Barrettes inyectadas (shaft-grouted barrettes)

Barrette, según la norma EN 1536:1999
Barrette, según la norma EN 1536:2011

Los “barrettes”, atendiendo a la norma EN 1536:2011, son pilotes que en planta son rectangulares, en T o en L o cualquier otra configuración similar, siempre que se hormigonen en una sola operación. Se emplean para sustentar cargas verticales y/o laterales.

A este tipo de pilotes de hormigón con extracción del terreno se les ha denominado también como pilotes rectangulares, minipantallas, módulos portantes o pilas oblongas (este último término usado en México). Este pilote se excava por métodos continuos o discontinuos (hélice, cuchara, trépano, etc), usando sistemas de contención para estabilizar las paredes de la excavación, normalmente con lodos bentoníticos o polímeros.

La construcción de este tipo de pilotes es muy parecida a la de un muro pantalla. Se realiza una excavación hasta la profundidad requerida y se rellena con un lodo tixotrópico para proporcionar soporte a las paredes. Posteriormente se coloca la armadura y se hormigona con tubos Tremie.

Este tipo de pilote perforado ofrece mayor superficie específica respecto al pilote de sección circular, lo cual permite resistir mejor las cargas verticales debido al aumento de la resistencia en fuste. Desde el punto de vista estructural, se orientan de forma que ofrezca la sección la mayor inercia en la dirección requerida, favoreciendo su comportamiento ante solicitaciones sísmicas.

Colocación de armadura en barrette. Fuente: www.bachy-soletanche.com.hk
Colocación de armadura en barrette. Fuente: www.bachy-soletanche.com.hk

 

Sin embargo, en este post nos vamos a centrar en un caso especial, de gran interés. Se trata de las barrettes inyectadas o de fricción (shaft-grouted barrettes, friction barrettes). Se trata de una cimentación no tan profunda como un pilote normal, que permite reducir el consumo de acero y de hormigón y que acorta la duración de las obras. Se trata de introducir, junto con la armadura, unas tuberías embebidas por donde se inyectará una lechada de cemento y arena a alta presión una vez el pilote ha adquirido la resistencia necesaria. Una vez endurecida esta mezcla, la formación de salientes de las paredes de los pilotes aumenta de forma significativa la fricción, y por tanto la resistencia del fuste. Este tipo de cimentación profunda se ha utilizado en edificios altos, como las Torres Petronas de Malasia, o el International Commerce Centre de Hong Kong.

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Cimentación de 241 barrettes inyectadas en el International Commerce Centre (ICC), en Hong Kong. Fuente: www.arup.com

A continuación os dejo un vídeo sobre cómo se realiza la ejecución de las barrettes de fricción. Se trata de una obra en Vietnam, y desgraciadamente el vídeo no está ni en español ni en inglés. Pero creo que es interesante.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

Pilote de extracción con fluidos estabilizadores

CPI-6Los pilotes perforados sin entubación con fluidos estabilizadores, denominados CPI-6 en la nomenclatura de las NTE-1977, permiten excavar en terrenos inestables o con nivel freático alto, debido a las propiedades expansivas y tixotrópicas de los fluidos empleados, que ayudan a contener las paredes. Estos fluidos presentan propiedades tixotrópicas en la bentonita y propiedades iónicas en los polímeros.

Los fluidos estabilizadores pueden ser utilizados para estabilizar la excavación en toda su altura o bien una parte. Durante la construcción del pilote el nivel de lodos debe mantenerse en un nivel apropiado, siempre por encima del nivel freático al menos de 1,0 a 1,5 m. Este procedimiento es aplicable de preferencia en terrenos finos sin estratos granulares gruesos libres de matriz fina o grandes bloques.

Una vez acabada la perforación, se introduce la armadura y se hormigona utilizando la tubería tremie hasta el fondo de la perforación. La tubería se va subiendo a medida que se hormigona, procurando que su boca inferior esté embebida un mínimo de 4 m dentro de la columna ya hormigonada para evitar posibles cortes durante el hormigonado. La consistencia del hormigón debe ser fluida. Durante el hormigonado deben controlarse nuevamente las características de los lodos de bentonita para evitar contaminaciones en el hormigón. Los diámetros utilizados en este tipo son, según la NTE, de 45 a 125 cm, aunque la maquinaria actual permite pilotes de diámetros mayores.

Se pueden alcanzar profundidades superiores a 50 m, en función de las características del Kelly telescópico que sostiene la herramienta de perforación. Sin embargo hay que tener en cuenta la complicación que supone el uso de lodos bentoníticos a medida que aumenta la profundidad.

Su uso es habitual como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atreviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.

Fases de ejecución:

  1. Excavación con cuchara y vertido de lodo en la excavación para extracción de la tierra.
  2. Cambio de lodo contaminado y limpieza del fondo del pilote
  3. Introducción de las armaduras.
  4. Hormigonado desde el fondo mediante tubo Tremie y recuperación del lodo.
  5. Pilote terminado.

 

 

Fases CPI-6

Para garantizar la estabilidad de la perforación, el nivel del lodo debe estar siempre próximo al nivel de coronación del murete-guía, debiéndose mantener constante, por lo que es preciso aportar lodos a medida que se excava el terreno. Además, se precisa una central de tratamiento de lodos que permita el control de la calidad de los lodos (mediante su viscosidad y contenido en finos) y la regeneración de los lodos contaminados.

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Para la perforación y extracción de tierras se utilizan cucharas, barrenas cortas o buckets. Los restos de la excavación se van depositando en el fondo de la misma, por lo que es fundamental la limpieza de la punta del pilote. Para su limpieza se utilizan bombas de fondo que permiten la extracción del lodo contaminado y la incorporación de lodo regenerado. Pueden emplearse para ello sistemas de circulación directa que introducen lodos frescos por la punta que desplazan al lodo contaminado, que sale por la cabeza, o sistemas de circulación inversa que lo hacen aspirando el fango contaminado del fondo y alimentan con fango fresco por la cabeza.

A continuación os dejo un vídeo explicativo de la construcción de este tipo de pilotes.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Fluido de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Fluido de perforación. Imágen de Catalana de Perforacions
Fluido de perforación. Imagen de Catalana de Perforacions

El procedimiento habitual es la perforación asistida con fluidos. En este caso, la cabeza se empuja por una sarta de perforación a través del terreno. El fluido se bombea por el interior de la tubería que forma la sarta de perforación y retorna por el espacio que existe entre la sarta y las paredes de la perforación, con el detritus correspondiente, por lo que debe reciclarse para volver a utilizarse. Hay máquinas autónomas que llevan consigo los tanques de mezcla y las bombas del fluido, aunque en otras son sistemas independientes.

El uso de la perforación con lodos es frecuente, pues además de contener las paredes, permite el transporte del detritus en suspensión al exterior, además de la lubricación y refrigeración de la cabeza de corte. Asimismo, estabilizan la perforación piloto hasta que se inicia su ensanche. Los fluidos de perforación suelen ser mezclas de bentonita y agua, aunque hoy existe una tendencia creciente en el uso de polímeros. Hay que prever en suelos porosos o fracturados una pérdida de fluidos significativa. Cuando se trata de perforar terrenos duros y roca, se pueden utilizar conjuntos de fondo, BHA (bottom hole assembly), que es la parte inferior de la sarta de perforación que se extiende desde un tricono de perforación al varillaje. El BHA se acciona mediante un motor de lodos, que utiliza la potencia hidráulica del fluido de perforación.

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions
Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

En el vídeo que os dejo a continuación se profundiza en el uso de los lodos como fluido de perforación. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

  • IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
  • Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
  • Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.

Mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing)

http://www.model-co.com/es/aplicaciones/aplicaciones-lechadas/wet_soil_mixing.asp
http://www.model-co.com/es/aplicaciones/aplicaciones-lechadas/wet_soil_mixing.asp

Esta técnica de mejora y refuerzo de suelos blandos o flojos consiste en el mezclado mecánico y profundo de los materiales disgregados del terreno con un aglomerante, líquido o sólido, generando un nuevo material tipo suelo-cemento. El aglomerante suele ser cemento, cal y bentonita. El terreno así estabilizado es más resistente, menos permeable y de menor compresibilidad que el terreno original.

La incorporación de los aglomerantes al terreno puede llevarse a cabo en forma de lechada (Método húmedo) o mediante aire comprimido (Método seco)Para  cada caso es necesaria la utilización de una herramienta especial que permita la ejecución de la mezcla en profundidad.

La mezcla profunda de suelos se puede clasificar en dos grupos: mezclado vertical, generando columnas o en masa horizontal, produciendo fajas o extensiones importantes en plantas.

En el caso de mezclado vertical, el diámetro de la columna es constante en profundidad y depende de la capacidad de la herramienta y el método que se utilice (húmedo o seco). Se ejecuta con una mezcladora giratoria que perfora el terreno hasta la profundidad requerida. En ese momento empieza la inyección del aglomerante mientras se extrae el varillaje.

http://jafecusa.com/?page_id=2796
http://jafecusa.com/?page_id=2796

La técnica de mezclado en masa consiste en una retroexcavadora en la que el brazo de la pala sustituye por un brazo excavador con un cabezal rotatorio que posee un inyector por el que se impulsa la mezcla aglomerante. Este método utiliza equipos no complejos: una retroexcavadora y una bomba de inyección. Es rápido en la ejecución, pero su uso se limita a la longitud del brazo, que no suele ser superior a 5 m.

A continuación os dejo varios 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.

Pantallas plásticas (Cutter Soil Mixing)

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

Esta técnica de mejora de suelos 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 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.

 

Hidrofresas

hidrofresa-57786-4480003La 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 extrean 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. Continue reading “Hidrofresas”