Santamarta & Hernández: “Ingeniería Geológica en Terrenos Volcánicos”

Métodos, Técnicas y Experiencias en las Islas Canarias

He de hacer uso del buscador para recordar cuando nombré por última vez los terrenos volcánicos. Hay dos apariciones. La primera es de hace mucho tiempo, en una entrada eliminada (el lunes que viene lo explico) en la que señalaba la escasa atención que les prestaba la normativa geotécnica estatal. La última aparición es de septiembre de 2013, en un libro de Juan Carlos Santamarta.

Bien, pues hay novedades al respecto, y casi de los mismos autores, además, porque son Juan Carlos Santamarta y Luis Enrique Hernández los que, como coordinadores, encabezan este archivo de 434 páginas que se colapsó el día que se anunció en twitter. Y no exagero, el primer autor me tuvo que enviar un enlace por correo porque me quedé sin copia.

Santamarta & Hernández: "Ingeniería Geológica en Terrenos Volcánicos"

Mucha gente ha participado en su redacción (24 autores, para ser exactos), lo que hace que sus 15 capítulos abarquen un montón de temas distintos.

Por aquello de la deformación profesional, como ingeniero prefiero los capítulos más geotécnicos, como los de clasificaciones geomecánicas (3), problemas geotécnicos en obras de captación de aguas (7), la restauración de la bóveda del auditorio de Los Jameos del agua (10), el de metodología de diseño de muros de gravedad con anclajes pasivos (12) o los dedicados a estabilización y saneamiento (14 y 15), aunque debo reconocer que el que más me ha gustado ha sido el dedicado a las infraestructuras marítimas (8).

Puedes descargar el libro pulsando en el icono inferior, esta vez sin problemas gracias a la nueva sección de Descargas de la Sociedad Española de Mecánica de Rocas.

Santamarta & Hernández: Ingeniería Geológica en Terrenos VolcánicosSantamarta & Hernández: “Ingeniería Geológica en Terrenos Volcánicos” (70 MB)

Nueva edición del “Piling Handbook”, el manual de cálculo de tablestacas de ArcelorMittal

Allá por 1990, el Ministerio de Fomento (entonces de Obras Públicas y Transportes) decidió traducir el manual de cálculo de la empresa Hoesch y publicarlo con el título de “Manual de Cálculo de Tablestacas“. Ya sea por casualidad, ya sea porque Hoesch fue absorbida por Krupp en 1991 (y ésta fusionada con Thyssen en 1999), la cuestión es que aquel didáctico manual lleva años agotado (y lo que te rondaré, morena, visto lo visto).

En ausencia de un texto, digamos, “ministerial”, hay que tener alternativas, y gracias a este tweet de Andrea Barcelo (@AndreaB_SSP) descubro que ArcelorMittal acaba de publicar su “Piling Handbook 9th Edition“, que pese al título, está mucho más enfocado a las tablestacas (o sheet piles) que a los pilotes.

Según parece, esta novena edición se ha revisado a fondo para adecuarla a la normativa europea, incluyendo también un ejemplo completo (el capítulo 12, concretamente). Echo a faltar algunas gráficas, aunque con 80 páginas (y 20 MB) más, habrá que mirarlo con calma antes de opinar.

"Piling Handbook 9th Edition" manual de cálculo de tablestacas ArcelorMittal

“Piling Handbook 9th Edition” ArcelorMittal (pdf – 37 MB)

 

Por cierto, dicen los rumores que ArcelorMittal planea fusionarse con ThyssenKrupp y Tata, así que… quién sabe, quizá volvamos a ver un manual Hoesch-Krupp-Thyssen-Arcelor-Mittal-Tata, años después.

La paradoja de Hambly: Cuando añadir más apoyos añade también más esfuerzo

Hambly (1985) propuso un problema pedagógico para ilustrar las dificultades en el proyecto de una estructura hiperestática:

Una lechera que pesa 600 N está apoyada sobre un taburete de tres patas. ¿Para qué esfuerzo básico debe calcularse cada pata del taburete?

Se considera que el taburete es simétrico, que la lechera está apoyada en su centro, y así sucesivamente.

La respuesta a la pregunta es, por supuesto, 200 N.

La misma lechera se apoya ahora en un taburete cuadrado con cuatro patas, una en cada esquina y, de nuevo, el taburete y la carga son simétricas. ¿Para que esfuerzos debe proyectarse cada una de las patas del taburete?

La respuesta de 150 N no es necesariamente correcta. Un robusto taburete de ordeñar casi rígido, situado sobre un suelo firme y también casi rígido en la nave de ordeñado, cojeará; tres de las patas estarán en contacto, soportando el peso de la lechera, pero la cuarta estará separada del suelo.

Si esta cuarta pata está separada por sólo una fracción de milímetro, no hay duda de que la fuerza que está soportando es cero. Por una simple consideración de estática, la fuerza en la pata situada en la diagonal opuesta también será cero, aunque parezca estar en contacto con el suelo.

El peso de la lechera, de hecho, estará soportado simétricamente por las otras dos patas del taburete, y cada una debe por tanto calcularse para soportar una fuerza de 300 N.

Ahora podemos imaginar que el taburete está situado arbitrariamente sobre un suelo irregular, y no hay manera de decidir a priori qué patas están en contacto —todas las patas deben, por consiguiente, ser proyectadas para soportar una fuerza de 300 N—.

Esta es la paradoja: la adición de una cuarta pata implica un incremento, en vez de un decremento, en el esfuerzo para el que deben proyectarse las patas.

[…]

Si se realizan los ensayos con flexímetros colocados en las patas, se verá que el esfuerzo en una pata puede tener cualquier valor entre 0 y 300 N, y un buen número de experimentos registrarán la carga como exactamente 0 ó 300 N.

Precisamente observaciones de este tipo fueron hechas por el Comité de Investigación de Estructuras de Acero en los años 1930, y su conclusión fue que la gran cantidad de imperfecciones geométricas en las estructuras hacían que el análisis elástico fuera la herramienta equivocada para el cálculo.

Estas observaciones, junto con los trabajos experimentales de Kazinczy. Maier-Leibnitz y otros, fueron las que condujeron a los métodos plásticos para el cálculo de estructuras de acero (o de cualquier estructura construida con cualquier material dúctil).

— “Análisis de estructuras: un estudio histórico”
Jacques Heyman. 1998

Aunque la versión española del libro traduce “stool” como silla, he preferido usar el término “taburete”, más coherente con el bovino ejemplo.

El hormigón armado, un desdichado matrimonio desigual

“El hormigón armado es un desdichado matrimonio desigual: el hormigón se fisura, el hierro se oxida y la teoría está en huelga.”

— Mirko Roš, 1921.

Mirko Roš, director del Instituto Federal de Ensayos de Materiales (EMPA) de Suiza, en 1921, describiendo perfectamente un material que, pese a sus defectos, se hace de querer.

La traducción es mía y, como siempre, mejorable. Los puristas pueden usar la cita original en alemán: “Eisenbeton ist eine unglückliche Mesalliance, das Eisen rostet, der Beton reisst und die Theorie streikt”; o su transcripción inglesa:“Reinforced concrete is an unfortunate misalliance: concrete breaks, iron rusts and theory is on strike”, que es la que yo he usado para la traducción, más que nada porque mi alemán no pasa del “Bitte, ein Bier. Danke”.

Nota: He estado a punto de traducir “misalliance” como “matrimonio morganático”, pero me ha parecido un poco extremo.

¿Puede un simple acopio de tierras desestabilizar la pila de un viaducto?

Por supuesto que si, y eso es lo que ocurrió en junio de 2014 en este tramo (google maps) en viaducto de la autopista interestatal I-495 (Delaware, EEUU).

I-495-vista-general-acopio

He aquí el culpable del problema

El viaducto, que no es precisamente pequeño (3 carriles por sentido y 90.000 vehículos diarios) fue cerrado al tráfico tras verificar una llamada al 911 que advertía que “el puente parecía estar separándose” (puedes oír la llamada aquí).

La inspección comprobó que, efectivamente, las pilas de las secciones 11 a 14 estaban inclinadas (hasta un 4%), con un asentamiento vertical máximo relativo de 46 cm entre calzadas, por lo que el tramo quedó cerrado al tráfico el 2 de junio.

El viaducto, construido en 1974, tiene una longitud total de 1.463 metros, formado por 38 vanos de 35 metros apoyados en pilas columna de 18 metros de altura. La cimentación de las pilas está resuelta por zapatas arriostradas de 1,70 m de canto sobre pilotes metálicos (perfil en H) hasta el nivel de roca, a algo más de 30 metros de profundidad.

I-495-inclinacion-pilas

Como se puede comprobar, la alerta estaba justificada.

Lo primero que llamó la atención de los inspectores fue un enorme acopio de rellenos (aprox. 45.000 toneladas) próximo a la cimentación de la zona afectada, alrededor del cual se podían apreciar asientos y grietas, un acopio que no estaba ahí en la última revisión bianual de la FHWA, de octubre de 2012, pero que si aparecía en fotografías aéreas de 2013.

I-495-fotos-aereas

Por experiencias previas, primero se sospechó de una corrosión de los pilotes metálicos pero una vez realizadas las catas se pudo comprobar que los pilotes, pese a haber pandeado, se conservaban en buen estado, no así las zapatas, con fisuras horizontales y diagonales.

El hecho de que las dos zapatas de cada sección estuvieran dañadas del mismo modo parecía confirmar la causa, un desplazamiento del terreno debido a la extrusión lateral del suelo blando bajo la carga creada por el acopio de tierras.

I-495-esquema1

Según el informe oficial, hubo una “perfect storm of factors“, una perfecta mala combinación de factores “si y sólo si” que hicieron posible el fallo:

  • El terreno: Suelos orgánicos muy blandos y muy compresibles en un espesor medio de 30 metros, algo más bajo la pila más afectada.
  • La cimentación: Pilotes metálicos (perfil en H, no se indican dimensiones) de más de 40 metros de longitud, hasta el nivel de roca, que no pudieron soportar la carga lateral y pandearon.
  • La carga: Un acopio de tierras de aproximadamente 45,000 toneladas que produjo la extrusión lateral del terreno.

La autopista se cortó al tráfico el 2 de junio. Los rellenos se retiraron entre esa misma noche y el 10 de junio. Puesto que el tiempo era el factor crítico (repetimos, 90.000 vehículos diarios) y el arreglo no podía esperar, el 4 de junio se decidió acudir de urgencia a obras cercanas y “tomar prestado” el equipo necesario, lo que permitió ahorrar entre 10 y 12 semanas.

I-495-esquema2

Como se puede ver en los esquemas (tomados de www.delawareonline.com), el arreglo consistió en una nueva cimentación en las secciones 12 y 13 y un recalce en las 11 y 14 (pulsa en los esquemas para verlos mejor).

I-495-esquema3

I-495-esquema4

Para ello se perforaron 4 pilotes de 1,20 m de diámetro hasta 50 metros de profundidad a ambos lados de la cimentación existente, uniendo las cabezas con una viga de coronación. En las secciones 12 y 13 se colocó un apeo metálico temporal y se sustituyeron las pilas originales por otras tres, mientras que en las secciones 11 y 14 se “solidarizó” la cimentación existente con las nuevas vigas.

I-495-viga

Detalle de las nuevas vigas

Tras las preceptivas pruebas de carga, la calzada sur fue abierta al tráfico el 31 de julio y la calzada norte el 23 de agosto. Los trabajos terminaron totalmente en abril de 2015. El coste de la operación ascendió a 40 millones de dólares y por lo que se ve, un montón de gente visitó la obra, incluso el presidente Obama.

I-495-Obama

La incidencia quedó añadida al protocolo de inspecciones de la FHWA y poco después se localizó un caso similar, así que al menos ha servido para algo… algo más que ser un ejemplo real de extrusión lateral, quiero decir.

Más información:

How Could a Pile of Dirt Cause a Major Interstate Bridge To Tilt?

Toda la información, fotos y vídeos en delawareonline.com