miércoles, 2 de julio de 2014

Innovando en cimentaciones


Alguno de vosotros me conoce personalmente y sabe que aun mantengo, en mi más interno fuero, esa pequeña llama de esperanza en nuestro sector, la cual me permite seguir en él y mantener un espíritu abierto a nuevas soluciones.

Aquí, como si fuera el mismo profesor Tornasol, os muestro uno de mis “inventos” para intentar aportar una nueva solución a los viejos problemas de las cimentaciones especiales en situaciones comprometidas de espacio y/o entorno.

Le he llamado Cimentaciones suspendidas en apoyos profundos, en adelante tecnologías CSAP. Porqué este nombre y las siglas??? Pues porque es una de las pocas ventajas que tiene inventarse algo en este país, le puedes llamar como quieras y a mí el tema de las siglas siempre me ha parecido muy simpático. Además, por aquello de dejar algo a mis hijos, a parte de este blog, me he tomado la molestia de patentar el sistema.

La tecnología CASP la llevo desarrollando, junto con el equipo de 2PE Fonaments en Petits Espais, desde hace algo más de tres años. En lo que sigue os explico la tecnología, apoyándome en una actuación sobre una vivienda en la población de Sant Antoni de Vilamajor (Barcelona).

Las CSAP están formadas por tres elementos:

  • Elemento de cimentación: Este elemento tendrá una doble función, por un lado transmitir los esfuerzos de la estructura a los apoyos profundos y por otro hacer de reacción para el sistema de instalación de los apoyos profundos. El elemento de cimentación puede ser una losa, una viga de cimentación, una zapata o cualquier elemento que haga la función de transmitir los esfuerzos de cimentación.

  • Aparatos CSAP. Estos aparatos se instalarán en el elemento de cimentación y tienen como misión materializar un anclaje que permita la instalación de los apoyos profundos así como conectar los apoyos profundos al elemento de cimentación transmitiendo así los esfuerzos de cimentación.



  • Apoyos profundos: Estos elementos transmitirán los esfuerzos de cimentación a capas profundas de terreno. Para ello se utilizan tubos metálicos de sección suficiente como para resistir las acciones de cimentación a lo largo de la vida útil de la estructura a soportar.

La operativa para la instalación de cimentaciones suspendidas en apoyos profundos se divide en las siguientes tres fases:

q   FASE 1. Construcción de los elementos de cimentación. En esta fase se construye el elemento de cimentación en el cual se embeberán los aparatos CSAP. El aparato CSAP tendrá tres funciones principales:

§        Forzar un pasante para que el apoyo profundo atraviese el elemento de cimentación.

§        Materializar los conectores que deben permitir la instalación de los apoyos, utilizando como reacción el peso del propio elemento de cimentación.

§        Permitir la conexión definitiva entre la cimentación y el apoyo profundo, garantizando así que ambos elementos funcionan solidariamente en fase de servicio.



q   FASE 2. Instalación de los apoyos profundos. Los conectores instalados en la fase anterior, que forman parte de los aparatos CSAP, permitirán anclar el sistema de instalación de los apoyos profundos.

La instalación se realizará mediante hinca hidráulica, utilizando para ello un pistón de capacidad suficiente como para alcanzar la máxima carga de trabajo esperable para cada apoyo, aumentada ésta en un factor de seguridad. Lo anterior permite afirmar que la propia instalación del apoyo profundo es una prueba de carga, tanto del propio apoyo como del mecanismo de conexión definitivo entre el apoyo y el elemento de cimentación.




q   FASE 3. Fijación, mediante mecanismo, de los apoyos profundos al elemento de cimentación. Esta fase hará que el elemento de cimentación y los apoyos profundos trabajen solidariamente cuando el conjunto sea sometido a los esfuerzos de cimentación.



Es de destacar que la tecnología CSAP (cimentaciones suspendidas sobre apoyos profundos) se basa en los siguientes puntos:

q   Utilización de elementos prefabricados. Tanto los aparatos CSAP como los elementos estructurales que forman los apoyos profundos son fabricados en taller y llevados a obra donde se conectan mediante mecanismos.

q   Obra en seco y sin elementos de soldadura. La tecnología CSAP no implica inyección alguna y todas las conexiones se realizan mediante mecanismos roscados. Lo anterior permite garantizar una obra limpia, con una mínima afectación al entorno y fácil de controlar a efectos de aseguramiento de la calidad.

q   Capacidad de acceso a espacios con requerimientos especiales. Todos los elementos utilizados están pensados para que puedan ser desmontables, transportables manualmente e incluso accionables de forma remota.

q   Versatilidad para adaptarse a las más diversas situaciones. El elemento de cimentación se puede realizar con tecnologías tradicionales de construcción, habitualmente estructuras de hormigón armado, que permitirán, por ejemplo en obras de recalce, resolver conexiones con elementos estructurales preexistentes, aunque éstos tengan formas y/o características resistentes “difíciles”.

 

Vayamos a un ejemplo de aplicación, se trata una vivienda unifamiliar en la población de Sant Antoni de Vilamajor (Barcelona) donde se observaron una serie de lesiones que evidenciaban un asiento diferencial en una esquina de la vivienda.
 


El estudio geotécnico indicó que parte de la vivienda estaba cimentada sobre un terreno de baja capacidad portante y sensible a cambios de humedad, diagnosticándose que las lesiones visibles estaban asociadas a fenómenos de asiento diferencial debido al colapso de los materiales superficiales, seguramente relacionados con aportaciones externas de agua.


En base al diagnóstico anterior se valoraron varios tipos de actuación, todas ellas basadas en transmitir los esfuerzos de cimentación, en la zona afectada, al terreno competente situado bajo los materiales superficiales,  a profundidades que podían variar entre 2 y 5 metros.

 
Dado que en el exterior de la zona afectada existían una serie de elementos arquitectónicos y de ajardinamiento que no se querían afectar, se optó por una actuación en el interior, aprovechando que se trataba de una estancia usada como trastero y sala de máquinas, con la dificultad que dicha zona interior tenía una altura libre inferior a 1,75 metros. Como complejidad añadida, a dicha sala únicamente se podía acceder a través de una puerta de anchura 65cm.

 
La solución adoptada fue la utilización de la tecnología CSAP materializando una losa de canto 40 cm apoyada sobre 10 apoyos profundos, recalzando la zona que había sufrido asientos diferenciales y transmitiendo los esfuerzos de cimentación al terreno competente mediante los apoyos profundos.

 

En una primera fase se construyó la losa que recalzaba la zona afectada. Dentro de la losa se embebieron los aparatos CSAP.
 


 
 
 
 
 
 



Una vez hormigonada la losa se procedió a la hinca de los apoyos profundos, para ello se utilizó una sistema de hinca que permitía trabajar con la reducida altura disponible.





La baja altura disponible obligó a que la central hidráulica que daba fuerza al sistema de hinca se colocara fuera de la zona donde se realizaba la hinca, precisando para ello manguitos hidráulicos de longitud 15 metros.

 
La instalación de los apoyos profundos requiere un esfuerzo vertical de hinca importante, utilizando como reacción el peso de la losa previamente construida. Lo anterior, a efectos prácticos, implica la realización de una prueba de carga en todos y cada uno de los apoyos profundos así como del mecanismo de conexión de éstos con  la losa a través de los aparatos CSAP.

 
En esta obra, cada apoyo profundo debía soportar, en fase de servicio, un mínimo de 10 Tn y se hincaron hasta un esfuerzo de rechazo de  17 Tn, obteniéndose así un factor de seguridad sobre cada apoyo y mecanismo de transmisión de 1,70. Dado que el sustrato resistente estaba a una profundidad entre 2 y 4 metros se utilizaron entre 4 y 6 tramos de tubería, de longitud un metro, en cada uno de los apoyos.

 


Además del control de la capacidad de cada uno de los apoyos profundos, se realizó una prueba de carga para analizar los asientos de los apoyos en función de las cargas, determinando que éstos, como máximo, asentarían 8 mm para un nivel de carga igual al máximo esperado.

 
Dado que el proceso de hinca implicaba utilizar la losa y la propia estructura como reacción del sistema hidráulico, durante todo el proceso se llevó un estricto control topográfico mediante un nivel láser. Se estableció como límite de sensibilidad 2 mm, límite éste que nunca fue superado, garantizando así una mínima afectación a la estructura preexistente.

 

 
 
 
A modo de resumen, destacar que gracias al diseño de los aparatos CSAP, éstos fueron colocados por los propios operarios responsables de realizar la losa sin apenas interferir en la operativa normal.  La actuación de instalación de los apoyos profundos y conexión de éstos a la losa la realizó un equipo de 2PE Fonaments en Petits Espais, necesitando tan sólo una jornada y media de trabajo, pudiendo trabajar con una altura inferior a 1,75 metros y garantizando que cada uno de los elementos instalados soporta la máxima carga esperable gracias a la prueba de carga que implica el propio proceso de instalación.
 
 
 Para los que comparten como yo, el interés por hacer cosas un poco diferentes os dejo este enlace donde muestro una obra que dirigí hace unos meses donde podréis ver muchas similitudes a la obra que os he mostrado en este artículo.
 

También os dejo otro enlace donde muestro una tecnología, esta vez de anclaje, que me parece muy interesante y diferente a lo que vemos por aquí.

 
 

Gracias por vuestro tiempo (que esta vez ha sido mucho).

juanjo


18 comentarios:

  1. Gracias Juanjo por diseñar soluciones aptas para la problemática de las patologías asociadas al terreno. Saludos,

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    1. Gracias Joaquim.

      Esa es la idea, aportaros soluciones a aquellos, como tú, que cada día veis problemáticas relacionadas con el terreno.

      Un fuerte abrazo

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  2. Hola Juanjo.
    Tiene muy buena pinta la idea, sobre todo por el "orden y limpieza" de la obra.
    Unicamente por poner algún "pero" y hacer de abogado del diablo una pregunta.
    Durante la hinca, la reacción de los gatos tiene a levantar la losa o el elemento de cimentación. Puede ser eso un problema en recalces de estructuras antiguas?. Y si las zapatas son pequeñas?.
    Y... ante todo gracias por el blog y por usar la sustancia gris (que poca gente la usa!!!).
    Un saludo,
    Javier del Agua

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    1. Javier tienes razón, de hecho la solución debe diseñarse para soportar el acto de la hinca, como ves en el ejemplo la losa, tiene como función, además de soportar el edificio, hacer las veces de reacción.
      Dicho lo anterior, para asegurarnos que no afectamos a la estructura preexistente además de analizar ésta de forma detallada, debe realizarse un control laser de movimientos para así asegurarse que no se moviliza la estructura.

      Gracias por tu tiempo Javier

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    2. Hola Juanjo.
      Una observación y una pregunta.
      Si cada pilote una vez hincado, lo bloqueas con el mecanismo pertinente, en la hinca del siguiente pilote movilizas el rozamiento negativo del primer pilote hincado y de esta forma haces que el terreno contribuya a la reacción de los sucesivo pilotes que hincas.
      Ya sé que es un poco rebuscado pero de esta forma imagino que el desplazamiento hacia arriba será máximo en la hinca del primer pilote y se irá reduciendo en los sucesivos hasta llegar casi a "o" en los últimos (siempre que el elemento de cimentación sea suficientemente rígido).
      La pregunta:
      Si se hiciera de la forma que comento arriba, en el cálculo de los pilotes, se podría considerar contribución del fuste?. De alguna forma estamos metiendo y sacando el pilotes sucesivas veces y supongo que eso al terreno no le debe gustar demasiado!!.
      Saludos,
      Javier.

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    3. Javier, el sistema se basa en primero hincar todos los apoyos profundos y luego, en una fase final, fijar éstos al elemento de ciemntación. La fijación se realizar atornillando las placas, apoyadas en apoyo profundo, al elemento de cimentación sometiendo éste a un esfuerzo mínimo que garntice un futuro trabajo solidario del apoyo profundo y el elemento de cimentación.

      También tenemos la opción de precargar todos los apoyos profundos en una misma fase, es algo parecido a lo que expuse en el artículo de GEOJUANJO "es pero meneallo". Esto último, puede hacerse pero requiere un estudio muy detallado de la estructura a soportar y la reacción de ésta frente a esta acción inversa.

      Otra vez gracias.

      juanjo

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  3. Hola Juanjo
    Me parece una muy buena idea para trabajar en lugares con poca accesibilidad. Cómo único pero me apunto a lo que indica Javier sobre cómo puede afectar el invento a la estructura existente aunque cualquier otra solución creo que adolecería del mismo problema.
    Me encanta que se siga inventando soluciones a viejos problemas. Enhorabuena Juanjo, sigue así!!
    Un saludo!

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  4. Parece muy buena idea y la colocación cómoda y adaptable. Bueno para los casos de estructuras irregulares. Saludos.

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    1. Gracias a ti Lluïsa, por tu visita.

      Como bien dices, cuando las cimentaciones son irregulares tanto geométricamente hablando como en materiales, la solución se adapata especialmente bien.

      Un saludo

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  5. Hola Juanjo, interesante método. Ahora bien para este caso particular, la losa de cimentación de gran rigidez (40 cm), no era suficiente para soportar la carga del muro, sin necesidad de colocar los pilotes de recalce?. Dada la gran rigidez y superficie, transmitiría muy bajas presiones al terreno, con pequeños asentamientos.

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    1. Marco, el problema es que bajo la losa, en la esquina a tratar, había un material colapsable que asentaba, incluso sin carga. Lo anterior desaconsejaba una cimentación superficial, aunque fuera una losa.

      Gracias por tu visita.

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  6. Gracias Juanjo,
    Una muy buena solución para casos de difícil acceso y de gran adaptabilidad a las características de la cimentación a recalzar.
    Enhorabuena

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    1. Graica sJuan por tu visita.

      Seguro que a lo largo de tu carrera te has encontrado situaciones donde esta tecnología hubiera encajado la mar de bien.

      un saludo

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    2. Buenas Juanjo,
      Como siempre, más que interesante.
      A la vista de lo publicado, se me ocurren dos preguntas:
      1º.- En el caso de actuaciones sobre elementos muy antiguos (sillería y mampostería en cimentaciones), el 'encepado' a dimensionar, debe responder a criterios de cálculo de cimentación 'sensu estricto' o por el contrario, habrá de dimensionarse para que su peso propio sirva de reacción a la aplicación de tu sistema?
      2º.- Respecto a limitaciones de espacio de maniobra, me ha quedado claro que no presenta problema alguno... Pero, tenemos alguna limitación de profundidad para asegurar el apoyo del elemento profundo en nivel competente?
      Gracias por seguir buscando soluciones para los problemas de muchos... Menos de los deseados sin duda,...la puta crisis.
      Saludos,
      Miguel de Benito

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  7. Sencillo, concreto y brillante... Como han de ser las cosas buenas!!
    Felicidades (otra vez :-)

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  8. Hola Juanjo, quisiera saber cómo anclas los tubos huecos y pernos (CSAP) a la losa a construir. En la foto 4 no parece apreciarse dicho anclaje o soldadura. ¿Se trata sólo de la adherencia con el hormigón?

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  9. Hola Juanjo

    Enhorabuena por tu página que desconocía y en concreto por este artículo.

    Después de leerlo a mi también me surge la duda de como se realiza la conexión entre los tubos huecos de hinca a los aparatos CSAP para conseguir que trabajen solidariamente.

    Quizá sea de tu interés un artículo que escribí sobre la cimentación de un ascensor hidráulico directo.

    http://a2estudio.es/2014/08/12/instalacion-de-un-ascensor-hidraulico-tiro-directo-rehabilitacion/

    Un saludo

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