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Archivos anuales: 2018
Rozamiento negativo
El rozamiento negativo se produce en función del movimiento relativo pilote-terreno. Se produce cuando el asiento del terreno es superior al del pilote. En el argot goetécnico se suele decir que se “cuelga” el terreno del pilote.
Sea cual sea el material que queda al nivel de la punta del pilote, la tensión que transmite el pilote por punta es mayor que las tensiones en el terreno a ese nivel (geostáticas). Se trata de una inclusión rígida que recibe su peso propio (como mínimo igual que la geostática del terreno), la carga de estructura y el rozamiento negativo de los niveles superiores. Por tanto, la punta siempre bajará igual o más que el terreno alrededor de misma (punto de concentración de tensión). Si como suele ser habitual bajo la punta del pilote hubiese quedado terreno removido habrá más asiento del pilote y menos rozamiento negativo.
El rozamiento negativo tiene necesariamente que interrumpirse por encima de la punta, aunque es posible que se desarrolle en la mayor parte de la longitud del pilote, casi hasta la punta. En la Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera se indica que en pilotes resistentes por punta (pilotes columna) es suficientemente aproximado y conservador suponer que en todo el fuste se desarrolla rozamiento negativo.
Pero la realidad es todavía algo más complicada. El rozamiento negativo evoluciona, al igual que los asientos, con el tiempo.
En el caso de los pilotes hincados, la hinca de pilotes, debido al remoldeo del terreno y a la generación de sobrepresiones que posteriormente da lugar a un proceso de consolidación, se puede producir rozamiento negativo.
Cuando se espera rozamiento negativo es mejor utilizar un diámetro grande, que tiene menor superficie lateral relativa respecto al área de la punta.
Si se van a construir rellenos alrededor de un pilote que pudiera generar rozamiento negativo, sería mejor ejecutar antes el relleno, esperar a que los asientos se produzcan y, posteriormente, ejecutar los pilotes.
Recomendaciones constructivas en zapatas
A continuación se indican algunas recomendaciones para el proyecto y la construcción de las cimentaciones superficiales.
- Conviene que el material del fondo de las excavaciones de las zapatas quede expuesto el menor tiempo posible.
- Debe efectuarse un seguimiento de la excavación para confirmar que las condiciones del terreno a la cota de cimentación se corresponden con lo previsto a partir de las investigaciones realizadas. En caso contrario, se realizarían las adaptaciones necesarias.
- Debe lograrse un apoyo homogéneo. Es especialmente importante prestar atención a las zonas de esquina por si las condiciones fuesen algo más desfavorables en algún punto.
- Si en una zona localizada al nivel de apoyo se observa que la roca presenta un grado de meteorización mayor, se procedería a sobreexcavar y rellenar con hormigón en masa hasta garantizar unas condiciones homogéneas.
- En aquellas zonas en las que al nivel de apoyo puedan aparecer alternando rocas sanas y rocas alteradas, se procederá a efectuar un saneo de los niveles alterados, al menos, hasta un metro de profundidad y se rellenará esta sobreexcavación con hormigón en masa.
- Donde la excavación pueda dejar un cierto espesor de material suelto se debe proceder a la limpieza del mismo.
- En caso de existir agua se deberá deprimir el nivel mediante bombeo para poder garantizar una correcta limpieza del fondo.
- Las cimentaciones se disponen a media ladera, por lo que se deberá garantizar un resguardo mínimo del orden de la mitad del ancho de la zapata. Debe también garantizarse que, al menos, 2 m de ese resguardo corresponda un material de calidad similar a la del nivel de apoyo.
- En aquellas zonas en las que el resguardo pueda resultar escaso o donde localmente las condiciones de apoyo resulten algo más desfavorables, se podrían disponer pasadores (perforaciones en las que se introduce un redondo y se rellena de lechada) como alternativa a la sobreexcavación y relleno con hormigón en masa.
Pizómetros de cuerda vibrante
En esta entrada quiero resumir algunas ideas sobre lo que es un piezómetro de cuerda vibrante que pueda servir ayuda a los alumnos del Grado en Ingeniería Civil y Territorial
Los piezómetros de cuerda vibrante permiten la posibilidad de centralizar y automatizar sus lecturas, disponiendo de ellas sin necesidad de trasladarse físicamente al punto controlado y con mayor precisión.
Se trata se sensores que tienen buena precisión, poco afectada por cambios térmicos, excelente estabilidad a largo plazo, bajo coste y facilidad de lectura, tanto manual como para ser automatizada posteriormente. Los piezómetros se colocan dentro de sondeos realizados al efecto desde la superficie, verticales y con diámetro mayor de 2”, rodeando el sensor de arena seleccionada, un tapón de bentonita y rellenando o inyectando el taladro con lechada de bentonita-cemento hasta la boca, dejando el cable de señal saliendo del sondeo para llevarlo hasta su caja de centralización y lectura en el interior de tubos de protección dentro de zanjas realizadas al efecto.
El rango de los piezómetros de cuerda vibrante se adaptará a la carga de agua a medir , pero pueden medir hasta 10 kp/cm2 y con precisión del 0,5 % del rango y sensibilidad mayor que 0,01 kp/cm2.
Cada uno de los piezómetros llevará conectado el cable de señal correspondiente, que se llevará, protegido en zanja y tubo, hasta un armario con la caja de centralización y lectura manual. Con el objetivo de disminuir en lo posible el cableado y los empalmes y agrupar los sensores de modo que la distancia entre piezómetro y cajas no superare los 150 m. El cable será de dos conductores, 1 mm2 de sección, apantallado y con recubrimiento de protección.
Aunque estén automatizados es importante disponer de una posibilidad de lectura manual para poder comprobar medidas de los piezómetros y efectuarlas “in situ”..
Finalmente desde estas cajas de centralización se sacará cable multihilo que se llevará hasta la Estación Automática de adquisición de datos
Cálculos con programas de equilibrio límite
En esta entrada quiero compartir algunas ideas que debemos conocer cuando empleemos un programa de equilibrio límite para estudiar la estabilidad de una excavación, la seguridad de una presa o de un terraplén…
Una de las limitaciones de este tipo de cálculo es que sólo es posible llevar a cabo cálculos bidimensionales (en deformación plana). En muchos cálculos esto no será un inconveniente.
En el caso del método del equilibrio límite, una vez definidos los datos se han de introducir posibles superficies de deslizamiento, que pueden ser círculos, tramos rectilíneos unidos o combinación de ambos. El programa calcula el coeficiente de seguridad para cada una de las superficies introducidas, suponiendo que el coeficiente de seguridad es constante a lo largo de la misma. Suele ser habitual tantear superficies circulares.
Para calcular el coeficiente de seguridad, los programas basados en el equilibrio límite divide en rebanadas, mediante líneas verticales, el área comprendida entre la superficie de deslizamiento introducida y la superficie del terreno. Para cada rebanada calcula el diagrama de fuerzas actuantes y plantea un sistema de ecuaciones a resolver.
Con los datos introducidos (cohesión, fricción, densidad, geometría), no se puede resolver el sistema de ecuaciones planteado, siendo necesario conocer más datos o realizar hipótesis, concretamente la dirección, magnitud y/o punto de aplicación de algunas fuerzas.
Existen varios procedimientos para resolver el sistema de ecuaciones planteado (Morgenstern-Price, Spencer, …). A modo de resumen, en la Tabla I se presenta un breve resumen de los métodos de cálculos realizado por Frediund en 1984.
Tabla I.- Métodos de cálculo
| Método | Equilibrio de fuerzas | Equilibrio momentos | Hipótesis | |
| Dirección 1 | Dirección 2 | |||
| Fellenius | Sí | No | Sí | Sólo equilibrio según la dirección perpendicular. Se desprecian las fuerzas entre rebanadas |
| Bishop simplificado | Sí | No | Sí | Sólo equilibrio según la dirección vertical. Las fuerzas entre rebanadas son horizontales |
| Janbu simplificado | Sí | Sí | No | Sólo equilibrio según la dirección vertical. Las fuerzas entre rebanadas son horizontales. Se añade un factor corrector |
| Spencer | Sí | Sí | Sí | Inclinación constante entre las fuerzas entre rebanadas |
| Morgenstern-Price | Sí | Sí | Sí | La dirección de las fuerzas entre
rebanadas se define de una manera arbitraria. |
La fuerza normal N puede alcanzar valores no razonables debido a que el denominador sea próximo a cero o negativo (se puede producir cuando la salida de la línea de rotura se encuentra en contrapendiente). Cuando el denominador se aproxima a cero la fuerza normal que resulta llega a ser desproporcionada. Como resultado, la resistencia al corte movilizado es muy grande lo que conduce a coeficientes de seguridad muy elevados. Si el denominador es negativo la fuerza normal en la base de la rebanada se convierte en negativa lo que produce que el coeficiente de seguridad disminuya hasta valores próximos a cero que no tienen un significado real.
Como se acaba de ver los problemas de convergencia son debidos, principalmente, a una geometría de la superficie de rotura inapropiada. Para evitar esta cuestión se puede aplicar la teoría clásica de empujes de tierra para determinar la forma de la superficie de rotura. De acuerdo con esta teoría el terreno es dividido en dos zonas: activa y pasiva. La inclinación de la superficie en la zona pasiva debe ser limitada a 45 – Ø/2 y en el otro extremo de la línea de rotura (zona activa) la inclinación no debe superar el siguiente límite 45 + Ø/2
Si se aplican estas limitaciones a la geometría de la superficie de rotura no suelen aparecer problemas de convergencia en el cálculo.
Además de las superficies de rotura circulares se deben tantear superficies poligonales. Este tipo de líneas pueden ser las más desfavorables si existe algún estrato débil en el cimiento, la existencia de un tapiz bajo el espaldón de una presa… Pero ojo que las superficies poligonales pueden conducir a resultados engañosos si no aseguramos que sean superficies cinemáticamente posibles.
Existen otras variables de cálculo que también deben ser analizadas para comprobar su influencia en el cálculo. Entre otras, serían las siguientes; relación entre la fuerza normal y tangencial de la rebanada, considerar como rígida o flexible la cimentación, el método de cálculo (Bishop, Morgenstern-Price, Spencer…). Se ha comprobado que la influencia de estas variables es pequeña en el resultado de la carga de hundimiento de una cimentación superficial.
Por último, se ha comprobado, que si la discretización es poco detallada (número de rebanadas pequeña) los resultados quedarían del lado de la seguridad.
Permeabilidad en calicatas: ensayo Haefeli
En ocasiones puede resultar interesante la obtención de la permeabilidad de un suelo mediante ensayos de permeabilidad en calicatas. El ensayo más realizado es el propuesto por Haefeli o método de la artesa. En dicho ensayo la calicata se excava según un tronco de pirámide cuadrada, cuya cara inferior tiene 0,5 m de lado y la superior 1,5 m. La altura de la pirámide (de la calicata es 0,5 m).
En el ensayo se aporta un cierto caudal a la calicata hasta que el nivel se mantiene constante con el tiempo, es decir, alcanzando un régimen permanente. Si se denomina b al ancho inferior de la calicata (0,5 m) y h a la altura de la lámina de agua respecto a la base de la calicata, se estima el coeficiente de permeabilidad mediante la siguiente expresión:
Siendo α el coeficiente de capilaridad que es del orden de 3.
Como se puede observar para la realización de este ensayo se debe colocar una escala vertical en el fondo de la excavación para poder establecer la altura del agua en la calicata.
Si no se pudiera alcanzar un régimen permanente, se puede estimar el coeficiente de permeabilidad para una situación transitoria entre con la siguiente expresión:
En esta expresión h sería la diferencia entre la altura del agua en el tiempo t1 y en t2. Y la variable t es igual a la diferencia t1-t2.
