Muros pantalla

Cuchara bivalva para construir pantallas.

Un muro pantalla o pantalla de hormigón in situ es un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible, empleado habitualmente en ingeniería civil. Según el Código Técnico de Edificación (CTE-DB-SE C), son elementos de contención de tierras que se  emplean para realizar excavaciones verticales en aquellos casos en los que el terreno, los edificios u otras estructuras cimentadas en las inmediaciones de la excavación, no serían estables sin sujeción, o bien, se trata de eliminar posibles filtraciones de agua a través de los taludes de la excavación y eliminar o  reducir a límites admisibles las posibles filtraciones a través del fondo de la misma, o de asegurar la estabilidad de éste frente a fenómenos de sifonamiento.

Las pantallas de hormigón armado moldeadas en el suelo nacen en los años 50 como solución para resolver los problemas que plantean las excavaciones profundas próximas a edificios y estructuras subterráneas o por debajo del nivel freático. Esta técnica de la ingeniería civil surge como una aplicación de la larga experiencia en la utilización de lodos tixotrópicos existente en el campo petrolero.

Es la tipología de cimentaciones más difundida en áreas urbanas para edificios con sótano en un predio entre medianeras, en parkings y a modo de barreras de contención de agua subterránea en túneles y carreteras. El proceso constructivo se puede dividir, de forma resumida, en las siguientes fases: construcción del murete guía, excavación de la zanja por bataches, colocación de la armadura, colocación de las juntas o encofrados laterales, hormigonado, construcción de la viga de coronación y excavación del recinto exterior. Detalles de este proceso lo podemos ver en los siguientes vídeos que os paso, que espero que os gusten.

En primer lugar veremos una explicación del profesor Vicente López Mateu, de la Universitat Politècnica de València.

Excavación del muro pantalla:

Uso del trépano cuando la cosa se pone fea:

Fresado de muros pantalla:

Izado y colocación de la armadura de un muro pantalla:

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.

 

 

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.

 

Bombeo de hormigón para sistemas estructurales

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Bombeo. Imagen: V. Yepes

El transporte de hormigón por tubería ha adquirido gran importancia en los últimos años. Se atribuye al general aumento de la mecanización de las obras y a la intensificación del empleo del cemento en las estructuras y demás elementos. Este impulso se basa especialmente en las mejoras de las técnicas de las máquinas y en nuevas evoluciones que hacen más económico el transporte de hormigón en tubería.

Este tipo de transporte tiene una beneficiosa repercusión económica en las obras. Un hormigón que se pueda transportar sin dificultad a través de tubería responde  a las exigencias generales de la construcción en lo que respecta a la trabajabilidad y características resistentes.

Las técnicas de transporte de hormigón por tubería comenzaron a emplearse a principios del siglo XX, en sus dos modalidades: Por impulsión neumática y poco tiempo después por impulsión mediante bombas de accionamiento mecánico.

La difusión de esta forma de transporte, se ha manifestado de forma más clara en la mejora de los sistemas de bombeo hidráulico, cuyo resultado ha sido el notable aumento de unidades estacionarias y móviles registradas en los últimos años, sobre todo de estas últimas (autobombas) cuyo empleo es cada vez mayor en obra civil y en edificación. Por el contrario la impulsión neumática de hormigón ha tenido un desarrollo menor y su utilización ha quedado limitada a aplicaciones más específicas (hormigón proyectado) o a  obras en las que la existencia de una instalación de aire comprimido está, además, justificada por otros fines.

El sistema de transporte de hormigón por tubería proporciona un aumento de rendimiento y un ahorro de mano de obra importante, pero sólo es factible con un hormigón de mayor calidad que el habitual. Los componentes y dosificación del hormigón deben proporcionar la consistencia necesaria para que la circulación por la tubería sea continua sin que se produzca en ningún momento segregación.

Os dejo a continuación una explicación al respecto de la UPV que espero que os sea de interés.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

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Construcción de falso túnel entre pantallas

Falso túnel entre pantallas. http://ecomovilidad.net/

Un 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:

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.

Cimentaciones mediante cajones indios

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Esquema de cajón abierto

Las cimentaciones con cajones abiertos, o cajones indios, se definen como aquellas realizadas a base de cajones abiertos por arriba y sin fondo, con su borde inferior biselado o con forma de cuchilla que se van hincando en el terreno por su propio peso o mediante lastre, a medida que se excava en su interior, mientras se recrecen sus paredes. Este proceso continúa hasta alcanzar la profundidad deseada. El cajón se fabrica total o parcialmente en su altura total a nivel del suelo. La sección de estos cajones es rectangular o circular. Este procedimiento es factible en terrenos blandos, debiendo tener precaución en el caso de excavar bajo nivel freático, de que no se produzca sifonamiento. En los casos en que sea necesario recurrir a bombas de agotamiento, las alcachofas de las mangueras se sitúan en pequeños pozos practicados en el fondo de la excavación. En el caso de no poder realizarse el agotamiento del agua, entonces se inyectan productos en el terreno para disminuir su permeabilidad.

Cajon indio 1

El rozamiento entre el elemento y el terreno circundante se puede reducir mediante una rendija anular rellena de bentonita, de un ancho entre 5 y 10 cm. Estas fuerzas de rozamiento crecen al incrementarse la profundidad, por lo que habrá que ir incrementando el peso de empuje del cajón. Una vez alcanzada la profundidad prevista, se tapona el fondo de la excavación con hormigón. Durante este proceso ha da estar garantizada en todo momento la resistencia frente al empuje hidrostático ascendente.

En el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes del año 2000, en su artículo 674, se incluían las cimentaciones por cajones indios de hormigón armado, sin embargo, este artículo quedó suprimido posteriormente.

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Construcción de cajón abierto cilíndrico de 24 m de diámetro, con paredes de 1,20 m de espesor

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.

Tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de dovelas

Dovela del puente de Île de Ré, en Francia. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dovela
Dovela del puente de Île de Ré, en Francia. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dovela

El tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de las dovelas tiene como objetivo una aceleración de los procesos de fraguado y de endurecimiento para que el desencofrado se realice lo ante posible, siempre que la resistencia final sea similar a la del hormigón que endurece sin este tipo de tratamiento. El calentamiento se puede realizar mediante estufa tradicional o bien a través de los encofrados por resistencias eléctricas o por vapor a baja presión.

Para evitar que el endurecimiento acelerado no merme la resistencia final se debe utilizar preferentemente un cemento portland artificial, cuyo contenido en C3A sea menor al 11% y cuya relación C3S/C2S sea superior a 3. Además, el agua debe presentar una temperatura de 35ºC en el momento de la fabricación. Asimismo, se deberían utilizar encofrados con rigidez suficiente para oponerse a las dilataciones del hormigón en fase plástica en el momento del calentamiento.

El ciclo de tratamiento térmico debe cuidarse para evitar una bajada en la resistencia a largo plazo del hormigón, que normalmente puede estar entre el 5 y el 15%. Así un ciclo debería contemplar un periodo de preparación de 2-3 horas con el hormigón a temperatura ambiente, una posterior subida de temperatura a una velocidad inferior a 20ºC por hora, un escalón de tratamiento térmico que no pase de 80ºC (normalmente a 65ºC) con una duración que depende de las dimensiones de la sección y características del hormigón y una bajada de temperatura a un ritmo similar al realizado durante la subida. Por tanto, no hay que acortar el periodo de preparación, no acelerar la velocidad de subida de la temperatura y no elevar la temperatura máxima del tratamiento. A todo caso, la temperatura máxima queda limitada en función del ambiente expuesto y de la composición del cemento (ver UNE-EN 13369:2013).

Referencia:

AENOR (2013): UNE-EN 13369:2013 Reglas comunes para productos prefabricados de hormigón.

Bancadas de tesado en las plantas de prefabricados

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Vista del extremo de bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.

Los elementos de hormigón pretensado son productos habituales de las plantas de prefabricados. Para poder realizar el tesado de las armaduras activas, se utilizan bancadas de tesado. Estos elementos permiten anclar los cables en los extremos de la pista, donde se encuentra una solera de hormigón que servirá de base al molde. Estas bancadas suelen ser largas, de 100 a 150 m, pues a mayor distancia entre los elementos de anclaje, mayor economía, siempre y cuando no se contrarreste el momento flector a que se le somete.

Las bancadas son estructuras metálicas realizadas con chapas de resistencia suficiente para soportar la tracción de las armaduras. Además, presentan unas cimentaciones muy grandes capaces de estabilizar las fuerzas de pretensado que se apliquen. En otras ocasiones, el propio molde presenta los elementos de anclaje en sus extremos, sirviendo la bancada como fondo de molde. En este caso el molde es autorresistente y se puede mover a otro lugar de la planta.

Extremo de la bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.
Extremo de la bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.

Se pueden fabricar distintos tipos de piezas en una misma bancada, siempre que no se sobrepase el límite de la fuerza de pretensado capaz de soportar la bancada. La cantidad de cables colocados definirá la magnitud de la fuerza de pretensado aplicada.

Para comprobar que la relación fuerza de pretensado/altura de actuación de los cables se mantiene dentro de los márgenes de seguridad exigibles, las bancadas disponen de una placa visible con un gráfico donde se establecer los valores máximos. A mayor altura de la resultante de la acción de los cables, menor será la fuerza total admisible.

Extendedora del cable de pretensado en la bancada. Fuente: www.resimart.com
Extendedora del cable de pretensado en la bancada. Fuente: www.resimart.com

Los moldes se comercializan y las bancadas se dimensionan para una fuerza máxima nominal determinada. Esto se corresponde con la fuerza y excentricidad de cables correspondientes al canto máximo que se pueda fabricar. Si la excentricidad es menor, se podría aplicar una fuerza de pretensado superior a la nominal.

A continuación os dejo algunos vídeos donde podemos ver cómo son algunas instalaciones de prefabricados. En este primer vídeo podemos ver cómo se fabrican viguetas pretensadas Tensyland (Prensoland).

Aquí vemos el mismo proceso de fabricación de viguetas, en este caso de la empresa VELOSA.

En este otro vídeo también vemos el proceso de fabricación de viguetas de hormigón pretensado.

Turbo mezcladora de eje vertical para la fabricación de hormigón

http://www.poyatos.com/productos/turbomezcladoras-para-plantas-de-hormigon/

Las turbo mezcladoras de eje vertical son máquinas que permiten fabricar hormigón, siendo una mezcladora típica de las centrales de hormigonado. Consta de una cuba fija y en el interior de la misma gira un rotor con unos brazos suspendidos elásticamente y terminados en unas paletas, de forma que hay una gran velocidad periférica constante, del orden de 3 a 4 m/s. La velocidad del agitador puede graduarse sin escalonamiento, pudiéndose cambiar el sentido del giro. Durante el proceso de carga, el agitador no actúa. Las capacidades de estas mezcladoras se encuentran entre los 250 y los 4500 litros.

Los principales elementos son:

  • Una cuba cilíndrica de acero blindada,  cuyas paredes y fondo vienen recubiertos con lamina de acero anti desgate, atornilladas para su fácil remplazo.
  • Un rotor central que arrastra una serie de brazos articulados elásticamente para absorber los esfuerzos de los arranques con carga o cuando se trabaja con áridos de gran tamaño. Estos brazos llevan en sus extremos paletas o rasquetas que describen círculos de diámetros escalonados de tal forma que sus trazos recubren toda la superficie del anillo. La altura de las paletas se ajusta desde el interior del rotor, para graduar la altura a medida que estas se vallan desgastando asegurando así una completa evacuación de la mezcla.
  • Un motor eléctrico de eje horizontal colocado bajo la cuba y atacando por un cardan a un reductor de tornillo sin fin cuyo eje de salida vertical lleva un piñón dentado. Una corona dentada fijada sobre el eje principal del rotor.
  • Una compuerta de sector en el fondo accionada por un motorreductor por donde se produce el vaciado, que puede ser total o parcial.
  • Un circuito de alimentación del agua.

 

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Os paso varios vídeos de un tubo mezclador. Espero que os gusten.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

 

Pilote de desplazamiento

Los pilotes de desplazamiento se construyen sin extraer las tierras del terreno. Están constituidos, total o parcialmente, por elementos prefabricados que se introducen en el suelo sin excavarlo previamente mhincado13ediante un procedimiento denominado de forma genérica hinca. La introducción de un volumen adicional en el terreno produce una modificación significativa de su estado tensional.

En función del tipo y comportamiento del terreno el efecto de la hinca sobre el mismo es diferente. Así, se distingue claramente entre suelos granulares y suelos cohesivos:

  1.  En suelos granulares, la introducción de un volumen adicional hinca produce su compactación. Ello provoca, en general, una depresión en la superficie del terreno en la zona circundante al pilote.
  2. En suelos cohesivos, la hinca provoca una perturbación debido al aumento de las presiones intersticiales, el arrastre de una pirámide de suelo bajo la punta, la rotura de estratos intermedios, etc. Estas modificaciones suponen un comportamiento dependiente del tiempo del suelo cohesivo, por disipación de presiones intersticiales y, en general, su endurecimiento.

La hinca es el procedimiento de introducción de pilotes en el terreno mas antiguo –los primeros pilotes fueron de madera-. La hinca puede  realizarse con diferentes métodos o sistemas:

  • Hinca dinámica o por impacto. Se introduce el pilote en el terreno mediante una sucesión de golpes en la cabeza del mismo con unos equipos denominados martinetes o martillos. Es el método de hinca más versátil y más utilizado.
  • Hinca por vibración. Unos equipos denominados vibrohincadores. Su uso está prácticamente limitado a la hinca de perfiles metálicos, tanto de pilotes como de tablestacas.
  • Hinca por presión.
Pilotes prefabricados. Vía http://fernandeztadeo.com

Una vez hincado en el terreno, éste ejerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral, una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando mas pilotes en las proximidades, pudiendo conseguir mediante este procedimiento, una consolidación del terreno . Es por ello que la hinca de un grupo de pilotes se debe realizar siempre de dentro hacia afuera.

Existen en el mercado un buen número de tipos de pilotes  que pueden ser considerados como pilotes de desplazamiento atendiendo a los efectos que produce su introducción en el terreno. En su mayor parte, se trata de elementos prefabricados que son introducidos mediante  hinca, aunque hay otros, cuyas técnicas de ejecución son más similares a las de los pilotes de extracción que sin embargo deben ser considerados como pilotes de desplazamiento.

 Según la configuración del pilote, se pueden diferenciar dos grupos de pilotes de desplazamiento:

  • Pilotes de desplazamiento prefabricados. El pilote es un elemento estructural completamente prefabricado previamente y es introducido en el suelo  mediante hinca u otros sistemas. Dentro de este grupo están los pilotes de madera, de hormigón armado o pretensado y los pilotes metálicos.
  • Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ. Se introduce en el terreno mediante hinca u otro sistema, no el pilote sino un elemento auxiliar (tubo metálico con tapón en la punta o un tapón de gravas u hormigón). El hueco generado por la hinca de este elemento se rellena con hormigón fresco y armadura, generando el pilote propiamente dicho. El elemento auxiliar o parte de él puede ser posteriormente extraído. Dentro de este grupo están los pilotes de hormigón “in situ” con camisa prehincada, los pilotes de hormigón “in situ” apisonados tipo “Franki”, los pilotes roscados sin extracción de terreno y otros.

 

Un post para ampliar información sobre diseño y pruebas de pilotes prefabricados hincados podéis verlo en un artículo de Carlos Fernández Tadeo:  http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647

Os dejo a continuación un vídeo sobre la cconstrucción e hincado de pilotes de 40 x 40 cm de sección y 15,00 m de longitud en un tramo. Para mayor informacion: www.cimentacionesaplicadas.com

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.

Control de ejecución en cimentaciones

El control de ejecución de una obra es un aspecto fundamental que garantiza la durabilidad y el funcionamiento según el proyecto previsto. Un aspecto especialmente importante es el control de ejecución de las cimentaciones. En este post os dejo información al respecto.

Un enlace muy interesante que trata sobre el control de la ejecución de las cimentaciones superficiales es de Enrique Alario:  http://www.enriquealario.com/ejecucion-de-cimentaciones-superficiales/

Os paso un Polimedia de la profesora Esther Valiente relacionada con el control de calidad en la ejecución de las cimentaciones. Espero que os guste.

También lo tenéis en inglés:

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.