Pilotes hincados, la Punta de Oslo

Teniendo en cuenta la «delicada y cuidadosa» técnica con la que se ejecutan los pilotes hincados… básicamente a golpes, asegurar un correcto empotramiento de la punta en los pilotes hincados en roca tiene sus riesgos, más que nada porque podemos romper la punta en el intento.

Para solucionarlo se puede rigidizar el tubo, soldando un par de planchas en cruz en su interior, por ejemplo.

Y también se puede usar una «Punta de Oslo», un refuerzo muy rígido en la punta actuando a modo de punzón o trépano, permitiendo un mejor empotramiento en el terreno.

Las fotografías en blanco y negro son de la quinta edición del imprescindible «Pile Design and Construction Practice«, de Michael Tomlinson y John Woodward. El detalle de la Punta de Oslo es de Flickr, del usuario njaal1301.

Hormigón proyectado, gunita o shotcrete para soporte de rocas

No falla, cuanto más tranquilo estás, suena el teléfono…

– Oye, ¿tienes algo en castellano sobre hormigón proyectado? Algo facilito, tengo un talud con unos bloques sueltos y quiero saber qué espesor mínimo necesito para que se queden en su sitio y no me den problemas, nada complicado, sólo quiero hacerme una idea de lo que tengo que pedir, dosificación, espesores, vamos, lo normal.

– Tienes suerte, MBT-DEGUSSA tiene un librito en español sobre hormigón proyectado para soporte de roca, justamente. Tengo en papel la edición del año 2000 y en pdf la del 2002. Si quieres te lo mando pero sería mejor que lo buscaras en google, debe haber ya alguna edición más nueva, han pasado casi diez años.

– OK, voy a buscarlo. Oye, por cierto, ¿qué es más correcto, hormigón proyectado, gunita o shotcrete?

– Pues antes se oía mucho lo de gunita, pero ahora creo que es más frecuente llamarlo hormigón proyectado, hasta sale así en la wikipedia.

– Ya, la wikipedia es lo primero que he mirado, pero no tiene mucha información, la verdad. Vale, ahora lo busco, muchas gracias.

– De nada, aaaadios.

[… diez minutos después…]

– Oye, no lo encuentro por ningún lado, eso no existe, me estás tomando el pelo.

– Esta vez no… el libro existe, el autor es un tal Melbye, lo consulté hace poco para calcular un recalce.

– Lo que tú digas, pero yo no lo encuentro.

– Vale, luego lo miro y te digo algo.

Un rato después, compruebo dos cosas, primero, que al igual que DEGUSSA absorbió a MBT y BETTOR, ahora todos han sido absorbidos por BASF; y segundo, que los de BASF se han olvidado de «colgar» el libro en su web, porque no aparece por ningún lado.

Así que… si alguien conoce una versión más moderna que lo diga, mientras tanto dejo aquí la versión que yo tengo, la de 2002, todavía con el logo de DEGUSSA.

Hormigón proyectado, gunita o shotcrete para soporte de rocas

Shotcrete para soporte de rocas. Melbye [pdf, 11 Mb]

El Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles o NATM (1948-1964)

Considerado por algunos como una clasificación geomecánica más, toca hablar ya del Nuevo Método Austríaco de Construcción de Túneles, también conocido por las siglas NATM (New Austrian Tunelling Method).

En primer lugar se debe puntualizar que no se trata de un «método«, propiamente dicho, sino más bien de una «filosofía de actuación«, llegando a decir el propio Bieniawski en 1989 que «the word -method- in the english translation is unfortunate, as it has led to some misunderstanding”.

En segundo lugar hay que decir que lo de «Nuevo» es porque ya existía un Método Austríaco de construcción de túneles, como existen también el Método Alemán, el Belga o el Inglés, aunque el tema del nombre daría para mucho, ya que este método recibe diferentes nombres dependiendo de cuándo, dónde y quién lo use.

A lo que vamos, desarrollado y patentado (Patentschrift Nr. 165573, Österreichisches Patentamt) por Rabcewickz, Müller y Pacher entre 1948 y 1964, el método está basado en la clasificación geomecánica de Lauffer y en los trabajos teóricos de Fenner y Kastner (también austríacos), y consiste, en esencia, en comparar las curvas características del terreno con los resultados de la instrumentación in situ y estudiar cuál es el sostenimiento que puede funcionar mejor en cada caso.

A partir de este estudio se desarrollaron veinte principios fundamentales, siendo cinco los más importantes:

Utilizar la propia roca como elemento resistente frente a los incrementos locales de tensión que se producen durante la excavación.
Utilizar métodos de excavación que minimicen el daño producido al macizo, con gunitados de protección nada más excavar.
Instrumentar las deformaciones en función del tiempo, con ayuda de clasificaciones geomecánicas y ensayos de laboratorio.
Colocar sostenimientos iniciales flexibles, protegiendo el macizo de meteorizaciones, decompresiones, decohesiones, etc, con la velocidad adecuada, para evitar el comienzo de daños.
Colocar el revestimiento definitivo, si es necesario, también flexible, minimizando así los momentos flectores, añadiendo resistencia adicional con cerchas o bulones, pero no con secciones rígidas.

¿Qué quiere decir todo esto, exactamente?

Pues que, sabiendo cómo se deforma teóricamente el macizo, durante la excavación se debe utilizar la instrumentación para comprobar si vamos bien o no y, de acuerdo con eso, ir dimensionando un sistema flexible de sostenimiento. Es decir, consiste en hacer las cosas con cuidado y bien de acuerdo a lo que vamos viendo, nada más que eso.

Lo bueno del método:

Es económico, un revestimiento flexible casi siempre es más barato que uno rígido.
Altera poco el terreno, lo cual viene bien a largo plazo.

Lo malo del método:

Exige un cuidado continuo, saber hacerlo bien, estar pendiente en todo momento a la instrumentación… y usarlo dónde toca, y eso suele excluir a los suelos blandos.

Como pasa siempre, el método tiene defensores y detractores y, por extraño que pueda parecer, todos tienen razón, el problema no es el método, sino usarlo mal, aunque según algunos esto no sea más que una mala excusa.

Puede que no existan las verdades absolutas, pero en cuestiones relacionadas con el terreno y la geotecnia, «lo barato sale caro» se aproxima mucho. Aceptar la oferta más barata sabiendo que no es la opción correcta no es ético, y menos todavía en suelos blandos en entornos urbanos, en los que tanto el riesgo como los posibles daños son muy elevados.

Algunos enlaces relacionados:

Saneo de taludes en roca, el método noruego

La estabilidad de los taludes en roca depende de muchos parámetros y, aún así, por muy estable que sea el talud, siempre existe el riesgo de que algún bloque decida comportarse de forma «independiente» del conjunto.

Cuando se detecta uno de estos bloques «potencialmente inestables», se deben estudiar muy bien todas las opciones, vigilarlo para controlar si se mueve o no, sujetarlo con cables, anclarlo con bulones o vigas, o llegado el caso, sanearlo, es decir, provocar su caída y eliminar riesgos.

Como bien saben los encargados de mantenimiento de carreteras en zonas de montaña, con frecuencia el problema no es el bloque, sino el propio acceso al talud, como parece que ocurre en este caso, en Noruega, en el que se tiene que sanear un «pequeño» bloque inestable y no tienen más remedio que usar una bola de demolición desde un helicóptero… vamos, lo normal.

Visto en fogonazos

La Clasificación Geomecánica de Protodyakonov

Muy utilizada en los antiguos «países del este», la clasificación geomecánica de Protodyakonov, de principios del siglo XX (años 30), permite calcular la carga que ejerce el terreno sobre el sostenimiento del túnel en función de dos factores, únicamente:

La anchura del túnel (B)
El coeficiente de resistencia (f)

Este coeficiente depende de la resistencia a compresión simple (RCS), el ángulo de rozamiento interno (φ) y la cohesión (c) del terreno, de forma que para rocas, «f» vale una décima parte de la resistencia a compresión simple (en MPa), mientras que para suelos se toma f = tg φ + c/RCS

El planteamiento teórico del método es muy similar al utilizado posteriormente en la clasificación geomecánica de Terzaghi, aunque Protodyakonov simplifica mucho las expresiones al considerar que las cargas de compresión creadas por el terreno se distribuyen de forma parabólica (como antifunicular de las cargas, evidentemente).

Prodyakonov, geotecnia, mecánica de suelos, soil mechanics

A grandes rasgos, lo que hace es:

Considerar un arco parabólico triarticulado trabajando a compresión.
Plantear el equilibrio de fuerzas, compensando las cargas verticales y horizontales mediante el factor «f» (a modo de coeficiente de rozamiento).
Buscar la mayor altura estable «h» que puede desarrollar el terreno, obteniendo así la igualdad h = B/2f

Una vez conocida esa altura «auto-estable» (por llamarla de algún modo), tenemos delimitadas dos zonas con distinto comportamiento. Por encima de la parábola el terreno quedará sustentado por un «efecto arco» (también llamado «arqueo» o «efecto silo»), mientras que el terreno situado por debajo de la parábola cargará directamente sobre el sostenimiento.

Como se conoce la ecuación de esa parábola, se puede medir esta cantidad de terreno, obteniendo una carga total sobre el revestimiento de:

Q = (1/3) · γ · B²/f

O, en términos de tensión sobre la sección:

σ = (1/3) · γ · B/f

(siendo γ la densidad del material)

Es decir, valores muy similares a los que se obtienen aplicando el método de Terzaghi.

De forma aproximada, Protodyakonov dio los siguientes valores para el coeficiente de resistencia «f»:

La experiencia en los países soviéticos muestra que este método funciona más o menos bien para profundidades comprendidas entre B/(2·tg φ) y B/tg φ

Si alguien quiere ampliar la información le recomiendo consultar el enciclopédico «The Art of Tunnelling» de Karoly Szechy o, ya en español, el tomo II del «Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres» de Alfonso Rico y Hermilo del Castillo (del que he tomado el esquema), en el que este método aparece muy bien explicado y comentado (parte del capítulo está disponible en Google Books).