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.
En un artículo anterior explicamos los fundamentos de la perforación por extracción de material. De entre los procedimientos existentes, la perforación mecánica por rotación constituye uno de los procedimientos más habituales. Aquí vamos a explicar los principios básicos en los que se basa.
El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía al terreno haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una fuerza de empuje. Este tipo de perforación se empezó a emplear en minería sobre rocas blandas; sin embargo, la rapidez de desplazamiento y montaje de estos equipos, la variedad de útiles de corte han favorecido su uso en otros campos.
El giro del útil lo realiza el motor de la perforadora en superficie, que acciona una mesa o cabeza de rotación que, a su vez, mueve el tren de varillaje y este finalmente transmite el giro al útil. Los útiles de corte que se emplean en rotación son las barrenas helicoidales, las coronas circulares y las cabezas tricono, según el tipo de terreno, del diámetro del talador y de la finalidad de la perforación (extracción de testigos o avance a destroza).
La perforación a rotación presenta características diferentes si se efectúa en roca o en suelos. En roca el avance se produce por corte y compresión: el giro se ejecuta mediante sonda o rotor y la presión por barra de carga, varillaje y empuje hidráulico. En el caso de los suelos, si estos son granulares no demasiado cohesivos, la perforación se realiza con una barrena helicoidal; en el caso de granulares muy sueltos es necesario el uso de cucharas.
El avance de la perforación rotativa en rocas se produce por la influencia simultánea de la presión que el útil de corte ejerce sobre el terreno y el efecto producido por el giro de dicho útil sobre la roca. Estas dos acciones se pueden provocar con diversos medios y potencia según las fuentes de energía y los sistemas de empuje y rotación empleados.
Las formas de energía motriz de uso más frecuente son la térmica y la eléctrica. La primera se suele utilizar en perforadoras pequeñas y medianas, generalmente montadas sobre camión en equipos accionados por el propio motor del camión o más frecuentemente por dos motores, el del camión más otro independiente. Para perforadoras montadas en equipos de mayor tamaño (diámetros de perforación superior a 250 mm, lo más normal es usar energía eléctrica a media tensión, alimentando la perforadora con corriente alterna. En algunas instalaciones mineras también se emplean equipos diésel-eléctricos cuyo coste de mantenimiento es aproximadamente un 15 % inferior al de los equipos diésel.
La aplicación de la potencia se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas tienen un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se efectúa con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.
Figura 2. Perforación a rotación para estudios de terrenos
Empuje y elevación
El empuje a aplicar dependerá de la resistencia del terreno y del diámetro de la perforación (Figura 3). El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 t. Los sistemas de empuje, además de proporcionar la presión suficiente sobre el fondo de la perforación, sirven para elevar y manipular el conjunto de varillas o barras que hay que añadir o quitar durante la ejecución de la perforación. Se pueden emplear sistemas mecánicos (por cadena o cremallera) o hidráulicos. Los sistemas hidráulicos están formados por dos cilindros combinados, son más potentes y fácilmente controlables.
Figura 3. Mecanismos de empuje y elevación
El empuje transmitido al fondo del taladro debe ser suficiente para que el efecto conjunto sobre la roca genere una tensión superior a su resistencia a compresión. Pero tampoco conviene un empuje excesivo que aumente el desgaste del equipo. La velocidad de penetración aumenta proporcionalmente al empuje hasta un límite a partir del cual el útil se agarrota y los insertos se incrustan en la roca. En estas condiciones, el desgaste aumenta considerablemente junto con un mayor consumo de energía y, si la roca es dura, puede producirse la rotura de los dientes del útil (Figura 4).
Figura 4. Relación velocidad de avance-empuje
Como suele ser habitual, os dejo unos vídeos al respecto.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
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. 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/
Resulta difícil resumir en un pequeño post todo lo relacionado con la ingeniería que tuvo lugar en un periodo tan apasionante como el Renacimiento. Tras la “oscura” Edad Media, el renacer del hombre como centro del conocimiento y la vuelta atrás en busca de los clásicos supone un avance de gran trascendencia en todos los órdenes del saber y del conocimiento. Vamos, pues, a realizar una pequeña -y siempre imperfecta- incursión en este periodo, a sabiendas de que nos vamos a dejar muchas cosas por el camino. Dejo, por tanto, algunos enlaces a otras páginas para aquel interesado en ampliar la información.
El Renacimiento (siglos XV y XVI) fue un periodo de reactivación científico y tecnológico. Junto con la posterior Ilustración, supusieron un revulsivo ideológico que tuvo su manifestación en el interés por la técnica y los procedimientos constructivos. Los ingenieros nuevamente fueron miembros de una profesión respetada e incluso algunos de ellos recibieron buena paga. Su ingeniería se diferencia claramente de la medieval, al estar claramente influenciada por los clásicos, y en especial por Vitrubio, cuyos textos fueron descubiertos en 1415 en el monasterio de San Gallo. Igual que en las restantes manifestaciones artísticas o científicas, el renacimiento de la técnica tuvo su origen y alcanzó su más alto nivel en Italia.
Nicolás García Tapia (citado por Sáenz, 1993) señala, entre las principales características de la ingeniería renacentista, las siguientes: se instaura una visión humanística de la técnica; aparece la figura del ingeniero teórico, con creciente separación de la técnica de las ciencias herméticas; los ingenieros mejoran su condición social respecto a los alarifes tradicionales y aumentan su movilidad y sus posibilidades de contratación por diversos países; nace la técnica experimental; se establece una nueva concepción de los sistemas mecánicos y se generalizan las invenciones de toda índole. Un buen resumen de la ingeniería de esta época se encuentra en un reciente número monográfico de la Revista del Ministerio de Fomento sobre “Ingeniería, Cartografía y Navegación en la España del Siglo de Oro” (Varios autores, 2005).
En la España de los Reyes Católicos y tras la Reconquista, la ingeniería estuvo muy cercana a las tropas combatientes. España se dividió administrativamente en regiones y por primera vez aparecen las Comandancias de Ingenieros, dependientes de Artillería, que unifican sistemas y criterios para la ejecución de obras de defensa. Se procedió a realizar una gran labor de restauración de castillos y de construcción de puentes y caminos. En 1474, una cédula de los Reyes Católicos prohíbe la construcción de nuevos castillos en España.
La especialización de numerosos Maestros Mayores de Obras o Alarifes, con fuerte tradición medieval, en obras muy específicas de defensa de ciudades y la progresiva evolución de los sistemas de ataque bélico, propician que se vaya recuperando el término romano de “ingenium” para denominar a las máquinas bélicas, fruto del ingenio de la persona que las concibe. Poco a poco, sobre el año 1540, va apareciendo la denominación de Ingeniero para el especialista en la construcción de fortificaciones, que acompaña a los ejércitos, facilitando los ataques a las ciudades o la defensa de las mismas, y cuyo arte se denomina poliorcética.
En Europa aparecen grandes arquitectos como Leone Battista Alberti. La publicación en 1485 del primer libro de arquitectura indica la inquietud que sentía por la divulgación del conocimiento. En la década de 1550 se hizo también famoso en Ferrara Giovanni Battista Aleotti. Las edificaciones del Renacimiento se caracterizan por construir un conjunto racional, cuyos elementos se hallan dispuestos según rigurosas normas de proporción, donde los elementos formales característicos son la construcción circular coronada por una cúpula y la división armónica de la superficie de los muros, entre otras. En la España de Carlos I se conocen numerosos ingenieros italianos que trabajan a las órdenes del emperador, así en el año 1552, encontramos a Gianbattista Calvi reforzando las fortificaciones de Roses, Barcelona y Tarragona. El mismo Carlos I creó en 1543 la Escuela de Artillería de Milán, para formar profesionales con conocimientos de matemáticas, física y construcción, siendo una de las primeras escuelas cuya vida se dilató a lo largo del siglo XVII.
Boceto de grúa ideada por Leonardo da Vinci
Durante los siglos XV y XVI tienen también lugar desarrollos importantes en la dinámica moderna que permiten abandonar los postulados de Aristóteles que se habían estado utilizando prácticamente hasta entonces y que quedaban obsoletos. Florencia tuvo el más famoso ingeniero de todos los tiempos. Pocas veces ha sido bendecido el mundo con un genio como Leonardo da Vinci (1452-1519). Anticipó muchos adelantos del futuro; por nombrar algunos: la máquina de vapor, la ametralladora, cámara oscura, el submarino y el helicóptero. Pero, es probable que tuvieran poca influencia en el pensamiento de la ingeniería de su tiempo. Sus investigaciones eran una mezcolanza no publicada de pensamientos e ilustraciones. Era un investigador impulsivo, y jamás resumía su investigación para beneficio de otros a través de la publicación. En sus cuadernos hacía la anotación de sus investigaciones de derecha a izquierda, posiblemente por comodidad, debido a que era zurdo. Da Vinci fue, probablemente, el primero en describir y utilizar técnicas experimentales que hoy día son empleadas en los laboratorios más avanzados. También se puede decir que fue Leonardo el creador del armamento tal como hoy se concibe. Inventó, entre otras, una máquina para hincar pilotes.
Georgius Agrícola (1.494-1.555) y Galileo Galilei (1564-1642) establecieron las bases científicas de la ingeniería. El primero, en su obra póstuma De Re Metallica (1556) recopiló y organizó de forma sistemática todo el conocimiento existente sobre minería y metalurgia, siendo la principal autoridad en la materia durante cerca de 200 años. Galileo es conocido por sus observaciones astronómicas y por su declaración de que objetos de diferentes masas se ven sometidos a la misma “tasa” de caída. Sin embargo, Galileo fue un magnífico ingeniero, con sus proyectos sobre drenaje al pretender desecar las costas venecianas y dedicarlas al cultivo agrícola, o como ingeniero militar. Su contribución más importante en la construcción fue la “teoría de vigas” que tuvo su origen en el análisis comparativo entre las estructuras de los grandes barcos de madera y la de los botes, aunque sus predicciones fueron erróneas al no considerar la elasticidad de los materiales. Una de sus mayores contribuciones fue la formulación de un método científico, ampliamente aceptado. Uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la ingeniería mecánica lo realizó Simón Stevin en Holanda, a fines de la década de 1500. Mediante el “triángulo de fuerzas”, permitió a los ingenieros manejar fuerzas resultantes que actuaban en los miembros estructurales. Stevin escribió un tratado sobre fracciones y también realizó trabajos que llevaron al desarrollo del sistema métrico.
Manuscrito de Galileo Galilei sobre la teoría de vigas.
Se pasa, de los siglos XIV y XV, caracterizados por el desarrollo de la construcción, especialmente de castillos, alcázares, atalayas y torres vigías de defensa de la costa, al siglo XVI, centrado en la construcción de palacios y edificios de gran calidad arquitectónica debido a arquitectos de la talla de Juan de Herrera, constructor de El Escorial, de la fachada de la Catedral de Valladolid, etcétera. Algunos ingenieros de aquella época procedían del extranjero como es el caso de Juan Bautista Antonelli, quien dirigió varias obras de fortificación en España e incluso en ultramar, siendo de destacar, entre otras, los castillos del Morro y de la Punta en La Habana, empezados a construir en 1581. A Antonelli se le debe el enlace fluvial Madrid-Lisboa por el Tajo, Jarama y Manzanares, que permitía, en época de Felipe II, navegar en chalupa desde Madrid hasta Lisboa.
En aquellos tiempos España estaba considerada como el país europeo más avanzado en cuanto a conocimientos de fortificación y empleo de armas de fuego, siendo el primero en conocer las reglas, principios y enseñanzas del Arte del Ingeniero y Artillero que se ensañaba en su Academia de Ciencias de Madrid, ochenta años antes de que hubiese sido creada la Real Sociedad de Londres y la Academia Real de Ciencias de París.
En el siglo XVI fue preciso impulsar la agricultura y crear nuevas zonas de regadío, lo que obligó a la construcción de redes de canales, acueductos y presas. En España se construyó en 1594 el célebre dique de Tibi que durante muchos años, con sus 41 m de altura, fue el más alto de Europa. Los veintiún libros de los ingenios y las máquinas de Juanelo Turriano, escrito en 1568, fue el mejor tratado de construcción del siglo XVI. Era la época de Felipe II, que continúa la política de fortificaciones con los Antonelli, así como con Juan de Herrera y su discípulo Cristóbal de Rojas. Éste último escribió en 1598 la Teórica y Práctica de la Fortificación, que fue el primer tratado de fortificación impreso en España.
En el Renacimiento continúa la preocupación por las cimentaciones. Palladio plantea que los cimientos deberían ser el doble de gruesas que los muros soportados por ellas, una dimensión que podría modificarse según la calidad del suelo y la escala de la edificación. Según Alberti, la excavación de la cimentación debería ser horizontal, para evitar cualquier deslizamiento o movimiento y los muros deberían ubicarse en el centro de la zapata, recomendando abrir algunos pozos o fosos para conocer las características de los estratos presentes bajo la superficie. Existe en este momento una mayor preocupación sobre las cimentaciones y sus técnicas constructivas, si bien no es posible realizar un desarrollo evolutivo del diseño de las cimentaciones, pues fueron tan variadas como los edificios que sustentaban.
Referencias
SÁENZ, F. (1993). Los Ingenieros de Caminos. Colección de Ciencias, Humanidades e Ingeniería, nº 47. Ed. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 305 pp.
VARIOS AUTORES (2005). Ingeniería, Cartografía y Navegación en la España del Siglo de Oro. Revista del Ministerio de Fomento, 542. 200 pp.
YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingeniería civil y sus procedimientos. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil. Universitat Politècnica de València.
Sello conmemorativo ruso dedicado a Agustín de Bethencourt
Las monarquías absolutas europeas de los siglos XVII y XVIII emprendieron una gran reforma de las comunicaciones y de lo que hoy en días se llamarían obras públicas. Las carreteras, los canales de navegación, los puertos, las presas y canales de regadío se fomentaron como medio de mejorar el comercio. Aparece una organización estatal de carácter cuasi-militar en la medida en que se precisa de una estructura con capacidad de control, jerarquía y disciplina, potenciándose la figura del funcionario al servicio del Estado (ver Celma, 2003).
Antes de mediados del siglo XVIII los trabajos de construcción a gran escala se ponían en manos de los ingenieros militares. La aparición de la artillería y el auge alcanzado por la creación de plazas fuertes, en lo que se llamó guerra de plazas, hizo que se creara en los ejércitos un arma autónoma, denominada Cuerpo de Ingenieros. La ingeniería militar englobaba tareas tales como la preparación de mapas topográficos, la ubicación, diseño y construcción de carreteras y puentes, y la construcción de fuertes y muelles. Sin embargo, en el siglo XVIII se empezó a utilizar el término de ingeniería civil o de caminos para designar a los trabajos de ingeniería efectuados con propósitos no militares.
En el siglo XVI, Enrique IV creó la oficina del “Grand Voyer de France” para supervisar y diseñar la red de caminos de Francia. En el año 1691 Luis XIV propició el impulso de un cuerpo técnico, con formación específica, especialmente dirigido a la construcción de fortificaciones: “les officiers du Génie”. A la postre se emplearían en diversas aplicaciones civiles. Pronto se evidencia la necesidad de una formación específica para estos funcionarios y para el cuerpo de ingenieros militares. En 1672 se crea una escuela para constructores de barcos en Nantes. Existe, además, una tradición de formación de artesanos con escuelas religiosas como los jesuitas (Maison d’arts et métiers de Thonon, 1599; o la escuela de Rouen de 1706).
Paralela a la decadencia española discurre la progresión francesa bajo los reinados de Luís XIII y Luís XIV. El ingeniero más relevante fue el mariscal Sebastián Le Prestre de Vauban (1633-1707), que construye más de 300 fortificaciones en las fronteras. Las enseñanzas de este mariscal, aunque no escribió un libro específico, se publicaron después de su muerte en el libro Verdadero método para fortificar, que fue el más difundido durante el siglo XVIII.
Ciudadela de Besançon en el Franco Condado.
Un hecho importante fue la creación, en el año 1712, de un Cuerpo de Ingenieros Civiles para la inspección de puentes y caminos, lo cual supuso la separación en Francia de los ingenieros civiles de los militares. En 1741 los ingenieros civiles se encargaron también de los puertos de comercio y, en 1747, por fin, se fundó la escuela encargada de formar a dichos ingenieros, la “École de Ponts et Chaussées”. Los profesores de esta Escuela, en parte provenientes de las ramas de la ingeniería militar, escribieron tratados y libros sobre la mecánica de los materiales, sobre máquinas, sobre hidráulica o sistematizaron los conocimientos técnicos de la época. Esta Escuela la dirigió durante 40 años Jean R. Perronet (1708-1794).
Con la llegada de los Borbones a España, Felipe V pretendió crear un Cuerpo, tal como había hecho en Francia Vauban. Para ello encargó en 1709 al teniente general Jorge Próspero de Verboom la organización de un cuerpo de ingenieros. Esta época marca cierto resurgimiento que llega a su máximo nivel bajo la política absolutista de Carlos III (1759-1788). Durante el siglo XVIII se acomete en España de forma más o menos sistemática la conservación de la red de caminos e incluso se inician nuevos trazados. Es en esta época cuando se establecen las bases de la estructura de comunicación con seis radios que tienen como origen Madrid. A finales del siglo XVIII se produce la segregación del Cuerpo de Ingenieros Militares del grupo de ingenieros que estaban ya dedicados a las obras civiles. En el año 1799 se creó la Inspección General de Correos, Postas, Caminos y Posadas y, con ella, se crea el Cuerpo de Ingenieros de Caminos y Canales del Reino. El segundo Inspector General fue Agustín de Bethencourt y Molina (1758-1824). El resto de la historia de la creación de la Escuela de Ingenieros de Caminos y su desarrollo, ya se puede consultar en un artículo anterior, donde desarrollamos brevemente los antecedentes de la profesión.
Durante el siglo XVIII los gobiernos europeos están dominados por el absolutismo. El encuentro de estos despotismos ilustrados con la filosofía social y política de la Ilustración, propició el triunfo de la razón, que, como hechos más notables, cuestionó el orden establecido y propició la independencia de los Estados Unidos (1776) y la Revolución Francesa (1789). En un post anterior hicimos una referencia a este tema cuando hablamos de los juicios que soportan la ciencia, comparando los pensamientos de Kant y Hume.
Durante los siglos XVII y XVIII el problema geotécnico fundamental es el diseño de muros de contención suscitado por la construcción de las plazas fuertes. Los ingenieros militares escriben tratados con reglas empíricas en función de la tipología del terreno. Gautier (1717) y Belidor (1729) esbozan el análisis de equilibrio límite para explicar el empuje sobre un muro, aunque con un concepto equivocado: la línea de deslizamiento es la correspondiente al talud natural (ver Celma, 2003). Ambos ingenieros escribieron tratados de práctica constructiva usados en las escuelas.
La actividad constructiva apenas progresa en su forma de desarrollarse hasta la revolución industrial: se conocen los fundamentos de la técnica de la construcción, pero, al carecer de los medios auxiliares para su realización, las obras se realizan a costa de un derroche de esfuerzo humano. Hasta finales del siglo XVI no existen más medios auxiliares de construcción que poleas, rodillos, polipastos, etc. El siglo XVII fue excepcional para el desarrollo posterior de la ingeniería. Hacia su final, ocurrió un hecho crucial, puesto que el hombre aprendió a convertir energía calorífica en trabajo mecánico, algo inconcebible hasta entonces. Para llegar a este descubrimiento, tuvieron que realizarse antes otros muchos: hubo que “descubrir” la atmósfera (Galileo, Torricelli y Viviani) y la presión atmosférica (Pascal). En 1672, Otto Von Guericke inventó la primera bomba de aire: el desarrollo de un cilindro con un pistón móvil sería crucial para el posterior desarrollo del “motor de fuego”, como entonces se le dio en llamar. Sólo faltaba mover el pistón con energía calorífica.
Máquina de Newcomen
En 1690, el francés Denis Papin presentó el proyecto de una máquina de vapor que se componía de un cilindro vertical de chapa delgada con un émbolo móvil en su interior. Pero la primera máquina de vapor utilizable se construyó en 1711, en Inglaterra, por Thomas Newcomen, que siguió, en rasgos generales el principio de Papin. La máquina de Newcomen la perfeccionó James Watt en 1763, que fue quien dotó a la humanidad de la máquina alternativa, que ha sido durante mucho tiempo el único motor término importante hasta la aparición de los motores de explosión. Con frecuencia se le atribuye parcialmente a Watt la invención inicial, junto con Savery y Newcomen. Durante un experimento en 1782, encontró que un “caballo de cervecería” desarrollaba 33 000 pies libra (unos 44 700 joules) por minuto, iguales a 1 caballo de fuerza. A la fecha todavía se usa esta equivalencia.
Aunque se suele fechar la Revolución Industrialentre 1750 y 1850, fue en la parte central de este periodo cuando se vivieron los mayores cambios. Fue la máquina de vapor junto con el método, descubierto por Henry Cort, para refinar el hierro, los inventos que proporcionaron una fuente de hierro para la maquinaria y plantas de fuerza motriz para operar la maquinaria. Los motores de Watt empezaron a usarse de modo general hacia 1750 y para 1825, aparecieron las primeras locomotoras dotadas de motores más evolucionados, ligeros y potentes, que usaban vapor a alta presión en vez de vapor a presión atmosférica. En 1804, Richard Trevithick fue el primero en lograr que una locomotora de vapor corriera sobre rieles. Más tarde demostró que las ruedas lisas podían correr sobre rieles lisos si las pendientes no eran demasiado excesivas. Una de las locomotoras de Trevithick se exhibió en una vía circular en Londres en 1808, pero descarriló y volcó. Se habían pagado tan pocos chelines por verla, que no se volvió a colocar sobre la vía.
George Stephenson, después de ser empleado como vaquero, sirvió como fogonero de una máquina de vapor y luego como cuidador de una máquina de bomba. A los treinta y dos años, construyó su primera locomotora de vapor, y luego abogó insistentemente por la enmienda a un acta, aprobada en 1821, para que se empleara la locomoción a vapor en vez de caballos en un ferrocarril que correría desde Stockton hasta la mina de carbón de Willow Park. Utilizó el riel de 1,42 m que se había usado anteriormente para vagones tirados por caballos. Todavía, este calibre de vía es el de uso más común en todo el mundo. Como sabemos, después del desarrollo de los sistemas ferroviarios en Europa y América, los adelantos ingeniería se sucedieron a una tasa cada vez más creciente. La primera mitad del siglo XX produjo un número casi increíble de avances en ingeniería, al grado de que queda poca duda sobre que las dos guerras mundiales fueron catalizadores de gran parte de ese progreso.
El barco de vapor y los ferrocarriles, la unión entre la ciencia y la técnica, la enseñanza de la ingeniería y el desarrollo industrial generaron todas las consecuencias de la Revolución Industrial. De este modo, podemos situar el origen de las primeras construcciones industriales en la segunda mitad del siglo XIX, cuando arranca el proceso industrializador asociado a la minería, la siderurgia, el ferrocarril y el surgimiento del capitalismo financiero.
El motor de vapor cambió radicalmente las factorías existentes hasta entonces, basadas en molinos de agua o de viento. A partir de ese momento, las fábricas podían situarse prácticamente en cualquier lugar. El desarrollo de fábricas trajo consigo la necesidad de combustible en grandes cantidades que, además, proporcionara suficiente poder calorífico para fundir hierro. La solución la proporcionó el carbón. Se empezaron a desarrollar máquinas que revolucionaron los métodos constructivos y el transporte. La máquina de vapor supuso un cambio importantísimo en el mundo de la construcción, pues permitió el diseño posterior de máquinas auxiliares que se emplearon rápidamente como los martillos de hinca en pilotes, dragas, ferrocarriles, etcétera.
Faro de Eddystone, de John Smeaton
Es en Inglaterra donde John Smeaton (1718-1785) se distinguió como ingeniero constructor diseñando puentes, puertos, canales y obras de desecación. En 1754 se dedicó fundamentalmente a la ingeniería de la construcción creando escuela en Inglaterra entre sus ayudantes sobre lo que sería la ingeniería racionalizada. A Smeaton se debe la invención del primer cemento hidráulico que utilizó en 1759 en la construcción del faro de Eddystone. Este ingeniero fue el que acuñó por primera vez, en 1750, el término de “ingeniero civil” para su profesión, para señalar que su incumbencia no era militar. En 1771 un pequeño grupo de ingenieros, a los que se llamaba frecuentemente para dar su testimonio sobre proyectos de puertos y canales, formó la “Society of Civil Engineers” con el objeto de reunir y transmitir las experiencias de ingenieros, constructores, empresarios y abogados en la promoción de las obras públicas. Esta sociedad se constituyó en la “Institution of Civil Engineering” en 1818, iniciando con ello una especialización dentro de la ingeniería.
En este siglo XVIII la ingeniería en general y la aplicada se ve reflejada en la obra de Jacobo Benson. En ella se reseñan las distintas tipologías de medios auxiliares de construcción, máquinas de pilotaje, tornos de arrastre de piedras, máquinas y bombas hidráulicas. En este siglo se empleó por primera vez el método de la precarga (Sowers et al., 1972): el emplazamiento de la futura construcción se cargaba con anterioridad para provocar una parte de los asientos antes de construir la obra. Sin embargo, parece ser que se desconocía el fundamento de este procedimiento.
En 1783 un arquitecto inglés, Wyatt, empleó por primera vez, al parecer sin intencionalidad clara, una cimentación parcialmente flotante, el peso de las tierras excavadas era al menos un 50% del peso del edificio mediante la construcción de sótanos. Este método, usado a comienzos del siglo XIX, fue pronto olvidado, y no reapareció hasta final de la década de 1920.
La cimentación de cajones presenta como característica principal el ser construido sobre el terreno o el nivel del agua y a continuación son hundidos hasta la profundidad requerida. El primer caso registrado de empleo de cajones es un trabajo de este tipo para los cimientos del puente Tuileries, construido en 1685 . Primeramente se preparó y dragó el lecho del río; a continuación, el cajón, que consistía simplemente en una barcaza llena de piedras, fue hundido en donde había de situarse uno de los pilares. La obra de albañilería que constituía los pilares fue entonces descendida a través del agua hasta colocarla sobre estos primitivos cajones cerrados. En 1738, Labelye empleó cajones de compartimentos, de madera, para los cimientos del puente Westminster.
El primer Puente de Westminster. Óleo de Canaletto (1746)
El primer puente del mundo de hierro fundido fue construido en Inglaterra en 1779 por Abraham Darby sobre el río Severn en Coalbrookdale, Shorpshire, y se encuentra todavía en buen estado. Tiene una luz de 30 m y pesa 378 t; cada arco semicircular fue moldeado en dos piezas. El uso de este material estructural también ocurrió en edificios industriales como la Hilandería de Salford (Boulton & Watt, 1801) y el Cristal Palace de la Gran Exposición Londinense (Joseph Paxton, 1851).
Puente de Coalbrookdale (1777-1779)
El primer empleo masivo de los explosivos en túneles tuvo lugar hacia 1680 con ocasión de las obras del canal del Languedoc, para un tramo de tobas de 150 m de longitud y una sección de 6.60 x 8.70 m2. El siglo XVIII conoció importantes túneles mineros en Inglaterra, como los de Harecastle, de más de 2500 m de longitud.
Estamos a punto de iniciar el siglo XIX. Pero eso ya es objeto de otro artículo.
Referencias:
CELMA, J.J. (2003). Geotecnia e Ingeniería Civil. Una aproximación (reflexión) histórica. Inter Técnica Ediciones, Valencia.
SOWERS, G.B.; SOWERS, G.F. (1972). Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones. Limusa-Wiley, México.
YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingeniería civil y sus procedimientos. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil. Universidad Politécnica de Valencia.
Reconstrución de un Polyspastos romano en Bonn, Alemania.
En una entrada anterior tuvimos la ocasión de repasar brevemente algunos aspectos de la ingeniería romana, como fue la construcción de calzadas o puentes. Como podréis comprobar, el tema da para varias enciclopedias y el objetivo aquí es simplemente dar un par de pinceladas para despertar la curiosidad sobre aspectos históricos de la ingeniería. Además, en internet existen multitud de enlaces que permiten ampliar el tema considerablemente.
Podríamos empezar por la ingeniería municipal. Las ciudades del imperio romano disponían de sistemas de drenaje y suministro de agua, calefacción, baños públicos, calles pavimentadas, mercados de carne y pescado y otras infraestructuras municipales comparables a las actuales. La aplicación de la ingeniería en las artes militares y en los problemas de navegación, adecuación de puertos y bahías implicó, como en los otros casos, el uso de máquinas, materiales y procesos, que hablan del grado de desarrollo de la ingeniería romana, de la cual quedó constancia escrita en muchos tratados escritos en aquel tiempo y entre los cuales descuellan los trabajos de Marco Vitruvio. Su libro De Archítectura, lo escribió durante primer siglo d.C., donde incluyó el concocimiento del momento sobre materiales y métodos de construcción, hidráulica, mediciones, diseño y planificación urbana. Otra innovación en el ámbito urbano fue la invención del alumbrado público en la ciudad de Antioquía, aproximadamente hacia el año 3~0 d.C. Una innovación interesante de esa época fue la reinvención de la calefacción doméstica central indirecta, que se había usado cerca de 1200 a.C., en Beycesultan, Turquía. Lo extraño es que, tras la caída del Imperio Romano, este tipo de calefacción no se volviera a utilizar.
Restos de los acueductos Aqua Claudia y Anio Novus, integrados como portones de la Muralla Aureliana en el año 271.
Los romanos también fueron buenos ingenieros hidráulicos. En comparación con los anteriores, sus acueductos eran mayores y más numerosos. Casi todo lo que se sabe actualmente del sistema romano de distribución de aguas proviene del libro “De Aquis Urb’is Romae” de Sexto Julio Frontino, quien fue autor del Aquarum de Roma, de 97 a 104 a.C. Frontino llevaba registros de la utilización del agua, que indican que el emperador usaba el 17%, el 39% se usaba en forma privada, y el 44% en forma pública. Se calcula que en Roma diariamente se consumían entre 380 y 1 100 millones de litros de agua. La fracción del 44% para uso público estaba subdividida adicionalmente en un 3% para los cuarteles, el 24% para los edificios públicos, incluidos once baños públicos, un 4% para los teatros, y un 13% para las fuentes. Había 856 baños privados a la fecha del informe. En todo caso, la administración del agua en Roma era una tarea considerable e importante. Gran parte del agua que supuestamente debería entrar a la ciudad jamás lo hizo, debido a las derivaciones que tenían escondidas los usuarios privados.
Para resolver el problema de la toma de agua para las ciudades, los romanos construyeron acueductos siguiendo en esencia el mismo diseño, que usaba arcos semicirculares de piedra montados sobre una hilera de pilares. Cuando un acueducto cruzaba una cañada, con frecuencia requería niveles múltiples de arcos. Uno de los mejor conservados de la actualidad es el Pont du Gard en Nimes, Francia, que tiene tres niveles. El nivel inferior también tenía una carretera. Los romanos usaron tubería de plomo y luego comenzaron a sospechar que no eran salubres. Sin embargo, el envenenamiento por plomo no se diagnosticó específicamente, sino hasta que Benjamín Franklin escribió una carta en 1768 relativa a su uso.
Las técnicas utilizadas en la edificación por los romanos eran muy depuradas empleando, ya en aquellos tiempos, en sus edificios públicos el hormigón y el ladrillo, construyendo grandes bóvedas, como la del Panteón de Roma de 44 m de luz, realizada en el siglo II a.C. e impresionantes acueductos. Estas técnicas no fueron superadas en Europa hasta cerca del 1800. Uno de los grandes triunfos de la construcción pública durante este periodo fue el Coliseo, que fue el mayor lugar de reunión pública hasta la construcción del Yale Bowl en 1914.
El Coliseo de Roma
En el campo de las cimentaciones de los edificios, una de las innovaciones reseñables son sus plataformas de hormigón en masa, donde la capacidad hidráulica del cemento puzolánico permitió la colocación de las plataformas de cimentación incluso bajo el agua. En algunos casos, la utilización de estas cimentaciones continuas de gran espesor (losa de cimentación), supuso una solución eficaz en suelos pobres, con riesgo de asientos diferenciales. Así, por ejemplo, El Coliseo se alza sobre el antiguo lago del palacio de Nerón, sobre un anillo macizo de 12 m de profundidad y 170 m de diámetro, compuesto de hormigón y de grandes bloques de piedra. De forma similar, el Panteón descansa sobre un anillo sólido de 4,5 m de profundidad y más de 7 m de anchura.
El Panteón de Agripa o Panteón de Roma.
La ingeniería civil romana, y sobre todo la rama que se dedicó a las obras marítimas, experimentó un gran avance cuando descubrió la forma de fabricar morteros y hormigones hidráulicos. Vitruvio comentaba las condiciones para la construcción de distintas obras marítimas. Por ejemplo, en el caso de un dique vertical de hormigón en masa establecía que era necesaria la existencia de una playa apropiada, calidad de los fondos aceptable, posibilidad de utilizar en obra el cemento puzolánico y solicitaciones de oleaje de pequeña entidad. El procedimiento constructivo comenzaba construyendo un recinto tablestacado mediante la hinca de maderas de roble. Posteriormente, se procedía a sanear sus capas superficiales dragando, al mismo tiempo que se realizaba el perfilado de la cimentación. Las dragas eran manuales, iguales a las que se han utilizado hasta principios del siglo XIX. Posteriormente, se hormigonaba bajo el agua, llenando el recinto de conglomerado hidráulico. Se desencofraba retirando las tablestacas y se procedía a un nuevo avance repitiendo los pasos descritos. Se finalizaba la obra coronando el dique con un cabecero realizado mediante muros perimetrales de ladrillo o sillería. El hueco entre ellos se rellenaba de “todo uno” y sobre este material disgregado, se construía la calzada. Se desarrollaron grúas y barcazas que se utilizaron intensivamente en la construcción. Otro de los procedimientos constructivos a destacar es la de los cajones flotantes celulares herméticos, precursor de los diques monolíticos actuales. También hicieron uso de diques con baja cota de coronación (como en Cesarea Marítima, Israel en el 20 a.C.) para reducir la energía del oleaje antes de alcanzar el dique principal. El mayor complejo portuario artificial fue el Puerto Imperial de Roma, diseñado por Trajano, con una dársena hexagonal y un tráfico de trigo con Egipto y Francia de 300,000 t anuales.
Por supuesto, nos dejamos para otros posts, otros aspectos que irán surgiendo sobre la ingeniería y la arquitectura romanas.
Os dejo un vídeo explicativo de la construcción de los muros en este periodo.
Referencias:
ADAM, J.P. (2002). La construcción romana. Materiales y técnicas. Editorial de los Oficios, 2ª edición, León.
FERNÁNDEZ, M. (2001). Ingeniería militar e ingeniería civil, dos ingenierías íntimamente vinculadas. Revista de Obras Públicas, 3.413: 47-57.
FERNÁNDEZ CASADO, C. (1983). Ingeniería hidráulica romana. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid.
YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingeniería civil y sus procedimientos. Universidad Politécnica de Valencia.
Según el Documento Básico SE-C Cimientos, del Código Técnico de Edificación, el estudio geotécnico es el compendio de información cuantificada en cuanto a las características del terreno en relación con el tipo de edificio previsto y el entorno donde se ubica, que es necesaria para proceder al análisis y dimensionado de los cimientos de éste u otras obras. Existen múltiples técnicas de reconocimiento empleadas en la redacción de un estudio geotécnico del terreno. Las técnicas pasan desde una inspección visual básica, por ejemplo para caracterizar un macizo rocoso), a técnicas de campo o laboratorio.
También os dejo el siguiente vídeo realizado por el profesor José Ramón Ruiz, de la UPV, donde se explican brevemente los conceptos básicos del estudio geotécnico, así como las técnicas de reconocimiento más empleadas. Espero que os sea útil.
¿Por qué es habitual compactar con el primer compactador que tenemos en obra? Grandes errores y pérdidas económicas han sufrido más de una obra de movimiento de tierras por no acertar con el equipo de compactación adecuado. No es un tema fácil, pues requiere conocer con cierto detalle no sólo las características del compactador, sino también el tipo de suelo, sus características de humedad, granulometría, etc., y además, las condiciones de trabajo que vamos a imponer a esta unidad de obra. Vamos, pues, a intentar divulgar algunas ideas en torno a este tema para complementar otros posts anteriores como el que dedicamos a la curva de compactación o al tramo de prueba.
La elección de un equipo compactador, y la forma de usarlo, está condicionada por multitud de circunstancias y factores, de modo que no es biunívoca la solución adoptada para unas condiciones determinadas. Al final, la elección será fundamentalmente un asunto económico, ya que existen amplios solapes entre los distintos tipos de máquinas y sus campos de aplicación. Los casos que se pueden presentar son variados y cada uno requiere procedimientos específicos. No es lo mismo construir un terraplén nuevo, que consolidar un terreno natural o trabajar en un terreno anegado. En las situaciones habituales, donde se forma un terraplén compactando tongadas sucesivas del terreno, va a ser determinante la naturaleza del material empleado. El material empleado definirá la aplicabilidad de los equipos. El siguiente factor a considerar será el estado en que se encuentre (humedad, espesor de la capa, etc.). También decidirá la forma y dimensiones de la zona a compactar.
Por último, se deberá atender al volumen total de material. Se eligen las máquinas de tamaños que proporcionen mayores rendimientos, pero sin llegar a romper los suelos. Suelen emplearse equipos que presenten mayores capacidades de producción que los equipos de excavación y transporte, para no convertirse en “cuellos de botella” de las actividades. Cuando se emplean varios equipos en la compactación, con frecuencia trabaja una máquina de elevadas producciones, y es otra la que termina la superficie. Se seleccionará el equipo de compactación en función de la naturaleza del relleno, considerando tres grandes grupos de materiales, los finos, los de grano grueso y los pedraplenes.
Elección del compactador en suelos finos
Los suelos finos (más del 35% de limos y arcillas, es decir de la fracción inferior a 80 micras) se caracterizan, a efectos de la compactación, por la dificultad que presentan para variar su humedad. Si ésta es próxima a la óptima del Proctor Normal, pueden utilizarse desde los equipos de neumáticos, a los de patas apisonadoras e incluso los vibrantes lisos. Con defecto de humedad, antes de adicionar agua, se aconseja el uso de compactadores autopropulsados de patas apisonadoras, que trabajen con tongadas de poco grosor. Arcillas muy cohesivas con bajo porcentaje de humedad precisan una presión muy fuerte que rompan los terrones para que después la compactación sea completa; por su naturaleza química, suelos muy arcillosos precisan una presión unitaria muy alta para poder compactarse. Con exceso de humedad sólo podemos apisonar con reducidas energías, para evitar que el terreno pierda estabilidad, aconsejándose la compactación en capas gruesas (40 a 60 cm) con equipos remolcados vibratorios con patas apisonadoras con peso superior a las 10 t.
Elección del compactador en suelos de grano grueso con finos
Estos suelos (proporción de finos superior al 5%, pero sin llegar al 35%) son muy sensibles a los cambios de humedad, influyendo el porcentaje de gruesos y la plasticidad de la fracción fina. Son adecuados los rodillos vibratorios o los compactadores de neumáticos pesados, con espesores de capa que pueden llegar a 50 y 70 cm. Son menos apropiados los compactadores de patas apisonadoras.
Elección del compactador en suelos de grano grueso sin finos
Son suelos de escasa cohesión (porcentaje de finos inferior al 5%), hundiéndose en ellos los compactadores de alta presión de contacto, debiéndose precompactar el terreno, por ejemplo, con neumáticos de baja presión de inflado. En terrenos arenosos son muy útiles los equipos vibratorios y los de neumáticos, llegándose a apisonar tongadas de hasta 1 m. Con proporciones de gruesos más importantes, se recurren a rodillos vibratorios de alta carga lineal unitaria, con espesores menores. La vibración puede descompactar la parte superficial de la capa, que puede cerrarse con un compactador estático, o puede corregirse con la compactación de la capa siguiente.
Las arenas de granulometría uniforme pueden compactarse con abundante agua y con neumáticos de baja presión de inflado o vibratorias de reducida carga unitaria. Una arena sin finos es difícil de compactar, sobre todo si es monogranular. Un 5% de finos arcillosos facilita la operación y confiere consistencia al conjunto. El tipo de finos debe ser plástico, ya que un limo empeoraría la mezcla.
Elección del compactador en pedraplenes
El espesor de las capas deberá ser superior en un 50% del tamaño máximo de los elementos. Si los elementos se disgregan, se compacta como un suelo de grano grueso con finos, si no debe existir contacto entre los elementos gruesos, limitándose el contenido de los finos a un 30% del total. Se compactan con equipos vibratorios pesados -en cuyo caso deben ser de peso superior a 10 t, siendo las tongadas de un grosor entre 0,50 y 1,50 m; y a veces también se usan los supercompactadores de neumáticos de más de 50 t. Por lo general, en carreteras, el pedraplén sin finos no se moja durante la compactación. La Tabla 1 recoge una recomendación en cuanto a la elección de equipo de compactación.
Tabla 1. Selección del equipo de compactaciónTabla 2. Recomendaciones sobre el empleo de compactadores (Strassenwesen, 1972)
La Norma Tecnológica de Edificación NTE-ADE de explanaciones proporciona, con carácter orientativo, el espesor de tongada e, en cm, a compactar y el número de pasadas n, en función del tipo de terreno y del compactador empleado. En la Tabla 3, H es la humedad en %, LP es el límite plástico y Cu el coeficiente de uniformidad de Hazen.
Tabla 3. Compactación de terraplenes según NTE-ADE
En caso de utilizarse una combinación de compactadores diferentes, se tomará como espesor máximo de tongada compactada y como número mínimo de pasadas, los correspondientes a los compactadores que requieran el valor menor y mayor respectivamente.
Os paso el siguiente Polimedia para repasar estos conceptos, aunque hay libros e información adicional que podéis consultar fácilmente para ampliar este tema. Espero que os guste.
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.
