientes de hasta 1,5 nudos. Además, cuenta con una resistencia máxima a la cizalladura de 300 kPa en arcillas y de 1 MPa a la compresión en rocas.

La draga de cuchara sobre pontón presenta varias ventajas frente a otros métodos de dragado. En primer lugar, la dilución durante la carga del material es mucho menor que con los métodos hidráulicos, lo que se traduce en una proporción muy alta de sólidos en el relleno de la cántara. Además, la carga con cuchara permite manejar con relativa facilidad cantos, guijarros y escombros, aunque pueden presentarse problemas durante la descarga con materiales como cables metálicos, cuerdas y cadenas que pueden enredarse en las compuertas de descarga y obstruir la salida. La draga también es útil para dragar áreas confinadas, como muelles, zonas periféricas a espigones y entradas de dársenas, ya que otras dragas solo pueden operar en estas áreas después de una nivelación previa. La profundidad de operación de la draga depende únicamente de la resistencia del cable metálico del tambor izador, lo que la hace adecuada para operar en profundidades inalcanzables por otras dragas similares. Además, el pequeño calado de la pontona permite trabajar en aguas poco profundas siempre que las barcazas puedan acceder a la zona. La ventaja más importante de la draga de cuchara sobre la pontona es su capacidad para dragar zanjas estrechas.

Los principales inconvenientes de esta draga son el menor volumen de producción en comparación con otros tipos de dragas similares y la dificultad para mantener una producción regular. Para asegurarse de que no queden zonas sin dragar, se necesita sobreexcavar el terreno, especialmente en suelos cohesivos. Esto se traduce en un coste elevado debido a la combinación de un bajo volumen de producción y un exceso de terreno dragado, especialmente cuando se dragan capas delgadas en grandes extensiones de terreno. Además, la única fuerza que puede aplicarse al cucharón para penetrar en terrenos duros es su propio peso, por lo que el rango de materiales que puede arrastrar sin tratamiento previo es limitado.

He grabado un vídeo sobre esta draga, que espero les sea de interés.

A continuación os dejo un par de vídeos para que podáis observar cómo trabaja la draga. En este caso, en vez de estar la cuchara montada sobre un brazo en celosía y cables, está montada sobre un brazo hidráulico articulado. Espero que os gusten.

Referencias:

BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2^nd edition, Wiley, 434 pp.

CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.

SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.

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Congelación de suelos

Figura 1. http://www.tectonica-online.com/productos/2683/artificial_congelacion/#

Al excavar y estabilizar el suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad consiste en congelar artificialmente el suelo, en especial cuando este es blando y está saturado. Ello permite disponer de una pared provisional que impide el desmoronamiento del terreno.

El estudio de la congelación artificial del suelo requiere conocimientos sobre las técnicas de congelación existentes, así como sobre las propiedades térmicas y geotécnicas del terreno. Este procedimiento constructivo requiere la participación de empresas especializadas. Aquí podéis descargar un documento que explica una aplicación práctica de la técnica.

Fundamento teórico

La estabilización temporal del terreno mediante congelación es una técnica empleada en minería desde mediados del siglo pasado. Se basa en la transformación del agua intersticial en hielo, que, en ese estado, actúa como elemento aglutinante de las partículas del suelo.

Se consiguen así dos efectos, por una parte, un aumento de la resistencia del terreno y, por otra, una completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las condiciones de excavación. Pero al mismo tiempo, se alteran otras condiciones geotécnicas que pueden afectar a estructuras contiguas a la obra y que, en el proyecto previo, han de ser estudiadas cuidadosamente.

Figura 2. Sistema de congelación de terrenos

Aplicabilidad

La congelación es adecuada en una amplia variedad de suelos, incluso cuando las inyecciones y otros métodos no pueden utilizarse. El requisito que plantea es que los suelos estén saturados de agua, ya que, de lo contrario, la técnica no mejora las características del terreno. Así, se podría congelar un terreno con un grado de saturación del 20%, pero en terrenos cohesivos la congelación no alcanza el 100%, por lo que el tratamiento deja de ser eficaz.

Figura 3. http://teoriadeconstruccion.files.wordpress.com

Sistemas de congelación

El procedimiento consiste en instalar un conjunto de tubos o sondas de congelación por los que habrá de circular la sustancia refrigerante, con la disposición y separación entre las sondas que aconsejen las condiciones de obra (profundidad de excavación, planta, etc.) y el terreno.

Figura 4. Esquema de congelación del terreno

Como sustancias refrigerantes pueden emplearse salmueras (con frecuencia, cloruro cálcico, aunque también se han utilizado cloruros de sodio, magnesio o litio), anhídrido carbónico (nieve carbónica) o nitrógeno líquido. Todas ellas presentan el mismo fundamento físico: la capacidad de absorción de calor de estas sustancias al pasar del estado líquido al gaseoso.

El método de instalación varía según se recupere o no el elemento refrigerante (circuito cerrado o abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el que se muestra en la figura. El fluido, en estado líquido, pasa por los tubos refrigerantes y, al evaporarse a través de ellos, absorbe calor del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor que en combinación con un sistema refrigerador lo licua a baja temperatura, y después es conducida a un depósito, en el que es almacenada en forma líquida a alta presión. Desde este tanque el caudal se bombea a las sondas refrigerantes para ser reutilizado en un nuevo recorrido a través del circuito cerrado de congelación. La salmuera suele estar al menos a 5 °C por debajo de la mínima temperatura que debe alcanzarse, con puntos de congelación habituales entre -20 °C y -40 °C.

Cuando la congelación se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, esta (a menudo nitrógeno líquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a baja temperatura (» -196 °C), hacia las sondas o tubos congeladores de la instalación: el fluido, después de pasar a través de las sondas, ya evaporado se dirige hasta el final del circuito, en este caso abierto, del cual sale a la atmósfera en forma de gas a unos -60 °C de temperatura.

Figura 5. Congelación artificial del suelo mediante nitrógeno líquido. Adaptado de Cashman y Preene (2012)

Este sistema resulta más caro que el anterior por no recuperar la sustancia refrigerante, pero los efectos de congelación que se obtienen en la práctica son más rápidos.

Existe la opción de utilizar un procedimiento mixto. Consiste en combinar la capacidad frigorífica del nitrógeno líquido para congelar el terreno rápidamente y la economía de la salmuera para el mantenimiento durante los trabajos de excavación y la construcción de la estructura. Para ello, los circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan emplear ambos procedimientos.

Condiciones de ejecución

La elección del procedimiento y medios de congelación más efectivos requiere el estudio del terreno y de la obra en tres etapas:

Estudio de viabilidad
Elección del sistema
Ejecución y control

El estudio de viabilidad determina la factibilidad de la congelación y define qué tipo de acciones se deben adoptar si se requieren medidas correctoras del terreno. Obviamente, se debe comenzar por el conocimiento hidrogeológico del terreno y del entorno afectado por la congelación. En este estudio, los parámetros térmicos y geotécnicos del suelo durante todo el proceso son los que presentan un mayor interés.

Es conveniente conocer el volumen y las condiciones del agua que entre en contacto con el material congelado debido al calor proporcionado y a los efectos de la velocidad de circulación. A partir de velocidades de 1,5–2 m/día, la congelación no es posible con nitrógeno líquido. Con esas altas velocidades se puede inyectar el terreno para mejorar la eficiencia del tratamiento. La congelación suele ser factible en suelos saturados, aunque también podría emplearse en suelos con grados muy bajos de saturación (10%).

El estudio de viabilidad determina el sistema de congelación y la mejor disposición de los tubos para adaptarlos a las condiciones del terreno. Se recurre a superficies cilíndricas, de sección circular o elíptica, para que los esfuerzos generados en el material congelado sean de compresión. El análisis térmico permite seleccionar la disposición más favorable de las sondas, la potencia del equipo de congelación y el tiempo de trabajo necesario para lograr la congelación.

Las sondas termométricas permiten controlar la temperatura en el interior del suelo congelado. De esta forma se controla la evolución de la congelación durante la excavación y se determina la potencia frigorífica necesaria. Por tanto, la congelación se realiza en dos etapas: la etapa activa, que congela el terreno para formar la pantalla, y la etapa pasiva, en la que se mantiene estable el espesor congelado.

La resistencia de un suelo congelado la determinan la cohesión y el ángulo de rozamiento. Pero estos parámetros varían según la temperatura y el tiempo, con leyes diferentes en función de la composición del suelo y de la duración de la carga aplicada.

Ventajas y limitaciones

La congelación del terreno permite acortar plazos cuando la cantidad de agua en una excavación es importante, y es un método aplicable a una gran variedad de suelos. Sin embargo, su ejecución precisa de empresas especializadas, lo que, junto con su coste, ha limitado su uso en España. Asimismo, en el caso de gravas con un flujo de agua considerable, se requiere una inyección previa. Por último, el asiento producido tras la descongelación del terreno puede ser significativo.

Os dejo aquí un caso real en Varsovia sobre la aplicación de la congelación del terreno.

Pincha aquí para descargar

A continuación, os dejo un vídeo que he preparado para explicar este procedimiento constructivo. Espero que os guste.

En el siguiente vídeo se muestra un proyecto de congelación para la construcción posterior de un túnel.

Referencias:

CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia.
MUZÁS, F. (1980). El frío, la helada, congelación de terrenos. Capítulo 16 de Geotecnia y Cimientos III, de J.A. Jiménez Salas, Ed. Rueda.
MUZÁS, F. (1980). Congelación artificial del terreno. IV Curso sobre Técnicas de Mejora del Terreno. Valencia, 16 de octubre. (link)
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2.ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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Antecedentes históricos de la asignatura «Procedimientos de Construcción»

Arco romano de Cabanes (Castellón). V. Yepes

Las obras y las construcciones que el hombre realiza para satisfacer necesidades básicas como la seguridad, la vivienda o los transportes deben ejecutarse siguiendo un orden o plan preestablecido, según un conjunto de normas o reglas capaces de asegurar su éxito. Pues bien, los PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN constituyen los distintos procesos, sistemas y métodos disponibles para hacer realidad una obra, siguiendo, para ello, un conjunto ordenado de reglas o prácticas constructivas basadas en la experiencia y en los conocimientos técnicos y científicos disponibles en ese momento, todo ello para conseguir construcciones útiles, seguras, económicas, estéticas, medioambientalmente aceptables y, a ser posible, perdurables en el tiempo.

En la literatura anglosajona, la materia de Procedimientos de Construcción se recoge bajo la denominación de Construction Methods, a la cual se le añaden en numerosas ocasiones los conceptos de Management, Equipment o Planning. En nuestro ámbito, la asignatura se asocia con la maquinaria y los medios auxiliares, así como con la planificación y la organización de las obras.

El puente Ingeniero Carlos Fernández Casado (así se le conoce) es un puente atirantado del ingeniero de caminos Javier Manterola que cruza el embalse de Barrios de Luna, en León.

Para encuadrar históricamente la disciplina, se repasa a continuación el desarrollo histórico y el estado actual de los estudios de ingeniería civil en España y de la asignatura de Procedimientos de Construcción.

D. José Juan-Aracil Segura. Imagen gentileza de Gregorio Rábago Juan Aracil.

Si bien en el Real Decreto de 11 de enero de 1849 ya aparecían las asignaturas de Construcciones (primera parte) y Máquinas en el segundo curso, Construcciones (segunda parte) en el tercer curso y Construcciones (tercera parte) en el cuarto y último curso de las enseñanzas de la Escuela Especial de Caminos, Canales y Puertos, los antecedentes de esta asignatura hay que buscarlos en el año 1939, recién terminada la Guerra Civil española. Se orienta, en su origen, al empleo de una serie de máquinas y medios auxiliares que empiezan a estar presentes en las obras de aquel momento, en un país en plena reconstrucción. En sus inicios, el contenido del programa incluía nociones sobre hormigoneras, equipos de bombeo, aire comprimido, maderas y cables. Era una asignatura de segundo año de la Escuela de Madrid, que empezó a impartirse por el primer titular de la cátedra, el ingeniero alcoyano D. José Juan-Aracil Segura.

La asignatura va ampliando sus contenidos a principios de los años cuarenta, coincidiendo con la entrada en España de las primeras máquinas de obras públicas, fruto de la ayuda estadounidense. Pasa a ser una materia anual denominada “Maquinaria y Medios Auxiliares de Obra”, que se imparte en el tercer año del plan de estudios de la Escuela, en aquel momento de cinco años.

Con el transcurso del tiempo, en España se construyen obras cada vez más complejas (presas, túneles, carreteras, etc.). Ello obliga a incluir en el programa las últimas novedades. Sin embargo, el abanico de maquinaria se vuelve tan amplio que se abandona la explicación pormenorizada de cada máquina y se dedica más tiempo a la gestión y el funcionamiento de las máquinas, así como a su organización dentro del proceso constructivo. La asignatura pasa a llamarse “Maquinaria Auxiliar y Organización de Obras”, y en su programa se incluyen temas relacionados con el alquiler de maquinaria, los talleres de obra y de entretenimiento, y la conservación de los equipos.

En el año 1975 se suprime en la Escuela de Madrid la asignatura de Construcción y el Claustro aprueba crear una asignatura denominada “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras”, recomendando potenciar los temas relacionados con la organización de obras, la planificación, el control y la optimización de recursos. La Cátedra de Madrid pasó al profesor José Luis Juan-Aracil López, quien la ejerció hasta su paso a profesor emérito.

En Valencia, la asignatura en el Plan anterior se denominó “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras” para pasar al nombre más corto de “Procedimientos de Construcción”, y su versión reducida para algunas especialidades de ingeniería de obras públicas, “Maquinaria y Medios Auxiliares”. Este curso 2011-2012 es el primero en el que se cursan las asignaturas «Procedimientos de Construcción (I)» y «Procedimientos de Construcción (II)» en el grado de Ingeniería Civil, debido a la adaptación de los planes de estudio a la Directiva de Bolonia.

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Montaje de grúas autodesplegables

Las grúas autodesplegables son máquinas de elevación capaces de desplegarse por sí mismas, sin necesidad de una grúa auxiliar. Este tipo de grúas es habitual en los modelos de grúas de torre de un solo vano. Son rápidas de montar (en aproximadamente media hora, según el modelo), aunque son algo más caras y tienen un alcance más limitado. El despliegue se facilita mediante articulaciones y mecanismos precisos. Este tipo de grúas plegables permite ser transportadas por carretera, sin desmontar ninguna pieza. Incluso si son transportadas en góndola, tampoco requieren otra grúa auxiliar para su descarga.

Como una imagen a veces vale más que mil palabras, os paso un pequeño vídeo de apenas 8 minutos donde se muestra cómo se pueden montar de forma autónoma varios modelos de grúa torre. En este caso, los modelos son Terex Comedil CBR-28, CBR-32 y CBR-40. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

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

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Tablestacas autoportantes

Las tablestacas autoportantes o pantalla de tablestacas en ménsula son un sistema de sostenimiento del terreno que utiliza tablestacas o pantallas y no requiere elementos adicionales. Trabajan estos elementos en ménsula, siendo una solución sencilla que trabaja por empotramiento en el terreno.

El procedimiento constructivo es sencillo y rápido, pues no resultan necesarios el arriostramiento ni los apuntalamientos intermedios. Una vez instaladas las tablestacas, el interior de la excavación queda totalmente libre de obstáculos para realizar el vaciado de tierras y demás trabajos necesarios (hormigonado, colocación de instalaciones, etc.). En principio, no existen limitaciones en cuanto a las dimensiones en planta del recinto a excavar, aunque sí que está limitada la profundidad de la excavación, dependiente del tipo de terreno.

La longitud de tablestaca incluye la profundidad de excavación, la longitud de empotramiento y un sobrante superior para que las pinzas de los equipos de vibración puedan coger la tablestaca durante la hinca y la extracción.

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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Suelo reforzado con geosintéticos

Figura 1. Detalle de la estructura de un muro reforzado con geotextil. Fuente: geotexan.com

También se pueden construir muros compuestos por geosintéticos resistentes a las tracciones producidas por la presión del suelo (Figura 1). En los muros pueden utilizarse distintos tipos de geosintéticos: geotextiles, geomallas y geocompuestos de refuerzo.

El geotextil es un material textil plano, permeable, deformable, formado por fibras poliméricas. Su función es la de refuerzo, trabajando a tracción, además de evacuar el agua. Se introduce una longitud mínima de anclaje para evitar deslizamientos (Figura 2). El refuerzo se introduce junto con el relleno en capas de unos 50 cm, coincidiendo con el espesor del terraplenado. Son muros económicos y fáciles de construir. Presentan una gran flexibilidad y deformación. Además, la capa de geotextil puede convertirse en una superficie débil que favorezca los desplazamientos. Otro inconveniente es la susceptibilidad del geotextil a la formación de compuestos por la luz solar. A menudo, se hidrosiembra el paramento visible para formar un muro vegetalizado (Figura 2).

Figura 2. Longitud de anclaje del geotextil. Fuente: https://geosynthetics.files.wordpress.com

Las geomallas también pueden reforzarse con una malla metálica, que aporta cierta rigidez al terraplén. Su función es la misma que la del geotextil y se usa cuando la tracción requerida supera la del geotextil. De este modo, las capas no constituyen superficies de debilidad, aunque el efecto de anclaje es menor que el de los geotextiles. El inconveniente es que hay que prever la corrosión del material que forma la malla, así como que el paso del agua no se corta por capilaridad, lo que puede llegar al cimiento.

Los geocompuestos de refuerzo son una combinación de los geotextiles y las geomallas. Proporcionan la resistencia a la tracción necesaria y evitan el paso del agua al cimiento.

Figura 3. Detalle de un muro de suelo reforzado con malla. Fuente: www.orbemedioambiente.es

Os dejo un breve vídeo en el que podemos ver cómo se ejecuta esta unidad de obra.

Os dejo un vídeo de geotecnia.online sobre el uso de los geosintéticos.

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2.ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Construcción de túneles mediante el Nuevo Método Austriaco

Túnel de Albertia. LAV Vitoria-Bilbao-San Sebastián

¿Túneles que se sostienen casi por arte de magia? ¿No se nos caerá el túnel cuando estemos construyéndolo? No solo es posible, sino que es un procedimiento constructivo que ya no es tan nuevo como su nombre indica, aunque ya adelantamos que, para una correcta ejecución, se necesita experiencia y saber muy bien lo que se lleva entre manos.

Las técnicas de gunitado y bulonado, junto con una nueva concepción constructiva en la que el estado de tensiones-deformaciones del sistema túnel-terreno se controla desde el inicio de la excavación, llevaron al desarrollo de un conjunto de sistemas de ejecución, entre los cuales el primero patentado (1956) fue el denominado Nuevo Método Austriaco.

En estos métodos, el sostenimiento provisional no se consigue como en los métodos clásicos con cuadros rígidos, sobredimensionados para soportar la presión del terreno una vez se ha producido su deformación, sino mediante un medio de sostenimiento provisional más flexible, que se adapte al terreno y trabaje desde el momento en que se efectúa la excavación. De este modo, se pretende que las condiciones resistentes del macizo sufran la menor alteración posible, controlando (con medidores de convergencia, extensómetros, etc.) las deformaciones del terreno que se producen por descompresión al excavar y minimizando su magnitud por medio de un gunitado del terreno excavado y de otras técnicas complementarias. Con ello se pretende que el terreno colabore como elemento resistente al recubrimiento definitivo del túnel, que, en consecuencia, resulta de bastante menor espesor que el que se obtendría con un método tradicional.

Estos principios son los que se aplican en el Nuevo Método Austriaco, con las características constructivas que se exponen en la propia memoria original: «La aplicación de un revestimiento delgado semirrígido, colocado inmediatamente antes de que la roca se vea afectada por el proceso de descompresión. El revestimiento se diseña para alcanzar un equilibrio permanente, después de adaptarse a un reajuste de esfuerzos, sin especificar de qué material ha de ser construido. El revestimiento puede ser de cualquier material adecuado al propósito indicado, tal como anclajes, hormigón proyectado, hormigón prefabricado, arcos metálicos, pudiendo emplearse estos medios aisladamente o combinados entre sí«.

La aplicación del método implica, por tanto, las siguientes fases:

(1) Excavación realizada con los medios que requiera el terreno, a plena sección o mediante bataches.

(2) Entibación provisional inmediata a la excavación, generalmente mediante un gunitado que puede ir armado con una malla metálica y, si es necesario, reforzado con bulones, inyección o incluso con cerchas metálicas, cuando el cierre de la cavidad se produce tan rápidamente que no da tiempo a que la gunita se endurezca.

(3) Medición de convergencias y deformaciones del terreno y de la tensión de los bulones, cerchas, etc. Esta auscultación se lleva a cabo mediante células de presión, extensómetros de superficie o internos y medidas topográficas que indican el momento en que el terreno ya ha quedado equilibrado con el recubrimiento provisional.

(4) Los resultados de las mediciones anteriores pueden aconsejar:

la ejecución de un refuerzo del sostenimiento provisional, y/o
la aplicación del recubrimiento definitivo con un espesor que debe absorber las deformaciones radiales previsibles en el caso en que no se haya podido esperar el tiempo suficiente hasta alcanzar la estabilización total.

El siguiente vídeo explica bien este método constructivo utilizado en los túneles de Alta Velocidad de Levante, en el tramo Contreras – Villargordo del Cabriel. Túneles Hoya de la Roda, Rabo de la Sartén y Umbría.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Métodos y equipos de excavación en túnel. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.835. Valencia, 52 pp.

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Sistema «Omega» de ejecución de pilotes de desplazamiento por rotación

Sistema Omega de ejecución de pilotes. Imagen: W. Van Impe (http://scon.persianblog.ir/post/121/)

El sistema Omega de ejecución de pilotes permite, mediante la aplicación de rotación y empuje a la cabeza en la fase de perforación y de rotación y tiro en la fase de extracción, la instalación de pilotes con total ausencia de vibraciones, y produce un desplazamiento lateral del terreno que lo compacta y evita la extracción de detritus.

Por encima del diámetro máximo de la cabeza, unas hélices horizontales y la inclinación adecuada del ángulo superior producen un segundo desplazamiento del terreno durante la secuencia de extracción y la fase de hormigonado. En esta fase, la presión controlada de inyección de hormigón a través de la varilla del tubo central induce un tercer estado de desplazamiento, asegurando una perfecta adherencia del pilote al terreno.

Se utiliza una perforadora de vuelo parcial con una sección de desplazamiento que comprime y mejora la densidad de los flancos del agujero. Esto mejora la fricción perimetral y la capacidad de carga del pilote vaciado en el molde.

Un documento explicativo lo podéis encontrar aquí: http://www.ifc-es.com/docs/doc478f25b17f2af6.04560118.pdf de la empresa IFC Cimentaciones Especiales S.A. Otro muy interesante, de Juan José Rosas: http://www.consultorsestructures.org/images/stories/quaderns/quaderns15.pdf?phpMyAdmin=1f73cb5e5b5871b17a5dd37e0ee619a6

Os dejo un vídeo en el que podéis ver cómo se realiza este tipo de piloteaje. Espero que os guste.

Referencia:

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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Los tramos de prueba en la compactación de suelos

Figura 1. Tramo de prueba de suelo seleccionado. https://twitter.com/cytemsl/status/888377967256244224/photo/1

La compactación de suelos suele ser uno de los procedimientos constructivos en los que las patologías se presentan por su mala ejecución. Debido a la multitud de factores que influyen en la compactación, para grandes volúmenes de obra se aconseja realizar tramos de prueba, en los que se pueden establecer los criterios que, bajo la perspectiva económica, resulten óptimos para alcanzar la compactación especificada. Los tramos de prueba no suelen estar justificados en el caso de que los materiales sean suficientemente homogéneos y siempre resulta interesante cuando nos encontramos ante yacimientos importantes. En otro caso, no resulta económica su ejecución. Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado. Veamos brevemente cómo determinar el espesor de tongada y el número óptimo de pasadas.

Figura 2. Esquema de tramo de prueba (Rojo, 1988)

La humedad y la naturaleza del suelo, el espesor de compactación, el equipo seleccionado para la compactación, la velocidad de trabajo y el número de pases, entre otros, están relacionados entre sí y, junto con ellos, se puede alcanzar la densidad exigida para cada caso. Esta propiedad es cambiante con la profundidad de la capa, con una variación que depende del equipo de compactación, por lo que consideraremos una densidad media de capa. Los pliegos de condiciones pueden exigir que la compactación media de la capa sea superior a un valor determinado, según su densidad especificada, o bien que la compactación en cualquier punto sea superior a un valor determinado. Hoy en día se tienen en cuenta no solo los valores medios, sino también su dispersión.

La densidad es, en general, débil en los primeros centímetros; alcanza su máximo a los 10 o 20 cm y disminuye con rapidez, de forma variable según los materiales y el compactador utilizado. Sin embargo, el efecto de compactación de capas sucesivas produce un aumento de la densidad, de modo que la densidad media de la capa se aproxima a la obtenida mediante el método de ensayo.

Figura 3. Distribución de la compactación en profundidad

Los máximos de las curvas de compactación, con el número de pases, se sitúan cada vez más profundos en la compactación vibratoria; en cambio, se acercan a la superficie en la compactación por amasado (pata de cabra). Se dice en este último caso que la compactación es de “abajo hacia arriba”, tal y como vimos en un punto anterior.

El contenido de agua tiene un valor decisivo en la elección del grosor de la tongada, ya que para cada grosor existe una humedad óptima y ambas variables crecen de forma conjunta. A mayor humedad, más efectiva es la acción del compactador en profundidad. Esta consideración es de gran importancia económica, puesto que se puede elegir un grosor de capa en función de la humedad natural previa a la corrección. También es decisivo, a la hora de calcular rendimientos, tener perfectamente establecido el número de pases, que disminuye con el espesor de la capa.

Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado. Se miden las densidades obtenidas en función del grosor de capa y del número de pases, lo que da lugar a curvas como las mostradas en la Figura 3.

Figura 4. Curvas de resultados del tramo de pruebas

Una vez obtenido el conjunto de puntos “a”, “b”, etc., se elige el par formado por el número de pases y el espesor de tongada de mayor producción horaria.

El Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes establece en su artículo 330 que «cuando lo indique el Proyecto o lo aconsejen las características del material o de la obra, y previa autorización del Director de las Obras, las determinaciones «in situ» de densidad, humedad, y módulo de deformación se complementarán por otras, como los ensayos de huella ejecutados según NLT 256 o el método de «Control de procedimiento» a partir de bandas de ensayo previas. En estas últimas deberán quedar definidas, para permitir su control posterior, las operaciones de ejecución, equipos de extendido y compactación, espesores de tongada, humedad del material y número de pasadas, debiendo comprobarse en esas bandas de ensayo que se cumplen las condiciones de densidad, saturación, módulo de deformación y relación de módulos que se acaban de establecer. En estas bandas o terraplenes de ensayo el número de tongadas a realizar será, al menos, de tres (3)”.

A continuación, os dejamos un Polimedia con una somera explicación sobre la realización de estos tramos de prueba.

Referencias:

ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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Algo sobre cajones flotantes

Cajones flotantes de hormigón en Marín (Pontevedra), ejecutados por Sacyr

Los cajones flotantes son estructuras de grandes dimensiones que, por su sección transversal aligerada —multicelular—, pueden flotar una vez terminados. Eso les confiere una gran versatilidad en la construcción (mediante hormigonado deslizante), el transporte flotante y la colocación en la obra portuaria, ya sea en muelles, diques u otros. Las infraestructuras típicas que emplean este tipo de cajones son los muelles y otras estructuras de atraque, los diques de abrigo verticales y los diques especiales tipo flotante. Este tipo de estructura flotante es una tipología ampliamente empleada en la construcción de diques en los puertos españoles. Son, sin duda, las mayores piezas prefabricadas de hormigón, con moles que pueden superar los 10.000 m³.

Desde el punto de vista económico, existen razones para apoyar la construcción de diques flotantes. En efecto, el ahorro más significativo que ofrecen estas estructuras frente a los diques rompeolas o los de gravedad se da en grandes profundidades, ya que su coste de construcción es prácticamente independiente de la profundidad, mientras que el de un dique en talud crece exponencialmente con la profundidad. Este ahorro se debe fundamentalmente al ahorro de volumen de escollera y de materiales de relleno, respecto a los diques en talud o a las banquetas de los diques verticales.

Las condiciones y limitaciones que presenta el cálculo necesario para la fabricación de los cajones flotantes se relacionan fundamentalmente con las importantes interacciones entre los pesos de los elementos en construcción y los empujes de los elementos flotantes, pues de ellas se derivan posibles riesgos, como la pérdida de estabilidad, riesgos de varada en el fondo, etc. Asimismo, los criterios con los que se fijan los parámetros de cálculo son, fundamentalmente, los siguientes: estabilidad hidrostática del conjunto cajón-pontona, presión suficiente entre cajón y pontona para asegurar el contacto durante la construcción y el mantenimiento de un francobordo mínimo que proteja el hormigón en el fraguado y no afecte a la estabilidad del cajón.

Cajón flotante remolcado hasta su posición final. http://www.dragados.com/upload/MONACO%205.jpg

Para quienes estén interesados, existen algunas referencias que pueden informar sobre el estado actual de los avances tecnológicos en este ámbito. Así, por ejemplo, un hito en este tema es el “Manual para el diseño y la ejecución de cajones flotantes de hormigón armado para obras portuarias”, editado por Puertos del Estado en el año 2006 (ISBN: 84-88975-55-4). En este manual se ofrecen a los usuarios los criterios necesarios para el diseño, la construcción y el mantenimiento de cajones de hormigón armado, con la aplicación específica de la EHE y la consideración de las recomendaciones del programa ROM.

Asimismo, se consideran muy interesantes las referencias relativas a algunas realizaciones en el ámbito nacional o internacional. Así, las primeras obras de cajones construidas en España se realizaron en el muelle de Levante del Puerto de Huelva, en 1932, con un calado máximo de 8 m. En los años 80 se generalizó la construcción de obras de atraque de cajones, aprovechando el auge de los puertos comerciales, y en la década de los 90 se extendió su uso en la construcción de diques verticales. A modo de ejemplo, la prolongación del Muelle de Poniente de Palma de Mallorca necesitó la fabricación de siete cajones flotantes que se fabricaron en Cartagena y se remolcaron unas 250 millas. La referencia se puede ver en Sáenz et al (1996): “Fabricación y remolque de los cajones de hormigón para la prolongación del muelle de Poniente en el puerto de Palma de Mallorca”, Revista de Obras Públicas, 143(3357):57-68. La construcción, en los últimos años, de diques verticales de 28 m de calado en la dársena de Escombreras, en Cartagena, hace que la tecnología de nuestro país sea solo equiparable a la japonesa.

Otro aspecto importante es la verificación de la armadura de cortante exigida por la norma EHE. La experiencia acumulada indica que esta armadura suele ser innecesaria, aunque la norma EHE la imponga. Un análisis al respecto puede verse en el artículo de Pita, Grau y Pérez sobre el diseño de cajones flotantes (http://www.fhecor.es/wp-content/uploads/ARW/ES_OBRASPORTUARIAS.pdf). También sería resaltable el trabajo de investigación del CEDEX sobre el comportamiento del hormigón de los cajones flotantes en la zona de carrera de mareas. Los resultados pueden verse en la revista Puertos, en su número 136 del año 2006 (http://www.puertos.es/export/download/ROM_PDFs/RecomendaCAJONES.pdf).

Una de las referencias más importantes a nivel internacional es la guía práctica del PIANC (1994). “Floating breakwaters. A practical guide for design and construction.” Report of the Working Group n.º 13 of the Permanent Technical Committee II. Supplement to bulletin nº 85. Permanent International Association of Navigation Congresses. Otra referencia normalmente empleada es la de Michael L. Giles y Robert M. Sorensen (1978). “Prototype scale mooring load and transmission tests for a floating tire breakwater”. Technical paper n.º 78-3. U.S. ARMY, CORPS OF ENGINEERS. COASTAL ENGINEERING RESEARCH CENTER.

Resulta de interés citar una de las realizaciones más ambiciosas a nivel internacional. Se trata del mayor dique flotante del mundo, construido en el Puerto de Algeciras para ampliar el puerto deportivo de la Condamine en el Principado de Mónaco, lo que implicó una larga travesía por las aguas del Mediterráneo. Las características de este hito pueden verse en un artículo firmado por Barceló, Hue y Peset en la Revista de Obras Públicas, en su número 3432 de abril de 2003 (pp. 81-110). Bastan, pues, unas cuantas referencias bibliográficas y de realizaciones para comprobar que la tecnología necesaria para la construcción de cajones flotantes está consolidada, y que España es un referente a nivel internacional.

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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