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Guía para principiantes sobre la compactación de suelos.

1. ¿Qué es la compactación y por qué es importante?

La compactación de suelos es el proceso de aumentar la densidad de un terreno aplicando energía mecánica. En términos sencillos, consiste en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Al reducir los vacíos de aire en el suelo, se aumenta su resistencia, se reduce su capacidad de deformación y se disminuye su permeabilidad.

El objetivo principal de la compactación es mejorar las propiedades geotécnicas del suelo para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras construidas sobre él, como carreteras, edificios o presas. La elección del equipo y del método de compactación no es universal, sino que depende de factores clave como la naturaleza del terreno, su contenido de humedad y la función que desempeñará el relleno compactado.

Para seleccionar y utilizar correctamente estos equipos, es esencial comprender los principios fundamentales que rigen su funcionamiento.

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

2. Los cuatro esfuerzos elementales de la compactación.

Toda la maquinaria de compactación, desde un pequeño pisón manual hasta un rodillo de varias toneladas, aplica una combinación de cuatro esfuerzos básicos para densificar el suelo. Comprender estos mecanismos es el primer paso para dominar el proceso.

Tipo de esfuerzo	Mecanismo y efecto principal
Estático vertical	Aplica el peso de la máquina para comprimir el suelo. Produce tensiones fundamentalmente verticales que aprietan las partículas entre sí.
Amasado	Genera tensiones en múltiples direcciones, «amasando» el suelo para reordenar partículas. Es especialmente útil para romper terrones en suelos cohesivos.
Impacto	Aplica una fuerza súbita que propaga una onda de presión, alcanzando mayor profundidad que el esfuerzo estático.
Vibratorio	Aplica una sucesión rápida de impactos que reduce la fricción interna entre partículas, facilitando su reacomodo en una configuración más densa.

Es importante destacar que el tipo de esfuerzo aplicado influye directamente en la estructura final de las partículas del suelo. Un terreno más compactado presenta partículas más orientadas y ordenadas (menos «floculadas»). El efecto de ordenamiento es progresivamente mayor al aplicar esfuerzos en el siguiente orden: estático, vibratorio, de impacto y, por último, de amasado.

Ahora que conocemos la teoría que hay detrás de la compactación, podemos explorar los equipos que aplican estos esfuerzos en la práctica.

3. Tipos principales de equipos de compactación.

Los equipos de compactación se pueden clasificar según el principio de trabajo predominante que utilizan: la fuerza estática de su propio peso o la energía dinámica de la vibración.

3.1. Compactadores estáticos: la fuerza del peso.

Estos equipos dependen principalmente de su peso para compactar el suelo.

3.1.1. Apisonadoras de rodillos lisos

Principio de funcionamiento: utilizan cilindros metálicos lisos para aplicar presión estática. Su mecanismo de compactación es «de arriba hacia abajo», por lo que la capa superior recibe la mayor energía.
Suelos adecuados: arenas y gravas bien graduadas, limos y arcillas de baja plasticidad. No se recomiendan para arenas uniformes o arcillas blandas.
Limitación principal: existe el riesgo de compactar en exceso la superficie y crear una costra rígida conocida como «encarpetamiento», mientras que las capas inferiores quedan menos densas.

Figura 2. Apisonadora estática de rodillo liso tipo triciclo. Imagen: V. Yepes

3.1.2. Compactadores de patas apisonadoras («pata de cabra»)

Principio de funcionamiento: en lugar de un rodillo liso, utilizan cilindros con múltiples «patas» o salientes que penetran en el suelo. Esto concentra la presión y compacta el terreno «de abajo hacia arriba».
Suelos adecuados: son especialmente efectivos en arenas y gravas con más del 20% de finos, así como en la mayoría de los suelos de grano fino (suelos limo-arcillosos, arenas limosas y arcillosas).
Ventaja principal: la acción de las patas rompe los terrones y grumos del suelo, a la vez que mejora la trabazón (unión) entre las sucesivas capas de material compactado.

Figura 3. Rodillo remolcado pata de cabra. Imagen: V. Yepes (2021)

3.1.3. Compactadores de ruedas neumáticas

Principio de funcionamiento: combinan el esfuerzo estático de su peso con el efecto de amasado que se produce por la deformación de sus neumáticos de goma, un proceso que reordena las partículas sin romperlas ni aplastarlas.
Suelos adecuados: son eficaces en suelos algo cohesivos y rellenos de limos poco plásticos.
Ventaja clave: son muy versátiles. Se puede ajustar su efecto modificando dos variables principales:
- Aumentar la presión de inflado: incrementa la compactación en la superficie.
- Aumentar la carga por rueda: aumenta el efecto de compactación en profundidad.

Figura 4. Compactador con neumáticos con dibujo. http://www.corinsa.es/tecnologia/compactacion/compactacion-de-tierras/

3.2. Compactadores vibratorios: reduciendo la fricción interna

Estos equipos añaden una fuerza dinámica a su peso estático, lo que los hace extremadamente eficientes.

3.2.1. Principio de funcionamiento

Mecanismo: la vibración de un cilindro o una placa, lo que elimina en gran medida la fricción interna entre las partículas del suelo. Así, las partículas se reordenan y alcanzan una mayor densidad con menos esfuerzo y en capas de mayor espesor. Es especialmente eficaz en terrenos granulares (arenas y gravas). Para hacerse una idea de su eficacia, la acción de un rodillo vibrante puede equivaler a la de un rodillo estático mucho más pesado: hasta ocho veces en suelos cohesivos y hasta doce veces en gravas y escolleras.
Regla de oro para su uso:
- Materiales granulares (arenas, gravas): se compactan mejor con frecuencia alta y amplitud reducida.
- Materiales cohesivos (arcillas, limos): prefieren más amplitud y menor frecuencia.

3.2.2. Tipos más comunes

Existen diversos modelos: los monocilíndricos (con rodillo liso o de patas), los de dos rodillos (tándem) y los mixtos (un rodillo y ruedas neumáticas). De todos ellos, los monocilíndricos autopropulsados son los más versátiles en la mayoría de las obras de movimiento de tierras.

Figura 5. Rodillo compactador vibratorio hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html

3.3. Equipos para trabajos específicos

Para tareas específicas o en áreas de difícil acceso, se utilizan equipos más especializados.

3.3.1. Placas y pisones vibrantes

Son máquinas de pequeño tamaño que son guiadas por un operario. Su principal ventaja es que pueden trabajar en espacios reducidos a los que no pueden acceder máquinas más grandes, por ejemplo, en la compactación de rellenos en zanjas o trasdoses de muros.

3.3.2. Compactadores por impactos de gran energía

Este sistema es una alternativa más intensa que los rodillos vibratorios convencionales. Utiliza rodillos de perfil irregular (no cilíndricos) que, al girar a gran velocidad, generan impactos de alta energía. Su principal ventaja es la profundidad de su efecto, que puede alcanzar hasta cuatro o cinco metros.

Figura 6. Compactador de impacto de gran energía.

Una vez conocidos los tipos de equipos disponibles, el siguiente paso lógico es aprender a decidir cuál es el más adecuado para cada situación.

4. ¿Cómo elegir el equipo de compactación adecuado?

La elección del compactador no tiene una solución única, ya que depende de múltiples factores y, en última instancia, es una decisión económica. No obstante, para poder tomar una decisión técnica fundamentada, hay que tener en cuenta tres factores determinantes:

La naturaleza del material: es el factor más importante. Los suelos se pueden clasificar en tres grandes grupos:
1. Suelos finos: limos y arcillas.
2. Suelos de grano grueso: arenas y gravas.
3. Pedraplenes: materiales rocosos.
El estado del material: principalmente, su contenido de humedad. La humedad actúa como un lubricante entre partículas, pero un exceso o defecto puede dificultar enormemente la compactación.
El volumen, la forma de la zona a compactar y el ritmo de la obra: Un área grande y abierta permite el uso de máquinas de alto rendimiento. De hecho, suelen elegirse compactadores con una capacidad de producción superior a la de los equipos de excavación y transporte, para evitar que la compactación se convierta en un «cuello de botella» que retrase todo el proyecto.

La siguiente tabla ofrece una guía simplificada para la selección inicial del equipo en función del tipo de suelo.

Guía rápida para la selección de equipos por tipo de suelo.

Tipo de suelo	Equipos recomendados	Consideración clave
Suelos finos (limos y arcillas)	• Compactadores de patas apisonadoras • Compactadores de neumáticos	El control preciso de la humedad es fundamental. Estos suelos son sensibles a un exceso o defecto de agua.
Suelos de grano grueso (arenas y gravas)	• Rodillos vibratorios • Compactadores de neumáticos pesados	La vibración es extremadamente efectiva para reordenar las partículas en este tipo de material.
Pedraplenes (roca)	• Equipos vibratorios pesados (más de 10 toneladas)	Se necesita una gran energía de compactación debido al gran tamaño de los elementos rocosos.

Elegir el equipo adecuado no solo garantiza que se alcancen las especificaciones de densidad, sino que también optimiza el rendimiento y los costes del proyecto.

5. Conclusión: principios clave para el éxito de una compactación.

La compactación es una de las operaciones más importantes en la construcción, ya que de ella dependen la estabilidad y durabilidad de casi cualquier estructura. Aunque se trata de un tema amplio, un principiante puede sentar unas bases sólidas de conocimiento si se centra en dos principios fundamentales.

Para lograr una compactación eficaz, es esencial comprender y dominar los cuatro tipos de esfuerzos básicos (estático, de amasado, de impacto y vibratorio), así como la forma en que cada máquina los aplica.
Además, es importante entender que la elección del equipo depende principalmente del tipo de suelo. No hay una máquina universal: la clave del éxito es adaptar la herramienta al material con el que se trabaja.

Aquí tienes un vídeo introductorio a los compactadores.

A continuación, os dejo un resumen de las ideas más relevantes que un principiante debería conocer sobre la compactación de suelos. Espero que os resulte interesante.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

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

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

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

Deflexión de una capa compactada

A continuación os dejo una sencilla demostración del asiento que tiene una capa que se ha compactado en función de su espesor inicial y de los pesos específicos anterior y posterior a la compactación. Se trata de una forma indirecta de controlar si se ha alcanzado el grado de compactación deseado. También permite tener una idea de cuánto va a descender la capa una vez compactada.

Si quieres conocer más sobre los aspectos de la compactación, te recomiendo que revises las referencias que dejo al final del post y también este curso en línea sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”. Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

Para aquellos nostálgicos de los nomogramas, os dejo uno preparado específicamente para este caso. Espero que os guste.

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Referencias:

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

Cursos:

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

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Prototipo de examen para la asignatura de Procedimientos de Construcción

Mis estudiantes agradecen que les proporcione exámenes muy parecidos a los que van a tener que hacer. Estoy en este momento dando las primeras clases de la asignatura de Procedimientos de Construcción a los estudiantes del doble grado de Matemáticas-Ingeniería Civil de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.

El nivel de dificultad del examen real será muy similar. Además, este tipo de ejercicios permite a los estudiantes enfrentarse a los problemas, consultar al profesor su resolución y aprender del proceso de evaluación.

De momento solo he tenido la oportunidad de dar tres unidades correspondientes a sondeos y perforaciones, técnicas de mejora del terreno y control del nivel freático. El tipo de examen es del estilo al que dejo a continuación.

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Celda unidad y área tributaria de una columna de grava

Figura 1. Diámetro equivalente del área tributaria en función de la distribución espacial de las columnas de grava

Al conjunto de una única columna central y el anillo de suelo circundantes se le denomina “celda unidad” o “celda unitaria”. Se transforma la porción de terreno que se encuentra alrededor de la columna por el área de un cilindro de diámetro tal que la sección de ambas sea la misma, según se puede ver en la Figura 1.

Por cierto, la Figura 1 es correcta, aunque en un primer momento pueda generar confusiones. En efecto, la malla triangular es la encargada de determinar la ubicación de las columnas de grava, formando así un área hexagonal tributaria en torno a dicha columna. De igual manera, la malla hexagonal cumple con una función similar.

Os dejo un problema resuelto donde se calcula el diámetro equivalente del área tributaria en función de la malla donde se disponen las columnas de grava. Espero que os sea de interés.

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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.

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Cálculo de la profundidad de la hinca de una tablestaca para evitar el sifonamiento

Figura 1. Sifonamiento en la base de una tablestaca o pantalla.

La inestabilidad del fondo o sifonamiento ocurre cuando existe un flujo ascendente, un terreno granular no consolidado puede perder completamente su resistencia a corte y comportarse como un fluido (arenas movedizas, partículas sueltas, como en ebullición), por lo que al fenómeno también se le conoce como fluidificación. Ello ocurre cuando un incremento de la presión intersticial anula la presión efectiva, o dicho de otra forma, cuando las fuerzas producidas por la filtración superan el peso sumergido del suelo. Este fenómeno podría aparecer en pantallas o tablestacas con un empotramiento reducido (Figura 1). En un artículo anterior al que denominamos “El efecto Renard, o por qué un suelo parece que entra en ebullición: Sifonamiento”, explicamos con cierto detalle este fenómeno y resolvimos cuál debería ser la profundidad a la que debería hincarse una tablestaca para evitar que un suelo sin cohesión pierde completamente su resistencia al corte y pasa a comportarse como un fluido.

A este respecto, ya avisamos que una cosa es la profundidad mínima de empotramiento para evitar el sifonamiento y otra bien diferente es calcular el empotramiento necesario de una tablestaca para soportar los esfuerzos de empuje a los que está sometido. Por tanto, el empotramiento real será el mayor de los dos valores. Se recomienda siempre efectuar con detalle los cálculos geotécnicos y estructurales necesarios. Y sobre todo, utilizar el sentido común.

En esta ocasión os paso un problema resuelto donde se calcula la profundidad mínima a la que debe hincarse una tablestaca para evitar el sifonamiento. Este es uno de los casos estudiados en el “Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”. Espero que os sea de interés.

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REFERENCIAS:

PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat, Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia, 419 pp.
POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
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.
YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.
YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

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

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Evaluación de la sostenibilidad de las técnicas de mejora del terreno

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.

El terreno no siempre es adecuado o competente para soportar una cimentación superficial directa. En muchos casos, para evitar costosas cimentaciones profundas, está indicado sustituir, mejorar o reforzar dicho terreno. Este trabajo se centra en evaluar la contribución a la sostenibilidad entre diferentes técnicas de mejora del suelo y el resultado de su aplicación a la cimentación de una vivienda unifamiliar como alternativa a la construida. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en materia de sostenibilidad entre el diseño de referencia (sin intervención), el relleno y la compactación del suelo, las columnas de suelo-cemento, la inclusión rígida de micropilotes y el clavado de viguetas prefabricadas. Para caracterizar la sostenibilidad, se propone un conjunto de 37 indicadores que integran los aspectos económicos o ambientales de cada alternativa de diseño y sus impactos sociales. Se obtiene un ranking de sostenibilidad para las diferentes alternativas basado en el método ELECTRE IS para la toma de decisiones multicriterio (MCDM). Se evalúa la sensibilidad de los resultados obtenidos frente a diferentes métodos MCDM (TOPSIS, COPRAS) y diferentes ponderaciones de criterios. La evaluación proporciona una visión transversal, comparando la capacidad y fiabilidad de cada técnica para priorizar la solución de consolidación del terreno que mejor contribuye a la sostenibilidad en el diseño de la subestructura de un edificio.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Podéis leer una versión preliminar el artículo en la siguiente dirección: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131463

Highlights

Evaluation of soil consolidation techniques for a single-family house’s foundation.
A deep foundation is compared to four alternatives that consider soil improvement.
37 indicators characterize the sustainability of substructure in residential buildings.
The aggregation of the different sustainability criteria is applied in 3 MCDM methods.
Nailing precast joists into the ground achieves the best sustainability result.

Abstract

The soil is not always suitable or competent to support a direct shallow foundation in construction. In many cases, to avoid costly deep foundations, it is indicated to replace, improve, or reinforce such soil. This paper focuses on evaluating the contribution to sustainability between different soil improvement techniques and the outcome of their application to the foundation of a single-family house as an alternative to the one built. The life-cycle performance in sustainability is compared between the baseline design (without intervention), backfilling and soil compaction, soil-cement columns, rigid inclusion of micropiles, and nailing of precast joists. To characterize sustainability, a set of 37 indicators is proposed that integrate the economic or environmental aspects of each design alternative and its social impacts. A sustainability ranking is obtained for the different alternatives based on the ELECTRE IS method for multi-criteria decision-making (MCDM). The sensitivity of the obtained results is evaluated against different MCDM methods (TOPSIS, COPRAS) and different criteria weights. The evaluation provides a cross-cutting view, comparing the ability and reliability of each technique to prioritize the ground consolidation solution that best contributes to the sustainability in the design of a building’s substructure.

Keywords

Sustainability; Construction; Multi-criteria decision analysis; Life cycle assessment; Modern methods of construction; Soil improvement; Foundations; ELECTRE IS; TOPSIS; COPRAS

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Evaluating the sustainability of soil improvement techniques in foundation substructures. Journal of Cleaner Production, 351: 131463. DOI:10.1016/j.jclepro.2022.131463

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Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno

Os presento la primera edición del libro que he publicado sobre procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Se trata de un manual de referencia que trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para realizar la compactación y la mejora del terreno. La novedad de esta obra radica en el tratamiento constructivo de estas técnicas, donde las fotografías e ilustraciones añaden valor a las explicaciones realizadas en el texto. Además de incluir una amplia bibliografía, se aportan cuestiones de autoevaluación con respuestas para el aprendizaje de los conceptos más importantes. Es un libro de texto dirigido a estudiantes de ingeniería y arquitectura, con una fuerte orientación hacia la construcción. No obstante, también se estructura como un manual de consulta para los profesionales relacionados con el proyecto y la construcción de obras. Además, este libro complementa los aspectos constructivos de otro tipo de textos estructurales o geotécnicos, más orientados a la teoría y los problemas.

El libro tiene 426 páginas, 259 figuras y fotografías, así como 325 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html

Este libro lo podéis conseguir, tanto en formato papel como digital, en la propia Universitat Politècnica de València o bien directamente por internet en esta dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_428-3-1

Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.

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Prólogo y reflexiones sobre la docencia de la asignatura de Procedimientos de Construcción

Estoy en este momento revisando la última prueba de imprenta de un Manual de Referencia (revisado por el sistema doble ciego) de la Universitat Politècnica de València, del cual soy autor. Se trata de un libro de 422 páginas, 259 ilustraciones y 325 preguntas de autoevaluación que se denomina «Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno». Su referencia es el número 428 y os pasaré el enlace para que lo podáis conseguir en cuanto se publique.

Sin embargo, no me he podido resistir a adelantar el prólogo que he escrito a este libro y que, además de presentarlo, sirve como reflexión a la docencia de la asignatura «Procedimientos de Construcción» que actualmente se imparte en los grados de ingeniería civil y de ingeniería de obras públicas de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.

Prólogo

La docencia de una asignatura como “Procedimientos de Construcción” resulta complicada debido a que se debe enseñar al futuro ingeniero civil cómo hacer las obras. Eso incluye no solo las fases constructivas, sino también aspectos de gran relevancia como es el conocimiento de la maquinaria y los medios auxiliares, la seguridad y salud, el impacto ambiental de las obras y, sobre todo, el conocimiento básico necesario en geotecnia, resistencia de materiales, mecánica, cálculo de estructuras, gestión de empresas, planificación de obras y economía. Todo ello para acertar en la selección del mejor proceso constructivo para una obra determinada. Y todo este conocimiento debe abordarse con una experiencia nula o muy pequeña del alumnado en relación con la realidad física de las obras.

La pregunta es inmediata: ¿Cómo podemos llevar la obra al estudiante en un aula? Resulta evidente la necesidad de que los futuros profesionales pisen las obras lo máximo posible y realicen prácticas en empresa. Pero esta experiencia no es suficiente para adquirir las competencias y conocimientos necesarios.

El problema crece cuando este tipo de asignaturas de construcción se imparten en los primeros cursos de los grados. En los planes antiguos, “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras” se impartía en los últimos cursos, incluso en paralelo con la asignatura de Proyectos. Ello permitía al estudiante aplicar todos los conocimientos adquiridos con anterioridad y hacía que la asignatura se pudiese entender con mayor profundidad.

Pero el problema sigue siendo el mismo. Me acuerdo que esta asignatura la estudié en cuarto curso de la titulación de ingeniero de caminos, canales y puertos, cuando el plan se desarrollaba en seis cursos. En aquella época, hablo del año 1986, D. Hermelando Corbí Abad, profesor de la asignatura, utilizaba todos los medios disponibles en su momento como el proyector de opacos, fotografías que nos pasábamos de mano en mano o catálogos de máquinas o de empresas para que nos imagináramos cómo se podría hacer una obra. Y, sobre todo, pizarra, mucha pizarra. Tomábamos apuntes en clase y teníamos fotocopias mecanografiadas por el profesor que nos servían a modo de texto. Todo se complementaba con abundantes visitas a obras y excursiones organizadas que nos abrían los ojos, el compañerismo y la ilusión por esta apasionante profesión.

Cuando en el año 1994 empecé a impartir por primera vez la asignatura, tuve que recurrir a todo tipo de estrategias disponibles en aquel momento. Era entonces profesor asociado, más joven, pero con años ya de experiencia en el sector público y privado. Usábamos vídeos en VHS, transparencias que nos permitían ahorrar mucha pizarra, fotografías y catálogos. Se completaba con las visitas a obra. Pero el problema de acercar la realidad al estudiante seguía siendo complicado. Además, las técnicas constructivas, y sobre todo las máquinas y los elementos auxiliares, cambiaban de forma acelerada. Todo demasiado rápido para los medios de los que disponíamos.

Sin embargo, la aparición de los ordenadores, el PowerPoint y, sobre todo, internet, revolucionó todo con el cambio de milenio. Nada volvió a ser como antes. La información y las novedades se acumularon en mi ordenador. Cientos de fotografías, vídeos y documentación se perdía entre las carpetas de mi disco duro. Había que poner orden.

El descubrimiento de las ventajas que tenía disponer de una bitácora digital fue algo que revolucionó mi forma de impartir las clases de esta asignatura. En efecto, el 5 de marzo de 2012 empecé el que iba a ser un blog personal para organizar la información que tenía dispersa en mi ordenador. Fue una auténtica revolución. Podía ordenar por entradas información dispersa sobre temas de construcción, incluyendo fotografías, vídeos y enlaces a otros documentos. Nada volvería a ser lo mismo. Los estudiantes disponían de una herramienta con la que tener toda la información, no solo de clase, sino que esta la podían ampliar hasta donde quisieran buceando en internet. Así nació el “Blog de Víctor Yepes” https://victoryepes.blogs.upv.es/, que hoy tiene casi 1 500 artículos y más de 5 000 visitas diarias. Además, con la potencia de las redes sociales, toda la información se multiplicaba de forma exponencial.

El paso siguiente era el lógico y normal. Se trataba de depurar y mejorar la información para hacer un libro. Así surgieron una serie de textos docentes que, bajo el nombre de Manual de Referencia, edita la Universitat Politècnica de València. Además, este libro en particular, sirve de base para un curso en línea, gratuito y masivo que, bajo el mismo nombre, se imparte desde este mismo año en la plataforma edX, donde colabora nuestra universidad. En el enlace https://www.edx.org/course/introduccion-procedimientos-construccion-obra-civil se puede acceder al curso en cualquier momento, con la posibilidad de obtener un certificado oficial de dicho curso.

En cuanto a la estructura de este libro, realmente tiene dos grandes partes, una dedicada a la compactación mecánica de los suelos y, la segunda, que se centra en las técnicas de mejora del terreno. Si bien es cierto que la compactación mecánica no deja de ser una técnica de mejora del terreno, por su importancia y generalidad en las obras, se ha tratado como una parte diferenciada. También podréis encontrar un buen número de referencias y una cantidad nada desdeñable de preguntas tipo test con sus respuestas para averiguar si habéis comprendido bien lo explicado en el texto. Al final podréis localizar un índice temático que, de buen seguro, servirá para encontrar información de forma rápida.

La necesidad de un libro como este surge para rellenar un hueco editorial importante. Si bien se pueden encontrar cientos de libros de gran calidad en materias tales como la geotecnia y la mecánica de suelos, la resistencia de materiales y cálculo de estructuras, la hidráulica, etc., son pocos los que se dedican a desgranar los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para ello.

El reto fue bastante importante. Se trató de estructurar información muy dispersa, técnicas clásicas con otras de rabiosa actualidad, maquinaria que, año tras año, deja a los modelos anteriores obsoletos. Y, afortunadamente, es posible que, en unos años, parte de las técnicas contenidas en este volumen queden como recuerdos del pasado, dando paso a la robotización, la inteligencia artificial, los gemelos digitales y otras muchas técnicas emergentes que van a desdibujar la forma que tenemos de entender las obras.

Por último, y aunque se ha realizado un esfuerzo minucioso por revisar el manuscrito, es posible que pueda existir alguna errata típica de una obra que se edita por vez primera. Asumo la responsabilidad de cualquier error y, en la medida de lo posible, trataré de subsanar y mejorar los aspectos o sugerencias que me hagáis llegar.

Este libro, a partir de ahora, deja de ser mío y pasa a ser vuestro. Espero que sirva para todos los estudiantes y profesionales que quieran introducirse al maravilloso mundo de las obras, y en particular, a aquellos que tienen que luchar, día a día con el terreno donde se van a asentar.

Valencia, a 21 de julio de 2021

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

Curso gratuito online masivo: Introducción a los procedimientos de construcción para la mejora de terrenos en obra civil y edificación

Compactación dinámica (cortesía de Menard)

Acerca de este curso MOOC de la UPV

Este es un curso básico de procedimientos constructivos necesarios para la mejora de terrenos en obras civiles y de edificación. Es un curso que no requiere conocimientos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás las distintas técnicas de mejora del terreno utilizadas habitualmente en obras de ingeniería civil y de edificación. Se índice especialmente en la maquinaria necesaria, en los procedimientos constructivos, en la aplicabilidad a los distintos tipos de suelos, en aspectos económicos, medioambientales y de seguridad en los trabajos. A lo largo del curso se abordarán aspectos como la precarga, las columnas de grava, las inclusiones en el terreno, los pilotes de desplazamiento, la compactación dinámica, la compactación mecánica de suelos, las inyecciones del terreno, la estabilización de suelos, la mezcla profunda, los anclajes, el control del nivel freático, entre otros temas.

El contenido del curso está organizado en 8 módulos, cada uno con 4 secuencias de aprendizaje que permiten, con una dedicación menor a una hora diaria, aprender los aspectos básicos de las técnicas de mejora del terreno. Cada semana se trabaja un módulo, teniendo el curso una duración estimada de dos meses (8 semanas).

El inicio del curso es el 25 de mayo de 2021. La inscripción la puedes realizar en el siguiente enlace: https://www.edx.org/es/course/introduccion-a-los-procedimientos-de-construccion-para-la-mejora-de-terrenos-en-obra-civil-y-edificacion

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

Comprender la utilidad y las limitaciones de las distintas técnicas de mejora del terreno empleadas en la construcción de obras civiles y de edificación.
Evaluar y seleccionar el mejor procedimiento constructivo y maquinaria necesaria para la mejora del terreno en unas condiciones determinadas, considerando la economía y la seguridad.

Programa del curso

Clasificaciones de las técnicas de mejora y refuerzo del terreno
Sustitución del terreno como técnica de mejora
La precarga como técnica para la mejora de terrenos.
Drenes verticales como técnica de mejora de terrenos
Consolidación por vacío de suelos
Columnas de grava
Columna de grava ejecutada por medios convencionales
Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
Columna de grava mediante vibrosustitución
Columnas de grava compactada
Pilotes de arena compactada
Columnas encapsuladas con geotextil
Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
Concepto de pilotes y clasificaciones
Pilotes de compactación
Columnas de hormigón vibrado
Columnas de módulo controlado
Columnas de cal y de cal-cemento
Columna de grava inyectada
Pilotes de desplazamiento
Pilotes de madera
Pilotes metálicos
Pilotes metálicos hincados
Pilotes de hormigón armado hincados
Pilotes prefabricados de hormigón pretensado
Pilote de desplazamiento con azuche
Sistema “Franki” de ejecución de pilotes de desplazamiento
Hinca de pilotes con mazas de caída libre
Hinca por vibración de pilotes
Hinca silenciosa de pilotes
Pilotes de extracción
Pilotes perforados con barrena continua
STARSOL: Pilotes con hélice continua mejorada
Micropilotes
Mejora del terreno mediante vibrocompactación
Mejora de terreno mediante Terra-Probe
Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
Compactación por resonancia de suelos
Compactación dinámica
Compactación dinámica rápida
Sustitución dinámica
Compactación con explosivos
Compactación por impulso eléctrico
Compactación por hidrovoladura
Compactación mecánica de suelos
Curva de compactación de un suelo
Selección de un equipo de compactación
Los tramos de prueba en la compactación de suelos
Recomendaciones de trabajo en la compactación
Técnicas de inyección del terreno
Procedimientos empleados en la inyección de terrenos
Materiales empleados en la inyección de terrenos
Tipos de lechadas y aplicabilidad de los materiales de inyección de terrenos
Inyección de lechadas inestables
Inyección de lechadas estables
Inyección de lechadas químicas
Inyecciones de alta presión: Jet grouting
Inyecciones de compactación
Inyecciones de hidrofracturación
Mezcla profunda de suelos
Springsol: mejora de terrenos mediante columnas de suelo-cemento
Pantallas realizadas por mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing Walls)
Pantallas de suelo-cemento con hidrofresa (Cutter Soil Mixing)
Pantallas plásticas de bentonita-cemento
Pantallas de suelo-bentonita
Pantalla de lodo autoendurecible armado
Pantallas delgadas de lodo ejecutadas mediante vibración de perfiles
Pantallas de geomembranas
Muros de tierra mecánicamente estabilizada: Tierra Armada
Suelo reforzado con geosintéticos
Soil nailing o suelo claveteado
La técnica del bulonaje
Concepto y clasificación de los anclajes
Zonas de un anclaje
Ejecución de un anclaje
Seguridad en la ejecución de los anclajes
La estabilización de suelos
Estabilización de suelos con cal
Estabilización de suelos con cemento
Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
Estabilización de suelos con cloruros
Grava-cemento
Grava-emulsión
Grava-escoria
Mejora de terrenos por calentamiento
Congelación de suelos
Métodos biológicos como técnica de mejora de terrenos
El problema del agua en las excavaciones
Clasificación de las técnicas de control del agua en excavaciones
Selección del sistema de control del nivel freático
Drenaje de excavaciones mediante bombeos superficiales y sumideros
Drenaje de excavaciones mediante zanjas perimetrales
Drenaje horizontal con pozos radiales
Drenaje de excavaciones mediante pozos filtrantes profundos
Control del nivel freático mediante lanzas de drenaje (wellpoints)
Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno

Conozca al profesor

Víctor Yepes Piqueras

Catedrático de Universidad. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente «cum laude». Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València. Consejero del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 14 tesis doctorales, con 6 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos.

Capas y bases tratadas: Gravaceniza

Figura 1. Cenizas volantes. https://ceramica.fandom.com/wiki/Cenizas_volantes

Las cenizas volantes son residuos sólidos de las centrales térmicas que utilizan carbón pulverizado como combustible. Los filtros antipolvo electrostáticos, por donde el humo antes de salir por la chimenea, captan estas partículas. Presentan un diámetro de 1 a 200 µm, son ligeras, friables y están dotadas de propiedades puzolánicas en la mayoría de los casos. Se trata de un subproducto industrial poco aprovechado, cuyo almacenamiento puede dar lugar a problemas ambientales.

Las cenizas procedentes de la combustión de la hulla y la antracita presentan altos contenidos en sílice y alúmina, y una proporción débil de cal y sulfuros. Son las cenizas sílico-aluminosas, que representan la mayor parte de la producción de cenizas volantes. En las centrales alimentadas con lignitos, las cenizas presentan menor porcentaje de cal y sulfuros, siendo cenizas sulfo-cálcicas.

Parte de este subproducto se emplea como adición para ciertos cementos, usado en carreteras para hormigones y otras mezclas con cemento. También pueden estabilizar arenas finas y limos agregando una pequeña adición de cal o cemento. Su uso también es habitual como polvo mineral de aportación en las mezclas bituminosas.

Figura 2. Central térmica de Puertollano. https://es.wikipedia.org/wiki/Central_t%C3%A9rmica_de_Puertollano

Pero su uso más reciente es en bases para los firmes. Se usan con áridos similares a los de gravacemento. El conglomerante hidráulico se usa en un 10% respecto al peso de los áridos y está constituido por un 80% de cenizas sulfoaluminosas y un 20% de cemento Portland o de cal viva o apagada. La cal y el cemento actúan como activadores de las cenizas. A menudo tiene más garantía utilizar de cementos especiales con solo un 20% de clinker.

Las bases y subbases realizadas con grava, ceniza y cal presentan elevada facilidad de compactación por el efecto lubricante de los granos de ceniza, un endurecimiento lento con bajas rigideces a corto plazo, una disminución del agrietamiento originado por asientos diferenciales y retracciones térmicas producidas a corto plazo y la posibilidad de apertura al tráfico tras ser compactada.

La cantidad de agua de amasado necesaria se encuentra entre el 5 y el 8%, siendo algo superior a la humedad óptima de compactación. La gravaceniza se coloca en obra de forma similar a la gravacemento. Se transporta a obra en camiones y se coloca mediante una extendedora, que realiza una compactación previa. Posteriormente se compacta energéticamente con maquinaria pesada, con una densidad superior al 100% del Proctor Modificado. La superficie de la capa se debe sellar para evitar la pérdida de humedad y para permitir, con una pequeña adición de árido fino de cubrición, dejar la capa compactada abierta al tráfico de forma inmediata.

La resistencia mecánica de las bases de gravaceniza son más bajas al principio que las realizadas con conglomerantes con elevado contenido de clinker. Sin embargo, las reacciones puzolánicas elevan esta resistencia al cabo de algunos meses, pudiéndose llegar o superar dichas resistencias, pudiéndose llegar hasta 20 MPa.

Se considera que el radio de acción técnico y económico para el uso de las cenizas volantes es de 100 km alrededor de una central térmica.

Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

MORILLA, I. (2012). Interpretación de los ensayos geotécnicos en suelos. 627 pp., Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

Cursos:

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

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

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