TREBALL FINAL DE MÀSTER

Treball realitzat per:

Eric Alcaraz Gimenez

Dirigit per:

Javier Pablo Ainchil Lavín

Màster en:

Enginyeria de Camins Canals i Ports

Barcelona, 28 de setembre de 2020

Departament d’Enginyeria Civil i Ambiental

TREBALL FI NAL DE MÀSTER

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA UN COMPLEJO DE EDIFICIOS

RESIDENCIALES EN L’HOSPITALET

DE LLOBREGAT

ESTUDIO DE ALTERNATIVAS PARA UN COMPLEJO DE EDIFICIOS RESIDENCIALES EN L’HOSPITALET DE LLOBREGAT

"La Mecánica de Suelos llegó a la frontera entre la ciencia y el arte. Yo uso el término

"arte" para indicar los procesos mentales que conducen a resultados satisfactorios sin la ayuda del razonamiento lógico paso-a-paso... Para adquirir la competencia en el campo de la ingeniería de movimientos de tierra hay que convivir con el suelo. Uno debe amarlo y observar su desempeño no sólo en el laboratorio sino también en el campo, para familiarizarse con muchas de sus múltiples propiedades que no están descritas en los registros de perforación" (Karl Terzaghi, 4o Congreso Internacional de Mecánica de Suelos, Inglaterra, 1957)

Eric Alcaraz Gimenez 41004731-D Máster en Enginyeria de Camins, Canals i Ports (UPC) Curs 2019-2020

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AGRADECIMIENTOS

Un trabajo de las características y alcance del presente proyecto final de máster requiere mucho trabajo detrás, así como también la ayuda de muchas personas que son partíci- pes en su elaboración. Así pues, la mejor manera de empezar esta memoria es agrade- ciendo todo lo que han hecho por mí.

En primer lugar, como no podía ser de otro modo, quiero agradecer la ayuda y los co- nocimientos aportados por mi único tutor, Javier Pablo, quien en todo momento ha pres- tado su sabiduría y todo su tiempo en supervisar y dar las directrices necesarias para que este trabajo saliera a la luz. Me gustaría recalcar tu gran predisposición a pesar de las situaciones excepcionales vividas este último año por el COVID-19 y por los proble- mas que haya podido causarle el ritmo irregular que he seguido durante el proceso de consecución del trabajo debido a mi situación laboral.

En segundo lugar, no podía faltar el agradecimiento a mi familia, en especial a mis pa- dres por todo el soporte que me han mostrado y las facilidades que me han dado para que pudiera tirar adelante este proyecto pese a las situaciones de estrés a las que he- mos estado sometidos.

Me gustaría hacer una mención especial a los que me han ayudado colaborando en la empresa, en especial a José Enrique, José Luis, Nacho y Ana. Por la documentación facilitada, las dudas resueltas y por darme la oportunidad de poder llevar a cabo este proyecto y vivir esta experiencia.

Por lo que respecta a mis fuentes de información, me gustaría dar las gracias a Ester e Ivan por resolverme las dudas específicas que me han ido surgiendo ya que ellos son expertos en esos campos.

Para finalizar, este trabajo representa un fin de ciclo, pone punto final a mi etapa acadé- mica que empezó cuando apenas sabía hablar. Por ello me gustaría concluir estos agra- decimientos haciendo una especial mención a todos mis compañeros de viaje, aquellos que he tenido la suerte que se cruzaran en mi camino y han formado parte de él. Empe- zando por mis amigos, tanto los de la universidad como los del colegio, los que están como los que ya no, los cuales me llenaban de energía cada mañana y eran el motivo principal para acudir a clase. Y, para terminar, a los docentes, los cuales he podido aprender algo de cada uno de ellos. GRACIAS.

RESUMEN

Título: Estudio de alternativas para un complejo de edificios residenciales en l’hospitalet de Llobregat

Autor: Eric Alcaraz Giménez Tutor: Javier Pablo Ainchil Lavín

Palabras clave: Muro pantalla, arriostramiento, anclaje, pantalla de pilotes secantes, análisis multicriterio, sostenibilidad, requerimientos, criterios, indicadores, función de valor, índice de valor

A partir de un proyecto de viviendas de grandes dimensiones en una zona dónde se prevé un gran desarrollo por lo que respecta a la edificación se ha propuesto realizar un estudio de alternativas para facilitar el cálculo de cimentaciones en futuras obras en zonas cercanas. Además, se ha dotado de un toque de sostenibilidad de manera que las soluciones estudiadas no solo sean las de menor coste monetario, sino las que menos impacto social y medioambiental tengan.

A partir de este cálculo de alternativas, se han analizado distintas soluciones para la cimentación de un mismo bloque de viviendas en forma de L. La solución propuesta por la consultora encargada de la elaboración del proyecto es un muro pantalla con 60 cm de espesor, una altura de 15,80 metros y un nivel de arrostramientos. Así pues, se ha ido probando con distintos espesores, alturas, tipos de apoyo y hasta tipos de pan- talla hasta encontrar con la solución óptima y sostenible.

Se ha establecido como objetivo principal la elaboración de un proceso de análisis multicriterio de manera de forma que se facilite el proceso de toma de decisión. Para ello, se ha llevado a cabo un modelo jerárquico a partir del método MIVES. Este mo- delo se basa en tres grados: requerimientos, criterios e indicadores. A partir del primer nivel, se han diferenciado los tres requerimientos que conforman la sostenibilidad del proyecto, estos son los económicos, sociales y medioambientales. Cada uno de ellos tendrá sus criterios y éstos se ramificarán en los indicadores, los cuales tendrán un análisis para cada alternativa calculada.

A lo largo de este proyecto se irá especificando como se llevará a cabo la valoración de cada indicador. A partir de los resultados obtenidos se calculará la función valor de cada indicador con valores ponderados entre 0 y 1. Una vez obtenidos dichos valores, se procederá a realizar una asignación de pesos en función de la importancia de cada atributo. Para concluir, se obtendrá una valoración general de que alternativa es la más sostenible.

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ABSTRACT

Title: Alternative’s study for a residential buildings complex in Hospitalet de Llobregat

Author: Eric Alcaraz Giménez Tutor: Javier Pablo Ainchil Lavín

Key words: Diaphragm walls, anchoring, secant line pile’s wall, multicriteria analysis, sustainability, requirements, criteria, indicators, function value, index value

From a huge dimension housing Project in an area where is anticipated a big develop- ment as far as edification field concerns, a study of different alternatives is proposed in order to make easier the calculous of future foundations. Moreover, a sustainability ap- proach has been adopted so the studied solutions not only be the ones that are

cheaper, but also those that produce less impact to the neighborhood and less environ- ment impact.

Starting off this alternative’s calculous, different solutions fort the foundations of the L shape building have been analyzed. The proposal solution by the consultor was a dia- phragm wall with 60 cm thickness, a height of 15,80 meters and one anchoring level.

So, different thickness, height, supports and wall types have been checked until arrive to an optimal and sustainable solution.

As a main goal, the elaboration of a process of multicriteria analysis has been estab- lished in order to make easier the decision process. MIVES method has been chosen in order to carry out this goal using a hierarchical model. This model is based in three levels: requirements, criteria and indicators. From the first level, the three requirements that form the sustainability of the project have been differentiated. These requirements are economic, social and environmental. Each one has been provided by their own cri- teria and at the same time, each criterion has been provided by their own indicators, that will have an analysis for each alternative.

Throughout this Project, the evaluation of each indicator will be specified. From the ob- tained results, the function value Will be calculated with a ponderation between 0 and 1. Once these values are obtained, the weight assignation will be carried out depend- ing on the importance of each attribute. In conclusion, a general evaluation of which al- ternative is the most sustainable will be obtained.

ÍNDICE

1 OBJETIVOS Y METODOLOGÍA ... 13

2 ESTADO DEL ARTE ... 15

2.1. Introducción ... 15

2.2. Nivel freático ... 15

2.3. Capacidad portante ... 16

2.4. Cimentaciones ... 17

2.4.1. Pantallas ... 17

2.4.2. Anclajes ... 27

2.4.3. Descenso del nivel freático ... 31

2.4.4. Pilotes RODIOSTAR... 34

2.4.5. Pantalla de pilotes secantes/tangentes ... 40

2.4.6. Pilotes prefabricados ... 41

3 MATERIAL Y METODOS ... 45

3.1. Introducción ... 45

3.2. Diseño y cálculo de las alternativas ... 45

3.3. Impacto ambiental... 49

3.4. Riesgos y seguridad sobre los operarios ... 50

3.5. Análisis multicriterio ... 52

3.5.1. MIVES ... 52

4 CÁLCULO ESTRUCTURAL ... 61

4.1. Introducción ... 61

4.2. Documentación previa al cálculo de alternativas... 62

4.2.1. Mediciones ... 62

4.2.2. Planos ... 63

4.2.3. Informe geotécnico ... 64

4.3. Cálculo Estructural de las alternativas ... 72

4.3.1. Introducción ... 72

4.3.2. Datos de partida iniciales y condiciones de contorno ... 74

4.3.3. Fases de cálculo ... 79

4.3.4. Forjados ... 82

4.3.5. Resultados del cálculo de alternativas ... 83

5 METODOLOGÍA DE EVALUACION DE LA SOSTENIBILIDAD... 116

5.1. Introducción ... 116

5.2. Variables ... 116

5.3. Elección de la función valor ... 118

7

5.4. Asignación de pesos... 119

6 APLICACIÓN DEL MODELO ... 120

6.1. Introducción ... 120

6.2. Económico ... 120

6.2.1. Coste Directo ... 120

6.2.2. Costes Indirectos... 135

6.3. Social ... 139

6.3.1. Factor de Seguridad ... 139

6.3.2. Seguridad en los operarios ... 141

6.3.3. Tiempo de obra ... 146

6.4. Medioambiental ... 148

6.4.1. Consumo energético y emisión de CO2 ... 148

6.5. Resultados del modelo ... 167

7 ESTUDIO DE SENSIBILIDAD ... 172

7.1. Aumento de costes ... 172

7.2. Aumento social ... 174

7.3. Aumento del Factor de Seguridad ... 177

7.4. Aumento del requerimiento ambiental ... 179

8 CONCLUSIONES ... 182

9 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN... 185

10 BIBLIOGRAFÍA ... 187

ANEJO 1 ... 188

ANEJO 2 ... 190

ANEJO 3 ... 191

ANEJO 4 ... 216

Figura 1. Ejecución obras Rambla Marina ... 13

Figura 2. Diagrama del procedimiento... 14

Figura 3. Diagram del nivel freático ... 16

Figura 4. Ejecución pantallas ... 18

Figura 5. Ejecución muro pantallas ... 19

Figura 6. Cuchara al cable y junta CWaterStop ... 20

Figura 7. Distintos ejemplos de cucharas al cable ... 21

Figura 8. Grúa ejeccución muro pantalla ... 21

Figura 9. Empujes activos y pasivos ... 23

Figura 10. Límite del empuje mediante un anclaje ... 23

Figura 11. Diagrama de fuerzas ... 25

Figura 12. Armados ... 27

Figura 13. Esquema anclajes ... 28

Figura 14. Anclajes para contención ... 28

Figura 15. Anclajes para recuperación de esfuerzos a tracción ... 29

Figura 16. Anclajes para estabilización del terreno ... 29

Figura 17. Otros ejemplos de usos de anclajes ... 30

Figura 18. Permeabilidad en distintos tipos de suelo ... 32

Figura 19. Proceso de ejecución de pilotes RODIOSTAR ... 36

Figura 20. Proceso de ejecución del pilote (1) ... 39

Figura 21. Proceso de ejecución del pilote (2) ... 39

Figura 22. Inyección de lodos ... 40

Figura 23. Diagrama pantalla de pilotes secantes ... 41

Figura 24. Ejemplos de pilotes prefabricados ... 44

Figura 25. Ejemplo interfaz CYPECAD muro pantalla ... 45

Figura 26. Explicación módulo de balasto ... 46

Figura 27. Comportamiento plástico del terreno ... 47

Figura 28. Coexistencia del terreno ... 47

Figura 29. Cambio de temperaturas a nivel mundial en los últimos 50 años ... 49

Figura 30. Logo ITeC ... 50

Figura 31. Reglas de seguridad básicas en la obra ... 51

Figura 32. Estructura general de la toma de decisión (UPC, 2012) ... 54

Figura 33. Árbol de la toma de decisión (UPC, 2012) ... 55

Figura 34. Representación del ámbito de valoración (UPC, 2012) ... 55

Figura 35. Funciones valor en forma de S (UPC, 2012) ... 57

Figura 36. Funciones valor en forma convexa (UPC, 2012) ... 58

Figura 37. Funciones valor en forma cóncava (UPC, 2012) ... 58

Figura 38. Funciones valor en forma lineal (UPC, 2012) ... 58

Figura 39. Valoración del Indicador (UPC, 2012) ... 59

Figura 40. Ejecución fase 1 ... 61

Figura 41. Zonas geotécnicas de la zona de estudio ... 65

Figura 42. Perfil geológico Fase 1 (1) ... 71

Figura 43. Perfil geológico Fase 1 (2) ... 71

Figura 44. Coeficientes de empuje N0 ... 74

Figura 45. Coeficientes de empuje N1 ... 74

Figura 46. Coeficientes de empuje N2 ... 75

Figura 47. Coeficientes de empuje N3 ... 75

Figura 48. Sección tipo resultante (ejemplo 0,6 metros de espesor de pantalla y un nivel de arriostramiento) ... 78

Figura 49. Fase 1 en CYPE ... 80

Figura 50. Fase 2 ... 80

Figura 51. Fase 3 ... 81

9

Figura 52. Fase 4 ... 81

Figura 53. Fase 5 ... 82

Figura 54. Propiedades de los arriostramientos ... 84

Figura 55. Propiedades 1 nivel de anclajes ... 84

Figura 56. Propiedades 2 niveles de anclajes ... 84

Figura 57. Datos generales muro pantalla ... 85

Figura 58. Esquema resultado TFM2 ... 89

Figura 59. Fase 3 TFM3. ... 93

Figura 60. Fase 5 TFM3 ... 93

Figura 61. Fase 4 TFM4 ... 97

Figura 62. Fase 4 TFM5 ... 101

Figura 63. Fase 4 TFM6 ... 104

Figura 64. Fase 4 TFM7 ... 108

Figura 65. Fase 5 TFM8 ... 112

Figura 66. Fábrica de pilotes prefabricados Rodio Kronsa, Algete (Madrid) ... 114

Figura 67. Estación FGC Av. Carrilet ... 115

Figura 68. Función valor CD ... 135

Figura 69. Función valor CI ... 139

Figura 70. Función Valor FS ... 141

Figura 71. Función de valor seguridad operarios. ... 146

Figura 72. Función de valor del tiempo de obra ... 147

Figura 73. Distancia de la obra al almacén de Ferralia (GOOGLE MAPS) ... 149

Figura 74. Distancia de la obra al almacén de CEMEX (GOOGLE MAPS)... 149

Figura 75. índice de Valor del consumo energético... 166

Figura 76. Índice de valor emisiones de CO2... 167

Figura 77. Colocación arriostramientos en la obra de Rambla Marina... 183

Figura 78. Características pantalla prefabricada ... 186

Tabla 1. Acero feE500, compresión del hormigón limitada a 12 MPa ... 26

Tabla 2. Procedimientos de descenso del nivel freático ... 34

Tabla 3. Gama de pilotes prefabricados... 42

Tabla 4. Parámetros de la función valor ... 57

Tabla 5. Localización del nivel freático... 64

Tabla 6. Permeabilidad por estrato ... 65

Tabla 7. Propiedades de la capa N0 ... 66

Tabla 8. Resultados de ensayos en el N1 ... 67

Tabla 9. Propiedades N1 ... 67

Tabla 10. Resultados ensayos N2... 68

Tabla 11. Propiedades N2 ... 69

Tabla 12. Propiedades N3 ... 69

Tabla 13. Resultado ensayos N4 ... 70

Tabla 14. Propiedades N4 ... 70

Tabla 15. Elección de la solución en función de la resistencia media... 72

Tabla 16. Elección del número de tendones en función de las cargas (0,6") ... 73

Tabla 17. Alternativas seleccionadas para el cálculo ... 73

Tabla 18. Propiedades de los forjados ... 83

Tabla 19. Comprovación cálculo TFM1 ... 88

Tabla 20. Comprovación cálculos TFM2 ... 92

Tabla 21. Comprobación cálculos TFM3 ... 96

Tabla 22. Comprovación cálculos TFM4 ... 100

Tabla 23. Comprovación cálculos TFM5 ... 104

Tabla 24. Comprovación resultados TFM6 ... 108

Tabla 25. Comprovación cálculos TFM7 ... 111

Tabla 26. Comprovación cálculos TFM8 ... 114

Tabla 27. Recopilación de indicadores ... 118

Tabla 28. Pesos adjudicados a cada valor ... 119

Tabla 29. Mano de obra muros pantalla ... 121

Tabla 30. Alquiler interno muro pantalla ... 122

Tabla 31. Alquiler externo muros pantalla ... 122

Tabla 32. Energía muros pantalla ... 123

Tabla 33. Consumibles muro pantalla ... 123

Tabla 34. Transportes muro pantalla ... 123

Tabla 35. Montaje y desmontaje de transportes muro pantalla ... 124

Tabla 36. 1 nivel de arriostramiento ... 124

Tabla 37. 2 niveles de arriostramiento ... 124

Tabla 38. Mano de obra anclajes ... 125

Tabla 39. Alquiler interno anclajes ... 126

Tabla 40. Energía anclajes ... 126

Tabla 41. Consumibles anclajes ... 126

Tabla 42. Subcontratas anclajes ... 127

Tabla 43. Transportes anclajes ... 127

Tabla 44. Transportes montaje y desmontaje anclajes... 127

Tabla 45. Mano de obra Rodiostar ... 128

Tabla 46. Alquiler interno RODIOSTAR... 128

Tabla 47. Alquiler externo RODIOSTAR ... 129

Tabla 48. Energía RODIOSTAR ... 129

Tabla 49. Consumibles RODIOSTAR ... 129

Tabla 50. Transportes Montaje y Desmontaje RODIOSTAR ... 130

Tabla 51. Resultados CD TFM1 ... 130

Tabla 52. Resultados CD TFM2 ... 131

11

Tabla 53. Resultados CD TFM3 ... 131

Tabla 54. Resultados CD TFM4 ... 132

Tabla 55. Resultados CD TFM5 ... 132

Tabla 56. Resultados CD TFM6 ... 133

Tabla 57. Resultados CD TFM7 ... 133

Tabla 58. Resultados CD TFM8 ... 134

Tabla 59. Cálculo de la función Valor CD ... 134

Tabla 60. Cálculo del CI ... 138

Tabla 61. Resultados CI ... 138

Tabla 62. Cálculo de la función valor CI ... 139

Tabla 63. Factores de seguridad obtenidos... 140

Tabla 64. Cálculo de la función valor FS ... 140

Tabla 65. Estimación de P... 142

Tabla 66. Estimación de C... 142

Tabla 67. Pesos en pantallas con arriostramiento ... 143

Tabla 68. Pesos en pantallas con anclajes ... 144

Tabla 69. Pesos en pantallas de pilotes ... 145

Tabla 70. Cálculo de la función valor en seguridad de operarios ... 146

Tabla 71. Tiempo de obra... 147

Tabla 72. Cálculo de la función valor en Tiempo de obra ... 147

Tabla 73. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 60 cm con 1 nivel de arriostramiento ... 151

Tabla 74. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 45 cm con 1 nivel de arriostramiento ... 153

Tabla 75. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 45 cm con 2 niveles de arriostramientos ... 155

Tabla 76.. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 60 cm con 1 nivel de anclajes 157 Tabla 77. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 60 cm con 2 niveles de anclajes ... 159

Tabla 78. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 45 cm con 1 nivel de anclajes 161 Tabla 79. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de 45 cm con 2 niveles de anclajes ... 163

Tabla 80.. Cálculo del impacto medioambiental en pantalla de pilotes tangentes de 92cm.... 165

Tabla 81. Cálculo del indice de valor del consumo energético ... 166

Tabla 82. Cálculo de la función valor para emisiones de CO2 ... 167

Tabla 83. Resultados TFM1 ... 168

Tabla 84. Resultados TFM2 ... 168

Tabla 85. Resultados TFM3 ... 169

Tabla 86. Resultados TFM4 ... 169

Tabla 87. Resultados TFM5 ... 170

Tabla 88. Resultados TFM6 ... 170

Tabla 89. Resultados TFM7 ... 171

Tabla 90. Resultados TFM8 ... 171

Tabla 91. Resultado estudio de sensibilidad aumento de costes ... 174

Tabla 92. Resultados estudio de sensibilidad aumento social ... 177

Tabla 93. Estudio de sensibilidad aumento del FS ... 179

Tabla 94. Estudio de sensibilidad aumento del impacto ambiental ... 181

Ecuación 1. Capacidad portante ... 16

Ecuación 2. y=satisfacción ... 56

Ecuación 3. Cálculo de B ... 56

Ecuación 4. Valor del criterio ... 59

Ecuación 5. Valor del requerimiento ... 59

Ecuación 6. Valor de la alternativa ... 60

Ecuación 7. Obtención de K' ... 79

Ecuación 8. Cálculo de Peso estandarizado... 142

13

1 OBJETIVOS Y METODOLOGÍA

El presente trabajo tiene como principal objetivo la realización de un estudio de alterna- tivas sobre la construcción y diseño de las cimentaciones de un complejo de viviendas en Hospitalet del Llobregat. Este complejo de edificios residenciales dispone también de otros equipamientos y locales. Corresponde al proyecto “142 Viviendas, locales comer- ciales y aparcamientos y trasteros de Rambla Marina Park, Fase 1 y se localiza en Ave- nida del Carrilet número 131, Hospitalet del Llobregat, Barcelona, Cataluña, España.

Para ello se ha dispuesto de toda la documentación necesaria aportada por la empresa RODIO KRONSA y por los proyectistas encargados de confeccionar dicho proyecto.

Estos documentos corresponden a un conjunto de notas técnicas, cálculos estructura- les, planos, informes geotécnicos, mediciones y pliegos.

Dicha empresa propuso esta idea de trabajo de fin de máster ya que desde el departa- mento de cálculo están interesados en aplicar nuevos métodos de análisis para obras de gran magnitud como la que se está presentando en este trabajo. Ya que principal- mente en la empresa se tiene en cuenta la variable económica pero como es sabido, dentro de una obra se encuentran otras que también requieren mucha importancia. A tal objeto se ha recorrido a experiencias semejantes desarrolladas en el ámbito de la Ingeniería de la Construccion en la Escuela de Caminos de Barcelona.

Otro objetivo del trabajo es poder desarrollar una revisión del diseño estructural de las cimentaciones cogiendo como referencia un proyecto ya calculado por una consultora, para así tener una referencia válida de todo el proceso. De este modo ha sido posible enfrentarse a los retos geotécnicos estudiados a lo largo de toda la formación académica y así adquirir experiencia en un campo más desconocido.

Figura 1. Ejecución obras Rambla Marina

Para el análisis multicriterio se ha tomado como principal referencia la sostenibilidad, sobre todo por lo que respecta al impacto medioambiental. La sostenibilidad “es aquel desarrollo que garantiza las necesidades del presente sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades, este concepto se sustenta en el principio de proteger los medios naturales y que todas las personas deben tener acceso a las mismas oportunidades sin agotar los recursos disponibles” (ONU, 1987). Se diferencian tres dimensiones fundamentales dentro de la sostenibilidad:

- Sostenibilidad económica: las prácticas económicas que se aplican a un proyecto de- ben ser rentables respecto a los niveles medioambientales y sociales que se valoran en dicho proyecto.

- Sostenibilidad social: implica el uso de prácticas que respeten la cohesión social y otras actividades que busquen el objetivo común de la equidad.

- Sostenibilidad medioambiental: basada en la búsqueda del equilibrio entre la actividad que se lleva a cabo y la perseveración del ecosistema de manera que se evite un incre- mento en la degradación del medioambiente.

Esta última dimensión se aplica debido a que los niveles de contaminación actuales provocan un incremento del efecto invernadero, éste a su vez, un aumento de la tempe- ratura de la tierra provocando un calentamiento global que hace que los polos se des- hielen y suba el nivel del mar. En terrenos arcillosos esto puede provocar una disminu- ción de las tensiones efectivas y a que suelos arcillosos próximos a grandes superficies de agua colapsen. Además, el nivel de la huella de carbono es insostenible y la polución concentrada en grandes núcleos urbanos y zonas de concentración de fábricas provoca problemas respiratorios. Debido a todos estos motivos se ha querido dar un gran peso al impacto ambiental dentro de este cálculo de alternativas.

Dentro de la dimensión social de la sostenibilidad, unos de los aspectos que se ha mar- cado dentro de los objetivos de este trabajo es que la seguridad de la obra sea la más elevada posible. La construcción siempre ha sido un sector propenso a los accidentes, ya sea durante la ejecución de las obras o bien por el colapso de las estructuras o el terreno. Ya hace unas décadas que se cambió la mentalidad respecto a esto y por estos motivos se ha querido reflejar este cambio de mentalidad dentro de este estudio de alternativa

Estuido del proyecto

Cálculo de alternativas

Análisis multicriterio

ECONÓMICO

SOCIAL

MEDIOAMBIENTAL

Figura 2. Diagrama del procedimiento

15

2 ESTADO DEL ARTE

2.1. Introducción

En el municipio de Hospitalet del Llobregat (Barcelona) bajo una parcela de 25.800 m² situada en la avenida del Carrilet con las calles Cobalt y Pau Casals, está prevista la construcción de tres bloques de edificios divididos en tres fases, los cuales están constituidos por sótanos de 3 niveles, ocho plantas construidas y una planta baja. Este proyecto es denominado Marina Park y los 3 edificios tienen una superficie de 2.126, 1495 y 1420 m² respectivamente.

Para este Trabajo de fin de máster nos vamos a centrar en la fase 1 correspondiente a la ejecución de dichos sótanos. La parcela está situada justo en la esquina de la Avenida del Carrilet y se ha previsto la construcción de 142 viviendas, locales comerciales, aparcamientos y trasteros, según el estudio de proyecto.

La planta del edificio tiene una forma de L, con una superficie de 2126 m² como bien se ha mencionado anteriormente, mientras que el perímetro aproximado es de unos 308 metros coincidiendo éste en que da a calles en todos sus lados.

Gracias a la documentación facilitada por la empresa encargada de su gestión, podemos considerar un único nivel de calle a la cota relativa de +8,60. Las plantas correspondientes a los 3 niveles de sótano (que es en lo que nos basaremos para la realización de este proyecto) constituyen una excavación máxima de 10,60 metros desde la rasante de la calle.

2.2. Nivel freático

Al estar cerca del mar, encontramos el nivel freático a cotas relativamente altas. Por dicha razón pueden surgir distintos problemas durante la ejecución de la obra:

a) Entrada considerable de agua durante la ejecución de las cimentaciones profundas y elementos de anclaje al terreno, dado que, a mayor diámetro de perforación, mayor caudal. La permeabilidad también influye proporcionalmente a la entrada de agua, así como también la inclinación del terreno. Puede llegar a provocar grandes inundaciones y corrosiones en los materiales utilizados en la construcción, ya sea en estructuras o cimentaciones.

b) Arrastre del terreno entre los elementos que forman el muro pantalla o a través de los anclajes al terreno, uno de los escenarios más perjudiciales para la obra. Se produce cuando el flujo es de una intensidad tan grande que puede arrastrar parte del terreno. Depende del tipo de suelo que estemos tratando y esto supondrá consecuencias en el empuje sobre el útil y el varillaje de perforación, así como también en la colocación de anclajes o tubos de inyección.

La desaparición de terreno reduce la compacidad y de esta forma las

propiedades de éste. Las consecuencias límite podrían ser la aparición de asientos

Figura 3. Diagram del nivel freático

2.3. Capacidad portante

En cualquier obra de cimentaciones se debe considerar como elemento principal la capacidad portante del terreno, ésta es la capacidad de un suelo de sustentar las cargas aplicadas en él mediante la presión media máxima de contacto entre la cimentación y el suelo, dónde no se debe producir un fallo por asientos diferenciales o bien por cortante de dicho suelo.

Esta propiedad, puede ser catalogada en función del tiempo en cargas instantáneas y cargas cuasipermanentes debido a que los suelos son superficies porosas y estos poros marcan la capacidad de saturarse, parcial o totalmente, debido al agua. Debido al aumento de la presión intersticial de forma que se produce drenaje, los suelos se comportan de manera menos rígida en las variaciones cuasipermanentes. Por otro lado, se comportan de manera más rígida en los de variación casi instantánea ya que sin llegarse a producir un desalojo notable de agua, la presión intersticial aumenta.

Para calcular este parámetro clave en el diseño de cimentaciones se emplea la fórmula de Karl Von Terzaghi (1943):

Ecuación 1. Capacidad portante

17 Donde:

Pu, indica la carga vertical máxima por unidad de longitud q, sobrecarga sobre el terreno adyacente a la cimentación c. cohesión del terreno

b, anchura de la cimentación g, peso específico del suelo

Nq, Nc y Ny, son los coeficientes dependientes del ángulo de rozamiento interno

En el caso específico del proyecto que se está explicando, la constitución de los sótanos se debe a una capacidad portante del terreno mala, por ello una solución con dos-tres sótanos ayuda a la liberación del nivel freático.

2.4. Cimentaciones

En este apartado se explicarán las distintas soluciones propuestas a lo largo de este trabajo para que formen parte del estudio de alternativas. Como este trabajo es en colaboración con la empresa donde estoy trabajando actualmente, las soluciones explicadas a continuación son las específicas de la empresa (Rodio Kronsa- SOLETANCHE BACHY), desarrolladas gracias al departamento de investigación y desarrollo. Así pues, a lo largo de los años las técnicas empleadas en la ejecución de cimentaciones, así como también la maquinaria correspondiente, han experimentado una importante evolución, sobre todo en aspectos de electrónica y sistemas de control.

2.4.1. Pantallas

Antes de empezar a explicar que es un muro pantalla, se debe hacer un breve hincapié en lo que es una pantalla de contención.

Una pantalla de contención es una estructura esbelta que permite realizar una excavación vertical. Contrariamente a los muros de contención por gravedad, el peso de la pantalla tiene un papel secundario en su capacidad para equilibrar los empujes activos: una pantalla actúa como una yuxtaposición de vigas verticales sometidas al empuje activo del terreno, del agua y de las medianeras. Pueden arriostrarse mediante anclajes, puntales o elementos de la estructura que se realizarán bajo la protección de la pantalla.

El encastre de la pantalla bajo el fondo de la excavación, comúnmente denominado empotramiento, permite:

- movilizar el empuje pasivo del terreno necesario para el equilibrio,

- conferir a la pantalla una función eventual de fundación soportando cargas verticales, - controlar los riesgos hidráulicos en el caso de pantallas continuas.

Se distingue entre:

- Pantallas continuas: muro pantalla, pantalla prefabricada pantalla de tablestacas, pantalla de lechada armada, pilotes secantes, etc.

- Pantallas discontinuas: pantalla berlinesa, pantalla parisina, pantalla luteciana, pantalla moscovita, pilotes tangentes, etc.

Los elementos verticales que proveen la resistencia a la flexión de la estructura se instalan antes de proceder con la excavación; por lo tanto, no interfieren con el movimiento de suelos de la obra. La secuencia de ejecución debe considerar que los

apoyos provisorios (y determinados apoyos definitivos), así como el blindaje de las pantallas discontinuas, se realizan conforme al progreso de la excavación.

Figura 4. Ejecución pantallas

2.4.1.1

Un muro pantalla es una pantalla de hormigón armado ejecutado contra el suelo. La estabilidad de la excavación durante las operaciones de perforación, armadura y hormigonado se consigue con un lodo de perforación. El lodo se fabrica con bentonita formando sobre las paredes de la excavación un depósito estanco (“cake”) que permite al fluido de perforación no percolar en el terreno y asegura la presión hidrostática que asegura la estabilidad de la trinchera abierta. También puede emplearse un lodo fabricado con polímeros.

19

Figura 5. Ejecución muro pantallas

La primera estructura que se realiza es el murete guía. Este, está formado por dos muretes paralelos de hormigón armado de aproximadamente 30 cm de ancho los cuales permiten:

- realizar el muro pantalla definiendo su trazado con precisión, - guiar la herramienta de perforación,

- asegurar una reserva de lodo de perforación, - colocar las jaulas de armaduras.

Para asegurar la estabilidad de la trinchera durante los trabajos, la perforación se realiza mediante paneles de longitud limitada, del orden de 7 m, variable según el tipo de suelo y el entorno. En presencia de medianeras, la distancia mínima entre la cara interna de la medianera, incluidos sus cimientos, y la cara externa del muro pantalla a realizar es igual al espesor del murete guía. Una vez efectuada la excavación de un panel, la jaula de armadura se coloca en la trinchera llena de lodo previamente tratado para limitar las partículas de terreno en suspensión.

A continuación, se lleva a cabo el hormigonado con la ayuda de un tubo Tremie. La junta entre paneles adyacentes puede hacerse:

- mediante utilización de un encofrado metálico provisorio (junta CWS), el cual permite la colocación de una junta de estanqueidad entre los paneles y el guiado de la herramienta de excavación,

- “reperforando” el panel realizado en la primera fase en el caso de perforación con HIDROFRESA.

Los espesores clásicos de muro pantalla son 0,45 m, 0,60 m, 0,80 m, 1,00 m, 1,20 m y 1,50 m.

Figura 6. Cuchara al cable y junta CWaterStop

El muro pantalla está perfectamente adaptado a la presencia de agua en el suelo.

Contrariamente a las pantallas berlinesas, la totalidad del muro se realiza antes de la excavación, lo que simplifica significativamente la secuencia del movimiento de suelos.

El muro pantalla hecho con hormigón armado puede tener un uso provisorio o permanente; en el primer caso, estará integrado en la obra definitiva. Debido a su fuerte inercia, un muro pantalla es mucho menos deformable que una pantalla berlinesa o que una pantalla de tablestacas, lo cual resulta fundamental en la ejecución de una estructura de retención en un lugar urbano. Un muro pantalla, además de su papel de retención, puede asegurar otras funciones, a saber:

- de cimentación, - de estanqueidad.

2.4.1.2

Las grandes familias de herramientas son:

- Cucharas de cables y las cucharas hidráulicas: Es la principal herramienta utilizada.

Accionada mecánicamente por cables, ha sido el tipo de equipo original empleado en la construcción de muros diafragma. En caso de terrenos muy resistentes, es necesario pre-perforarlos con otras herramientas (trépano, etc.). Las cucharas hidráulicas ofrecen la potencia y la flexibilidad de la energía hidráulica. Además, se trata de un tipo de equipo

21 con servomando e instrumentado, lo cual permite un control continuo de la verticalidad y su corrección en caso de que sea necesario.

- HIDROFRESA: está compuesta por dos tambores cilíndricos de eje horizontal provistos de dientes que giran en sentido opuesto. El terreno perforado es triturado y llevado a la superficie por circulación inversa del fluido de perforación. Esta herramienta permite excavar terrenos duros (hasta una resistencia a la compresión de 80 MPa) sin necesidad de recurrir a la pre-perforación. Magnitud de desviación: sin precauciones específicas, la desviación de la herramienta de perforación es del orden del 1% de la altura excavada. En ciertos casos puede reducirse hasta el 0,3% tomando determinadas precauciones específicas tales como: - utilización de la electrónica instalada para medir de manera continua la trayectoria en tres dimensiones, corrección de la desviación, - cadencias de ejecución reducidas.

Figura 7. Distintos ejemplos de cucharas al cable

Figura 8. Grúa ejeccución muro pantalla

2.4.1.3

Cada etapa de la realización de un muro pantalla es delicada y condiciona la calidad de la obra terminada.

Excavación: los equipos (cucharas e HIDROFRESA) permiten medir en tiempo real las desviaciones de la herramienta y, si corresponde, corregirlas (véase el apartado 2.2

“Cimentaciones profundas”). El programa JOE2000 permite tratar los datos informáticos generados por los sistemas de adquisición instalados en los equipos. Una vez finalizada la excavación, es posible controlar la geometría de la trinchera a través de medición ultrasónica.

Hormigonado: durante la excavación y antes del hormigonado, se procede al control de las propiedades fisicoquímicas del lodo. Durante el hormigonado, se determina una curva de hormigonado para detectar eventuales subvolúmenes y se procede a la toma de muestras de hormigón para compresión. La calidad del hormigón puede controlarse in situ mediante auscultación sónica.

Ejecución de la excavación bajo la protección del muro pantalla Cuando se requiere la utilización de instrumentos, pueden instalarse:

- inclinómetros en el muro pantalla,

- extensómetros y asentímetros en el macizo de tierra contenida,

- puntos para mediciones topográficas materializados en el muro pantalla y en los inmuebles circundantes.

Es necesario establecer un programa de seguimiento para cada fase de trabajo. Este dispositivo puede utilizarse en el marco del método de observación.

2.4.1.4

Determinación del empotramiento - Cálculo con el método de equilibrio límite

El empotramiento de una pantalla de contención se determina habitualmente realizando un cálculo con el método de equilibrio límite, adoptando un comportamiento rígido- plástico de los suelos. El empotramiento se determina asignando al empuje pasivo del suelo un coeficiente reductor del orden de 1,5 a 2,0.

Pantalla autoestable o pantalla en consola

El equilibrio de la pantalla requiere la movilización del contraempuje pasivo C. Las presiones que se ejercen sobre la pantalla por encima del punto N son las presiones límite de empuje activo del lado tierra y empuje pasivo límite del lado excavación, a las que se asigna el coeficiente de seguridad requerido. Las ecuaciones de equilibrio de los momentos y de los esfuerzos horizontales permiten determinar los valores desconocidos:

- el contraempuje pasivo C

23 - la longitud ON denominada “fo”

Se supone que el contraempuje pasivo se distribuye sobre 0,2 fo a uno y otro lado de N. El empotramiento de la pantalla D es entonces igual a f + 0,2 fo

Figura 9. Empujes activos y pasivos

Pantalla con un nivel de riostra

La ecuación de equilibrio de los momentos en relación con el punto B (punto de aplicación del tirante o del puntal sobre la pantalla) permite determinar el empotramiento D habiendo asignado los términos de empuje pasivo del coeficiente de seguridad requerido. La ecuación de equilibrio de las fuerzas exteriores aplicadas sobre la pantalla permite determinar el esfuerzo resultante T en el tirante o el puntal (entonces el cálculo se realiza sin reducción del empuje pasivo).

Es necesario remitirse a los documentos siguientes:

-Eurocódigo 7: justificación de las obras geotécnicas y su anexo nacional.

-Norma NF 94-282: cálculo de las pantallas de retención.

Figura 10. Límite del empuje mediante un anclaje

2.4.1.5

Determinadas estructuras o partes de estructuras son de forma circular: depósitos de agua de tormentas, pozos de acceso de tuneladoras. Actúan como una sucesión de anillos horizontales sometidos al empuje activo de las tierras y del agua. Conviene asegurarse que el esfuerzo de compresión del hormigón que constituye estos anillos sea admisible. El trabajo en bóveda de la estructura generalmente elimina la necesidad de colocar apoyos intermedios. El empotramiento puede determinarse según las verificaciones expuestas anteriormente: levantamiento del fondo de la excavación, aspectos hidráulicos, capacidad de carga. Deben estudiarse las perturbaciones del funcionamiento en anillo que podrían acarrear eventuales aberturas en la pantalla (galería de acceso, por ejemplo) o bien cargas asimétricas.

2.4.1.6

Una vez determinado el empotramiento de la pantalla, se realiza un cálculo teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura. Este cálculo permite:

- determinar las solicitaciones en la pantalla y sus soportes, - estimar la magnitud de las deformaciones de la pantalla.

Es posible entonces:

- verificar el espesor necesario de la pantalla y calcular su armadura, - verificar la resistencia de los soportes.

Generalmente se utiliza:

• El cálculo con el coeficiente de reacción en los casos habituales. Este método consiste en modelizar el suelo como una sucesión de resortes elastoplásticos, independientes unos de otros.

• El cálculo con los elementos finitos, cuando la configuración geométrica del emplazamiento es compleja, por ejemplo:

- obras situadas en una pendiente,

- interacción entre obras existentes cercanas.

2.4.1.7

a) Estabilidad general

Es necesario asegurarse de la estabilidad general del emplazamiento (pantallas, soportes y entorno), en particular en caso de:

- contención efectuada en una pendiente,

25 - sobrecargas importantes que pesan sobre el macizo contenido.

b) Estabilidad del macizo de anclaje de los tirantes pretensados

La zona de sellado del tirante debe estar suficientemente alejada de la pantalla de manera tal que quede fuera de la cuña potencial de deslizamiento La estabilidad de la masa de suelo se verifica utilizando el método de Kranz.

c) Levantamiento del fondo de la excavación

La estabilidad del fondo de la excavación debe ser verificada respecto del levantamiento por punzonamiento del terreno debajo de la base de la pantalla (lado tierra), asociado a una elevación del fondo de excavación (lado excavado).

d) Capacidad de carga

En principio, esta verificación solo debe efectuarse en el caso de que una estructura esté sometida a cargas verticales importantes, por ejemplo:

- pantalla sostenida mediante tirantes de anclaje de gran capacidad muy inclinados, - pantalla que soporta las cargas verticales de la superestructura.

e) Aspectos hidráulicos

En presencia de la capa freática, conviene tener en cuenta o tomar precauciones ante los siguientes fenómenos: - efectos eventuales de las escorrentías: disminución del empuje pasivo, deslizamiento de tierra, erosión regresiva, - impacto de los trabajos y de la obra sobre el entorno: descenso exterior del nivel de agua, efecto represa, - estabilidad general de la estructura.

Figura 11. Diagrama de fuerzas

2.4.1.8

Magnitud de los momentos resistentes a los ELS (no perjudicial)

Tabla 1. Acero feE500, compresión del hormigón limitada a 12 MPa

2.4.1.9

Una jaula de armadura de muro pantalla está constituida por los siguientes elementos:

• Aceros estructurales:

- refuerzos verticales y eventualmente tirantes verticales, resistentes a los momentos, - aceros horizontales resistentes a los esfuerzos cortantes.

• Eventuales aceros en espera para la conexión con la obra definitiva.

• Reservaciones eventuales para tirantes de anclaje.

• Aceros necesarios para la colocación de:

- asas de izado,

- asas de posicionamiento, - perfiles de refuerzo.

Puesto que el hormigonado se efectúa desde la base, debajo del lodo, por medio de un tubo Tremie, en el diseño del muro pantalla es necesario tener en cuenta las disposiciones constructivas de la norma EN1538, en particular:

• El hormigón utilizado debe ser muy fluido (asentamiento del cono de Abrams del orden de 20 cm) y tiene que mantener sus propiedades reológicas durante varias horas.

Suelen para ello añadírsele aditivos.

• Es necesario:

- dejar al menos 10 cm de espacio entre los aceros para asegurar condiciones de hormigonado correctas.

- disponer en la jaula uno o varios emplazamientos para situar la columna de hormigonado.

27

Figura 12. Armados

2.4.2. Anclajes

Un anclaje es un dispositivo capaz de transmitir a una capa de suelo resistente las fuerzas de tracción que se le aplican tomando apoyo sobre la estructura que es necesario anclar. Se dice que un anclaje es provisional o temporal si su tiempo de utilización es inferior a 18 meses; se dice que es permanente si su tiempo de utilización es superior a 18 meses.

Un anclaje está compuesto por:

- una cabeza de anclaje que transmite las fuerzas de tracción de la armadura a la estructura que es necesario anclar a través de un sistema de apoyo,

- una parte libre que es la longitud de armadura comprendida entre la cabeza de anclaje y el comienzo del bulbo,

- un bulbo que es la longitud de armadura sobre la cual la fuerza de tracción se transmite al terreno circundante a través de la lechada de sellado.

Un anclaje puede ser activo o pasivo:

- Pasivo, sólo está en tensión cuando se aplican a la estructura acciones que lo requieren. Este tipo de anclaje generalmente no tiene parte libre. Casi siempre la armadura es una barra de acero o incluso de material composite.

- Activo, es sometido a carga previamente a la aplicación de las acciones para limitar las deformaciones de la estructura. La armadura más habitual son cables de acero para pretesado.

Figura 13. Esquema anclajes

2.4.2.1

a) Contención de las excavaciones:

- Muros pantalla

- Cortinas de tablestacas - Muros de contención - Pantallas de recalce

- Pantallas berlinesas y equivalentes.

Figura 14. Anclajes para contención

b) Recuperación de esfuerzos de tracción - Soleras por debajo del nivel freático

29 - Pretesado de pilotes que trabajan en tracción

- Anclaje de estructuras alargadas (pilares, inmuebles-torres, chimeneas, etc.) - Recuperación de esfuerzos de atirantado (puentes suspendidos, pilares, etc.).

Figura 15. Anclajes para recuperación de esfuerzos a tracción

c) Estabilizaciones

- Rocas fracturadas, acantilados, zonas de desprendimientos - Estabilización, deslizamientos de terreno

- Consolidación de galerías

- Macizos de conducciones forzadas.

Figura 16. Anclajes para estabilización del terreno

d) Varios

- Recuperación de los empujes activos de arcos de compresión

- Postensado de estructuras

- Mejora de la estabilidad de las represas.

Figura 17. Otros ejemplos de usos de anclajes

2.4.2.2

La instalación del anclaje se desarrolla en varias fases:

• Perforación de un taladro entre 100 y 200 mm de diámetro, de acuerdo con el espacio que ocupe el cuerpo del tirante y el diámetro del bulbo de anclaje deseado, por medio de una herramienta y un fluido de perforación aptos para el terreno. Deben tenerse en cuenta todas las inclinaciones.

• Después de la comprobación de la perforación, sustitución del fluido de perforación por un producto de sellado, generalmente una lechada de cemento muy dosificada (C/E entre 1,7 y 2,3).

• Instalación del tirante. La introducción en la perforación se efectúa con una grúa, un equipo de desenrollado o incluso manualmente.

• Después de la colocación, el anclaje puede inyectarse bajo presión con una lechada de cemento. Se aplican diversos sistemas y metodologías en función de los terrenos y del nivel de mejora de la capacidad de anclaje deseado. El procedimiento más corriente consiste en la utilización de tubos manguito (véase el apartado “Inyección”). Las recomendaciones TA 95 distinguen dos grandes métodos: - la IRS (Inyección Repetitiva Selectiva) - la IGU (Inyección Global Única)

• Según el tipo de terreno y el producto de sellado utilizado, debe respetarse un plazo de 2 a 5 días entre la última fase de inyección y el tesado del anclaje.

• La protección de la cabeza del anclaje se realiza después de la validación del tesado.

31

2.4.3. Descenso del nivel freático

Los problemas relacionados con la presencia de agua en el suelo figuran entre los más complejos que se presentan en el aspecto geotécnico. Dependen:

- de las heterogeneidades del suelo, - de la anisotropía,

- de las condiciones de alimentación de los acuíferos.

Todo ello forma un conjunto complejo que requiere conocer un gran número de parámetros. Más allá de todo enfoque teórico, la experiencia es fundamental para llegar a conocerlos correctamente. No obstante, por más amplios y completos que sean el reconocimiento de suelos y la experiencia de la empresa, no se puede evitar todo riesgo aleatorio debido a la gestión del agua en el suelo.

2.4.3.1

Como en todo proyecto geotécnico, el control de los problemas que plantea el descenso del nivel freático requiere una campaña de reconocimiento que debe permitir identificar todos los acuíferos que afecten al proyecto y caracterizarlos en términos de:

• Potencia,

• naturaleza (manto libre, manto cautivo),

• permeabilidad,

• condiciones de alimentación.

La medición de la permeabilidad de un horizonte puede efectuarse de diferentes maneras, indicadas a continuación del menos al más fiable:

• En el laboratorio, a partir de muestras recogidas en barrenos realizados in situ. Pueden citarse los ensayos de medición directa de la permeabilidad (permeametría) y los métodos de Hazen y Kozeny, que combinan la permeabilidad con la granulometría.

• In situ. En este caso se distinguen:

- los ensayos puntuales: ensayos “Lugeon” en la roca y “Lefranc” en terreno aluvional,

- los ensayos a gran escala. Se trata de ensayos de bombeo realizados con la ayuda de uno o varios pozos de bombeo y de piezómetros, que permiten tener, a la escala del proyecto, una buena imagen del comportamiento hidráulico de los terrenos.

Los inconvenientes de los ensayos puntuales (en laboratorio e in situ) son:

- la legítima duda sobre de la representatividad de los ensayos, - el hecho de no tomar en cuenta la anisotropía de los suelos.

En cambio, los ensayos de bombeo permiten superar los límites de los ensayos puntuales y facilitan la obtención de una imagen lo más fiel posible de los horizontes afectados por el proyecto. La figura de la derecha ilustra el “efecto de escala”, que no se puede abarcar con los ensayos puntuales.

Para que pueda ser interpretado correctamente, un ensayo de bombeo requiere instalar:

- pozos de bombeo,

- piezómetros con toma de presión selectiva para medir adecuadamente la incidencia del bombeo en los diferentes acuíferos.

Figura 18. Permeabilidad en distintos tipos de suelo

Las opciones técnicas dependen:

- de la hidrogeología,

- de la geometría de la obra, - del entorno exterior,

- del marco contractual (caudal de bombeo máximo, por ejemplo).

Deben permitir determinar:

- los eventuales cortes: pantalla, inyección,

- los medios de bombeo (pozos, puntas filtrantes, etc.) y de control (piezómetros).

Una vez ejecutados los trabajos, antes de proceder con las excavaciones se realiza un ensayo de bombeo. El ensayo de bombeo puede interpretarse:

- en régimen estabilizado (descenso de nivel freático y caudal constantes). En caso de permeabilidad baja o de gran tamaño de obra, la estabilización puede no obtenerse durante el ensayo. Entonces el caudal específico se interpreta en régimen seudo estabilizado, que da un valor por exceso,

- en régimen transitorio, en fase de bombeo, y después de la interrupción del bombeo.

La interpretación del ensayo de bombeo permitirá:

33

• validar la buena ejecución de las obras (verificación, por ejemplo, del anclaje continuo de la pantalla en un horizonte menos permeable),

• extrapolar el caudal de bombeo que será necesario para agotar la excavación y sus consecuencias sobre el entorno exterior,

• decidir de la posibilidad, en función de este último resultado, de adaptar el proyecto, si necesario:

- la ejecución de un fondo inyectado o de una cortina inyectada,

- la elección entre bombeo permanente y solera resistente a las presiones hidráulicas,

- la modificación de la metodología de excavaciones; de este modo, por ejemplo, si se considera que el caudal alcanzado es demasiado importante y que ninguna técnica permite reducirlo, se puede, en determinados casos, proceder a las excavaciones y al hormigonado de una solera (armada o no) debajo del agua.

En general, esto se reserva a las excavaciones poco profundas. Entonces suele ser necesario anclar la solera con micropilotes para que resista a las presiones hidráulicas,

• tener acceso al caudal específico. En efecto, para una excavación determinada, la relación caudal/descenso de nivel freático, o “caudal específico”, normalmente es constante. Por lo tanto, es indispensable medirla regularmente durante todo el bombeo, es decir, en el caso de un bombeo permanente, durante toda la vida de la obra. De este modo, por ejemplo, un transporte de finos por erosión regresiva se manifestará a través de un aumento del caudal específico.

Según el caudal de bombeo final, la elección podrá ser:

• una solera drenante con bombeo permanente. En este caso, es necesario realizar el mantenimiento de la obra (limpieza de los drenes, etc.) y verificar su comportamiento (caudal específico, piezometría) durante toda su vida útil.

• una solera resistente a las presiones hidráulicas. En este último caso:

- si el peso de la obra es inferior a la presión, será posible “aumentarlo” lastrando un volumen de suelo subyacente mediante pilotes, micropilotes o tirantes verticales,

- incluso si el bombeo de la excavación durante los trabajos se efectuó bajo la protección de un fondo inyectado, después de la interrupción del bombeo, las presiones hidráulicas se ejercerán debajo de la estructura y no debajo del fondo inyectado.

2.4.3.2

Tabla 2. Procedimientos de descenso del nivel freático

2.4.4. Pilotes RODIOSTAR

Un pilote se define como un elemento estructural colocado en el suelo para transmitir cargas y limitar las deformaciones. Su relación de esbeltez no es limitada. Los fustes de los pilotes pueden ser de sección uniforme, telescópicos o bien ensanchados ya sea en

35 el fuste o en la base. Los pilotes, tanto aislados como agrupados, pueden formar también un muro de contención de tipo cortina mixta, pilotes tangentes, pilotes secantes, pantalla compuesta, como las berlinesas y similares. Los pilotes se utilizan también como columnas prefundadas para integrarse en la estructura del edificio que soportan.

Pueden estar inclinados según las especificaciones indicadas en las normas de ejecución.

En la empresa Rodio Kronsa destacan sobre los demás los pilotes RODIOSTAR, que son los más utilizados ya que su solución única y patentada le otorga unas prestaciones por encima de los utilizados normalmente.

RODIOSTAR

El sistema de ejecución de pilotes que se describe a continuación es el resultado de las experiencias que se encomendó específicamente desarrollar a Soletanche, dentro de nuestro grupo, para que una vez estuviesen debidamente comprobadas, se pudiese lanzar este nuevo sistema al mercado. Entre los años 1984 y 1986 el departamento de Investigación y Desarrollo de Soletanche Entreprise desarrolló en estrecha colaboración con el Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, y específicamente con la colaboración inestimable del Doctor Ingeniero de l’École Nationale des Ponts et Chausées MICHEL BUSTAMANTE, un nuevo procedimiento de ejecución de pilotes basado en la mejora técnica del pilote que en España se conoce como Barrena Contínua. El objetivo que se persiguió con este trabajo fue desarrollar un nuevo sistema de ejecución de pilotes que permitiese mejorar los siguientes aspectos frente a los sistemas tradicionales existentes:

- Disponer de la máxima información, en tiempo real, respecto a la calidad del pilote, tanto por lo que hace referencia a la fase de perforación como a la fase de hormigonado, mediante una adecuada instrumentación, lo que facilitaría tomar medidas correctoras con una mayor rapidez en caso de una mala calidad del pilote.

- Asegurar con este control de parámetros que se realiza, la calidad del pilote en base a los estandartes exigidos.

- Aprovechar mejor las características resistentes del hormigón que se coloca en el pilote.

- Permitir el armado en toda su longitud de los pilotes de pequeño diámetro (450 mm, 550 mm y 650mm), actuación que es inviable con el sistema de barrena continua.

Los ensayos y pruebas que se realizaron durante el periodo de tiempo antes señalado ratificaron la viabilidad del sistema, viabilidad que ha quedado avalada además por la calidad de las obras ejecutadas con este sistema en estos últimos años.

Figura 19. Proceso de ejecución de pilotes RODIOSTAR

2.4.4.1

a) Diámetro de perforación: entre 420 mm y 1.200 mm

b) Longitud máxima de perforación: hasta 32 m (Equipo CM-1200) c) Par de giro de la cabeza de rotación: 24.000 kg. x m.

d) Carga Unitaria de trabajo del Hormigón:

d.1.- Con un nivel de control normal de toma de muestras: 60 Kg/cm2 d.2.- Con un nivel de control intenso de toma de muestras: 70 Kg/cm2 e) Características del hormigón a utilizar:

e.1.- Dosificación: 350 kg. de cemento por m3 de hormigón e.2.- Resistencia característica: 250 Kg / cm2 HA - 25

e.3.- Cono de Abrahams en puesta en obra: entre 15 y 20 cm.

e.4.-Tamaño máximo del árido 12 – 20 mm.

37

2.4.4.2

El principio que rige la operación de perforación del pilotaje en este sistema es el mismo que el de la barrena continua, es decir que mediante una cabeza de rotación que está accionada por un motor hidráulico se hace girar una barrena continua. Este elemento es el que se encarga de realizar la perforación.

El par de giro de la barrena es de hasta 24.000 Kg x m. Esta potencia permite atravesar terrenos de dureza elevada, incluso soleras de hormigón sin armar de un espesor no superior a los 25 cm, sin necesidad de utilizar ni el trépano ni martillos hidráulicos.

La gama de diámetros en los que se realiza este sistema oscila entre 420 mm y 1200 mm. Con esto lo que se consigue es utilizar un sistema similar al de barrena continua en pilotes de gran diámetro, con el consiguiente abaratamiento de costes, debido a la utilización de equipos más ligeros.

La diferencia frente al método conocido en España como de barrena continua se fundamenta en que en el interior de la barrena se sitúa un prolongador coaxial que tiene la capacidad de sobresalir, a voluntad del operador del equipo, sobre la punta de la barrena, hasta una longitud de 1,0 m.

Este último dispositivo es el que le confiere la principal característica a este pilote, ya que con él se garantiza que el hormigonado se realiza siempre a 1,0 m por debajo de la

“lámina libre” de hormigón, con lo que se elimina en un altísimo porcentaje el riesgo de desmoronamiento de la pared del pilote, o lo que es lo mismo se elimina el riesgo de que el pilote quede cortado.

El hormigonado se realiza mediante un sistema de bombeo a través del interior de la barrena. El hormigón debe ser rico en cemento y en finos, con el fin de facilitar las labores de bombeo. Por esto en este tipo de pilotes se emplea, como mínimo, un hormigón HA - 25 de resistencia característica 250 Kg/cm2 con un árido de tamaño máximo de 20 cm y consistencia líquida (Cono de Abrahams entre 15 y 20 cm)

La jaula de armaduras debe estar rigidizada adecuadamente. Una vez hormigonado el taladro se coloca la armadura mediante un vibrador de gran capacidad con el que se pueden conseguir longitudes de armado de gran profundidad.

Debe mencionarse que el estado de “liquidez” del hormigón debe mantenerse durante un tiempo suficiente hasta que se haya colocado la armadura en el interior del pilote.

Este tiempo no deberá ser superior a 30 minutos. Para conseguir el hormigón de las características antes mencionadas debería tenerse un hormigón muy rico en cemento ya que la cantidad de agua a utilizar en el mismo es elevada con el fin de conseguir el cono necesario para el bombeo, y seguir manteniendo la relación agua cemento. Esto conduciría de entrada a hormigones excesivamente dosificados en cemento para las funciones estructurales que deben cumplir. Con el fin de evitar este despilfarro económico se ha desarrollado un superfluidificante específico para este sistema de ejecución de pilotes, que permite acotar la dosificación de cemento, manteniendo las características resistentes del hormigón y su relación agua/cemento. Este componente es conocido como STARSOLITE.

Este aditivo se añade al hormigón durante su proceso de mezclado en planta y permite mantener el cono del hormigón durante un tiempo prudencial, hasta el inicio del proceso de fraguado.

La experiencia y controles realizados en estos últimos años avalan la validez de este producto específico.

Es interesante destacar que el equipo de perforación lleva incorporado un sistema de autolimpieza de la barrena. Esta operación de limpieza se realiza durante la ascensión de la barrena en el proceso de hormigonado. Este elemento ayuda a reducir notablemente los tiempos de hormigonado ya que se reduce paulatinamente la carga de tierras sobre la barrena durante el proceso, así como aumentar las medidas de seguridad para evitar caídas de detritus de perforación adosados a la barrena.

Por último, hay que señalar que este sistema de ejecución incorpora unos sistemas de instrumentación y autocontrol que se relacionan a continuación:

Durante la perforación:

a) Control automático de la verticalidad de la perforación mediante un indicador en la cabina de mandos del operador.

b) Control de la velocidad de descenso del útil de perforación en función de la profundidad.

c) Control del par de giro aplicado por la cabeza de rotación en función de la profundidad.

Estos dos últimos parámetros están relacionados de forma inversa, es decir que, si aumenta la velocidad, debe disminuir el par de giro y esto nos indica que nos encontramos ante un terreno más blando que el inmediatamente superior. En cambio, sí disminuye la velocidad lineal, debe aumentar el par, con lo que ello nos da idea de la presencia de un terreno más competente que el situado en el estrato inmediatamente superior.

Durante el hormigonado del pilote:

a) Control del caudal del hormigón bombeado

b) Control de la relación “volumen de hormigón vertido/volumen teórico”. Esta relación deberá ser siempre superior a 1. En caso contrario significa que se ha producido un derrumbamiento o que se ha cortado el pilote. En el caso poco frecuente de que ocurra este hecho, el operador tiene la instrucción específica de reperforar el pilote hasta el fondo y proceder de nuevo a su hormigonado, garantizando de esta forma la continuidad del elemento estructural.

39

Figura 20. Proceso de ejecución del pilote (1)

Figura 21. Proceso de ejecución del pilote (2)

2.4.4.3

Es importante señalar en un capítulo aparte que este sistema de ejecución ofrece una mejora, además de las anteriormente señaladas, por lo que hace referencia al impacto medioambiental, sobre todo si se compara con el pilote excavado con uso de lodos bentoníticos (Pilote tipo CPI - 6).

Uno de los problemas a los que se está intentando, desde la normativa existente, dar una solución coherente es al del control de los vertederos, sobre todo a aquellos en los que se vierten productos contaminantes.

Los lodos tixotrópicos son productos contaminantes e inestables que necesitan vertederos apropiados. Además, el detritus resultante de la excavación con este producto produce unas molestias importantes durante la operación del transporte a un vertedero, ya que parte de este producto se pierde durante el transporte, creando considerables molestias a los vehículos que transitan por la misma ruta.

La ventaja pues del sistema descrito anteriormente, respecto al pilote tipo CPI - 6 consiste en que se ofrece un pilote de una mayor calidad técnica que el CPI – 6, anulando totalmente el efecto medioambiental causado por la presencia de los lodos bentoníticos.

Figura 22. Inyección de lodos

2.4.5. Pantalla de pilotes secantes/tangentes

Esta solución puede ser aplicada para la realización de pantallas de contención, utilizando los pilotes de hormigón armado como cimentación estructural mientras que los de mortero impiden el paso del agua, como muestra el esquema siguiente (ejemplo de pantalla secante de diámetro 820mm):

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Figura 23. Diagrama pantalla de pilotes secantes

2.4.6. Pilotes prefabricados

El pilote prefabricado de hormigón es una técnica de cimentación concebida, principalmente, para la transmisión de cargas de cimentación hacia estratos resistentes profundos. Su ejecución se realiza mediante hinca en el terreno, aplicando impactos de energía controlada. Es, por tanto, un pilote de desplazamiento, que aprovecha la compactación que su intrusión provoca en el terreno para ganar una adherencia por fuste adicional. Por otro lado, el control de la penetración por golpe antes de finalizar la hinca garantiza una resistencia por punta elevada. Todo ello, junto a la posibilidad de empalme mediante juntas metálicas, lo que permite una longitud ilimitada, la convierte en una técnica adecuada a estructuras de todo tipo y condiciones geotécnicas muy diversas.

En las últimas décadas, con la aplicación de la ecuación de onda al análisis de la hinca de los pilotes y la realización de pruebas de carga dinámicas con el Analizador electrónico de hinca, el campo de aplicación se ha ampliado aún más, siendo solución común en grandes infraestructuras como puentes para el tren de alta velocidad o rascacielos.

Por otro parte, los equipos de hinca han evolucionado enormemente, permitiendo el control automatizado de la hinca, mayores energías de golpeo y elevadas frecuencias de impacto. Todo ello ha ido acompañado de una mejora de la calidad estructural del propio pilote que ha permitido aprovechar mejor estas posibilidades.

La hinca se realiza, por tanto, fácil y rápidamente, de manera limpia y respetuosa con el medio ambiente al no existir detritus de la perforación. El control de la ejecución y de la capacidad portante del elemento es, asimismo, sencillo, permitiendo la comprobación