Paraguas Pesados Micropilotes

7/23/2019 Paraguas Pesados Micropilotes

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PARAGUAS PESADOS DE MICROPILOTES

Jos Polo NarroIngeniero de Caminos, Canales y Puertos

SITE

Esta exposicin es continuacin de la realizada por SITE (T. Murillo P.) con motivo de

la 20 Sesin de las Jornadas sobre Obras de Inters Geotcnico ejecutadas por

Constructores Espaoles, en la que se mostraron las caractersticas de los paraguas demicropilotes, las fases de ejecucin, equipos y la realizacin de una obra concreta.

Partimos aqu de esa base, haciendo sntesis de la misma para, posteriormente, hacer

nfasis sobre los aspectos ms importantes para la buena ejecucin, en especial sobre las

armaduras y equipos a emplear, especialmente por el desconocimiento existente sobre

aquellas.

1. DEFINICIN, CLASIFICACIN Y FASES DE EJECUCIN.

1.1. Definicin.

Un paraguas de micropilotes es un conjunto discreto de elementos lineales

subhorizontales perforados en el terreno armados e inyectados, que forman una prebvedaresistente envolvente de la cavidad a excavar, cuya misin es sostener el terreno existente

por encima, as como minimizar las deformaciones del mismo para evitar daos en

estructuras o infraestructuras viarias existentes durante la excavacin.


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1.2. Clasificacin.

Se puede realizar la siguiente clasificacin, en funcin de tres criterios bsicos: tipo de

armadura constituyente, geometra, y posicin. Se resumen en el cuadro siguiente:

Lisa (Inyeccin nica global)Armadura Tubular Con vlvulas (Inyeccin IRS)PESADO

Perfiles / Carriles

LIGERO Bulones

ARMADURA

JET GROUTING


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1.3. Fases de ejecucin.

Se distinguen cuatro fases principales: replanteo, perforacin, introduccin de la

armadura e inyeccin. Describimos a continuacin la fase de replanteo, y despus

agrupamos perforacin-armadura-inyeccin en funcin de los tipos de terreno y sus

condicionantes.

1.3.1. Replanteo.

Es una fase fundamental para la buena ejecucin del paraguas. De no realizarsecorrectamente los micropilotes pueden cruzarse en el espacio, terminar dentro de la seccin

del tnel a excavar, o cortarse entre s debiendo abandonar el micropilote que corta a otro al

producirse tal circunstancia. El sistema de replanteo debe ser preciso, fiable y fcil de

realizar. En las siguientes figuras se observa el mtodo a seguir.

Dado que los micropilotes son generatrices de una superficie reglada, se pueden

replantear del siguiente modo:

- Se marca un punto fijo en el frente (punto de emboquille de cada micropilote). Con

este punto se consigue fijar un extremo de la perforadora.

- Se marcan dos puntos de la proyeccin sobre la plataforma de trabajo de la


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1.3.2.1. En roca competente.

Perforacin: Rotopercusin con martillo de fondo.

Inyeccin: Por el interior de la armadura. Se obtura la boca del taladro,

dejndose dos conductos, uno para la inyeccin y otro de purga y control de llenado.

1.3.2.2. En suelos.

1.3.2.2.1. Suelos con cohesin.

Perforacin: Rotacin con trialeta. Inyeccin: Por el interior de la armadura. Se obtura la boca del taladro,

dejndose dos conductos, uno para la inyeccin y otro de purga y control de llenado.

1.3.2.2.2. Suelos con baja o nula cohesin.

Se trata de terrenos arenosos, zonas de rellenos, vertederos, etc., en los que se

pueden producir despredimientos entre micropilotes adyacentes al excavar el tnel al

abrigo de los mismos. En estos casos se realizan paraguas con armadura equipada

con vlvulas para inyeccin IRS, con el fin de solaparla inyeccin de los micropilotes

formando una superficie resistente ms continua. Se distinguen bsicamente dos

formas de realizar el proceso descrito.


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B) Armaduras con vlvulas insertas.

Perforacin: Rotacin con trialeta no recuperable dispuesta sobre la propia

armadura, actuando sta como varillaje de perforacin, sin tubera de revestimiento.

Inyeccin: Mediante obturador simple o doble seleccionando cada vlvula.

1.3.2.3. En roca muy meteorizada y disgregada.

Tambin en este caso se puede utilizar armadura equipada con vlvulas insertas,

pero el mtodo de ejecucin es distinto en lo que se refiere a la perforacin.

Perforacin: Rotacin con trialeta como en 1.3.2.2.2.A) si el terreno lo permite, o

rotopercusin con martillo de fondo. En este caso no es viable desde el punto de vista


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Se tratan slo armaduras tubulares, por ser predominante su uso y

fcil su unin, dejando aparte los perfiles metlicos y carriles, que requieren unin mediante

soldadura in situ, poco recomendable en obra.

2.1. Aceros Convencionales.

Denominamos aceros convencionales a aquellos de uso habitual en estructuras

metlicas, fabricados en perfiles y tuberas segn las especificaciones UNE, EN, DIN, etc.

Se resumen los habituales en el cuadro siguiente.

C%mx

Mn%mn

Mn%mx

P%mx

S%mx

Cr%mx

N%mx

Mo%mx

S 235 ENA 37 UNE

Fe 360 UNIST 37-2 DINE 24-2 AFNORS 275 ENFe 430 UNIST 44-3 DINE 28-3 AFNORS 355 EN

A 52 UNEFe 510 UNIST 52-3 DINE 36-3 AFNOR

CARACTERSTICAS DE LOS ACEROS CONVENCIONALESComposicin Qumica

0.030 0.30 0.50 0.10355

0.5

1.65 0.035510 22 0.2 0.90

275 410 22 0.2

0.040

Tipo deacero

235 360 26

LmiteElstico(MPa)

Resistencia arotura (MPa)

Alargamiento(%)

Norma

0.17 1.2 1.2 0.040

0.30 0.101.4 0.035 0.030 0.30

2.2. Aceros Reutilizados de la Industria Petrolfera.

Denominamos as los aceros normalizados por el American Petroleum Institute, que

componen las tuberas de perforacin-extraccin en la industria petrolfera que

habitualmente son aprovechadas en micropilotes. Se resumen a continuacin los ms

habituales. Cualquiera de ellos tiene mayor capacidad mecnica que los anteriores.


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2.2.1. Clasificacin.

Segn la funcin para la que fue fabricada la tubera se pueden agrupar, aunque no de

forma exhaustiva s prctica para conocer las tuberas ms habituales, del siguiente modo.

CASING. Tubera de revestimiento.

Seamless tube (Fabricado en una pieza, sin costuras).

Especificacin API 5A, (American Petrolium Institute).

Terminales macho-macho con manguito exterior.

Tipos de acero: J55, K55, N80, P110.

TUBING. Tubera de extraccin.

Seamless tube (Fabricado en una pieza, sin costuras).Especificacin API 5A (American Petrolium Institute).

Terminales macho-macho con ligero ensanche de seccin,

con manguito exterior grueso.

Tipos de acero: J55, N80, P105, P110.

DRILL PIPE. Varillaje de perforacin.

Seamless or welded tube .

Especificacin API 5A, 5D (American Petrolium Institute).

Terminales macho-hembra tipo manguito exterior

incorporado en un extremo con ensanche progresivo

de seccin en ambos terminales (macho y hembra),

y rosca cnica.

Tipos de acero: E, X95.


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taladros perforados, como se ver en un epgrafe posterior. Con estos

equipos se consigue adems otro efecto favorable, como es minimizar el nmero de uniones

por micropilote.

2.3.2. Armaduras con unin mecanizada en taller.

Los tipos de unin que se describen a continuacin tienen un factor en: su

mecanizacin afecta a la seccin nominal de la tubera reduciendo la misma. En todos los

casos se produce prdida de resistencia a traccin debido al pequeo paso de rosca, siendo

variable el comportamiento a flexin dependiendo del tipo de unin mecanizada.Tras la descripcin de los distintos tipos se muestran de nuevo los resultados de un

ensayo sobre tuberas con distinto tipo de unin.

2.3.2.1. Unin macho-hembra.

Este tipo de unin reduce la seccin nominal de la armadura tubular. Se produce una

prdida de resistencia a flexin del 50 % respecto a la tubera sin unin. Se produce la

rotura sin grandes deformaciones.

2.3.2.2. Unin macho-macho con manguito exterior.

Aunque reduce la seccin nominal de la tubera al labras los extremos macho, la

seccin total puede incrementarse al elaborar el manguito exterior con tuberas de dimetro

y espesor superiores, siendo conveniente que dicho espesor sea superior al nominal de la

tubera por su mejor comportamiento en la parte plstica del diagrama carga-flecha. Es

adems conveniente que el manguito sea largo, entendiendo por tal aquel cuya generatriz

es mayor que el dimetro.


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confinar las secciones debilitadas por la labra de la rosca como en el caso

del manguito exterior, constituye un elemento muy rgido en el interior que favorece la

abolladura y rotura de la unin. No parece aconsejable su empleo frente al del manguito

exterior.

2.3.2.4. Ensayo sobre tuberas.

Se reproduce de nuevo aqu el resultado del ensayo mostrado en la 20 Sesin, sobre

tuberas sin unin y con uniones mecanizadas.

ESQUEMA DE ENSAYO A FLEXIN (1.999)

F F

L=1.000 mm

DIAGRAMA FUERZA-DEFORMACINTUBERA DE 89 X 6.5 mm Acero N-80 relleno de lechada de cemento

25 LISO

ROSCADO M-H


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Como se observa, el comportamiento de la unin con manguito

exterior es similar al de la tubera sin unin.

Se comprueba tambin el mal comportamiento de la unin roscada macho-hembra

mecanizada en taller.

2.3.3. Conclusiones.

A la vista de lo anterior, cabe destacar lo siguiente:

Debe aprovecharse al mximo la ventaja que supone la utilizacin de armaduras

originales sin manipulacin, en las que la unin est convenientemente reforzada,pudindose decir que llevan el manguito exterior incorporado. Con ello se minimiza adems

el nmero de uniones por micropilote al utilizarse las armaduras en su longitud original, es

decir lo ms largas posible.

En caso de imposibilidad de utilizacin de equipos de grandes dimensiones y por

tanto de empleo de las armaduras en su longitud original, debe procurarse la unin

mecanizada macho-macho con manguito exterior.

3. EXIGENCIAS EN LOS DE PARAGUAS DE MICROPILOTES. EQUIPOS.

A continuacin se describen los condicionantes ms importantes para ejecutar

paraguas de micropilotes contrastando las diferencias entre el empleo de equipos

convencionales de perforacin (ECP) y equipos especficos de perforacin subhorizontal

(EEPS).


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EEPS

3.1. Replanteo.

ECP necesita varios replanteos, tantos como rebajes de excavacin para la ejecucin

completa del paraguas.

EEPS necesita un nico replanteo para la ejecucin completa del paraguas.

3.2. Precisin.

3.2.1. Estabilidad de la perforadora.

ECP EEPS

Un solo apoyo del mstil. Susceptible de

balanceodurante la perforacin.

Mstil con dos apoyos.

Peso 12.000 kg. Segn modelos. Peso 33.000 kg.

Distancia entre gatos de apoyo:

Long. 3,20 4,30 m.

Transv. 1,60 m.

Distancia entre gatos de apoyo:

Long. 4,60 m.

Transv. 3,50 4,00 m.

3.2.2. Varillajes de perforacin.

ECP utiliza varillas de 2-3 m.

EEPS utiliza varillas de hasta 11 m., reduciendo el nmero de uniones y por tanto

disminuyendo el riesgo de cabeceo de la perforacin y el riesgo de terminar la perforacin


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suponiendo correctamente colocado el punto de emboquille, supone una

desviacin del taladro 2,57 veces mayor en los equipos ECP frente a los EEPS.

3.3. Rapidez.

3.3.1. Alcances.

ECP alcanza una altura aproximada de 2,5 m. Ejecuta el paraguas en tres ciclos de

excavacin-perforacin con las consiguientes interferencias de los equipos de una y otra

labor. No resulta til en paraguas interiores por el tiempo de paralizacin que impone a los

equipos de excavacin de tnel.

EEPS alcanza una altura superior a 6,5 m. Ejecuta el paraguas en una sola fase.

Produce mnima interferencia con los equipos de excavacin de tnel. Ante hundimientos de

tneles en ejecucin se ha simultaneado la perforacin por una boca con la excavacin por

la otra superando los rendimientos de los equipos de excavacin en paraguas de 15 m. con

solape de 3 m. (Tnel de Las Dehesillas. LAV Madrid-Barcelona), o en infraestructuras con

tneles dobles alternndose en uno y otro (Tnel de El Fabar. Autova del Cantbrico).


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3.3.2. Cambios de varil laje.

ECP, por utilizar varillas de 2-3 m, necesita de 5 a 8 varillas para perforar longitudes

unitarias de paraguas de 15 m., y los mismos cambios de varilla tanto al perforar como al

extraer.

EEPS utiliza varillas de hasta 11 m. El recorrido til de la cabeza de rotacin es de 13

m. Puede realizar paraguas de 12-13 m. sin realizar cambio alguno de varillaje. Admite

hasta 32 m. de varillas cargadas simultneamente pudiendo perforar paraguas de esa

longitud con slo dos cambios automticos de varilla por micropilote.

3.4. Continuidad de armaduras.

ECP puede introducir tramos de armadura de hasta 4 m. utilizando el mstil. Por

tanto, no puede utilizar armaduras sin manipulacin en su longitud original.

EEPS tiene un mstil de 18 m., pudiendo introducir armaduras en su longitud original,

aprovechando sus cualidades, y minimizando el nmero de uniones por micropilote, y con

ello la probabilidad de coincidencia de uniones de micropilotes distintos en una misma

seccin transversal de tnel.

3.5. Seguridad.

ECP requiere manipulacin manual de varillas de perforacin y de armaduras, as


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camin-gra para colocacin de armaduras en el mstil. En unas 5 horas

se introduce la armadura correspondiente a 4 jornadas de perforacin (400-500 m.).

4. PARAGUAS INTERIORES.

Por todo lo anterior, se comprende que el empleo de los equipos especficos de

perforacin subhorizontal es especialmente importante en el caso de ejecutar paraguas

interiores. Tradicionalmente se relizaban paraguas interiores en casos de hundimiento de

tneles al atravesar zonas complicadas. Actualmente, cada vez ms se proyecta la

ejecucin de tneles al amparo de paraguas de micropilotes, ya sea parcialmente paraatravesar zonas de geologa complicada conocidas previamente (Tnel de El Fabar.

Asturias), ya sea en toda su longitud (Tnel de Leguizamn. Vizcaya). A continuacin se

muestran figuras y fotografas ilustrativas del proceso de ejecucin.


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5. UN CASO SINGULAR: LA VARIANTE DE BREGUA DEL EJE

ATLNTICO DE VELOCIDAD

5.1. Introduccin.

En Otoo de 2.002 se comienzan las obras correspondientes a la variante de Bregua

del Eje Atlntico de Alta Velocidad.

El Contratista, UTE BREGUA (SACYR-CAVOSA-COPASA) se pone en contacto con

SITE para contrastar la posibilidad de resolver el problema de la excavacin de los primeros

50-80 m. de tnel segn se detalla continuacin.


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El proyecto contemplaba la demolicin y corte de la autova A-6 sobre la traza del tnel

por fases y su reposicin en estructura, con desvo alternativo de trfico por cada calzadamientras se realizaba cada estructura, y comenzar el tnel en el macizo rocoso una vez

restablecida la autova.


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5.3. Solucin adoptada

Se decidi situar paraguas completos abarcando cada calzada compatibilizando una

longitud de paraguas fiable en cuanto a minimizar los desvos en la seccin final, con la

interaccin posterior entre excavacin del tnel bajo cada paraguas y la afectacin al trfico

en la autova. Tras valorar los condicionantes de ejecucin entre SITE y UTE BREGUA para

el diseo, el dimensionamiento de la solucin global fue realizado por D. Elas Moreno,

asesor de UTE BREGUA en esta obra. Para ello se realiz una modelizacin longitudinal y

transversal (Flag 4.0) al tnel para evaluar la influencia en la autova y su viabilidad, trabajo

realizado por D. Jos Moreno Vasco.

5.3.1. Primer Paraguas. 39 uds de 25 m.

Se realiz un primer paraguas de 25 m de longitud, cuyo objetivo era pasar bajo el

arcn del sentido Madrid-La Corua hasta el borde con el carril derecho. El punto crtico

estaba bajo la cuneta, pues el margen existente era 1,11 m aproximadamente a los 18 m de


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5.3.2. Segundo paraguas. 37 uds de 20 m.

El segundo paraguas se emboquill tras excavarse el avance bajo 22 de los 25 m de

paraguas, manteniendo 3 m de empotramiento. La longitud definida para este 2 paraguas

fue de 20 m, hasta cruzar totalmente bajo la mediana, donde se tena el punto ms

desfavorable (1,50 m bajo la misma). Con este paraguas se consegua proteger totalmente

la calzada Madrid-La Corua sin haber afectado la de La Corua-Madrid, por la que se

desviara el trfico durante la excavacin bajo aquella por seguridad (dicha excavacin dur10 das).


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5.3.3. Tercer paraguas. 35 uds de 25 m.

El tercer paraguas se realiz tras excavarse 17 m de los 20 m del paraguas anterior.

La longitud definida fue de 25 m, comenzando bajo la mediana y terminando bajo la cuenta

del lado La Corua Madrid.


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Durante la ejecucin de este paraguas el trfico fue desviado por la calzada Madrid

La Corua. La operacin dur 6 das.

5.3.4. Cuarto paraguas. 35 uds de 25 m.

Se decidi realizar un cuarto paraguas, cuya longitud til quedaba por fuera de la

calzada La Corua Madrid, en el fin de empotrar en el macizo rocoso, y comprobar la

calidad de ste para a partir del mismo excavar ya sin paraguas. Realmente este paraguas

era el que hara las veces de paraguas exterior de emboquille pues comenzaba con 3 30-


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Este paraguas empotr claramente en granito masivo, lo cual se comprob desde elprimer momento pues el rendimiento en la ejecucin fue de la mitad que en los anteriores.

Se dio por terminada la operacin bajo la A-6 y se continu la ejecucin del tnel segn lo

inicialmente previsto.

5.4. Resumen de actuaciones.

Armadura

Paraguas

n

Tipo Dperf.

(mm )

Dext.

(mm )

e

(mm )

Longitud

unitaria

(m )

Medicin

aprox.

(m )

Tipo

terreno

Duracin


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Por ltimo comentamos que si bien la ejecucin de paraguas tuvo que alternarse con

la excavacin del tnel, lo que conllevaba paralizacin de equipos, esto se minimiz pues el

contratista pudo avanzar en ocasiones en la destroza del segundo paraguas anterior a quel

en ejecucin, como se aprecia en la fotografa anterior.

6. PARAGUAS REALIZADOS EN OBRAS DEL GIF.Se acompaa seguidamente un cuadro resumen de paraguas realizados con los

equipos especficos de perforacin subhorizontal en distintos tramos de la LAV Madrid

Barcelona Frontera Francesa, y del Tnel de Guadarrama lado Sur de las obras del Nuevo

Acceso Ferroviario al Norte y Noroeste de Espaa, LAV Madrid - Segovia

Valladolid/Medina del Campo, de reciente ejecucin.


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SUBTRAMO TNELN

PARAGUAS

TIPOLONGITUDUNITARIA

(m.)

RENDIMIENTO MEDIO(paraguas terminado)

(m/h)

MEDICIN

TOTAL (m)

TIPO DE TERRENO

II Mejorada del Campo 2 Exterior 15, 20 180 114 8.7 12,87 1.470 Alternancias de arcillas yesferas y yesos.III Altos de la Presa 2 Interior 10 180 114 7 10,79 364 Alternancias de margas arcillosas y yesos.

IV Anchuelo 1, 2 4 Exterior 25 180 139.7 10.3 13,55 3.900Arcillas verdosas competentes con limos arcillosos, yyesos.

IX-X Alhama 2 Exterior 15 150 88.9 7 11,05 1.110 Arenas consolidadas y areniscas.

XI Dehesillas 7 Interior 15 180 114 8.7 8,6 3.255

Masa preconsolidada de pizarras desprendidas con

inyeccin de lechada de cemento-cenizas trashundimiento.

XII-a 1, 2.1, 2.2 1 Exterior 20 150 88.9 7 11,35 3.800 Alternancias de areniscas y pizarras.

15 88.9 7 5 50512 9.2 378

I-b Purroy 2 Interior 15 150 88.9 7 5 1.640 Pizarras y areniscas desprendidas.

IV-b Camp Magre, Lilla 4 Exterior 12, 22 150 88.9 8.7 10,96 2.544 Calizas. Argilitas, lutitas y limolitas.V Puig Cabrer 1 Exterior 40 150 88.9 7 8.7 1.240 Argilitas. Calizas, dolomas y areniscas.

VIII-aDels Molins, La

Morella, El Bocarro(Bitubo)

8 Exterior 22 180 114 8.7 4,84 4.554 Dolomas.

VIII-c Les Quatre Boques 4 Exterior 22 180 114 8.7 5,3 3.608 Dolomas y conglomerados.

Camp Margarit 2 Exterior 30, 20 180 114 8,7 11,2 2.120 ArgilitasSant Esteve 2 Exterior 20 180 114 8,7 10,3 1.840 ArgilitasCamp Prat 2 Exterior 20 180 114 8,7 9,8 1.920 Argilitas

La Sinia 1 Exterior 20 180 114 8,7 10,9 960 Argilitas

Lotes 1 y 2.Guadarrama Sur

(Bitubo)2 Exterior 30-40 150 88.9 7 13.5 2.830 Granito meteorizado y diaclasado

Lote 5 La Fuentecilla 2 Exterior 25 150 114 8,7 6,7 1.925 Calizas,Areniscas, Arenas

II Tabladillo 2 Exterior 20 180 114 8,7 6.8 1.520 Granito meteorizado. Pizarras

Madrid - Segovia

PARAGUAS DE MICROPILOTES REALIZADOS CON EQUIPOS ESPECFICOS DE PERFORACIN SUBHORIZONTAL EN OBRAS DEL GIFDI METROS PERF. -

ARMADURA -

ESPESOR (mm.)LAV Madrid - Barcelona - Frontera Francesa

Madrid-Zaragoza

Calatayud-Ricla

PARAGUAS DE MICROPILOTES REALIZADOS CON EQUIPOS ESPECFICOS DE PERFORACIN SUBHORIZONTAL EN OBRAS DEL GIF

Martorell-Barcelona

SANTLLOREN-

SESROVIRES

Nuevo Acceso Ferrov iario al Nor te y Noroeste de Espana. Madrid - Segovia - Valladol id / Medina del Campo

Segovia - Valladolid

150 Pizarras y esquistos desprendidos.Inyecin

Lleida-Martorell

I-a Paracuellos 2 Interior

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