Os presento la segunda edición ampliada del libro que he publicado sobre procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. El libro trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, maquinaria y equipos auxiliares empleados en la construcción de cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas, pilotes, cajones, estructuras de contención de tierras, muros, pantallas de hormigón, anclajes, entibaciones y tablestacas. Pero se ha ampliado esta edición con tres capítulos nuevos dedicados a los procedimientos de contención y control de las aguas subterráneas. Además, de incluir la bibliografía para ampliar conocimientos, se incluyen cuestiones de autoevaluación con respuestas y un tesauro para el aprendizaje de los conceptos más importantes de estos temas. Este texto tiene como objetivo apoyar los contenidos lectivos de los programas de los estudios de grado relacionados con la ingeniería civil, la edificación y las obras públicas.
El libro tiene 480 páginas, 439 figuras y fotografías, así como 430 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html
Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Un anclaje es el elemento capaz de transmitir esfuerzos de tracción desde la superficie del terreno hasta una zona interior del mismo. En artículos anteriores vimos el concepto y la clasificación de los anclajes, la forma de ejecutar un anclaje y aspectos relacionados con la seguridad en su ejecución. En este artículo vamos a describir brevemente las diferentes zonas de un anclaje.
En los anclajes se distinguen las siguientes zonas (Figura 1):
Zona o bulbo de anclaje: es la parte solidaria al terreno en profundidad, encargada de transferirle los esfuerzos. Tiene características muy distintas dependiendo del procedimiento constructivo empleado. Teóricamente, se trataría de una parte fija, es decir, que no se movería ni durante el tesado ni durante la movilización del empuje activo. En la práctica se puede mover algo, pero no debe despegarse del terreno, pues entonces desaparecería la capacidad del anclaje.
Zona libre: es la parte en la que la armadura es independiente del terreno que la rodea, de forma que está libre su deformación al tensionarse. En efecto, la capacidad de deformación de esta zona libre es la que provoca la progresiva puesta en carga del anclaje. Conviene una longitud mínima de unos 5 m para que el esfuerzo aplicado se vea poco afectado por los posibles desplazamientos de la cabeza respecto a la zona de anclaje al terreno. Puede garantizarse la independencia del anclaje respecto al terreno en esta zona mediante camisas de PVC o metálicas. Sin embargo, debe garantizarse su protección contra la corrosión.
Cabeza: es la unión de la armadura a la placa de apoyo, sobre la que se ejerce la fuerza estabilizadora sobre la estructura. Dependen de cada fabricante y son similares a las utilizadas en hormigón pretensado.
En la Figura 2 se puede observar la cabeza para un anclaje de 8 torones.
Figura 2. Cabeza para un anclaje de 8 torones. https://publicworkstoolscad.blogspot.com/
Os dejo una animación de Keller Cimentaciones respecto a la ejecución de una inyección.
Figura 1. Perforación para anclaje en muro de micropilotes. Imagen: V. Yepes
En un artículo anterior se repasó el concepto y la clasificación de los anclajes. A continuación, se van a comentar brevemente los aspectos más relevantes de la ejecución de un anclaje.
Para ejecutar un anclaje, se introduce la armadura en una perforación previamente realizada en el terreno, quedando ambas unidas con la lechada de cemento que se inyecta a continuación. Las operaciones son las siguientes:
Perforación.
Colocación del cable o bulón y ejecución del bulbo de anclaje para su fijación en el fondo de la perforación.
Tensado del cable, en su caso.
Inyección de la lechada y cierre de la cabeza del anclaje.
La perforación, que normalmente se realiza a rotación o rotopercusión, tiene un diámetro de entre 68 y 200 mm para barras de 25 mm, y de más de 200 mm para anclajes más complejos. En cuanto al resto de sus componentes, los anclajes pueden ser diferentes en función de la resistencia del propio anclaje y del terreno. La figura 1 muestra la perforación de una viga riostra sobre un muro de micropilotes para realizar un anclaje al terreno. Las Figuras 2 y 3 muestran detalles de la maquinaria empleada para realizar las perforaciones de los anclajes.
Figura 2. Maquinaria de perforación a rotopercusión. www.desdeelmurete.com
Figura 3. Detalle de la perforación para anclaje en muro pantalla. www.desdeelmurete.com
En los anclajes activos es primordial que el cable quede sujeto en el fondo de la perforación antes de tesar. Para ello, se emplean diversos sistemas en función del tipo de anclaje, con dispositivos que aíslan el bulbo de anclaje del resto de la perforación. De esta forma, se impide que la lechada inyectada en la zona de empotramiento se extienda al resto del cable antes del tensado. El dispositivo más frecuente es un obturador o casquillo expansivo. La inyección en esta zona se realiza a través de una tubería de PVC situada en el interior de la vaina que cubre el cable, a una presión que puede llegar a unos 2,5-3,0 MPa. Estas tuberías van provistas de válvulas antirretorno que pueden taponarlas a diferentes profundidades para obtener una mayor penetración al inyectar.
Una vez asegurado el empotramiento, se tensa el cable con gatos hidráulicos, se bloquea el extremo en la placa de anclaje con tuercas o conos de anclaje y se controla el diagrama de tensiones-alargamientos, que debe coincidir con el teórico si la fijación en el fondo es efectiva (ver Figura 4).
Figura 4. Tesado de cables de un anclaje activo. http://www.fernandeztadeo.com/anclajes.htm
Con el cable en tensión, se inyecta la lechada en el resto de la perforación a una presión de alrededor de 3 MPa. No deben pasar más de 8-12 horas tras la perforación para que las paredes del terreno se alteren y se descompriman lo menos posible. Cuando la rosca está sana, los esfuerzos del cable pueden transmitirse al terreno directamente a través de la lechada; en caso contrario, que es lo más común, los esfuerzos se transmiten de forma independiente al terreno mediante una vaina en la que se inyecta la lechada y los productos anticorrosivos. La lechada se dosifica con abundante cemento, con una relación agua/cemento entre 0,4 y 0,6 (0,4 para el sellado entre la armadura y las vainas anticorrosión) y una resistencia mínima a compresión simple de 25 MPa. Es necesario el uso de aditivos. El fraguado tarda entre 3 y 7 días. En la Tabla 1 se reflejan las características de los cables más empleados.
Tabla 1. Características de los cables más empleados actualmente (Y 1860 S7 15.20)
Límite elástico (N/mm2)
1670
Carga de rotura (N/mm2)
1860
N.º de alambres
7
Diámetro nominal (pulgadas – milímetros)
0,6 – 15,2
Área (mm2)
140
Límite elástico unitario (kN)
260
Módulo de deformación (N/mm2)
200 000
En los anclajes pasivos, el diámetro de las armaduras está comprendido entre 16 y 40 mm. Se emplean aceros dúctiles que presentan alargamientos en rotura superiores al 4 % para reducir la probabilidad de rotura frágil del perno. En estos anclajes, la transferencia de esfuerzos entre la armadura y el terreno es directa a través de la lechada. Su ejecución es más sencilla que la de los anclajes activos. La armadura se introduce en la perforación y, una vez fijada (algunos pernos van provistos de un casquillo expansivo situado en su extremo que los fija en el fondo de la perforación), se rellena inyectando una lechada con una dosificación similar a la de otros anclajes.
La longitud de un bulón, por razones constructivas, suele estar comprendida entre 1,5 y 10 m. Se colocan en el interior del terreno desde una superficie libre mediante un taladro. Sin embargo, la fuerza que puede soportar cada bulón es relativamente reducida, lo que implica una densidad de aplicación elevada. Es habitual usar barras de acero de 20 a 40 mm de sección, con cargas de entre 10 y 25 t.
En el caso de los cables, la lechada los protege y transmite las tensiones entre la armadura y el terreno. Se colocan centradores que garantizan la correcta colocación del tirante, con un recubrimiento mínimo de 10 mm entre el terreno y el elemento metálico. Por lo general, las tensiones de trabajo de los aceros de los anclajes permanentes son del 60 % de su límite elástico y del 75 % en los anclajes provisionales. En la Tabla 2 se indican las características de las barras de anclaje más comunes.
Tabla 2. Características de las barras de anclaje más habituales.
Tipo de barra
Límite elástico (N/mm2)
Carga de rotura (N/mm2)
Corrugada, Gewi o similar
500
550
Dywidag
850
1050
Os he preparado un vídeo explicativo que espero que os resulte interesante.
Os dejo a continuación algunos vídeos que espero sean de vuestro interés.
Figura 1. Detalle de un anclaje pasivo formado por un bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es
Los anclajes son dispositivos constituidos por tirantes o por barras rígidas que, integrados en un talud de roca o en ciertas partes de una obra (muros, zapatas, etc.), pueden aumentar su resistencia y estabilidad al trabajar a tracción (Figura 1). Lo habitual es que estén constituidos por armaduras metálicas alojadas en perforaciones realizadas en el terreno, cuyo fondo se ancla mediante inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos, y luego se fijan en el exterior de la estructura o en placas que se apoyan directamente en la superficie del terreno. Los anclajes se utilizan para arriostrar estructuras de contención, estabilizar el terreno, reforzar estructuras o absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras (Figura 2).
Figura 2. Ejemplos de aplicación de los anclajes
Los anclajes permiten la movilidad en la obra y son más económicos que los arriostramientos para grandes vaciados y superficies. Por otra parte, ofrecen seguridad por estar tesados y, por consiguiente, haberse realizado una prueba de carga in situ. Sin embargo, una deficiente instalación de los anclajes puede ocasionar fallos estructurales. Además, pueden surgir problemas jurídicos si nos salimos de los límites de la propiedad al realizar los anclajes.
Por su forma de trabajar, los anclajes pueden clasificarse en activos, pasivos y mixtos:
Anclaje activo: una vez instalado, se pretensa hasta llegar a su carga admisible. De esta forma, el terreno se comprime entre la zona de anclaje y la estructura o placa de apoyo. Se utilizan cables tensados.
Anclaje pasivo: entra en tracción por sí solo, al presentarse la fuerza exterior y oponerse la cabeza al movimiento del terreno o de la estructura (Figura 3). En consecuencia, puede sufrir grandes desplazamientos. Se utilizan barras de acero, denominadas bulones o pernos. Normalmente, no pasan de 10 m de longitud.
Anclaje mixto: se pretensa la armadura por debajo de la carga admisible, reservando una parte de su capacidad resistente para otras posibles solicitaciones. Se utilizan cables tensados.
Figura 3. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es
En función del tiempo de actuación, los anclajes pueden ser temporales o permanentes:
Anclaje temporal: es un medio auxiliar en la construcción que permite estabilizar la estructura durante el tiempo necesario (de 9 meses a 2 años, dependiendo de las normas) para disponer otros elementos resistentes que los sustituyan.
Anclaje permanente: se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad. Uno de los mayores peligros es la corrosión, tanto para las zonas de bulbo y alargamiento libre, como para la cabeza de anclaje. La Figura 4 muestra un anclaje permanente al terreno.
Figura 4. Anclajes permanentes al terreno. http://www.micros.es/anclajes-permanentes.asp
He grabado un pequeño vídeo explicativo sobre el concepto y la clasificación de los anclajes.
Os dejo un vídeo de Ingeosolum donde se puede ver cómo se realiza el tesado de anclaje para IngeoNAIL provisional de 3 m de altura en Pamplona.
Os presento en este post un nuevo libro que he publicado sobre procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. El libro trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, maquinaria y equipos auxiliares empleados en la construcción de cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas, pilotes, cajones, estructuras de contención de tierras, muros, pantallas de hormigón, anclajes, entibaciones y tablestacas. Además, de incluir la bibliografía para ampliar conocimientos, se incluyen cuestiones de autoevaluación con respuestas y un tesauro para el aprendizaje de los conceptos más importantes de estos temas. Este texto tiene como objetivo apoyar los contenidos lectivos de los programas de los estudios de grado relacionados con la ingeniería civil, la edificación y las obras públicas.
El libro tiene 202 páginas, 242 figuras y fotografías, así como 140 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html
Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de Valéncia. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Referencia:
YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.
A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.
Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com
Los anclajes al terreno se utilizan habitualmente para la contención del empuje de tierras en pantallas continuas, estabilización de laderas, estribos de puente y otras estructuras similares. Estos anclajes se ejecutan mediante una perforación en el terreno por donde se introducirán unos cables o barras que serán sometidas a tensión.
En esta entrada nos centraremos en presentar un par de documentos de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y del Subsuelo (AETESS) relacionados con las medidas de seguridad a adoptar en la ejecución de los anclajes. El primero es la Guía Técnica de Seguridad AETESS para micropilotes y anclajes y el segundo una guía técnica audiovisual respecto al mismo tema. Espero que os sean de utilidad.
Ensayos y control de anclajes. Vía http://www.fernandeztadeo.com
El llamado “muro berlinés” es una entibación formada por tablones de madera y perfiles metálicos utilizada para excavaciones de cierta importancia y profundidad (3 a 8 m), con terrenos poco estables. Se hincan perfiles doble T de ala ancha a intervalos de 1.5-2.5 m, hasta 3 m por debajo del fondo de la excavación. Apropiado para espesores de tablón de 50-80 mm y perfiles hasta HEB-300. A medida que se excava, se va entibando con tablas de madera, de perfil a perfil, apoyadas sobre las alas de doble T. Si es preciso, se apuntalan los perfiles de lado a lado.
La colocación de los perfiles metálicos en perforaciones ejecutadas previamente disminuye las molestias por ruidos y vibraciones en zonas urbanas. La colocación de los tablones por delante de los perfiles metálicos evita la excavación manual entre perfiles. Además, los tablones son de fácil manipulación y permiten dejar huecos para el paso de instalaciones existentes.
El muro berlinés atirantado tiene aplicaciones muy variadas, siendo una solución de entibación temporal muy segura y económica para obras de pequeña a mediana envergadura en suelos de arena o finos. Se define como un muro flexible, de mayor deformabilidad que los muros pantalla y de pilotes, no aplicable para contener las napas subterráneas, por lo tanto, se debe ejecutar un sistema de agotamiento de la napa detrás de la entibación.
Esta entibación se clasifica como muro de tipo flexible (de mayor deformabilidad que los muros pantalla o de pilotes) y “abiertos”, es decir, que no impiden el paso del agua subterránea, requiriéndose un agotamiento simultáneo del nivel freático durante la excavación.
Figura 1. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es
Un bulón o perno es un elemento normalmente metálico que tiene como objetivo reforzar y soportar rocas fracturadas o incompetentes para prevenir su rotura. Sería cualquier tipo de mecanismo de soporte que, insertado en el interior del terreno, le proporcionaría un aumento de rigidez o de resistencia a tracción y corte. El bulón, cuando el terreno quiere deformarse, introduce unos esfuerzos adicionales en el macizo que contribuyen a su estabilidad general. Se puede decir que “cosen” las discontinuidades del macizo rocoso, impidiendo deslizamientos y caídas de cuñas y bloques, y por otra parte aportan al tereno un efecto de confinamiento.
La longitud de un bulón, por razones constructivas, suele estar comprendida entre 1,5 y 10 m. Se colocan en el interior del terreno desde una superficie libre, a través de un taladro. Sin embargo, la fuerza que puede soportar cada bulón es relativamente reducida, lo cual implica una densidad de aplicación elevada. Es habitual el uso de barras de acero de 20 a 40 mm de sección, admitiendo cargas del orden de 10 a 25 t.
Figura 2. Perno sujetando cables y mallazo en las proximidades del embalse de Loriguilla (Valencia). Fotografía: V. Yepes (2021)
Podemos distinguir un bulón de un anclaje por cables en dos aspectos fundamentales:
Su longitud, que raramente supera los 10 m, siendo habitual longitudes comprendidas entre 2 y 5 m.
Su fuerza resistente. El bulón no se tesa como el anclaje a una fracción importante de su carga de rotura.
Figura 2. Perno de anclaje SPLITBOLT(C). Cortesía de Aceros Arquipa.
Los primeros bulones que se utilizaron en una cantera de pizarras de Angers, al norte de Gales, (1872) eran de madera seca, donde se clavaban perpendicularmente a los planos de esquistosidad para lograr el cosido. Por efecto de la humedad del terreno, se conseguía un anclaje continuo debido al hinchamiento higroscópico de la madera. En minería subterránea, el primer empleo de este sistema de sostenimiento se produce a finales del siglo XIX en una mina cercana al río Missouri, en Estados Unidos. Sin embargo, no es hasta finales de la Segunda Guerra Mundial, en Estados Unidos, cuando se produce la gran expansión de esta tecnología. Con el “Nuevo Método Austríaco“, la tecnología del bulonaje y del gunitado se convierte en pieza fundamental en la construcción de túneles.
Los elementos funcionales de un bulón son los siguientes:
Un dispositivo de aplicación y reparto de fuerzas sobre la superficie libre del terreno, que generalmente es una placa metálica de reparto, que se solidariza al sistema mediante una tuerca o anillo con su arandela.
Un elemento transmisor de esfuerzos desde la superficie al interior del terreno, que suele ser una barra o tubo cilíndrico, normalmente de acero, aunque también pueden ser de otros materiales como el poliester o la fibra de vidrio.
Un elemento o técnica de anclaje que solidariza el sistema en el interior del terreno. Así pueden existir bulones con anclaje puntual por cuña o por cabeza de expansión, o bien bulones con anclaje repartido, que puede ser mecánico (torsión del tubo, presión de aire, ajuste de barra) o químico (inyección de cemento o resina).
La técnica continúa empleándose con gran profusión debido a sus indudables ventajas:
Simpleza
Funcionalidad
Relativa economía frente a otros tipos de sostenimiento
Permite usarse como soporte temporal o permanente, y en función de ello, las características del bulón a emplear son muy diferentes
Permite reducir la sección transversal en las excavaciones
Admite total mecanización.
Hoy día el tipo de pernos de anclaje es muy variado. Os dejo un vídeo donde se explican sus variantes.
En este vídeo podemos ver el anclaje SPLITBOLT®, en un vídeo de Aceros Arequipa.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
