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Fisuración en las obras de drenaje transversal
En muchas obras de drenaje transversales bajo los terraplenes, las grietas observadas son las que se producen cuando la carga del terreno existente sobre la clave de la obra de drenaje supera la resistencia estructural de la tubería. En la zona inferior, la existencia de hormigón en masa bajo el apoyo del tubo, incrementa la resistencia en esa zona. En los extremos de la obra de drenaje, las impostas de los emboquilles rigidiza los tubos, dificultando la aparición de fisuras.
El posible mecanismo de rotura se ha dibujado en la Figura.
Como se puede ver, el peso de las tierras produce un descenso de la clave, pudiendo dar lugar a la aparición de cuatro rotulas, en los extremos de los diámetros verticales y horizontales. Las fisuras que se producen en el diámetro horizontal se producen por el exterior del tubo por lo que no es posible verlas.
Este mecanismo de rotura es habitual en este tipo de obras de drenaje. Normalmente, a pesar de la fisuración, el tubo suele alcanzar una situación estable sin llegar a colapsar.
Cuando se observa esta patología se pueden realizar las siguientes actuaciones:
- Lo fundamental es conocer la evolución de la apertura de las fisuras. Por esta razón se pueden colocar unos testigos de yeso que puedan confirmar si las grietas continúan abriéndose en estos momentos. Para ello, se podría disponer de dos testigos por cada módulo de tubería, en la zona de la clave. Podría ser suficiente auscultar un tramo de tubo de cada tres.
- Si se observara que las fisuras siguen creciendo actualmente, se deberá reforzar estructuralmente el tubo. Para ello, se podría colocar sendas placas metálicas en la clave y en la zona inferior (cuna). Se podrían disponer dos placas entre juntas ( cada una a medio metro de cada junta). Esta medida equivaldría a colocar un suplemento de armadura. Para su colocación puede ser necesario emplear alguna resina para asegurar conexión entre refuerzo y hormigón. Las placas deberán unirse a la tubería de hormigón mediante una serie de pernos.
- Además, es conveniente, intentar sellar las juntas para asegurar que no existe infiltración de agua al terreno y, así, el agua pueda circular por el interior de la tubería en toda su longitud.
¿Cuándo ejecutamos micropilotes?
Los micropilotes fueron, en su momento, ideados para resolver problemas de recalce de estructuras. El desarrollo de las técnicas de ejecución ha hecho que su uso sea conveniente incluso en obras de nueva planta.
En cimentaciones a realizar “ex novo” pueden ser de interés en algunas circunstancias, entre ellas las siguientes.
– Cimentaciones profundas en lugares de difícil acceso. Los equipos necesarios para ejecutar micropilotes son mucho más ligeros y permiten acceder a lugares donde las máquinas necesarias para realizar pilotes no podrían llegar.
– Cimentaciones sobre zonas carstificadas. La presencia de huecos en el subsuelo puede conducir a la necesidad de ejecutar una cimentación profunda. La ventaja de los micropilotes, en estos casos, estriba en la movilización de una mayor superficie lateral de la roca, en mayor número de puntos (más unidades de micropilotes que la solución equivalente de pilotes convencionales) y de una manera más efectiva (mayor capacidad unitaria de resistencia por fuste).
– Terrenos heterogéneos. En ocasiones, el terreno de cimentación es muy heterogéneo, alternando zonas blandas con zonas que pueden ser localmente resistentes (presencia de bolos en coluviones, por ejemplo). La maquinaria de perforación de micropilotes es más versátil y puede resultar interesante en esas situaciones.
Recordad que la tubería siempre debe ser de primer uso. No puede reutilizarse una tubería
Apoyo de soleras sobre rellenos
En ocasiones la cimentación de una nave se debe realizar sobre un relleno compactado. En esos casos la cimentación de los pilares se suele hacer con cimentación profunda para evitar los asientos diferidos. la pregunta es, ¿cómo se apoya la solera?
Si la solera apoyara directamente sobre el relleno con suelo tolerable podría parecer un problema de asientos diferenciales. Estos asientos serán consecuencia principalmente de las deformaciones diferidas que experimenta cualquier relleno compactado. Dado que dichas deformaciones tienen un carácter reológico (afectadas en gran medida por la variación del grado de saturación, reajustes de partículas, etc.), es muy difícil cuantificar su posible magnitud. Suelen estimarse con criterios empíricos: un material tipo suelo tolerable adecuadamente compactado (≥ 95% PM) puede asentar el 1% de su espesor.
Si el asiento diferencial estimado no fuera asumible habría diferentes alternativas:
- Disponer una solera resistente a flexión.
Dependiendo de la luz entre zapatas de pilares y la sobrecarga actuante sobre la solera, podría resultar una losa/forjado de gran canto y/o armadura. Para reducir la luz de flexión, se podrían disponer apoyos/cimentaciones intermedios (pilotes).
- Utilizar un material tipo suelo con adición de conglomerante (del orden del 2-3% de cemento o cal)
En este caso el asiento postconstructivo será prácticamente nulo.
Para su puesta en obra una práctica frecuente es ejecutar una tongada y, dentro de un plazo de “maduración” (unas 4 horas) extender y compactar la siguiente encima. A continuación, dejar pasar un par de días y volver a proceder del mismo modo.
- Realizar el relleno con un material de mejor calidad.
Si se empleara un material de buena calidad adecuadamente compactado los posibles asientos postconstructivos probablemente serían inferiores al 0,2%.
A continuación se indican las características que debería cumplir este material de calidad:
- Es preferible material de cantera: los fragmentos gruesos tendrán un mayor rozamiento entre sí y la deformabilidad será menor.
- Debe ser un material duro y poco degradable (no evolutivo). Como ensayo rápido de caracterización se podría utilizar el de Los Ángeles: DLA < 40% .
- Colocación por tongadas de pequeño espesor: 25-30 cm después de compactar.
- Limitación del tamaño de la piedra: no superior a 8-10 cm.
- Granulometría lo más continua posible (para evitar posible emigración de finos): conviene que las curvas granulométricas se aproximen a las establecidas en el PG-3 para zahorras artificiales (ZA).
- Extendido con equipo de cadenas (para triturar los bolos más fáciles de fragmentar).
- Cuidar la ejecución para evitar la segregación.
- Buena compactación: posiblemente con un mínimo de 4 pasadas dobles de un rodillo pesado. Abundante riego.
- Control de compactación periódico la verificación de la huella del rodillo (p.ej.: inferior al 1% del espesor de tongada, unos 3 mm, con una pasada doble adicional).
Algunas ideas sobre la inyección de los anclajes
En esta entrada os dejo algunos comentarios que os pueden servir para diseñar las inyecciones de los micropilotes.
Tipo de inyección
Las reinyecciones, o inyecciones repetitivas de los micropilotes en varias fases tienen por objeto aumentar la capacidad del anclaje en la zona de bulbo. Los parámetros de presión y caudal deben definirse en el Proyecto.
• Los anclajes del tipo IU (inyección única) suelen ser los más adecuados en rocas, terrenos cohesivos muy duros y suelos granulares. En la guía de micropilotes se establece una presión mínima de inyección de 0.5 veces la presión límite y como máximo la presión límite para el procedimiento de inyección única (esto no se indica en la norma de anclajes). Para presiones inferiores a 5 Kp/cm2 los ábacos no son de aplicación.
• Los anclajes del tipo IR se emplean generalmente en rocas fisuradas blandas y en aluviales granulares gruesos e incluso finos. Presión mínima en última fase en boca de taladro de 5 Kp/cm2.
• Los del tipo IRS se recomiendan en suelos con predominio de finos y de consistencia media- baja. Presión mínima en última fase de inyección en boca de taladro de 10 Kp/cm2.
Tipo de anclaje
• Los anclajes de cable son preferibles frente a los de barra en terrenos que puedan sufrir movimientos, para evitar una rigidez excesiva en la cabeza que pueda llegar a su rotura, y cuando hay que absorber acciones que requieran gran capacidad.
Volumen de inyección esperable
Referencia del volumen de inyección respecto al teórico:
- 1.5 V Teórico en IU.
- 2.0 V. Teórico en IR
- 3.0 V. Teórico en IRS.
Centradores
Hay que disponer centradores en las barras para garantizar un recubrimiento mínimo de 10 mm. Los centradores no podrán estar separados más de 3 m y deben disponerse como mínimo 2 en la zona del bulbo
Saneo bajo terraplén
En esta entrada os dejo algunas ideas sobre los posibles saneos de suelos blandos para mejorar el apoyo de los terraplenes de las obras lineales (carreteras, ferrocarril..)
- Verificar la compacidad de los materiales superficiales mediante la realización de penetrómetros (tipo DPSH). Conviene profundizar hasta que se alcance un golpeo NDPSH 20 (aunque este criterio pueda ser adaptado en casos concretos).
Si el relleno es muy largo (centenares de metros) puede efectuarse un penetro cada 50 m.
- Si el espesor a sanear es reducido (por ejemplo, inferior a 2 m) puede resultar conveniente sanear la totalidad de dicho espesor ya que el volumen resultante posiblemente no resulte excesivo . En rellenos de mayor altura, la gran anchura del apoyo del terraplén puede ser aconsejable reconsiderar el espesor del saneo. En este sentido, hay que hacer mención de que el Pliego de Carreteras (PG-3) contempla incluso la posibilidad de no retirar la tierra vegetal en los casos de rellenos de gran altura (h > 10 m) en zonas encharcadas.
- El orden de magnitud de los saneos que se suelen ejecutar bajo la zona general de un relleno no suele superar los 2,0 m. Si el espesor de suelos flojos (NDPSH < 6-7) es del orden de 4-5 m, ello implicaría dejar sin sustituir un espesor de 2-3 m, lo que implicaría una contribución al asiento total de unos pocos centímetros. Parte de este asiento se produciría incluso durante la construcción.
- En los casos en los que los espesores de suelos flojos son mayores (a partir de 6-7 m, por ejemplo), resulta evidente que la magnitud de los asientos será relativamente grande y no puede corregirse mediante saneos hasta profundidades desproporcionadas. En estos casos, además, es muy probable la presencia de materiales arcillosos saturados bajo el nivel freático, lo que implica procesos de consolidación y un ritmo más lento en los asientos.
En estas situaciones es necesario recurrir a actuaciones para acelerar los asientos (precarga, drenes hincados, columnas de grava) o reducirlos (columnas de grava, columnas de mortero, …).
- La práctica más usual consiste en realizar cajeado de espesor uniforme en toda la anchura del apoyo del relleno. En algunos casos en los que existen problemas de disponibilidad de materiales se llega a establecer un determinado espesor de saneo bajo la zona central (bajo la plataforma, más un cierto ancho delimitado con una línea de inclinación 1H:2V desde bordes de la plataforma, por ejemplo) y se va disminuyendo lateralmente el espesor de saneo hasta un mínimo (correspondiente a la eliminación de la tierra vegetal) bajo el pie de los taludes.
-
En la mayor parte de los casos, el ahorro de material que se obtiene con esta disposición no compensa los inconvenientes constructivos que implica.
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Solera sobre suelos de baja compacidad
En algunas ocasiones la solera de un edificio o parte de ella puede quedar apoyada sobre rellenos antrópicos o materiales de baja compacidad. Si no se toma ninguna precaución puede producirse asientos del apoyo que den lugar a fisuras en las soleras.
Para evitar este problema una solución sería diseñar un forjado autoportante sin considerar la colaboración del relleno inferior.
Otra posibilidad sería apoyar la solera sobre un relleno estructural con adición de conglomerante para evitar las deformaciones diferidas del mismo. Se recomienda en este caso emplear un material con menos del 25% de finos y tamaño máximo inferior a 10 cm, con un CBR superior a 20. Además, se mezclaría el dicho material con una adición de 2-3% de cemento. Para su puesta en obra se recomienda compactarlo en tongadas de menos de 25 cm. Este relleno estructural (sobre el que apoyaría directamente la solera) sustituiría totalmente el espesor de suelo flojo.
Se recomienda ejecutar el relleno en la totalidad de la huella del edificio (o en aquella zona de la huella que sea necesario) y posteriormente realizar la excavación para la ejecución de las cimentaciones (bien cimentaciones directas o pilotes). Con esta solución el relleno se realizaría de una manera sencilla pudiendo llevar a cabo una compactación más adecuada del material.
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Colores de los perfiles geotécnicos
Cuando realizamos un informe geotécnico es importante los colores que asignamos a cada material. Si todos empleáramos el mismo criterio al ver un plano sabríamos rápidamente qué tipo de material es.
A continuación os dejo los criterios habituales para el empleo de los colores.
Según edad geológica
Cuaternario: amarillo muy claro
- Terciario: amarillo
- Cretácico: verde claro
- Jurásico: azul
- Triásico: violeta
- Pérmico: café-azul
- Carbonífero: gris
- Devónico: café
- Silúrixo: cerde-azul
- Ordovíciso: verde oscuro
- Cámbrico: gris-verde
Según litología
- Roca intrusiva antigua: roja
- Roca intrusiva joven: rosada
- Roca volcánica antigua: violeta
- Roca volcánica joven: vilote clara
- Roca caliza: azul
- Roca sedimentarias: amarillo
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Empleo de materiales esquistosos en rellenos
Uno de los principales problemas que presentan los materiales esquistosos en general, y las filitas en particular, es su carácter evolutivo.
El material sano presenta una cierta dificultad para ser excavado por medios mecánicos y proporciona muestras con carácter granular, formadas por pequeños fragmentos.
Al ser sometidas al proceso de puesta en obra (carga, vertido, extendido, humectación, compactación), la granulometría sufre una transformación, triturándose los fragmentos gruesos y apareciendo un mayor porcentaje de fracción fina. El resultado de esta primera modificación del material es función de los medios de puesta en obra: el empleo de maquinaria de cadenas en el extendido, la utilización de pata de cabra, etc, aumenta el grado de trituración del material.
Una vez finalizada la compactación, si el relleno queda con una granulometría abierta, de modo que pueda producirse alguna circulación de agua a través del mismo (o, como mínimo, producirse un significativo incremento del grado de saturación) esta degradación podría continuar, originando deformaciones postconstructivas.
Por otra parte, como consecuencia del proceso descrito, al ensayar muestras del material tomadas en los préstamos/excavaciones, pueden obtenerse resultados que permitan calificar el material prácticamente como un suelo seleccionado o adecuado (aunque en muchos casos el bajo CBR impide dicha designación obtenida en función de la granulometría principalmente).
Sin embargo, dichas calificaciones no se corresponden con el comportamiento que realmente tendrá el material después de las variaciones que experimentará tras la puesta en obra y la posible degradación postconstructiva.
En consecuencia, con este tipo de materiales evolutivos (esquistos blandos, lutitas, areniscas con baja cementación, etc) es necesario adaptar los procedimientos de caracterización de los suelos calificables como “normales” (no evolutivos) y, por supuesto, definir los procedimientos de diseño y puesta en obra para intentar asegurar un correcto comportamiento de los rellenos.
Las limitaciones respecto a las características de los materiales establecidas en el PG-3 y en los Pliegos de los proyectos están referidas al material después de finalizada la puesta en obra (o, incluso, a medio/largo plazo, si pueden sufrir alguna degradación posterior).
Los ensayos de alterabilidad de los materiales (humedad, sequedad, slake durability test –SDT-) tienen por finalidad proporcionar un cierto criterio sobre la alterabilidad. El algunos casos, sus resultados se utilizan exclusivamente desde un punto de vista cualitativo (para confirmar el carácter evolutivo del material) mientras que en otros casos se establecen limitaciones respecto a los resultados con ellos (para evitar que puedan ser utilizados sin adoptar las adecuadas precauciones).
En cualquier caso, estos ensayos suelen efectuarse a partir de muestras del terreno natural. Sin embargo, puede resultar de interés complementar la caracterización de los materiales con algún tipo de ensayos que proporcione una cierta idea sobre las posibles variaciones que pueden producirse durante el proceso de puesta en obra y las características geotécnicas del material resultante.
Con el ensayo del doble Proctor (P.M.) se intenta lograr este objetivo. Aunque este ensayo no está normalizado, se viene empleando con mucha frecuencia en el análisis de materiales evolutivos.
La metodología del mismo podría ser la siguiente:
- Machaqueo previo del material con mazo de goma, sobre un tamiz de 40-50 mm. Con ello se produce la trituración de los fragmentos de mayor tamaño sin alterar significativamente la granulometría de la fracción más fina del material.
- Granulometría previa (tamizado) de la muestra resultante.
- Primer ciclo en el molde Proctor:
- Desecación en estufa.
- Humectación.
- Compactación en el molde con la energía del Proctor Modificado.
- Segundo ciclo en el molde Proctor: tras desmoldear la muestra:
- Desecación en estufa.
- Humectación.
- Compactación en el molde con la energía del Proctor Modificado.
- Comprobación de la granulometría resultante tras el segundo ciclo.
Se podría realizar un tercer ciclo, comprobándose nuevamente la granulometría al final del mismo.
Con esto se obtendría un material cuyas características podrían ser análogas a las del material compactado en obra. Para completar la calificación del mismo (seleccionado/adecuado/tolerable/marginal) y caracterización del material convendría efectuar los siguientes ensayos:
- Plasticidad del material al final del proceso.
- Densidad seca al final de cada ciclo.
- CBR al final del proceso (con medida del hinchamiento).
- Ensayo de corte directo, (o triaxial con medida de presiones intersticiales, tipo C.U.), para verificar la resistencia al corte.
- Ensayo de hinchamiento libre o de presión de hinchamiento al final del proceso.
- Humedad natural.
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Criterio de rechazo durante la hinca de un pilote
En los pilotes de desplazamiento (hincados) es habitual establecer la longitud de los pilotes en función del control de la propia hinca. Existen numerosas expresiones (se dice que más de 400) que relacionan la penetración del pilote al golpearlo (habitualmente se denomina rechazo) con la resistencia del terreno. Aunque la más conocida sea quizás la fórmula holandesa (por su facilidad de uso) yo os recomendaría el empleo de la fórmula de Hiley. En la ROM 0.5-05 se facilitan unos valores típicos de los parámetros.
Aunque teóricamente es un tema sencillo, a menudo en las obras se convierte en un asunto controvertido sobre cómo realizar el control de la hinca.
A continuación os dejo algunas recomendaciones para realizar de manera correcta el control del rechazo durante la hinca de un pilote.
- En la UNE-EN 12699 se indica que la tensión máxima e durante la hinca no debe superar 0,8 veces la resistencia característica del hormigón a compresión. la pregunta es, ¿cómo se obtiene dicha tensión? Teóricamente mediante el análisis de propagación de ondas. Esto no siempre es fácil de cuantificar.
- La altura de caída para comprobar el rechazo debe ser del orden de 1 m (como mínimo 50 cm). En ningún caso se deben adoptar valores tan bajos como 10-20 cm. Si se emplean alturas de caída tan bajas, la energía que aplicamos en el pilote no permite establecer la resistencia última del terreno.
- Se debe medir el número de golpes necesarios por lo menos para profundizar 20 cm el pilote. Es decir, no se debe hacer el control mediante un único golpeo. Es más, es recomendable que el control se realice en varios tramos de manera similar a la realizada en los ensayos de penetración dinámica. Por ejemplo, se propone contar los golpes para 3 tramos de 20 cm (es decir, los golpes necesarios para una penetración de 60 cm). De esta manera se evitará que el pilote quede apoyado en niveles cementados o compactos de reducido espesor.
- Es necesario comprobar que un error en la lectura de la penetración de 5 mm no conlleve una variación de la resistencia superior al 20%. Teniendo en cuenta que en obra es fácil tener un error de la lectura de la penetración de algún milímetro no puede ser que ese error pudiera llevar a una reducción significativa de la resitencia del terreno
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Hinca de pilote
Ejecución del hincado de un pilote
A continuación se indica el proceso a seguir para la hinca del pilote.
- Se iza el pilote y se coloca sobre la marca dejada por la plantilla en el suelo.
Se realiza el aplomado a dos caras del pilote mediante un nivel de mano para comprobar que el pilote queda vertical. Si el pilote está inclinado pueden aparecer esfuerzos no deseados en el pilote
Control de la inclinación de un pilote mediante un nivel de mano
- Se inicia la hinca hasta un metro aproximadamente, comprobando la verticalidad y la excentricidad en planta.
- Si el proceso de hinca exige longitudes de pilote superiores a 12 m, se utilizará una junta.
- La hinca podrá ser:
- Con control de golpeo a lo largo de toda la hinca
- Con control de golpeo en el tramo final (aproximadamente cinco metros).
- Con control de rechazo. El control del rechazo se llevará a cabo en el 100% de los pilotes.
- En los pilotes, o en aquellos tramos de ellos en los que se realice control de golpeo, la altura de caída de la maza será constante. Esta altura de caída es función de la sección del pilote hincado según la tabla 1. A continuación se indican las alturas de caída para maza de 9.000 kg, en la ciudad de Madrid:
Tabla 1
Sección (cm) |
Altura de caída (cm) |
| 40 x 40 | 80 |
| 35 x 35 | 60 |
| 30 x 30 | 50 |
| 27 x 27 | 30 |
Control de rechazo al final de la hinca.
- El control del rechazo se realizará después de haber penetrado con más de 40 golpes (y nunca llegando a más de 100) durante tres tramos consecutivos de 20 cm. Esta prescripción deberá comprobarse en todos los pilotes.
- Para medir el rechazo, se realizarán 3 andanadas de 10 golpes cada una con una altura de caída de maza en función de la sección del pilote según la tabla 2 (para maza de 9.000 kg).
Tabla 2
| Sección (cm) | Altura de caída (cm) |
| 40 x 40 | 50 |
| 35 x 35 | 50 |
| 30 x 30 | 30 |
| 27 x 27 | 30 |
Como se puede ver para evitar la rotura del pilote se disminuye la altura de caída de la maza:
Rotura de la punta de un pilote de hormigón armado
- En caso de variar las condiciones de peso de la maza, se determinará la altura de caída necesaria para transmitir la misma energía.
- Para comprobar los descensos, se dispondrá de un gramil con el cual se rayará el pilote al comienzo de la primera tanda y al final de cada una de las mismas.
