Figura 1. Hormigón de limpieza. https://www.paviconj-es.es/noticias/hormigon-de-limpieza/
El hormigón de limpieza (HL) tiene como objetivo evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido, así como una posible contaminación de este durante las primeras horas de su hormigonado. El Anejo 10 del Código Estructural detalla el alcance, los materiales y las especificaciones para este tipo de hormigón. Para esta aplicación, se debe usar el hormigón HL-150/C/TM, es decir, tal y como se indica en la identificación, donde la cantidad mínima de cemento por metro cúbico es de 150 kg, como se especifica en su identificación. Se sugiere que el tamaño máximo del árido sea inferior a 30 mm para mejorar la manejabilidad durante su aplicación. Estos hormigones tienen una baja proporción de cemento, por lo que se aconseja la inclusión de aditivos reductores de agua para minimizar la porosidad en su estado endurecido.
Lo habitual en obra es extender una capa de hormigón de regularización sobre la superficie del fondo de excavación. Según el Código Estructural, los hormigones de nivelación o limpieza de excavaciones no se consideran de naturaleza estructural y, por tanto, no están sujetos a los requisitos de resistencia mínima establecidos para otros tipos de hormigón, ya sea en masa, armado o pretensado. Sin embargo, cuando las piezas estructurales están en contacto directo con el terreno y no se ha aplicado una capa de limpieza, el recubrimiento mínimo requerido es de 70 mm, según lo establecido en el Artículo 44.2.1.1.
La finalidad de esta solera es proporcionar una base plana y horizontal para la zapata y, en suelos permeables, evitar que la lechada de hormigón estructural penetre en el terreno, dejando los áridos de la parte inferior sin recubrimiento, lo que daría como resultado un hormigón poroso que facilita la entrada de agua. Se recomienda un espesor mínimo de 10 cm para la solera de hormigón pobre y su superficie debe nivelarse de manera que el canto del cimiento se ajuste adecuadamente en cada punto, con una discrepancia de menos de 20 mm respecto al valor teórico indicado en los planos.
Figura 2. Hormigón de limpieza. https://www.lesterrassesresidencial.es/proceso/hormigon-de-limpieza/
Dado su reducido espesor y su función como hormigón de sacrificio, es necesario aplicar un proceso de curado para minimizar la desecación que pueda sufrir al entrar en contacto directo con el terreno. La altura máxima del hormigón de limpieza será la misma que la prevista en el proyecto para la base de las zapatas o vigas riostras.
En resumen, el hormigón de limpieza ofrece varias ventajas:
Previene que el hormigón estructural que se vierte posteriormente para el arriostrado entre en contacto con el suelo.
Aunque no tiene una función estructural en la obra, mejora la calidad y la durabilidad del hormigón estructural.
Contribuye a conformar el volumen geométrico requerido para un propósito específico.
Se puede elaborar in situ, lo que elimina la necesidad de fabricarlo en planta.
Proporciona un nivelado excelente, lo que facilita las tareas posteriores de levantamiento de muros de carga u otros elementos de construcción.
Evita la contaminación de las armaduras y las protege.
Previene la deshidratación del hormigón estructural durante el vertido.
Os dejo a continuación el Anejo 10 del Código Estructural donde se define el alcance y las especificaciones que deben tener los hormigones de limpieza.
Aquí tenéis varios vídeos al respecto. Espero que os sean de interés.
Referencias:
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.
Figura 1. Ataque por sulfatos del hormigón. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1164/causas-quimicas-del-deterioro-del-hormigon
Los sulfatos son compuestos químicos que se encuentran en una gran variedad de concentraciones en el suelo, las aguas subterráneas, las aguas superficiales y las aguas marinas. Entre los sulfatos de origen natural se encuentran algunos suelos orgánicos, suelos con turbas y algunos suelos arcillosos. Otra fuente natural de sulfatos son los sulfatos de origen biológico, industrial o minero presentes en el agua de mar.
La mayoría de los suelos contienen sulfatos, que pueden presentarse en formas tales como calcio, magnesio, sodio, amonio y potasio, ya sea en el suelo mismo o en las aguas subterráneas. Es habitual que las cimentaciones de las estructuras se sitúen en este tipo de suelos, por lo que existe la posibilidad de que los sulfatos presentes ataquen el hormigón. El deterioro del hormigón debido al ataque de sulfatos se distingue por una reacción química en la que el ion sulfato, actuando como agente corrosivo, interactúa con componentes como aluminato, iones de sulfato, calcio y grupos oxhidrilo del cemento Portland endurecido, así como de otros cementos que contienen clínker de Portland, generando principalmente etringita y, en menor medida, yeso, así como una descalcificación. Este fenómeno se denomina «formación diferida de etringita» o «etrignita secundaria». Estas reacciones expansivas también pueden ocasionar fisuras, desprendimientos y pérdida de resistencia en el hormigón, dado que ocurren después de que el hormigón ha alcanzado su estado endurecido y se ha vuelto un cuerpo rígido.
El ataque de los sulfatos derivados de las sales es un fenómeno reconocido desde hace décadas. Ya en 1887, Candlot observó cómo los morteros utilizados en la construcción de las fortificaciones de París se deterioraban, particularmente en las zonas en las que estuvieron en contacto con agua que contenía sulfatos (selenitosas). Esta reacción química genera expansión en la pasta y crea una presión capaz de romperla y, finalmente, desintegrar el hormigón. Es sabido que el sulfato cálcico se combina con la alúmina del cemento para formar la sal de Candlot (etringita), un sulfo-aluminato cálcico que provoca un notable aumento de volumen.
La naturaleza y el alcance de los daños en el hormigón variarán en función de la concentración de sulfatos, el tipo de cationes presentes en la solución de sulfato (ya sea sodio o magnesio), el pH de la solución y, por supuesto, la microestructura de la pasta de cemento endurecida. Algunos tipos de cemento son más susceptibles al sulfato de magnesio que al sulfato de sodio. El mecanismo principal consiste en la sustitución del calcio en el silicato de calcio hidratado, que forma parte de la matriz de cemento, lo que provoca la pérdida de las propiedades de unión de la matriz.
Por lo general, los sulfatos en estado sólido no generan un daño significativo al hormigón; sin embargo, cuando se encuentran en estado líquido, pueden penetrar los vacíos de la estructura y reaccionar con los productos de cemento hidratado. Entre los sulfatos, el de calcio tiende a causar menores daños debido a su baja solubilidad, mientras que el sulfato de magnesio representa un riesgo mayor.
La mayoría de estos sulfatos interactúan con el hidróxido de calcio y los aluminatos de calcio hidratados presentes en el hormigón, lo que provoca cambios en el volumen de la pasta de cemento y, en consecuencia, el deterioro de la estructura de hormigón. Además, el sulfato de magnesio, junto con el hidróxido de calcio, puede reaccionar con el silicato de calcio hidratado, lo que provoca la pulverización del hormigón en masa. En un hormigón poroso, estos ataques encuentran una vía fácil para su acción destructora.
Figura 2. Corrosión en ambiente marino. https://e-struc.com/2017/05/09/patologias-asociadas-la-prescripcion-del-hormigon/
Por otra parte, el hormigón también se ve afectado por los cloruros, que provocan principalmente la corrosión de las armaduras. Los iones cloruro, ya procedan del agua marina o de las sales utilizadas en el deshielo, tienen la capacidad de penetrar a través de los poros del hormigón, tanto cuando estos están completamente saturados como parcialmente. Esta penetración puede desencadenar diversos fenómenos. En la superficie del hormigón, los efectos del ataque por cloruros se manifiestan mediante una fisuración irregular, que resulta de la exposición de las armaduras y su consiguiente corrosión generalizada. Esto conduce a la desintegración gradual del hormigón. Es muy importante recordar que el ambiente marino se considera agresivo hasta una distancia de 5 km de la costa.
Los cementos resistentes a los sulfatos (SR) o al agua de mar (MR) son muy útiles para obras en contacto con terrenos yesíferos o aguas selenitosas y deben tener un bajo contenido en aluminatos. Este tipo de cementos tienen limitado en su composición un contenido de aluminato tricálcico y de alumino-ferrito tetracálcico, según la norma UNE-EN 197-1. Esta limitación en el aluminato tricálcico implica un bajo calor de hidratación, una menor retracción y un desarrollo más lento de las resistencias. A cambio, disminuye la trabajabilidad de las mezclas.
Según la vigente Instrucción de Recepción de Cementos (a fecha de hoy, la RC-16), se consideran cementos resistentes a los sulfatos, además de los definidos en el Anejo I relativo a la norma UNE-EN 197-1 (SR), aquellos con la característica adicional de resistencia a los sulfatos definidos en la norma UNE 80303-1 (SRC). Asimismo, se consideran cementos resistentes al agua de mar aquellos con la característica adicional de resistencia al agua de mar, definidos en la norma UNE 80303-2.
Se usarán cementos resistentes a los sulfatos en obras de hormigón en masa o armado, siempre que su contenido, expresado en iones sulfato, cuyos contenidos sean igual o mayor que 600 mg/l en el caso de aguas, o 3.000 mg/kg en el caso de suelos. Según el Capítulo 7 del Código Estructural, estos límites se ven superados en el caso de las clases de exposición XA2 y XA3, correspondientes al ataque medio y fuerte en un medio agresivo (no sería, por tanto, necesario un cemento sulforresistente en la clase XA1). En el caso de que un elemento estructural de hormigón en masa, armado o pretensado se encuentre sometido al ataque de agua de mar, el cemento a emplear deberá tener la característica adicional de resistencia al agua de mar o, en su defecto, la característica adicional de resistencia a los sulfatos. Lo anterior no será de aplicación si se trata de agua de mar o el contenido en cloruros es superior a 5000 mg/l (art. 43.3.4.1 del Código Estructural).
En el caso de elementos de hormigón en masa en contacto con agua de mar y, por tanto, sometidos a una clase de exposición XA2, y en el caso de elementos de hormigón armado o pretensado que vayan a estar sometidos a una clase de exposición XS2 o XS3, se utilizará un cemento con la característica adicional MR, SR o SRC, según la Instrucción para la recepción de cementos vigente (Art. 43.3.4.2 del Código Estructural).
El Código Estructural recoge en su Anejo 6 las recomendaciones para la selección del tipo de cemento que se debe emplear en hormigones estructurales. Este anejo no hace más que aconsejar, con carácter general, las condiciones que debe cumplir el cemento para su empleo según la instrucción vigente para la recepción de cementos. Además, el tipo de cemento deberá elegirse considerando la aplicación del hormigón, las circunstancias del hormigonado y las condiciones de agresividad ambiental a las que va a estar sometido el elemento de hormigón.
La aplicación estructural, en el caso de las cimentaciones, diferencia entre las ejecutadas con hormigón en masa y las realizadas con hormigón armado. En ambos casos, es necesario cumplir las prescripciones de la vigente Instrucción de Recepción de Cementos relativas al empleo de la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC) o al agua de mar (MR), cuando corresponda.
En el caso de cimentaciones de hormigón en masa, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM IV/B, siendo adecuados el resto de cementos comunes, excepto los CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T y CEM III/C. En todos los casos, se recomienda la característica adicional de bajo calor de hidratación (LH).
Si se trata de cimentaciones de hormigón armado, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM I y CEM II/A, siendo adecuados el resto de cementos comunes a excepción de los CEM III/B, CEM III/C, CEM IV/B, CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T y CEM II/B-T.
Figura 3. Cemento sulforresistente CEM I 42,5 R-SR5
Atendiendo a la clase de exposición, los tipos de cementos recomendados para la clase XA (ataque químico al hormigón por sulfatos) son los mismos que los aconsejados para la clase XS (corrosión de las armaduras por cloruros de origen marino). En ambos casos, son muy adecuados los cementos CEM II/S, CEM II/V (preferentemente los CEM II/B-V), CEM II/P (preferentemente los CEM II/B-P), CEM II/A-D, CEM III, CEM IV (preferentemente los CEM IV/A) y CEM V/A. Se recuerda que en la clase de exposición XS, es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).
Para el caso de las clases XA2 o XA3 (moderada o alta agresividad química), es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC), tal y como establece el articulado del Código. En los casos en que el elemento esté en contacto con agua de mar, será únicamente necesario que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).
Una relación agua/cemento baja en la dosificación de un hormigón se ve menos afectada por los sulfatos que si es alta, pues provoca que el hormigón sea menos permeable. Además, un contenido de cemento elevado garantiza una mayor durabilidad del hormigón. Es por ello que la Tabla 43.2.1.a del Código indica una relación agua/cemento máxima de 0,50 para las clases XS1 (expuesto a aerosoles marinos, pero no en contacto con el agua del mar) y XS2 (permanentemente sumergido en agua de mar), que se reduce a 0,45 en XS3 (zonas de carrera de mareas o sapicaduras). El contenido mínimo de cemento (kg/m3) será de 300, 325 y 350 para XS1, XS2 y XS3, respectivamente. En el caso de ambiente XA1 (débil agresividad química) y XA2 (moderada agresividad química), la máxima relación agua/cemento es de 0,50, mientras que en XA3 (alta agresividad química), es de 0,45. El contenido mínimo de cemento (kg/m3) será de 325, 350 y 350 para XA1, XA2 y XA3, respectivamente.
La Tabla 43.2.1.b del Código indica la resistencia característica mínima alcanzable para un hormigón fabricado con un cemento de categoría resistente 32,5 R con los contenidos mínimos de cemento y la máxima relación agua/cemento indicados en la Tabla 43.2.1.a del Código. Para hormigón en masa, la exposición XS no tiene mínimos, mientras que, para hormigón armado, es de 30 N/mm² para XS1 y XS2, y de 35 N/mm² para XS3. En las exposiciones XA1 y XA2, la resistencia mínima es de 30 N/mm² tanto en hormigón armado como en hormigón en masa, mientras que para XA3 es de 35 N/mm², en cualquier caso.
Además, una adecuada colocación del hormigón, con un control del vibrado y del curado, puede mejorar su resistencia a los sulfatos, siempre y cuando se cumplan las condiciones anteriormente mencionadas. Tampoco debe olvidarse que, en el caso del hormigón armado, deben guardarse unos recubrimientos mínimos que dependerán del tipo de cemento utilizado, de la vida útil de proyecto y de la clase de exposición, según se desprende del Capítulo 9 del Código Estructural, relativo a la durabilidad de las estructuras de hormigón.
Tabla. Requisitos de dosificación y de resistencia mínima esperada del hormigón para clases de exposición XS y XA, según el Código Estructural.
ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
Cimentación con cálices realizados in situ para pilares prefabricados. http://prefabricadoseguro.com/
La Norma UNE-EN 14991:2008 contempla los requisitos y los criterios básicos de prestaciones y especifica, donde sea aplicable, los valores mínimos de los elementos prefabricados para cimentaciones (comprende pilares con elementos de cimentación integrados, elementos de cimentación en cáliz, cálices, etc.) fabricados con hormigón armado de peso normal para estructuras de edificaciones de acuerdo con la Norma Europea EN 1992-1-1.
Figura 1. Tratamiento del terreno con columnas de grava en función de la altura del terraplén. Fuente: Carlos Oteo
Las columnas de grava constituyen un método de mejora de terrenos cohesivos blandos mediante la rigidización que produce la introducción de columnas de grava en los orificios creados por el vibrador o equipo de pilotaje convencional, según sea el método de ejecución escogido. Aumenta la capacidad portante del terreno, la estabilidad al deslizamiento en terraplenes, acelera el proceso de consolidación del terreno (constituyen drenes verticales) y provoca una reducción de los asientos en servicio. Se aplica sobre arenas limosas, limos, limos arcillosos, arcillas y rellenos heterogéneos.
En casos en los que además de una preconsolidación es necesario un refuerzo del terreno, como en el caso de terraplenes elevados, que precisan de terrenos portantes de mayor resistencia, la inclusión de columnas de grava permite solucionar el problema.
Las columnas de grava aparecieron como una extensión de las técnicas de vibrocompactación profunda de suelos finos. Puede realizarse mediante un pilotaje convencional o mediante el uso de vibradores especiales (Figura 2). La técnica mediante pilotaje convencional puede ser por sustitución o por desplazamiento. La vibrosustitución o vibrodesplazamiento, se aplica en terrenos cohesivos (contenido de finos > 12%), y supone la sustitución del terreno por un material granular de aportación.
Figura 2. Ejecución de columnas de grava
No obstante, también se puede aplicar la vibración profunda en suelos granulares (contenidos de finos < 12%), normalmente con vibradores específicos de baja frecuencia y usando agua a presión para facilitar el hincado, lo que produce una licuación parcial del terreno y su densificación. Este procedimiento se denomina vibroflotación o vibrocompactación. El terreno no se sustituye, rellenándose el cono de hundimiento alrededor del vibrador con el terreno, no siendo propiamente una columna de grava. Sin embargo, a veces se aporta material granular de mayor calidad transportado a la obra, por ejemplo, árido de machaqueo de 20-40 mm, por lo que se podría hablar en este caso de una columna de grava.
En la Figura 3 se puede observar el ámbito de aplicación de las columnas de grava frente a la vibrocompactación en función del tipo de terreno. En las arenas se comprueba que existe una zona de transición entre ambas técnicas de mejora de terrenos mediante vibración profunda.
Figura 3. Ámbito de aplicación de las técnicas
Como limitación de esta técnica, en suelos blandos originales que tengan baja capacidad portante para soportar la resistencia lateral que le pueden exigir las columnas cargadas, con resistencias a corte sin drenaje cu ≤ 0.015 MPa.
Figura 4. Relaciones asiento-tiempo en terraplenes con diferentes tratamientos. Fuente: Carlos Oteo
Las recomendaciones más importantes para ejecutar una columna de grava serían las siguientes:
Tamaño entre 5 y 40 mm para la grava, con un ángulo de rozamiento interno entre 38º y 40º, sin ser friable (valores menores al 30-35% en el ensayo de los ángeles)
Separación entre columnas de 2 a 10 m, en malla regular
Diámetros entre 40 y 120 cm, dependiendo del terreno
Profundidad que puede llegar a 37 m, aunque lo normal es no pasar de 20 m
El cálculo de las columnas de grava suele hacerse con el método de Priebe (1995), que obtiene los parámetros del suelo equivalentes mejorados. Con este método deben utilizarse valores conservadores, por ejemplo, un grado de rozamiento de 40º, y garantizar una correcta ejecución de las columnas para que, por ejemplo, el ángulo de rozamiento de la columna sea superior al supuesto.
A continuación os dejo un catálogo de Terratest sobre columnas de grava que creo os puede ampliar la información al respecto.
Os paso varios vídeos de esta técnica de mejora de terrenos. Espero que os sean útiles.
Referencias:
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.
Desde el proceso de Bolonia, muchos cambios ha habido en nuestras universidades y planes de estudios. Uno de ellos es la necesidad de desarrollar y evaluar las competencias del título correspondiente a través de cada una de las asignaturas y comprobar que se adquieren los resultados de aprendizaje. De este tema ya hemos hablado varias veces. Hoy os traigo un problema que me sirve para evaluar, a través de una rúbrica, la competencia transversal “Pensamiento Crítico” en la asignatura de Procedimientos de Construcción II, del grado de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.
También os dejo una presentación que hice en un congreso docente donde explico cómo realizamos esta evaluación.
ENUNCIADO:
Se quiere construir un edificio de 30 plantas de altura más seis sótanos (altura de 3,00 m cada sótano) en una ciudad de 500.000 habitantes. El solar se encuentra entre dos medianerías, y tiene una superficie rectangular de 20 x 35 m, siendo las medianerías los lados de 20 m. Existe la posibilidad de utilizar un solar anejo para ejecutar la obra, de 44 x 35 m. Hay acceso directo tanto al solar donde se va a realizar el edificio como al solar disponible, según se observa en la Figura 1. El clima es atlántico, con lluvias abundantes, con temperaturas que se supone oscilan entre 5 y 25 °C, y se tienen 10 horas de luz de media durante la construcción de la cimentación.
Figura 1. Esquema de la situación del solar del edificio, del solar disponible y de los edificios construidos
Se ha efectuado un sondeo y se ha determinado un corte del terreno que se muestra en la Figura 2. Se observa que el nivel freático se encuentra a 3,50 m de la superficie. Existe un sustrato duro de areniscas de 4,00 m de espesor situado entre dos capas de limos arcillosos con trazas de arenas y gravas. A 22 m de profundidad existe una capa de calizas sanas, de al menos 15 m de potencia. Los primeros 2,20 m son un relleno antrópico donde existen tocones de árboles, basura y una mezcla de limos arcillosos y gravas.
Figura 2. Esquema básico del corte geológico
La solución a proyectar debe conjugar la posibilidad técnica de ejecución, el impacto ambiental y social sobre el entorno (contaminación, ruidos, vibraciones, etc.), la facilidad constructiva y la viabilidad económica, Use los datos del enunciado que considere importantes y, en el caso de necesitar datos, razone adecuadamente el uso de información adicional.
Preguntas de grupo:
Indique qué tipo de cimentación sería la más conveniente.
Razone dos procesos constructivos que podrían ser aplicados y cuál de los dos cree que será más eficaz. La respuesta debe ser de consenso entre los miembros del grupo.
Define los principales pasos en la construcción de dichas cimentaciones.
Descarte, justificando las razones, al menos tres procesos constructivos de cimentación que no sean aplicables a este caso.
Indique si ha tenido que consultar otras fuentes para la elección de la tipología y el proceso constructivo (en dicho caso indicar cuál), o ha sido suficiente con el temario de la asignatura.
Preguntas individuales:
Critique los dos procesos constructivos de la pregunta 2, indicando si está de acuerdo con lo consensuado por el grupo. Se valorará especialmente su opinión crítica, personal, justificada y si hay diversidad de opiniones entre los miembros del grupo.
Realice una crítica sobre el ejercicio 1, indicando aquellas cosas con las que está de acuerdo con el grupo o no. Se valorará la justificación crítica de la respuesta.
Indique los cinco riesgos para las personas más importantes que supone el procedimiento constructivo elegido y qué medidas preventivas debería utilizar.
YEPES, V. (2018). Correspondencia jerárquica entre las competencias y los resultados de aprendizaje. El caso de “Procedimientos de Construcción”. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2018, Valencia, pp. 1-15. ISSN 2603-5863
GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Valoración de las herramientas y metodologías activas en el Grado en Ingeniería de Obras Públicas. Congreso Nacional de Innovación Educativa y de Docencia en Red IN-RED 2017, Valencia, 13 y 14 de julio de 2017, 9 pp.
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, V. (2017). Assessment of transverse and specific competences in civil engineering studies: ‘Critical thinking’. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3683-3692. ISBN: 978-84-617-8491-2
MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Assessment of the argumentative ability in innovation management of civil engineering studies. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3904-3913. ISBN: 978-84-617-8491-2
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2016). Desarrollo y evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2016, Valencia, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-541-5.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Valoración de la competencia transversal “Pensamiento crítico” por los alumnos de GIOP (2015). XIV Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016
MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. XIV Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016
YEPES, V.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; TORRES-MACHÍ, C. (2016). Acquisition of competences in a Master Degree in Construction Management. 10th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2016), March, Valencia, pp. 718-727. ISBN: 978-84-608-5617-7.
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JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2015). Students’ guide as a reference for a common case study in a master degree in construction management. 9th International Technology, Education and Development Conference INTED 2015, Madrid, 2nd-4th of March, 2015, pp. 4850-4857. ISBN: 978-84-606-5763-7.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Competencia transversal ‘pensamiento crítico’ en el grado de ingeniería civil: valoración previa. XIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria, Alicante, 2 y 3 de julio, pp. 2944-2952. ISBN: 978-84-606-8636-1. (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). La competencia transversal de comunicación efectiva en estudios de máster en el ámbito de la ingeniería civil y la construcción. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1540 (link)
JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). Strategic evaluation of a M.Sc. degree in construction management: a faculty vs. students comparison. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain), 10-12 March, pp. 1974-1984. ISBN: 978-84-616-8412-0 (link)
YEPES, V. (2014). El uso del blog y las redes sociales en la asignatura de Procedimientos de Construcción. Jornadas de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2014. 15-16 de julio, Valencia, pp. 1-9. ISBN: 978-84-90482711.
SEGADO, S.; YEPES, V.; CATALÁ, J.; PELLICER, E. (2014). A portfolio approach to a M.Sc. degree in construction management using a common project. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain), 10-12 March, pp. 2020-2029. ISBN: 978-84-616-8412-0 (link)
Una zapata aislada es una cimentación puntual que recibe un solo sistema de carga, como son los pilares (ver Figura 1). Se emplea en terreno firme y competente, transmitiendo una tensión de media a alta y provocando asientos pequeños o moderados. Es la cimentación más económica sobre roca o suelos con tensiones admisibles habituales superiores a 0,15 N/mm2. Son cuadradas, aunque se usan rectangulares cuando existen luces diferentes en dos sentidos perpendiculares, los momentos flectores se dan en una sola dirección, los pilares son de sección rectangular, se levantan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación o en casos especiales de geometría difícil. En otros casos pueden ser de formas circulares o poligonales. Si existe una junta de dilatación, se dispone la zapata en diapasón, con dos soportes adosados.
Las zapatas aisladas se pueden clasificar atendiendo a su forma (Figura 2): rectas (de canto constante), escalonadas, piramidales y nervadas o aligeradas.
Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma
La norma de hormigón estructural EHE, en cambio, cataloga las zapatas en rígidas y flexibles (ver Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado.
Figura 3. Tipología estructural de zapatas atendiendo a la EHE
Pero para saber más de este tipo de cimentación superficial, aparte de remitirte al texto de referencia, he preparado un vídeo explicativo que creo que puede ser de interés. Espero que te guste.
Os dejo a continuación un vídeo de Marcelo Pardo explicando la construcción de las zapatas.
Os dejo otro vídeo de cómo se ejecuta una zapata, en este caso, con medios algo “artesanales”.
Otro vídeo que os puede interesar, en este caso, de Sergio Pena.
Figura 1. Hinca de pilote metálico. Fuente: http://codocsa.com/proyectos/
Los pilotes de acero presentan secciones pequeñas que producen poco desplazamiento del suelo durante la hinca, y por tanto, una modificación pequeña de la tensión del suelo contiguo. La hinca suele realizarse mediante el golpeo de la cabeza del pilote, protegido mediante un sombrerete que amortigua los golpes de la maza. Sin embargo, en suelos muy sueltos a veces se utiliza la inyección hidráulica o la vibración.
En función de la sección, los pilotes de acero hincados se clasifican normalmente en tres tipos:
Perfiles circulares: Son tubos de 0,20 a 1,00 m y longitudes de 10 a 15 m que se unen por soldadura, una vez colocados en la obra. Se pueden hincar con o sin tapa en la punta, pudiéndose rellenar posteriormente de hormigón, en cuyo caso remitimos a los pilotes de desplazamiento con tubo perdido.
Perfiles en H: Son secciones abiertas muy resistentes a compresión y flexión (ver Figura 1), por lo que absorben bien esfuerzos horizontales como los sismos. Resiste mejor los impactos del martinete que otras secciones y superan fácilmente los estratos duros, en parte porque desalojan poco material. A veces forman parte de pilotes entubados rellenos de hormigón.
Perfiles tubulares: Formados por chapas de acero soldada o machihembrada (ver Figura 2), que forman un cajón de secciones diversas (tablestacas). Se emplean con su extremo inferior abierto o cerrado; en este último caso se trata de una entubación perdida que se rellena de hormigón.
Figura 2. Ejemplos de secciones transversales de tablestacas de acero. Fuente: EN-UNE 12699
A continuación dejamos un vídeo donde se puede ver la hinca de perfiles metálicos con martillo hidráulico.
Figura 1. Hinca inclinada de pilotes metálicos. Fuente: http://sheetpiling.arcelormittal.com/
Los pilotes metálicos hincados son pilotes de desplazamiento que empezaron a utilizarse en 1890. Actualmente son de acero, si bien en España prevalecen los pilotes de hormigón. Son perfiles laminados en caliente, con diversas secciones transversal y longitudinal. El transporte de estos elementos es sencillo y se pueden instalar nada más recibirlos en obra. Los pilotes metálicos se pueden agrupar atendiendo a su puesta en obra: pilotes hincados o pilotes roscados.
Su alta resistencia a compresión facilita atravesar los estratos duros; asimismo, son resistentes a flexión y cizallamiento, lo que permite la hinca inclinada sin riesgo de fisuración. Se alcanzan profundidades elevadas mediante soldadura o atornillado de tramos contiguos. Además, son fáciles de recuperar salvo que se les dote de algún dispositivo como unas aletas soldadas o anclajes.
Son pilotes relativamente costosos y la hinca puede ser ruidosa. Sin embargo, el principal inconveniente es la corrosión, especialmente en climas cálidos o con alternancia de humedad y sequedad. Para protegerlos se recubren de pinturas anticorrosivas y se sobredimensiona su sección para incluir el deterioro previsible. No obstante, el pilote metálico no suele plantear problemas cuando queda permanentemente bajo el agua, al igual que los de madera. Así lo corroboran numerosas obras marítimas cimentadas con estos elementos.
En sucesivas entregas describiremos los distintos tipos de pilotes metálicos: hincados (perfiles circulares, en H o tubulares), atornillados y de disco.
Os dejo esta presentación donde podéis conocer los aspectos básicos de este tipo de pilotes.
En este vídeo podemos observar la hinca de pilotes metálicos sobre el río Paranapura.
Figura 1. Armado de encepado de pilotes. Imagen: I. Serrano (www.desdeelmurete.com)
El pilotaje se utiliza cuando no es posible realizar una cimentación superficial; por ejemplo, cuando se deben transmitir cargas a gran profundidad (más de 6 m o bien más de 8 diámetros del pilote). Se trata de una solución constructiva que se remonta a los palafitos, siendo práctica habitual en los puertos o en ciudades como Murcia, donde se han usado los prefabricados de madera como cimentación.
El cálculo de pilotes no se desarrolla hasta prácticamente el siglo XX, con el nacimiento de la Mecánica del Suelo, exceptuando fórmulas de hinca del siglo XIX y ciertas reglas de buena práctica. A continuación se describen los conceptos fundamentales sobre los pilotes, cómo se pueden clasificar y construir.
En efecto, los pilotes son piezas largas, a modo de pilares enclavados en el terreno, que alcanzan una profundidad suficiente para trasmitir las cargas de la estructura. Se denomina fuste a la parte del pilote en contacto con el suelo, mientras que altura libre es la longitud de la parte que emerge del suelo. La base es el plano inferior del pilote o proyección en planta de toda o parte de la punta, y que habitualmente se denomina “punta”. El encepado transmite los esfuerzos de la estructura a los pilotes (Figura 1). En cuanto a tamaños, habitualmente se consideran pilotes de gran diámetro si éste supera el metro; en cambio los micropilotes son aquellos con diámetros inferiores a 30 cm. En cuanto a profundidad, se consideran pilotes cortos hasta 10 – 12 m, y pilotes largos a partir de los 30 – 35 m, aunque los límites son discutibles. Los pilotes pueden clasificarse de muchas formas, algunas son las siguientes.
Según la forma de trabajo (ver Figura 2) los pilotes pueden ser:
Pilotes por punta: alcanzan el estrato resistente, transmitiéndose las cargas por punta, comprimiéndose el pilote. El terreno circundante dificulta el pandeo. La deformación del pilote es muy pequeña por su rigidez, de forma que el movimiento relativo con el terreno no es significativa. También se llaman pilotes columna.
Pilotes por fuste: no alcanzan un estrato resistente, transmitiendo la carga al terreno circundante por rozamiento a través del fuste. Se llaman también pilotes flotantes o de fricción.
Figura 2. Esquema de cimentaciones profundas (pilotajes) según el Código Técnico de Edificación SE-C. Fuente: http://noticias.juridicas.com/base_datos/Admin/rd314-2006.nor7.html
Sin embargo, los pilotes trabajan de forma combinada, tanto en punta como en fuste. En realidad, el reparto de cargas entre la punta y el fuste depende de las rigideces relativas del pilote y del terreno. Es por ello que, aunque muchos proyectistas descansan la responsabilidad del trabajo del pilote a su punta, la realidad es que estos pilotes trabajan de forma mixta. Además, pueden estar sometidos a tracción cuando existe subpresión que tiende a levantar la estructura por encontrarse total o parcialmente por debajo del nivel freático, es decir “flota”. En rellenos en proceso de consolidación, el pilote se ve arrastrado por el terreno que asienta, denominándose este fenómeno “rozamiento negativo”. Si la estructura recibe esfuerzos horizontales, algunos pilotes pueden trabajar a tracción y otros a compresión. También trabajan a flexión si están empotrados y resisten el empuje de las tierras al excavar. Asimismo, se podría hablar aquí de los pilotes de mejora del terreno, que corresponden a técnicas generales que normalmente se realizan previamente.
Por tanto, los pilotes resultan muy apropiados en casos como los siguientes:
Cuando se disponga de un terreno competente a poca profundidad (5-6 m)
Las cargas de la estructura sean importantes y concentradas
La estructura sea sensible a movimientos absolutos o diferenciales
El nivel freático se encuentre muy alto y sea difícil ejecutar losas
Para limitar el efecto de las cargas en estructuras próximas
Como elemento de contención formando pantallas de pilotes
Para contener movimientos de ladera
Para resistir cargas horizontales (normalmente combinado con otros y con inclinación)
Para compensar tracciones (subpresiones)
El Código Técnico de Edificación clasifica los pilotes en los siguientes tipos:
Pilote aislado: es un pilote alejado suficientemente de otros para no interactuar con aquellos. Si los pilotes se hormigonan “in situ”, no se permiten pilotes aislados para diámetros menores a 450 mm, mientras que entre 450 y 1000 mm de diámetro se pueden utilizar si se arriostran lateralmente. Si los pilotes son prefabricados hincados se podrán construir aislados siempre que se arriostren en dos direcciones ortogonales y se demuestre que los momentos resultantes en dichas direcciones se anulan o se absorben por la armadura del pilote o por las vigas riostras.
Grupo de pilotes: conjunto de pilotes suficientemente próximos para interactuar entre sí o unidos mediante elementos estructurales.
Zonas pilotadas: son pilotes de escasa capacidad portante individual, regularmente especiados o situados en puntos estratégicos, que sirven para reducir asientos o mejorar la seguridad frente a hundimiento de las cimentaciones.
Micropilotes: son aquellos compuestos por una armadura metálica formada por tubos, barras o perfiles que se introducen en un taladro de pequeño diámetro, y que pueden estar inyectados con una lechada de mortero.
El Código Técnico de Edificación también distingue los pilotes por el material:
Hormigón “in situ”: se pueden ejecutar mediante excavación previa del terreno o por desplazamiento de éste.
Hormigón prefabricado: armado (hormigones de alta resistencia) u hormigón pretensado o postensado.
Acero: secciones tubulares o perfiles en doble U o en H. Se hincan con protecciones en la punta (azuches).
Madera: para pilotar zonas blandas ampliar y como apoyo de estructuras con losa o terraplenes.
Mixtos: acero tubular rodeados y rellenos de mortero.
Por la forma de ejecución, este Código Técnico los clasifica en:
Pilotes prefabricados hincados: donde se desplaza el terreno, sin hacer excavaciones.
Pilotes hormigonados “in situ”: donde se excava el terreno antes de hormigonar.
Sin embargo, existen casos mixtos, con perforación e hinca, como pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”, la perforación más hinca, la perforación más vibración, hinca más inyección u otros. La tipología condiciona la alteración del terreno en el entorno del pilote y por tanto, la resistencia y deformabilidad.
Se consideran pilotes de gran diámetro los comprendidos entre 850 y 3000 mm. Se utilizan para grandes cargas, ahorran encepado y se pueden inspeccionar desde el interior. Sin embargo no son adecuados cuando se requiere resistencia importante por fuste, pues en ese caso tenemos más perímetro si tenemos más pilotes de menor diámetro. Lo habitual es que estos pilotes se construyan mediante lodos estabilizadores, camisa recuperable o sin entubación.
Otra posibilidad es ejecutar pilotes acampanados por su base, utilizando para ello un balde de quijadas. El ensanche de la base del pilote, al doble del diámetro del fuste, permite aumentar mucho la resistencia por punta en arcillas firmes. Con esta tipología se pueden construir pilotes de hasta 20000 kN.
Como los pilotes aislados no resisten bien los esfuerzos horizontales ni los momentos, se emplean grupos de pilotes unidos mediante un encepado en cabeza. El encepado reparte las cargas y se predimensionan como rígidos, con un canto de 1,5 veces el diámetro de los pilotes. No se debería colocar un pilar importante sobre menos de tres pilotes y tampoco se debería colocar un muro importante sobre menos de dos filas de pilotes. Por otra parte, cuando una serie de pilotes están cerca unos de otros, se produce una reducción de la resistencia global por interacción mutua. En general, no se considera el efecto de grupo para una separación entre ejes de pilotes igual o mayor a 3 diámetros.
En lo que sigue, dividiremos los pilotes en pilotes de desplazamiento, pilotes de perforación, pilotes inyectados y micropilotes.
No es posible afirmar, de forma categórica, que un procedimiento constructivo de un pilote sea mejor a otro. La elección es un arte complejo, pues supone balancear las ventajas e inconvenientes para cada uno de los casos. A veces, varias técnicas son válidas y la elección final es un problema económico o de plazo. Pero otras veces hay soluciones malas, incluso algunas buenas mal ejecutadas. Siempre hay que vigilar la construcción y realizar pruebas de carga sin no hay experiencia directa para controlar la carga admisible.
El profesor Celma (2014) nos sugiere los siguientes criterios para la elección del tipo de pilote (Tabla 1):
En la Tabla 2 se recogen algunas de las características de los pilotes más frecuentes. Algunas de estas características se comentarán más adelante durante el curso.
Tabla 2. Características de los pilotes más frecuentes (Justo Alpañes et al.)
Tipo
Lmax (m)
dmax (mm)
Qmax (kN)
Circunstancias en las que no puede utilizarse
Prefabricado de hormigón
90
425
1600
Cercanía de edificios antiguos
Barrena continua
23
1000
3300
Cuando hay bolos
Pilotes inclinados
Perforado con lodos
25
2000
13000
Terrenos muy permeables.
Pilotes inclinados
Perforado en seco
80
3000
20000
Solo se puede usar en suelos firmes
Entubación recuperable
25
1500
10000
Pilote caro
Os dejo a continuación un vídeo explicativo sobre este tema que espero sea de vuestro interés.
Aquí tenéis una explicación que hice para mis estudiantes, con la información algo más ampliada.
También os dejo este vídeo de geotecnia.ONLINE sobre pilotes.
Referencias:
CELMA, J.J. (2014). Cuadernos de mecánica del suelo y cimentaciones. Apuntes Universitat Politècnica de València, 194 pp.
Figura 1. Emparrillado de cimentación. Fuente: puntaltec.com
Los emparrillados recogen los pilares de la estructura en una única cimentación, consistente en zapatas corridas entrecruzadas en malla habitualmente ortogonal, de gran rigidez (Figuras 1 y 2). Al igual que en las vigas de cimentación, los emparrillados son menos sensibles a las heterogeneidades, oquedades o a los defectos locales del terreno. Suelen emplearse cuando la presión admisible del terreno es baja, existe una elevada deformabilidad o se esperan importantes asientos diferenciales, aunque la alternativa es la losa de cimentación. En la Figura 3 se observa una especie de emparrillado de cimentación que usa elementos para aligerar lo que sería una losa y que en una vivienda sirve de forjado sanitario.
Figura 2. Esquema de emparrillado de cimentación. Fuente: http://www.elconstructorcivil.com/
Figura 3. Emparrillado de cimentación con aligeramientos Daliforma. Fuente: http://www.admasarquitectura.com/
