Excavaciones con presencia de aguaING. IVN BRAGAGNINI R.

Cuando la cota de excavacin est por debajo de la cota de la napa fretica estamos en presencia de terrenos acuferos.

Cuando una obra se sita por debajo del nivel fretico estar sometido a un empuje hidrulico, denominado SUBPRESION.

5.6.1 Mtodos utilizados en las excavaciones con presencia de agua.Todas las tcnicas constructivas dependen de la importancia de la excavacin y del caudal existente del agua. Puede presentarse el agua subterrnea en forma intermitente.(En estos casos tener especial cuidado en las obras).

5.6.1.1 Mtodos sin depresin de la napa freticaEl mtodo constructivo se puede realizar por pozos abiertos o sumideros.Se instala un sumidero en un lugar bajo de la excavacin, donde deben converger las aguas subterrneas por la excavacin.

Mtodos sin depresin de la napa fretica

Condiciones para aplicar est mtodo:La bomba debe tomar la altura manomtrica igual a la altura de impulsin ms la altura de aspiracin.Que el volumen del agua no sea importante.Que el agua de filtracin emerja del pie del talud y sea conducida al sumidero por zanjas.Este mtodo es recomendable en obras pequeas.

El efecto de filtracin puede ocasionar derrumbes del talud, para estos efectos se emplearn entibaciones.Hay que tener cuidado a las subpresiones durante las excavaciones ya que el fondo est constantemente variando su valor portante.

Mtodos sin depresin de la napa fretica

5.6.1.2 Mtodos con depresin de la napa freticaSe deprime la napa fretica por debajo del nivel de los trabajos de excavacin que tienen que realizar. Es as que la excavacin se efecta con el material seco.Condiciones para aplicar est mtodo:

El equipo de bombeo debe ser tal que agote el agua a los niveles de la excavacin por realizar.Segn el volumen de agua se recomienda emplear pozos filtrantes cuando los coeficientes de permeabilidad son superiores a 10-3 cm/seg y cuando se encuentren entre 10-3 y 10-6 cm/seg usar tubos filtrantes o sistema well-point.

Los suelos tienen que ser permeables (arenas, gravas), estables y que la velocidad del agua sea pequea y no arrastre los elementos finos del suelo. Existen varios mtodos para deprimir la napa fretica, los ms usados son dos:Una red de pozos filtrantes.Tubos filtrantes o sistema de well-point.

Red de pozos filtrantes

5.6.1.3 Uso de la red de pozos filtrantesSe perfora los pozos a las distancias adecuadas, alrededor de la excavacin a realizar. (De acuerdo a los estudios de suelos y estudios hidrulicos).Se colocan las bombas elctricas en cada pozo perforado.

Esquema del descenso del nivel fretico

5.6.1.4 Uso de Tubos filtrantes o Sistema Well-point.Se clavarn los tubos filtrantes en el permetro de la excavacin a realizar.La distancia entre los tubos filtrantes ser de acuerdo al caudal de agua y del estudio de suelos.La profundidad de los tubos filtrantes ser de acuerdo al proceso constructivo de la obra y de la capacidad de succin del equipo a usar. (Forma escalonada por ejemplo).

Los tubos filtrantes estn unidos a un tubo colector. Este tubo tiene agujeros a diferentes distancias pudiendo ser entre 2 a 3.Las perforaciones son roscadas donde se conectarn con un niple a los tubos filtrantes.

Tuboscolector

Conexiones de los tubos colectores a los tubos filtrantes

Conexiones de los tubos colectores a los tubos filtrantes

Los tubos filtrantes estn compuestos de varios elementos

Las partes del tubo filtrante son desarmables para un buen mantenimiento.

Proceso de colocacindel well-pointEl clavado de los tubos (wellpoints) se colocarn de acuerdo a la dureza del terreno.Si el terreno es blando su penetracin se har con martillo de poco peso.Si el terreno es duro, se podr usar un chorro de agua a presin que se instalar en los wellpoints.

Proceso de colocacindel well-pointEl proceso de est instalacin es sencilla:La conexin del well-point y la bomba se hace con una manguera de alta presin.Luego se levanta verticalmente y puesto en posicin se comienza la operacin de hincado, el chorro de agua abre la tierra y la punta trabaja bajando entre la piedra-arena hasta llegar a la profundidad deseada.

Hincado de los well-points

Generalmente con tres hombres es suficiente para toda la operacin.Si el suelo es extremadamente duro, con un martillo neumtico se ayuda al clavado, adems del chorro a presin.

Esquema general de reduccin de la capa de agua (Sistema wellpoint)

Vistas en corte y planta

Siete excavaciones diferentes usando wellpoint.Excavacin bajando la napa fretica sin proteccin de taludes

Bombas para uso de wellpoint

Bombas para uso de wellpoint

Uso del wellpoint en grandes obrasFOTOGRAFA DE LA CONSTRUCCIN DE TRES ALCANTARILLAS (AEROPUERTO DE NEW YORK CITY) PARA DESAGUAR UNA SECCION ANEGADA DE 30 m de ancho por 280 m de largo (Se emplearon 300 wellpoint y 3 bombas).

ARKABUTLA DAMTerreno con la napa de agua al mismo nivel (Ro al costado de la obra). Se control el agua par trabajar la obra en seco, en un terreno de 40 m de ancho por 300 m de largo. La excavacin se realiz con bulldozers.

(Estructura fuera del Ro Mississipi)Terreno con agua en la superficie al lado del Ro Mississipi. Se emplearon 333 wellpoint, 540 m de tubera colectora de 8 de dimetro; en una obra de 300 m de largo y de 60 m de ancho.

Esclusa del Ro MississipiSe emplearon 650 wellpoint para resolver el problema del nivel fretico durante 8 meses para que la obra march sin ningn obstculo y que el sistema no entorpezca la construccin (10000,000 de galones por da. Se tena que evacuar para trabajar en seco).

Presa del Ro Mississipi Para hacer una presa al costado del ro fue necesario construir una atagua; en la cual previamente se tuvo que mejorar el suelo natural, constituido por vegetales y otros.

Fotos de diferentes tipos de obra. Usando tablestacas y wellpoint.

Puente sobre el Ro Connecticut (proteccin y deprimir el nivel fretico, $ 6000,000)

Aeropuerto de New York. Se emplearon 133 wellpoint y 800 pin de tubera.

5.6.1.5 Excavaciones por debajo delos niveles freticos, con uso de ataguasCuando los otros sistemas no son suficientes para deprimir el agua y que no se pueda ejecutar la excavacin en seco, habr que recurrir al empleo de ataguas.

Atagua.- Es un recinto compuesto de dos tableros impermeables cerrados a una distancia adecuada para permitir el desarrollo de la obra, una vez agotada el agua. Tambin se rellenan con arcilla creando presas o retenciones provisionales.En las excavaciones se pueden dar dos casos:

El terreno de cimentacin es permeable y a una profundidad accesible se encuentra un terreno impermeable.

El terreno impermeable es prcticamente inaccesible.Las tcnicas constructivas pueden ser las ms variables, algunas de stas son:1. Hincar las tablestacas a una profundidad, mayor a la cota de la excavacin, evitando la circulacin del flujo del agua. La tcnica es ir clavando las tablestacas conforme se avanza la excavacin. Este sistema ser ms efectivo sabiendo bien las caractersticas del suelo.

2. Se puede controlar el flujo del agua hormigoneando el fondo de la excavacin.

TABLESTACASTablestaca.- Como definicin inicial es un tabln que se hinca en el suelo y que sirve para entibar excavaciones.Para la ingeniera es un tipo de pilote cuyo espesor es menor en relacin a su ancho y ste a su longitud.Debe permitir un ensamblado hermtico formando una cortina.

Las tablestacas pueden se de madera, concreto armado, metlicas y vinilo.Las tablestacas se clavan en el suelo por martillos que golpean la cabeza de las tablestacas las cuales son protegidas por un sombrero o casco para no ser daadas. En la punta se le protege con elementos metlicos o se las bisela segn el suelo a atravesar. Los martillos son equipos que clavan y extraen tablestacas y pilotes.Generalmente a los martillos que clavan tablestacas se les llama martinetes.

Los martinetes trabajan a vapor, a aire comprimido o a diesel.Los martinetes tienen maza metlica de un peso que puede caer por gravedad sobre la cabeza de la tablestaca. El martinete se levanta por medio de cables y se suelta actuando un gatillo que lo deja caer libremente.

Equipos y accesorios (Martinete, armazones guas. Elementos de proteccin).

Equipo B.S.P. para extraer pilotaje

Tablestacas de maderaSon tablones preparados para ser ensamblados formando una cortina.Las tablestacas de madera, para ser ensambladas, sus lados deben tener ranuras o lengetas (machihembrado) o endentado angular. El extremo inferior se coloca una punta o azuche metlico y en la cabeza un casco protector para el clavado.

Clavado de tablestacas de maderaSe colocarn cepos gua sujetos a pilotes de acuerdo al espesor de las tablestacas.Este armazn gua, no permite la inclinacin de la cortina de tablestacas.El clavado se puede hacer en forma escalonada.

Las tablestacas de madera a igual que los pilotes de madera son fcilmente trabajables obteniendo una gran variedad de dimensiones y resistencia.Tienen como medidas de ancho 25cm, espesores de 5 a 10cm y largos desde 4 hasta 6 metros.Son fciles de manipular por su poco peso.La elasticidad y flexibilidad hace que se adapten bien a las estructuras de todo tipo.

Igual que los pilotes de madera dependen de las facilidades de transporte y distancias de las zonas madereras.Las tablestacas deben cumplir condiciones para su uso: ser sanas libres de dobleces, sin nudos grandes, sin rajaduras ni podredumbre.Tipos de madera usados para tablestacas:Pino amarillo del sur, Abeto, Roble, Cedro, Nogal, Ciprs y cualquier madera que sea resistente al clavado.

Tablestacas de concretoLas tablestacas de concreto armado son prefabricadas, se usan para soportar cargas laterales y eventualmente para resistir cargas combinadas verticales y laterales.Su fabricacin tiene la ventaja de poder hacerse a la forma, dimensin, resistencia, erosin, etc. que se desee.Otra ventaja importante es su durabilidad ya que las tablestacas de concreto armado casi siempre son parte de la obra.

Para su mejor ensamblaje fabricarlos en forma endentada.Para el clavado debe protegerse la cabeza con un casco, en la punta biselarla y reforzar con un azuche metlico.Para suelos duros, en las tablestacas de concreto armado se le coloca un tubo por donde se le inyecta un chorro a presin para ayudar el hincado. En suelos blandos la hinca se hace por accin de su peso. Las medidas pueden ser muy variables.

Ejemplos: espesores de 10cm a 25cm, anchos de 30cm a 80cm, longitudes de 3.50 a 15 metros o ms.La desventaja es el manipuleo, debe sealarse los puntos de izaje.

Clavado de tablestacas de concreto armadoSe coloca un armazn gua para la hinca:El armazn debe fijarse en el terreno de forma tal que resista la hinca sin que se desalinee ni se desnivele.Cuidar mucho que el martinete est paralela siempre a la direccin de las tablestacas.

Tablestacas metlicasSon hechas de lminas de acero en caliente, de diferentes formas y medidas.Las tablestacas metlicas son las ms usadas en ingeniera civil, en obras de gran magnitud. Como diques, puentes, presas, muelles, muros de construccin, etc.Las dimensiones de las tablestacas metlicas son variables, su longitud depende de los fabricantes, un promedio ponderado es de 25 metros.

Los perfiles de las tablestacas metlicas se construyen siguiendo el mismo criterio que en la construccin de vigas en voladizo.Las formas de las tablestacas tambin dependen del fabricanteSe conocen como:Tablas Frodingham y UninTablas LarssenTablas LackawannaHay en el mercado ms que las nombradas, stas son las tres ms conocidas.

Margen en el laminado (Fabricacin)Las dimensiones de las tablestacas dependen de las tolerancias del laminado. Los pesos y las longitudes pueden variar entre los siguientes lmites:4% ms y 2% menos del peso tcnico.75mm ms y 50mm menos de la longitud nominal.

FormasTipo perfil / Peso (kg/m) / Mn (cm/m)

Las tablestacas metlicas se fabrican:Para uso de muros provisionales como ataguas, entibados, protecciones para excavaciones, etc.Para uso de muros de sostenimiento permanentes como en diques, puertos, proteccin de orillas de ros, puentes, defensas ribereas, etc.Las tablestacas metlicas, para obras permanentes, se deben proveer de un revestimiento de proteccin antes de la hinca.

Clavado de las tablestacas metlicasLa tablestaca que se va a hincar, en su parte superior de ella se coloca una proteccin llamado casco, sombrerete o simplemente protector.Esto es para repartir los golpes del martinete sobre la mayor porcin posible de los perfiles.

Los mtodos de hinca de las tablestacas metlicas son iguales a las de madera y concreto armado; siempre existe la tendencia de inclinarse hacia adelante en la direccin de la hinca; por ello debe colocarse un armazn de gua (paredes guas) las cuales deben anclarse al terreno muy bien.Debe, en lo posible, clavarse de a dos por la economa de tiempos en el izaje y clavado.

Tablestacas de viniloComo su nombre indica son fabricadas de vinilo virgen.El vinilo es un radical no saturado de frmula qumica C2H3.Las tablestacas de vinilo se usan al igual que las metlicas con grandes ventajas sobre las dems.

Muy resistentes al fro y calor.Resistentes a los cidos.Resistentes a los ataques biolgicos.Da un mejor acabado, se fabrican en diferentes colores.Izaje y colocacin son muy fciles por su poco peso (5 kg por metro lineal)Buena resistencia al clavado y al fuego.Ventajas:

Formas y medidas: Secciones tipo Z.Longitud variable, las ms comunes son de 3 a 6 metros.

Usos: las tablestacas de vinilo se usan a igual que todas las tablestacas. Como son en: Obras portuarias (Mar, lagos, ros).Obras de contencin y proteccin (Espigones, pilares, estribos de puentes, desvos para presas, etc.)Entibaciones: en zanjas, cimentaciones bajo el nivel fretico.Edificaciones: cimentaciones, protecciones, etc.Edificaciones industriales: ductos, gas, minera, etc.

Clavado de tablestacas de viniloEl sistema es igual a las de madera concreto armado y en especial a las metlicas.Tiene una ventaja grande sobre las otras por su poco peso, simplificando con el uso de equipo liviano, transporte, izaje y clavado.Dependiendo de la dureza del suelo se podra clavar con una comba.Tambin se puede usar con un vibrohincador o con chorro de agua (jetting)

OBRAS CON TABLESTACAS

Proceso constructivo con tablestacasNos concentraremos en el proceso de hinca de las tablestacas en general.Hay algunas variantes en las de madera, concreto armado, metlicas y vinilo.Acciones previas:Transporte a la obra: cantidad y de acuerdo a su forma, seccin y longitud.Almacenaje Pudiendo ser en los almacenes de la obra.

A una plataforma de trabajo donde se numeran las tablestacas y se ensamblan en pares.En los pases industrializados se solicitan ya unidas en pares, y numeradas las sueltas. Trazo del lugar exacto de la ubicacin final de las tablestacas y del armazn gua.

Colocacin del armazn gua provisional. Para ello:Se clavan estacas que pueden ser pilotes, los necesarios para asegurar el armazn gua.Se aseguran los dos cepos a las estacas pilotes a la distancia adecuada segn la forma de las tablestacas. Separados 3mm ms que la profundidad.Se pone completamente vertical, se pueden colocar niveles y cuas para lograr el objetivo.

Para empezar la hinca, las tablestacas se empotran entre los dos armazones, formando paneles aproximadamente unos 10 pares, empezando por los pares extremos de cada panel y luego se insertan las tablestacas restantes. (las juntas se deben engrasar antes de empotrar las tablestacas).

Mantener la junta macho de la seccin gua en direccin de la hinca, para obtener un ajuste perfecto y asegurar que la junta hembra se desliza por encima de la junta macho. (En vez de forzar a la junta macho, sacar la tierra de la ranura).Colocar un sombrerete de proteccin en un par de tablestacas.Colocar el equipo de hinca en posicin, castillo armazn y martinete.

El hincado entre dos puntos fijos, las tablestacas se hincan en forma escalonada.En el caso de tener obstculos, como piedras y troncos se dan al martinete cadas pequesimas y golpes ms rpidos para ir cortando el obstculo. Si es persistente dejar de hincar y proseguir con las dems hasta terminar el hincado, luego volver al obstculo y dar soluciones como hacer un desvo u otra conveniente.

BibliografaBaud, Alonso: Tecnologa de la construccinSalas, Jimnez: Mecnica de cimentacinhttp://www.inmac.com.ar/newsletter/NL2_tablestacas_gaviones_geo.pdfhttp://roble.pntic.mec.es/~mbedmar/iesao/historia/construc.htmhttp://silsoul.es/s1/tablestacas.htmhttp://www.conteciondelitorales.com/index1.phphttp://www.gtcorporation.com/spain/projects.html

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