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Pantallas de suelo-cemento con hidrofresa (Cutter Soil Mixing)

http://www.malcolmdrilling.com/cutter_soil_mixing/
Hidrofresa. http://www.malcolmdrilling.com/cutter_soil_mixing/

La pantalla de suelo-cemento con hidrofresa (cutter soil mixing) es una técnica de mejora de suelos que se emplea para generar pantallas impermeabilizantes verticales mediante el uso de hidrofresas. Consiste en excavar el terreno en paneles verticales mediante una cabeza cortadora (hidrofresa) suspendida de un brazo grúa articulado. Esta cabeza presenta dos elementos cortantes giratorios provistos de dientes de corte que giran en direcciones opuestas para expulsar el material excavado.

La cabeza también posee un inyector, en la parte central de las dos ruedas cortantes, por el cual se inyecta una mezcla de bentonita-cemento. Esta mezcla, gracias al movimiento giratorio de los dientes y de unas paletas giratorias, se amalgama con los detritos formando un nuevo material. Tras el fraguado del cemento se obtiene una pantalla impermeable. La ventaja del método es que se usa el propio material del terreno, no generando apenas residuos.

http://www.apgeotecnia.pt/en/papers/13cngmontaigne.html
http://www.apgeotecnia.pt/en/papers/13cngmontaigne.html

En pantallas poco profundas, de menos de 20 m, se ejecuta en una fase, que consiste en inyectar la bentonita-cemento según se tritura el terreno. Se usa con tiempos cortos de perforación para que no fragüe el cemento. En mayores profundidades se usan dos fases; en la primera se excava hasta la cota deseada y luego durante el ascenso se inyecta la mezcla.

Para ejecutar muros continuos, se divide la construcción en paneles primarios y secundarios, que se solapan con los anteriores con juntas frescas si los paneles primarios no han fraguado, o bien con solapes duros si ya han endurecido.

Os dejo un caso de estudio de la empresa Bauer, que espero que os sea de utilidad.

Descargar (PDF, 5.27MB)

Os dejo algunos vídeos y animaciones al respecto.

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.

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

Cursos:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

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Hidrofresas

La ejecución de muros pantalla con hidrofresa está especialmente indicada en terrenos de dureza elevada, que sean excavaciones profundas o que requiera un método de seguro y preciso de excavación. En este sentido, las obras urbanas pueden ser un buen ámbito de aplicación de esta tecnología de excavación. La hidrofresa consta de una estructura pesada de acero provista en su parte inferior de dos ruedas dentadas que giran en sentido contrario, arrancando el terreno. El accionamiento hidráulico de dichas ruedas, en combinación con el empuje vertical vinculado al peso del bastidor, produce el corte del terreno. La elevada fricción que se produce en las ruedas dentadas, hace necesaria su refrigeración, así como de la roca. Para ello se suele emplear lodo bentonítico, que se inyecta mediante un dispositivo de la propia máquina. Los propios lodos se mezclan con los detritus de la excavación, gracias a lo cual se extraen del fondo de la zanja. Dado que los lodos bentoníticos se recirculan para permitir esta extracción, han de ser “reciclados”, mediante la eliminación de los restos de terreno extraídos del fondo de la zanja. La hidrofresa, a pesar de ser el mejor sistema —pues apenas produce vibraciones y es el más rápido—, presenta el inconveniente de ser una máquina cara, por lo que suele elevar el coste de la construcción de la pantalla.

Esquema de funcionamiento de hidrofresa.

Es posible perforar con hidrofresas suelos duros y rocas de hasta 100 MPa de resistencia a compresión. Los muros pantalla pueden tener de 600 a 1200 mm de espesor, requiriéndose equipos especiales para mayores espesores. Esta técnica es una alternativa a los terrenos con una resistencia a compresión simple superior a los 5 MPa. Si la profundidad es superior a 35 m, la hidrofresa, independientemente de la dureza del terreno, es el método más fiable, pudiéndose llegar a profundidades de 80 m, aunque en este caso se complican las labores de ejecución del muro pantalla. En cuanto al espesor mínimo de la pantalla, este depende de las características del bastidor de la hidrofresa, pues debe alojar la bomba de aspiración; estamos hablando de un mínimo de 640 mm, aunque los espesores habituales son los de 640, 800, 1000, 1200 y 1500 mm.

Ejecución de muro pantalla con hidrofresa

Un ejemplo de aplicación de esta técnica es la realización del aparcamiento de la plaza de Cervantes de San Sebastián (ver aquí). Os dejo también un par de vídeos sobre esta técnica de excavación que espero que os gusten.

En este otro vídeo podemos ver el inicio de la excavación de muro pantalla con hidrofresa para la construcción de sótanos en rehabilitación de edificio.

Referencias:

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

Cursos:

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

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Construcción de falso túnel entre pantallas

falso-tunel-entre-pantallasUn falso túnel es una infraestructura que se construye cuando un obstáculo natural de escasa altura debe ser atravesado por una línea ferroviaria o por una carretera, de forma que no resulta conveniente perforar un túnel debido al escaso recubrimiento y al riesgo de que la construcción de una trinchera convencional pueda provocar desprendimientos. En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica simplemente en la necesidad minimizar el impacto ambiental de la vía de comunicación, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.

Una forma de construir un falso túnel consiste en ejecutar unas pantallas, bien con pilotes o con una hidrofresa. Tras esas pantallas laterales, se ejecuta la losa de cubrición para formar el techo del túnel. Una vez fraguado el hormigón de la losa, se puede proceder a trabajar bajo tierra, vaciando la caverna generada entre las pantallas y la losa, hasta el nivel del suelo del túnel. La ejecución de pantallas con pilotes consiste en hacer “taladros” consecutivos, que luego son rellenados con acero y hormigón. Si utilizamos una hidrofresa el principio es el mismo, solo que la perforación es rectangular.

Si el falso túnel se realiza a una profundidad mayor de 5-10 m es necesario ejecutar losas intermedias, para garantizar la integridad de las pantallas laterales. Este método es muy seguro, habiéndose realizado bastantes kilómetros de todo tipo de túneles, por ejemplo en Madrid, tanto de metro (línea 11 en la avenida de Abrantes, línea 1 en la Calle Congosto…) como de cercanías (Pasillo verde, Getafe…) sin incidentes a reseñar. Incluso en terrenos particularmente complicados como es la vega del manzanares este método ha dado un gran rendimiento en la ejecución del soterramiento de la M30.

A continuación os paso una animación realizada por la empresa Proin 3D para Adif del túnel ferroviario de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, conocido también como túnel del Eixample. El túnel, que une la estación de Barcelona Sants con la futura estación de La Sagrera, forma parte de la línea de alta velocidad Madrid-Zaragoza-Barcelona-Frontera francesa.Fue inaugurado el 8 de enero de 2013 juntamente con el tramo entre Barcelona Sants y Figueras-Vilafant de la LAV Madrid-Barcelona-Franciay el 9 de enero de 2013 empezó su explotación comercial por trenes de Renfe Operadora.

En la animación podemos ver la ejecución del falso túnel, tanto con pilotadoras como con hidrofresas. Espero que os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

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