El blog de Víctor Yepes

Introducción a los equipos de compactación mecánica

Figura 1. https://www.noticiasmaquinaria.com/nuevos-modelos-de-la-serie-de-rodillos-tandem-de-hamm-en-conexpo/

Existe una amplia variedad de equipos capaces de compactar, pero la naturaleza del terreno y su humedad condicionarán la máquina y el método empleados. La elección también depende de la función que cumpla el relleno compactado.

La compactación en obra se basa en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Los esfuerzos transmitidos son máximos bajo la aplicación de la carga y disminuyen con la profundidad. Los medios mecánicos usados para este menester combinan, en general, cuatro esfuerzos elementales: vertical estático, de amasado, de impacto y vibratorio.

El esfuerzo estático vertical produce, fundamentalmente, tensiones verticales que comprimen el suelo.
El esfuerzo de amasado provoca tensiones en al menos dos direcciones.
El esfuerzo de impacto alcanza una mayor profundidad que el estático, al propagar una onda de presión hacia abajo.
El esfuerzo vibratorio supone una sucesión rápida de impactos, lo que reduce el rozamiento interno entre las partículas y favorece la densificación.

El tipo de esfuerzo aplicado influye en la estructura de las partículas del suelo. Estas se encontrarán menos «floculadas», es decir, más orientadas y ordenadas, en orden creciente según el esfuerzo estático, vibratorio, de impacto y de amasado. La orientación de las partículas aumenta con las deformaciones de corte a las que ha sido sometido el terreno, y este será más resistente si la energía de compactación se utiliza para disminuir huecos y no para desarrollar deformaciones de corte.

La norma UNE-EN ISO 6165:2006 define al compactador como la «máquina autopropulsada o remolcada sobre ruedas, rulo o masa diseñada para aumentar la densidad de los materiales por: peso estático, impacto, vibración, amasado (presión dinámica) o combinación de estos efectos».

Figura 2. http://www.wikivia.org/wikivia/index.php?title=Equipos_de_compactaci%C3%B3n

Estos equipos, que junto a las motoniveladoras pueden considerarse máquinas de acabado de movimiento de tierras, se emplean para otros materiales, tales como aglomerados asfálticos, grava-cemento, hormigón seco u otros.

Los equipos de compactación pueden clasificarse de varias formas. Atendiendo al modo en que se trasladan, se dividen en:

Compactadores remolcados.
Compactadores de conducción manual.
Compactadores autopropulsados.

Atendiendo al principio básico de trabajo, estos equipos se clasifican en:

Apisonadoras estáticas.
Rodillos vibratorios.
Compactadores de impactos.

A su vez, los compactadores pueden utilizar como herramienta de trabajo, en diversas combinaciones:

Rodillo liso.
Rodillo de patas apisonadoras o de tacos.
Ruedas neumáticas.
Bandeja vibrante.
Martinetes.
Pisones.

Atendiendo a su arquitectura, estos equipos pueden ser:

Tipo triciclo.
Tipo tándem.
De chasis articulado.
Monocilíndrico.
Mixto.

De esta forma, podemos tener un rodillo vibratorio autopropulsado articulado con rodillos lisos, o bien un compactador autopropulsado estático tipo tándem de ruedas neumáticas. Las combinaciones son variadas.

Os dejo un vídeo explicativo que he preparado, en el que explico brevemente estas ideas básicas.

Otros vídeos explicativos son los siguientes:

https://www.youtube.com/watch?v=I7bH3PVbKE4

Referencias:

ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.

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

YEPES, V. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

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. Depósito Legal: V-4598-1997. 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 compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Compactador monocilíndrico vibratorio remolcado de patas apisonadoras

Figura 1. Rodillo de tiro vibrante pata de cabra. https://www.facebook.com/maquinariaescobal/photos/pcb.1645756895554174/1645756845554179

Son de características similares a los lisos en cuanto a dimensiones, peso y vibración, y se montan incluso en el mismo bastidor. Las formas de las patas varían según los modelos. Se utilizan fundamentalmente en arcillas, limos arcillosos, arcilla limosa y grava con aglutinantes arcillosos, es decir, suelos cohesivos y muy cohesivos, especialmente en terrenos con humedad excesiva. No obstante, este tipo de compactador está casi en desuso, fundamentalmente por su baja velocidad de trabajo (2 km/h) y el gran número de pasadas (6-8 como mínimo).

Figura 2. Rodillo de tiro pata de cabra vibrante. https://www.facebook.com/maquinariaescobal/photos/pcb.1645756895554174/1645756838887513

A continuación, os dejo un vídeo explicativo de este compactador remolcado.

Referencias:

ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.

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

YEPES, V. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

Cursos:

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

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

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Compactador monocilíndrico vibratorio remolcado de rodillo liso

Consisten en un bastidor en forma de marco sobre el que se apoya el cilindro mediante amortiguadores, y en el que también se sitúa el motor que genera las vibraciones. Ahora bien, algunos modelos aprovechan la energía vibrante del tractor remolcador para evitar que la vibración perjudique al motor situado sobre el rodillo. Son máquinas aún utilizadas que precisan de un tractor, son difíciles de maniobrar, tienen grandes radios de giro y solo permiten el trabajo en un solo sentido.

Figura 1. Compactador remolcado vibrante de rodillo liso Bomag BW6. https://exarmyuk.files.wordpress.com/2015/09/dsc03804-20150908-153057.jpg

Se puede estimar el esfuerzo necesario en el gancho del tractor T como:

donde:

P = Peso del rodillo remolcado en kg.

% = Pendiente a superar por el rodillo.

e = Espesor de la tongada a compactar en cm.

Sus pesos oscilan entre 3 y 15 t, con una anchura de compactación de unos 2,00 m y un diámetro de cilindro de hasta 1,80 m. Son normales frecuencias entre 25 y 30 Hz y amplitudes nominales del orden de los 2 mm. Su velocidad de trabajo se sitúa entre 2,0 y 5,0 km/h.

Este tipo de rodillo se utiliza cada vez menos, salvo en los pedraplenes más pesados. Tratándose de suelos, las tongadas óptimas para un rodillo de 3-4 t son de 20 a 30 cm. Los rodillos de 10-12 t pueden compactar tongadas de 50-60 cm. En el caso de pedraplenes, se llega a utilizar los de mayor tonelaje sobre tongadas de 60-80 cm, que en ocasiones pueden alcanzar 100-150 cm, aunque en este caso la efectividad es más bien escasa.

A continuación, os dejo algunos vídeos del funcionamiento de este compactador.

Referencias:

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. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

Cursos:

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

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

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Condiciones de seguridad de los compactadores

Los equipos de compactación presentan un elevado índice de accidentabilidad, materializado en atropellos, colisiones y vuelcos, debido fundamentalmente a la sencillez de manejo, monotonía del trabajo, continuo desplazamiento sobre el mismo circuito y posición relativamente elevada del centro de gravedad de la máquina, lo que los hace muy inestables al tratar de salvar pequeños desniveles.

Figura 1. Peligro por desnivel en compactación. https://www.equipmentworld.com/workforce/safety/article/14953939/how-to-avoid-deadly-roller-compactor-rollovers-on-jobsites-with-slopes-or-embankments

Entre los riesgos directos podemos citar las caídas de los operarios de las máquinas (por ejemplo, a una zanja), la caída del compactador sobre los miembros inferiores, con riesgo de aplastamiento, golpes o cortes, y la quemadura por contacto con partes calientes de la máquina. También se pueden recibir golpes o daño por los fragmentos que se disparan al compactar, irritación de los ojos o de las vías respiratorias por el polvo, sordera por ruido a niveles altos, incendios y explosiones por averías y defectos de la máquina, golpes y atropellos por vehículos dentro de la obra o durante trabajos en vías abiertas y accidentes por falta de dirección o señalización de las maniobras.

Figura 2. Accidente de un compactador. https://reinadelaselva.pe/noticias/6511/rodillo-compactador-casi-ocasiona-accidente-en-pedro-ruiz

Normalmente, los riesgos que surgen al manipular los compactadores tienen su origen en la falta de dispositivos de protección de los equipos, en no seguir el manual de instrucciones del aparato y en las distracciones de los trabajadores.

Como normas generales, aplicables a cualquier tipo de máquina, antes de arrancar se comprobarán los niveles y controles, que no existen personas en las cercanías, que la máquina tiene extintor y desconectador de batería para combatir incendios, se eliminará el polvo del parabrisas, se organizará el tráfico, se repararán las pistas, se prohibirá el transporte de personas y se aumentará al máximo la precaución en las maniobras de marcha atrás. Al finalizar el trabajo, se descenderá el equipo al suelo, se detendrá el motor y se estacionará la máquina en el lugar adecuado.

Como normas particulares para evitar situaciones de riesgo, se recomienda la rotación del personal, controlar los períodos de permanencia en su manejo, emplear personal cualificado, dotar al conductor de medios de protección personal y controlar el mantenimiento de la maquinaria.

Figura 3. Accidente provocado por el volcado de un compactador. http://radiolavozbaguagrande.blogspot.com/2012/06/rodillo-compactador-se-voltea-y-chofer.html

En este último aspecto, referido al mantenimiento, se pueden dar las siguientes recomendaciones según el tipo de máquina:

Apisonadores:

Limpiar el filtro de aire una vez al día y examinarlo por si presenta escapes.
Procurar que no entre aire sin filtrar en el motor, ya que perdería compresión y sufriría un daño irreparable.
Limpiar las lumbreras e inspeccionar el silenciador.
Examinar la mezcla de combustible y aceite.
Inspeccionar periódicamente el filtro del combustible.
Apretar los pernos de arado de la zapata e inspeccionar todas las tuercas que sujetan el silenciador.
Utilizar personal cualificado.

Placas vibrantes:

Limpiar el filtro de aire diariamente.
Examinar y cambiar el aceite del motor según las recomendaciones de cada modelo.
Examinar y cambiar el aceite del excitador.
Examinar la tensión de la correa.
Levantar las máquinas con grúas.
Mantener la base de la plancha limpia y libre de tierra adherida.

Rodillo:

Examinar y cambiar el aceite del motor según las recomendaciones de cada modelo.

Os dejo algunos vídeos sobre seguridad en los compactadores.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

Cursos:

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

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

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Pilotes de compactación

Figura 1. Hincado de pilotes prefabricados. https://geotecniafacil.com/pilotes-prefabricados-hincados/

En ocasiones, se hincan pilotes en suelos granulares para compactar el terreno en superficie y permitir el uso de cimentos de poca profundidad. Suelen ser pilotes de desplazamiento cortos, aunque son las pruebas de campo las que pueden determinar cuál es la longitud razonable. Esta longitud depende de la densidad relativa del terreno antes y después de la compactación, así como de la profundidad de compactación requerida (Das, 1999).

Los pilotes podrían ser de cualquier material, como los de madera o los prefabricados. La hincha de pilotes de madera se ha utilizado en la construcción de terraplenes para carreteras. No obstante, también podría emplearse un pilote de arena compactada o de grava como sustituto. Estos elementos se disponen en mallas regulares. Estos elementos se hincan desde la periferia hacia el centro del área que se quiere mejorar.

El objetivo de estos pilotes es compactar el terreno entre los elementos, formando un conjunto relativamente rígido de columnas en el que se concentran las cargas. En consecuencia, se aumenta la capacidad de carga por fricción. El volumen desplazado, añadido a la vibración de la hinca, es el responsable de la densificación del terreno circundante. Con este efecto se mejora la resistencia del terreno y se reducen los asientos totales y diferenciales. Además, limitan el riesgo de licuación. La profundidad no suele superar los 20 m.

Figura 2. Efecto del pilote de compactación

El cimiento no se apoya directamente sobre el pilote de compactación, sino sobre el conjunto del terreno densificado. También se puede hincar, mediante vibración o golpeo, un tubo con un tapón en su parte inferior. Una vez llega a la profundidad requerida, se rellena el orificio con material granular que se compacta por tongadas a la vez que se extrae la tubería, quedando el tapón en el terreno, formando un pilote de arena compactada.

Los pilotes de compactación suelen utilizarse bajo las mismas condiciones estructurales y subterráneas que las de la vibroflotación y de Terra-Probe. No obstante, los resultados son mejores con un terreno de arenas flojas que con la vibroflotación para un mismo espaciado entre puntos de tratamiento.

A continuación, os dejo un vídeo en el que se puede observar el proceso de hincado de un pilote prefabricado.

Referencias:

DAS, B. M. (2001). Principios de ingeniería de Cimentaciones. 4ª edición, International Thomson Editores, México, pág 575.

DELGADO, M. (1999). Ingeniería de cimentaciones: Fundamentos e introducción al análisis geotécnico. 2ª Edición, Alfaomega Grupo Editor, México.

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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Aportación a la toma de decisión multricriterio desde la teoría neutrosófica

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, indexada en el primer decil del JCR. En este caso hemos aplicado la teoría neutrosófica a la toma de decisión multicriterio. La nueva propuesta se ha aplicado al problema del proyecto más sostenible para un tablero de puente de hormigón pretensado ubicado en una región costera. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación DIMALIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Tras el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible y de la Agenda 2030, el diseño sostenible de productos en general y de infraestructuras en particular surge como un campo desafiante para el desarrollo y la aplicación de herramientas de toma de decisiones multicriterio. Los problemas de decisión relacionados con la sostenibilidad suelen implicar, por definición, una gran variedad en el número y la naturaleza de los criterios conflictivos, lo que nos sitúa en el límite de la aplicabilidad de las herramientas convencionales de toma de decisiones multicriterio. Cuanto mayor sea el número de criterios y más complejas sean las relaciones entre ellos en un problema de decisión, menos precisos y seguros serán los juicios requeridos por los métodos habituales, como el proceso de jerarquía analítica (AHP). El presente trabajo propone una metodología de finalización del AHP neutrosófico para reducir el número de juicios que debe emitir el decisor. Esto aumenta la consistencia de sus respuestas, a la vez que considera las incertidumbres asociadas a la borrosidad del pensamiento humano. El método se aplica a un problema de diseño sostenible, dando como resultado unas estimaciones de pesos que permiten reducir hasta un 22% las comparaciones requeridas convencionalmente, con una precisión media inferior al 10% entre las estimaciones y los pesos resultantes de una matriz AHP completada convencionalmente, y un error estándar medio de la raíz inferior al 15%.

Abstract:

Following the recent establishment of the Sustainable Development Goals and Agenda 2030, the sustainable design of products in general and infrastructure in particular has emerged as a challenging field for the development and application of multicriteria decision-making tools. Sustainability-related decision problems, by definition, usually involve a wide variety of conflicting criteria, pushing the limits of conventional multicriteria decision-making tools and practices. The greater the number of criteria and the more complex the relations existing between them in a decisional problem, the less accurate and certain are the judgments required by usual methods, such as the analytic hierarchy process (AHP). The present paper proposes a neutrosophic AHP completion methodology to reduce the number of judgments required of the decision maker. This increases the consistency of their responses while accounting for the uncertainties inherent in human thinking. The method is applied to a sustainable-design problem, resulting in weight estimates that reduce the conventionally required comparisons by up to 22%, with average accuracy below 10% between the estimates and the weights from a conventionally completed AHP matrix, and a root-mean-square standard error below 15%.

Keywords:

Multicriteria decision-making tools; analytic hierarchy process; DEMATEL; neutrosophic logic; fuzzy decision making; sustainable design.

Referencia:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic completion technique for incomplete higher-order AHP comparison matrices. Mathematics, 9(5):496. DOI:10.3390/math9050496

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Columnas de grava ejecutadas por medios convencionales

Una columna de grava no solo puede construirse con técnicas como la vibrosustitución o el vibrodesplazamiento, sino que también puede ejecutarse con medios convencionales propios de los pilotes. En las Figuras 1 y 2 se observan tres procedimientos para la ejecución de pilotes de grava mediante la sustitución del terreno.

Si el terreno es estable, la ejecución es similar a la de los pilotes de extracción con barrera sin entubación (pilotes CPI-7, según la nomenclatura de NTE). En este caso, tras la excavación con una barrena, se rellena la perforación con gravas, apisonando cada una de las tongadas.

Si el terreno no es estable, es necesario utilizar una camisa recuperable que sostenga la excavación (similar a la ejecución del pilote CPI-4). En este caso, se va excavando el material mientras se introduce la camisa. Tras llegar a la profundidad requerida, se va retirando la entubación conforme se van rellenando y apisonando las gravas por tongadas.

Figura 1. Ejecución de una columna de grava mediante sustitución en terreno estable o con entibación (Uriel, 1985)

En la Figura 2 se muestra un tercer procedimiento similar al anterior. Se trata de introducir la camisa mediante un vibrohincador. Una vez se alcanza la profundidad prevista, se rellena la entubación con grava y, una vez llena, se extrae la tubería mediante vibración, que, a su vez, compacta la grava. No obstante, también es posible introducir la entubación mediante empuje, apoyándose en el par de la perforadora.

Figura 2. Ejecución de una columna de grava mediante sustitución con vibrohincador (Uriel, 1985)

En la Figura 3 se describen dos sistemas constructivos de la columna de gravas en el caso de desplazar el terreno. En el primer caso, se hinca la entubación con un tapón perdido en el fondo, así como los pilotes de desplazamiento con azuche y tubería recuperable (CPI-2). Tras alcanzar la profundidad necesaria, se rellena la entubación con tongadas y se apisona simultáneamente con la extracción de la tubería. Una variante es hincar el tubo con un vibrohincador. Este tubo presenta una válvula en la punta que permite la hinca y el desplazamiento del terreno. Posteriormente, se rellena con grava y se extrae la tubería mediante vibración, que también compacta las gravas.

Figura 3. Ejecución de una columna de grava mediante desplazamiento (Uriel, 1985)

En Japón se ha desarrollado y utilizado ampliamente la técnica de ejecución de columnas de grava mediante un vibrohincador pesado en cabeza. Pero en este caso, el relleno suele ser de arena en vez de grava, que se compacta e imbrica con el terreno natural mediante sucesivos descensos y elevaciones de la camisa en vibración (Ortuño, 2003).

Referencias:

ORTUÑO, L. (2003). Vibroflotación. Columnas de grava. Jornada sobre mejora del terreno de cimentación. Madrid, 16 de diciembre.

URIEL, A. (1985). Mejora del terreno por medios dinámicos. Curso sobre pavimentos y rellenos portuarios. Puerto Autónomo de Valencia.

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Constructibilidad para la optimización en BIM y gemelos híbridos digitales

En otros artículos anteriores ya hemos hablado de la computación cuántica y de los gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación. Ahora os paso una comunicación que hicimos en el EAAE-ARCC International Conference que se celebró en Valencia el verano pasado, organizado por la Universitat Politècnica de València.

La introducción de los estándares de Lean Construction en la industria de la construcción ha cambiado la forma en que los profesionales abordan los problemas. El BIM y los gemelos digitales híbridos son tecnologías emergentes que mejoran la eficiencia de los procedimientos del sector. Los algoritmos de optimización se utilizan a menudo en combinación con estas técnicas para mejorar los resultados en varios puntos de la fase de diseño, incluido el proyecto estructural. La optimización puede realizarse utilizando diferentes criterios, como la economía, la sostenibilidad, el consumo de energía o la constructibilidad, o una combinación de ellos. Aunque existen fórmulas exactas para cuantificar algunos de estos criterios, no existe una fórmula universal para cuantificar la constructibilidad. En este artículo, establecemos los puntos clave para definir un criterio de constructibilidad para cada proyecto estructural y explorar su eficiencia. La forma de cuantificar la constructibilidad depende del diseño estructural y del elemento a optimizar, y como no existe una fórmula exacta para cuantificarla, se han definido los diferentes factores que influyen en ella y se han explorado sus combinaciones para un problema estructural determinado: la optimización de una viga de hormigón. Con ello, se consigue cuantificar la facilidad para construir un determinado proyecto estructural y reducir el tiempo de construcción y el coste de las cuadrillas y crear una forma de mejorar el diseño estructural. Este método expuesto puede ampliarse posteriormente a diferentes elementos estructurales.

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; YEPES, V. (2020). Constructability criterion for structural optimization in BIM and Hybrid Digital Twins. EAAE-ARCC International Conference, June, 10-13, Valencia, 8 pp. DOI: http://dx.doi.org/10.4995/EAAE-ARCC-IC-2020.2020.XXXX

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Pilotes de hormigón in situ en forma de X o Y

Figura 1. https://www.youtube.com/watch?v=kV2C-61N_Zs

Recientemente, se han desarrollado pilotes de hormigón ejecutados «in situ» con secciones en X o en Y para mejorar la fricción con el terreno. Esta idea no es del todo nueva, puesto que los pilotes metálicos de sección en I o en H, las barretes, etc., disponen de secciones que mejoran el rozamiento.

Los pilotes de hormigón ejecutados «in situ» con sección en X («X-section cast-in-place concrete pile«, XCC) fueron patentados en China por el Geotechnical Institute of Hohai University. En este caso, utilizando secciones circulares inversas, se pueden ejecutar pilotes ahorrando hormigón y con la misma área de superficie que un pilote circular del mismo diámetro. Su ejecución se basa en una tubería metálica con un tope en punta que se introduce en el terreno antes de hormigonar. El diámetro de la camisa metálica oscila entre 0,25 y 1,00 m, alcanzando una profundidad de 25 m. Además, diversos estudios han comprobado que la capacidad vertical del pilote con sección en X es un 20% mayor que la de sección circular con la misma cantidad de hormigón debido a su mayor superficie de fricción (Lv et al., 2011).

Figura 2. Detalle de la punta de la camisa. https://www.youtube.com/watch?v=kV2C-61N_Zs

A continuación, os dejo un vídeo explicativo sobre la instalación de este tipo de pilotes.

Referencias:

LV, Y.; DING, X.; LIU, H. (2011). In Situ Tests on Cast-in-Place Concrete X-Section Pile for Bearing Capacity of Single-Pile Composite Foundation. GeoHunan International Conference 2011.

Cursos:

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

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Pilotes de hormigón in situ huecos de gran diámetro

Figura 1. Máquina para instalar pilotes PCC. Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=AtOu0L2sXkw

Los pilotes de hormigón «in situ» huecos y de gran diámetro («cast-in-place concrete large-diameter pipe«, PCC) constituyen una técnica de mejora de suelos basada en inclusiones rígidas, desarrollada recientemente en China debido a su bajo coste y a su alta capacidad de carga. La función de este sistema es minimizar los asentamientos totales y diferenciales tras la construcción de un terraplén sobre un suelo blando.

Se trata de un pilote tubular de hormigón vertido «in situ» que se construye con una carcasa formada por dos tubos de acero de distinto diámetro colocados uno dentro del otro, auxiliados por una pilotadora dotada de un vibrador (Figura 1).

El espacio entre los dos tubos se cierra en la parte inferior y el pilote se hace vibrar en el suelo. Una vez alcanzada la profundidad requerida, se vierte hormigón en la zona hueca creada entre los dos tubos del pilote, se comprime mediante vibración y se retrae el armazón. Este proceso abre el cierre entre las dos carcasas, permitiendo que el tubo de hormigón permanezca en el suelo mientras se retraen las tuberías concéntricas.

El pilote final tiene un diámetro de 1,0 a 1,5 m, un grosor de pared de 100 a 150 mm, una longitud de hasta 25 m y una distancia entre centros de 2,5 a 4,0 m (Figura 2).

Figura 2. Dimensiones de un pilote PCC. Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=AtOu0L2sXkw

Sobre el campo de pilotes se coloca un colchón formado por tres capas de geotextil, con grava entre ellas, para redistribuir la carga del relleno a los pilotes. Se comprueba que la velocidad de instalación es bastante lenta, pero que, racionalizando el hormigonado, se puede ganar tiempo. Se realizan pruebas posteriores para verificar la calidad del pilote individual y de la mejora del suelo como un todo.

El pilote PCC ofrece un mejor rendimiento económico que otros métodos convencionales. Presenta un mejor control de calidad, pues tanto la integridad como el grosor de la pared pueden verificarse más fácilmente. Combina las ventajas del pilote de hormigón pretensado, del pilote perforado y del pilote de acero. Así, el PPC puede alcanzar profundidades de 25 m con diámetros de hasta 1,50 m, mientras que las columnas de grava y las columnas de suelo-cemento presentan diámetros que rondan los 0,50 m y profundidades normalmente limitadas a 15 m. Por otra parte, pilotes de estas dimensiones no podrían prefabricarse ni colocarse sin que estuvieran fuertemente armados, lo cual no ocurre con un PPC.

La capacidad portante del PCC es elevada, pues el rozamiento es alto debido a su diámetro y a que se desarrolla tanto por el interior como por el exterior del pilote tubular. Ello permite separar los pilotes entre sí, disminuyendo el número total necesario. Además, la forma anular del elemento rebaja la cantidad de hormigón empleado.

En la Figura 3 se muestra la secuencia de la instalación del PCC. Primero se monta la carcasa anular en la pilotadora (a), se empuja al principio y luego se vibra para introducirla en el terreno (b). Una vez alcanzada la profundidad, se vierte hormigón en el espacio anular (c). Después, se extrae la doble tubería de acero mediante vibración (d) hasta completar el pilote (e).

Figura 3. Fases de la ejecución de un pilote PPC (Liu et al., 2009)

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que creo que os puede servir para entender el procedimiento constructivo de este tipo de pilotes.

Referencias:

LIU, H.L.; FEI, K.; MA, X.H.; GAO, Y.F. (2003). Cast-in-situ concrete thin-wall pipe pile with vibrated and steel tube mould technology and its application (I): Development and design. Rock Soil Mechanics, 24:164–168.

LIU, H.L.; CHU, J.; DENG, A. (2009). Use of large-diameter, cast-in situ concrete pipe piles for embankment over soft clay. Canadian Geotechnical Journal, 46(8): 915–927.

Cursos:

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

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