JORNADA TÉCNICA SOBRE CANALIZACIONES DE HORMIGÓN ARMADO (II)
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Evolución tecnológica Victor Flórez (Director Obras Hidráulicas FCC)
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JORNADA TÉCNICA SOBRE CANALIZACIONES DE HORMIGÓN ARMADO (II)
- 1. Evolución Tecnológica Víctor Flórez Casillas Director Departamento de Obras Hidráulicas y Marítimas FCC
- 2. Aspectos contemplados Arteones Piezas compuestas Armadura en la cuna Zanja inducida Paralelismo de juntas Sufrideras en hincas Estaciones intermedias en hincas Avances y estudios
- 3. Arteones
- 4. Arteones
- 9. Eficacia de la zanja inducida
- 10. Eficacia de la zanja inducida “Performance of Induced Trench Culverts in New Brunswick” en la Annual Conference of the Transportation Association of Canada. 2007
- 11. Paralelismo
- 12. Sufrideras
- 16. Líneas de estudio avanzado - 1
- 17. Líneas de estudio avanzado -2
- 18. Evolución Tecnológica Víctor Flórez Casillas Director Departamento de Obras Hidráulicas y Marítimas FCC
Editor's Notes
- Es una visión particular de aquellos elementos que han supuesto un avance en la tecnología aplicada a la ejecución de obras de canalización sin presión.
- Estos son los aspectos contemplados en esta presentación. Son elementos que a lo largo del tiempo han contribuido a un uso más ingenieril de estas conducciones, ya sea técnica o económicamente.
- Estas piezas originariamente iban acopladas al propio tubo con un enganche de escape especial. Estos elementos se han simplificado con la apertura de un orificio en la clave del tubo que permite posicionarlo de forma vertical, y en su posición del trazado. La colocación vertical del tubo permite optimizar la armadura del tubo. Ver siguiente dispositiva.
- Actualmente las armaduras de los tubos no pueden llevar exclusivamente armadura elíptica sino que deben acompañarse con una jaula de armadura concéntrica. En el cálculo de esfuerzos de la tubería colocada sabemos que los mayores esfuerzos (momentos positivos) los tendremos en la clave y solera del tubo, mientras que los momentos negatvos se encuentran en los hastiales, de ahí que la armadura elíptica podría ser capaz de absorber los esfuerzos. Con el empleo de estos elementos tipo Arteon, podemos diseñar el tubo con armadura mixta, circular concéntrica y elíptica.
- Este tipo de piezas compuestas tiene una gran utilidad sobre todo en el caso de grandes emisarios terrestres en los tramos en que apenas existen acometidas. Permiten una unión de estas piezas-pozo o piezas-codo con el resto de la conducción con el mismo sistema de unión tubo a tubo. Al ser elementos sin presión interior o al menos sin presión interior apreciable, la configuración de las piezas es más sencilla y efectiva que para elementos con presión en los que INEVITABLEMENTE, tendremos que disponer de refuerzos.
- En las instalaciones de tubería de hormigón armado en un terraplén tenemos una serie de esfuerzos que pueden ser más o menos repartidos según el tipo de cama. Con cama granular necesitaremos una mayor resistencia del tubo por tener menor FACTOR DE APOYO, mientras que en cama de hormigón la disposición de la reacción es mucho más concentrada (picuda). Esto último requiere que el apoyo de hormigón para trabajar admita cierta tracción. Esa tracción de forma simplificada está normalizada en un espesor de cama de valor D/4 siendo D el diámetro interior. Pero esa tracción también puede ser recogida por una armadura que absorba por tracción parte del esfuerzo. Para evitar fisuraciones lo habitual es que dicha armadura no trabaje a más de 170 Mpa.
- Hoy 31 de mayo se celebra el aniversario del nacimiento (1864) de Anson Marston autor de la célebre teoría para obtener las cargas exteriores sobre conducciones rígidas. Desde el principio de la aplicación de su teoría, Marston se fijó en que la carga de tierras sobre una tubería en zanja era muy interior a la que recibía de un terraplén por todo el tema de transferencia de cargas. De forma académica buscaba una solución que redujera de forma muy importante la carga que gravitara sobre el tubo colocado en un terraplén (también en una zanja). Este es el caso de la zanja inducida en terraplén. Es importante en este tipo de instalaciones que la altura de terraplén sea superior a la cota del plaño de igual asentamiento para evitar la formación de deformaciones sobre el tubo.
- Este es el sistema para ejecución de una zanja inducida en terraplén. Se instala la tubería en terraplén Se sube el terraplén hasta una cierta altura sobre la clave, del orden de 1 a 1,5 OD Se rellena de material muy deformable Y evitando colocarse sobre la zanja rellenada, se va colocando material hasta que llegamos a cubrir con 80 cm a 1 m por lo menos antes de seguir terraplenando de forma habitual en toda la sección de viales. Hay algunas otras consideraciones a tener en cuenta: Solo usar cuando no haya posibilidad de una clase suficiente Colocar la clase de tubería más alta que se pueda fabricar y un apoyo de hormigón a 120º Para zonas donde la altura sea superior a 8 ó 9 m (centro evitando extremos) Evitar zonas inundadas Capacidad de la obra suficiente para evitar que la HW supere la OD
- En Canadá se presentó una ponencia por parte de la Asociación de Transportes del país sobre la efectividad de este sistema. Presentaron una colección de todas las aplicaciones con los datos básicos: Diámetro del conducto Altura de relleno sobre la clave Carga transmitida en terraplen vs carga con zanja inducida Clase de la tubería instalada Clase necesaria en terraplén vs clase para zanja inducida
- Solamente se detectó un fallo en una obra en la que posiblemente no se aplicara correctamente esta técnica. Desde luego si no se aplica correctamente es la ruina de la obra: Por emplear una altura de relleno deformable demasiado pequeña Por emplear un relleno demasiado compactado Por emplear un material inadecuado Por no ejecutar la zanja inducida … básicamente por desconocimiento. En cualquier caso siempre hay PLAN B con el macizado de la tubería tal como nos indica la UNE EN 127916
- El paralelismo entre caras es fundamental en las tuberías de hinca. El procedimiento de fabricación del tubo, habitualmente se realiza con la hembra apoyada en una cimentación nivelada pero la parte macho se acaba vibrando por un procedimiento que no siempre tiene un acabado paralelo a la cara hembra. En muchos caso por falta de rigidez del elemento que lo ejecuta y que va dotado de una cierta vibración adicional. En el caso de las hincas es vital este paralelismo porque al tratarse de un problema solamente del extremo macho, no podemos compensar mediante giros y no podemos conseguir una tubería recta. Lo más que podemos es rectificar mediante una aproximación polinómica hacia la recta. Esto lleva también a ciertos problemas para el empuje y las fuerzas generadas, algo desompensadas. Una solución es el fresado de esa junta. Y un paso más es el alojamiento de las juntas ya sean simples o dobles que nos permite hacer frente a la infiltración y exfiltración sobre todo en hincas con salida al mar o a un río.
- Un aspecto muy interesante en estudio es el que corresponde a las sufrideras, su resistencia, su capacidad de reparto de esfuerzos y su rigidez
- Las estaciones intermedias nos permiten la ejecución de hincas para longitudes grandes, intercalando estos elementos en todo el tramo de la tubería hincada. La estación intermedia clásica consiste en un elemento metálico cilíndrico donde se alojan unos cilindros secundarios de empuje que permiten multiplicar las longitudes de empuje. Este tipo de EI va acompañada por unos elementos especiales: Macho-macho Macho rebajado Sufridera metálica de empuje Cilindros comunicados para transmitir el empuje de forma igual en todos
- Esta tipología de EI tiene acoplada la estación intermedia a la pieza anterior. Solamente lleva una pieza macho-rebajado. Esta tipología evita algunas incidencias típicas de la tubería hincada. Supone por tanto un avance más en la técnica de las instalaciones de hinca por empuje estático.
- Este es uno de los casos Ocurre a veces cuando el entono alrededor del tubo es un material cohesivo muy fino. O cuando los propios medios de la hinca generan este material fino sin cohesión. Con este material, poco o nada plástico, no se produce extrusión como sucede con los medios arcillosos, y el material se aloja por descuelgue bajo la junta de la EI y se llega a acuñar, generando por el propio esfuerzo de la hinca, la rotura de la tubería.
- Líneas de estudio avanzado: La ISTT de Inglaterra tiene publicados una serie de informes específicamente dedicados a la instalación de tuberías mediante hinca. Uno de estos informes denominado “Conference Papers” recoge la evolución (desde 1989) de algunas tesis sobre las fuerzas de empuje que ha de vencerse para la hinca de las tuberías. A lo largo de un proceso de varios años se analizan las siguientes circunstancias: Cargas por fricción de los distintos tipos de terreno y su cohesión aparente Distribución de cargas a través de las sufrideras (packing material) Efecto de las cargas cíclicas en las estaciones intermedias Desalineación de empujes (misalignment) Tiempo sin empujar Efecto de los lubricantes Cargas finales sobre el tubo Subsidencias o asientos previsibles 1- Modelo para el estudio de reacciones extremas durante el empuje por desalineamientos o trazados en curva. Milligan, Marshall y Norris. 2- Estudio del efecto de las paradas durante la hinca de la tubería. El efecto en suelos cohesivos es superior al estimado en suelos sin cohesión. Marshall 3- Variaciones del espesor de la sufridera según distintos procesos de carga y tipos de sufrideras y 4- Cargas transmitidas según distintos procesos de carga y sufrideras.
- Todos ellos son interesantes pero destacan los estudios siguientes sobre los lubricantes y sus efectos directos e indirectos: Sostenimiento de las paredes para que no se cierren sobre el tubo, Lubricación del contorno que reduce el esfuerzo de empuje Crea un efecto de flotación que reduce notablemente la carga normal y por tanto el rozamiento Si se contamina en exceso produce el efecto contrario pues añade cohesión al detritus de la excavación De todo ello se deduce que si se emplean lodos, la resistencia al empuje por el fuste de la hinca es únicamente el correspondiente para vencer la fricción con el lodo. Considerando un lodo de contaminación baja, con buena recirculación, resulta un valor entre 0,50 y 1,50 T/m2 de superficie exterior. Un valor clásico es de 1 T/m2 empleando lodos y al menos 2 T/m2 en caso de no emplear lubricante. A este esfuerzo hay que añadir la presión necesaria en el frente para proceder a la excavación. Como primera aproximación este valor de presión residual necesaria va de 30 T/m2 a 60 T/m2 , dependiendo de la calidad de la roca o terreno atravesado, por la sección total del frente.