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Cimentación mediante cajones de aire comprimido
Publicada By Víctor Yepes Piqueras - HISTORIA DE LA INGENIERÍA CIVIL, MAQUINARIA Y PROCEDIMIENTOS
CONSTRUCTIVOS DE CIMENTACIONES Y ESTRUCTURAS, Métodos constructivos de puentes y estructuras
singulares, Procedimientos constructivos de cimentaciones, sistemas de retención de tierras y anclajes
Disposición general de un cajón neumático (adaptado de Wilson y Sully, 1949)
Un cajón es una estructura que hundida a través del terreno o del agua permite colocar la cimentación a la
profundidad de proyecto, y que posteriormente pasa a formar parte de la estructura definitiva. Estos cajones pueden
ser de fondo abierto o de fondo cerrado (vercajones flotantes). Nos centraremos en este post en los cajones de
fondo abierto en las que existe una cámara de trabajo sometida a una presión superior a la atmosférica para impedir
que el agua entre en la excavación. Se trata de las cimentaciones mediante cajones neumáticos o de aire
comprimido.
Alguien puede preguntarse a qué viene un post sobre una técnica que tiene riesgos evidentes de ejecución y que ya
en un artículo de Presa y Eraso (1970) nos avisaba que era una técnica en trance de desaparecer. Hoy día existen
procedimientos (por ejemplo pilotes de gran diámetro) que son más sencillos de construir, suficientemente seguros,
rápidos y económicos que permiten evitar riesgos innecesarios, especialmente los procesos de compresión y
descompresión que requieren tiempos suficientes, tal y como ocurre en los trabajos realizados por los buzos o
submarinistas. Pues bien, razones históricas y docentes nos llevan a analizar brevemente este procedimiento
constructivo y a dejar unas cuantas referencias al lector curioso que quiera ampliar información al respecto.
En 1830 el británico Thomas Cochrane ideó y patentó un sistema para cimentar en seco, mientras que en Francia,
de forma paralela, el ingeniero de minas francés Jacques Triger ideó en el año 1839 un sistema para poder excavar
en el interior de la mina de Chalonnes -que dirigía- en la zona cubierta por el agua del cercano río Loira. Mediante
una cámara llena de aire a presión conseguía evitar la entrada del agua y así poder trabajar cómodamente. Habían
inventado el cajón de aire comprimido.
Puente de Saltash (Isambar Brunel, 1854-1859)
El aire comprimido fue empleado por primera vez encajones de puentes por John Wright en 1851 para los pilares
de puente Rochester, y algunos años más tarde por Isambard Brunel en el puente Saltash. El primero que lo utilizó
en cimentaciones de puentes muy grandes fue James B. Eads, en el puente St. Louis sobre el río Mississippi,
comenzado en 1864. El capitán Eads conocía muy bien el Mississippi, por eso sabía que el lecho era muy
socavable. En una ocasión había buceado con escafandra durante una de las crecidas del rió y pudo observar el
movimiento de las arenas del fondo. Por eso no dudó en bajar las cimentaciones a gran profundidad por debajo del
lecho del río. Los dos pilares situados en el río se hundieron por medio de aire comprimido hasta profundidades de
26 y 28 m bajo el nivel del agua, lo que constituyó un éxito notable ya que los efectos fisiológicos al trabajar bajo
elevadas presiones de aire eran más o menos desconocidos por aquel tiempo. Los métodos de hundimiento ideados
por Eads han variado hasta ahora únicamente en algunos detalles. Daniel E. Moran introdujo en 1936 un nuevo tipo
de cajón conocido con el nombre de “cajón de flotación”, siendo empleado para el puente sobre la bahía de San
Francisco-Oakland.
Puente de St. Louis sobre el río Mississippi (James B. Eads, 1864-1874)
Puente de Brooklyn, Nueva York (John Augustus Roebling, 1867-1883)
En Estados Unidos el ejemplo más llamativo en el uso de cajones de aire comprimido es el puente de Brooklyn. Se
trata de cajones de 52 por 31 m, en el lado de NuevaYork, que se dividieron en seis habitaciones donde trabajaban
entre 15 y 20 personas en cada una de ellas –hasta 180 personas en su interior- y lo bajaron cerca de 24 metros
bajo las aguas del Hudson. Hubieron grandes problemas y accidentes con las descompresiones, donde la mitad de
los trabajadores sufrieron graves secuelas, y donde el propioWashington Roebling, ingeniero jefe tras la muerte de
su padre John A. Roebling, diseñador del puente, sufrió también las secuelas tras una visita de obra.
Cajones de aire comprimido para la cimentación del puente de Brooklyn
El procedimiento constructivo consiste en la hinca de un cajón con su borde inferior biselado o con forma de cuchilla
que se va construyendo a medida que progresa la excavación del material que va quedando encerrado en su
interior. Cuando se alcanza el lecho de roca, la cámara de trabajo se llena de hormigón y se convierte en la base
permanente para la cimentación. Su uso se limita a terrenos muy permeables o flojos debido al posible
sifonamiento, cuando no sea posible el uso de un método alternativo. Antes de iniciar el proceso constructivo se
hunde como un cajón abierto, tan profundo como sea posible. Mediante la inyección de aire comprimido se evita el
desmoronamiento de las paredes.
El cajón de aire comprimido suele tener un cilindro de acceso para los trabajadores, y otro cilindro independiente
para los cangilones donde se coloca el material excavado. Hay unas compuertas herméticas que permiten mantener
constante la presión de la campana durante la entrada y la salida de trabajadores y materiales. La presión debe
equilibrarse en ambos lados de la compuerta para poder abrirla.
Mediante este método se pueden llegar a estratos de hasta 35 m de profundidad bajo el nivel del agua (pues los
hombres on pueden trabajar a presiones de aire superiores a los 3,5 kg/cm2), no es necesario el agotamiento, es
posible el acceso directo al fondo para vencer ciertos obstáculos durante el proceso de hinca y el fondo, una vez
alcanzado, se puede observar y limpiar directamente, por lo que se garantiza unas condiciones buenas de
cimentación. Sin embargo, entre los inconvenientes de este tipo de técnica destacan los siguientes: costes unitarios
por material excavado altos y primas por peligrosidad a los trabajadores, pues se puede producir la muerte de los
trabajadores por asfisia si hay una descompresión rápida de la cámara de trabajo. Ello obliga a duplicar las fuentes
de energía para mantener la seguridad en la presión de aire.
Cuchara bivalva hidráulica
Publicada By Víctor Yepes Piqueras - Docencia, geotecnia, maquinaria, procedimientos de construcción
La cuchara bivalva suele ser una máquina compuesta
de cables, consta de una pluma de la cual pende una cuchara prensora, formada generalmente por dos valvas o
mandíbulas articuladas en su parte superior, que se ajustan una con otra por los bordes cuando se encuentran
juntas. Esta máquina puede excavar, recoger el material y verterlo en una misma vertical, o cerca de la misma, y por
debajo o por encima del nivel de la máquina, siendo esta propiedad la que la distingue del resto de aparatos de
excavación. Sin embargo, tal y como vemos en la figura y en los vídeos que os dejo, también se pueden accionar
mediante mecanismos hidráulicos.
La cuchara prensora está formada por dos mandíbulas, cuyo borde puede ser liso o tener dientes intercambiables.
Pueden estar accionadas por cables, teniendo cucharas de simple o doble suspensión, o bien las hidráulicas, que
mediante cilindros montados en su armazón, accionan el cierre y la apertura de las mismas. Es importante advertir,
que cada material puede requerir un tipo de cuchara en particular, aunque los fabricantes proporcionan modelos
estandarizados. Las capacidades normales están entre 0,25 y 6 m3.
Aunque cuentan con menor capacidad de corte que las excavadoras hidráulicas, su uso es adecuado en espacios
reducidos tales como pozos o zanjas de cimentación, o en profundidades no alcanzables por otro tipo de
excavadoras. Es usada también en operaciones de dragado o carga en los muelles de los puertos de granel.
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Etiquetas: Caissons Algunas Imagenes
Formaleta Para Caissons
FORMALETA DE CAISSONS
La formaleta para fundir los anillos de los caisson, generalmente es metálica;
presentada en cuatro módulos, que al unirlos forman un tronco de cono, que es más o
menos un elemento cilíndrico; siendo más amplio en su base o parte inferior, y angosto
en la parte superior.
Estas formaletas pueden ser fabricadas de las medidas requeridas para los trabajos a
realizar, y si las medidas son comunes nos pueden servir para otras obras, ya que por
ser metálicas son duraderas, dependiendo de un buen mantenimiento.
Cuando son de medidas generalizadas, se pueden conseguir fácilmente en agencias de
alquiler de equipos para la construcción
Aclarando El Concepto:
Debemos tener en cuenta que esta forma de construir los anillos no es caprichosa,
obedece a un diseño funcional para hacer más fácil su construcción tanto para la
encofrada como para la fundida de estos. Al colocar la formaleta en cualquier modulo
por debajo del primero, esta deja una escala afuera de la rasante del anterior,
facilitando por dicha escala la entrada de la mezcla de concreto; esta tarea se repite
según el numero de anillos que ll evara dicho caisson.
En la figura usted puede ver la forma que van marcando las respectivas secciones
entre uno y otro anillo.
EL FUNDIDO
Para el fundido del primer anillo no hay mayores dificultades, basta tener elaborada la
mezcla de concreto cerca del sitio y proceder a depositarla en su lugar, entre el corte
del terreno y la formaleta que se haya instalada; debemos asegurarnos de un buen
compactado para que este concreto se homogenice completamente en el elemento, sin
dejar pequeños espacios y así el elemento adquiera su resistencia ideal.
Estos anillos son la protección para seguir excavando y profundizarnos en el caisson,
un anillo mal construido puede ocasionar accidentes graves en el lugar; al fallar la
estabilidad de un anillo este puede provocar derrumbes y cerrar la excavación con
riesgo de tapar obreros que puedan estar en el fondo. Además un derrumbe de
paredes en la construcción de los anillos de caissons, genera tropiezos y atrasos en el
normal desarrollo de los programas de obra.
En otro capítulo más adelante mostrare el fundido general de los anillos de los caisson
para más profundidades y varios trucos para llevar el concreto a sus sitios
Les agradezco que me dejen sus comentarios o inquietudes, sus preguntas también me
sirven mucho pues en base a esta les seguiré escribiendo.
Betico49
CAISSONS
1- Localización Geométrica
2- Trazando su Diámetro
3- Excavando su primer anillo o cuerpo
4- Formaletas y fundido de su primer anillo
5- Colocando los postes para instalar el carretel
6- Asegurando el carretel de su eje
7- Asegurando los lazos o manilas al carretel
8- Excavar el segundo anillo
9- Formaleta y fundido del segundo anillo
10- Preparando equipo para más profundidad
LOS CAISSONS
Son elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud,
pues pueden llegar a profundidades hasta de 25 metros.
Estos elementos se construyen cuando van a soportar mucho peso o cuando el terreno
donde se va a construir tiene poca capacidad portante; puede decirse que con la
construcción de los caissons se mejoran las condiciones estructurales del suelo que se
va a utilizar.
Los caissons tiene gran similitud con los pilotes, que también son elementos
estructurales de cimentación y que cumplen sus mismas funciones; la diferencia está
en que los caissons son de mayor diámetro y casi siempre van construidos en el sitio.
Los caissons pueden tener diámetros de 1 m., hasta de 1.50 m o algunas veces 2 m.
Estos elementos son muy utilizados en la construcción de edificios tanto residenciales
como comerciales o de uso público; también los podemos encontrar en los estribos de
muchos puentes, cimentando o recibiendo grandes pilastras.
La preparación del cuerpo del caisson se hace en forma modular, por un sistema de
anillos de 1 m de altura; en una sección cónica, necesaria en el proceso constructivo,
ya que permite el fundido de cada modulo de forma independiente.
1 Localización geométrica
Lo primero que se hace cuando vamos a iniciar la construcción de un caissons, es
ubicar el sitio exacto donde se debe construir dicho elemento; basándose en el diseño
de la obra y los planos de localización, se determinan los puntos exactos de los sitios
de los caissons.
Para la localización de los cimientos y de la obra en general, la mayoría de las obras
dispone de topógrafos, que son profesionales en el tema de los trazados y disponen de
los equipos necesarios para la ubicación geométrica y altimétrica de cada lugar donde
estén los elementos estructurales de cimentación.
Los topógrafos marcan el sitio exacto de cada elemento, usando estacas, tacos de
cualquier material y clavos, además puntos de referencia marcados de igual manera y
señalados con pinturas. Además nos insinúan los diámetros para iniciar las
excavaciones de cada caissons
Para relacionar1 La amplitud con la que debemos iniciar la excavación
2 La amplitud o diámetro de la formaleta que nos piden usar
3 La profundidad a la que debemos llegar y
4 La altura que debe llegar el caissons cuando ya se funda su vástago
Trazando el círculo del Caisson
Tomamos el centro en el punto eje que nos ubico el topografo, o quien haya sido el
ancargado de la localizacion de estos.
Con la medida requerida tomamos una cuerda de cualquier material, sea alambre,
naylon, fique o terlenka; rayamos el circulo por donde vamos a cortar para la
excavacion; teniendo presente el diametro del caisson que vamos a construir y el
espesor que le vamos a poner al anillo.
Asi entoces, tomamos la mitad del diametro, le agregamos el espesor del anillo y con
esa longitud en la cuerda giramos en torno al punto eje, describimos asi un circulo, y
ya esta esta es la zona por donde debemos excavar.
Ecavando para el primer AnilloLuego que hemos trazado el circulo del caisson, iniciamos el retiro del material de ese
espacio, hasta 1 m de profundidad, tarea que hacemos manualmente usando las
herramientas propias para excavar ( pala, pica, barra y palin para pulir los costados o
paredes formadas.
NOTAEs muy importante tener presente las siguientes recomendaciones1. Demos ser muy organizados, tener la herramientas y los diferentes elementos de
uso en orden en el sitio apropiado2. Todas las tareas las debemos hacer con entusiasmo dedicacion y mucho animo
3. Todo lo que ejecutemos hagamolo bien hecho, con buen pulimiento y lujo de
detalles, con bastante buen gusto
Este primer modulo es el mas sencillo, debemos procurar que al cortar y pulir las
paredes, conservemos bien la forma inicial, sin dejar que se creen paredes con
sobreescavaciones ni tampoco dejar barrigas. Siempre debemos tener buena
presentacion en estos cortes asi vayan a ser recubiertos despues, hacer las cosas bien
nos puede hacer destacar en esta labor.
Lo siguiente es sobre las tierras sobrantes, como estos materiales ya no retornan al
lugar de origen, debemos desalojarlos a otro lugar donde con antelacion se haya
programado, para no dejarlos en sitios donde nos pueden incomodar las labores,
formando saturaciones de las zonas de trabajo.
En ocaciones este material sobrante va a lugares de acopio para futuros rellenos o
simplemento es retirada del sitio en volquetas, para botarla o llevarla a otros sitios
donde la puedan necesitar.
Etiquetas
Caissons (1)
Caissons Algunas Imagenes (1)
Excavando el Primer Anillo (1)
Formaleta para Caissons (1)
martes, 26 de mayo de 2009
Caissons Algunas Imagenes
Algunas Imagenes del Trabajo en Caissons
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Etiquetas: Caissons Algunas Imagenes
Formaleta Para Caissons
FORMALETA DE CAISSONS
La formaleta para fundir los anillos de los caisson, generalmente es metálica;
presentada en cuatro módulos, que al unirlos forman un tronco de cono, que es más o
menos un elemento cilíndrico; siendo más amplio en su base o parte inferior, y angosto
en la parte superior.
Estas formaletas pueden ser fabricadas de las medidas requeridas para los trabajos a
realizar, y si las medidas son comunes nos pueden servir para otras obras, ya que por
ser metálicas son duraderas, dependiendo de un buen mantenimiento.
Cuando son de medidas generalizadas, se pueden conseguir fácilmente en agencias de
alquiler de equipos para la construcción
Aclarando El Concepto:
Debemos tener en cuenta que esta forma de construir los anillos no es caprichosa,
obedece a un diseño funcional para hacer más fácil su construcción tanto para la
encofrada como para la fundida de estos. Al colocar la formaleta en cualquier modulo
por debajo del primero, esta deja una escala afuera de la rasante del anterior,
facilitando por dicha escala la entrada de la mezcla de concreto; esta tarea se repite
según el numero de anillos que ll evara dicho caisson.
En la figura usted puede ver la forma que van marcando las respectivas secciones
entre uno y otro anillo.
EL FUNDIDO
Para el fundido del primer anillo no hay mayores dificultades, basta tener elaborada la
mezcla de concreto cerca del sitio y proceder a depositarla en su lugar, entre el corte
del terreno y la formaleta que se haya instalada; debemos asegurarnos de un buen
compactado para que este concreto se homogenice completamente en el elemento, sin
dejar pequeños espacios y así el elemento adquiera su resistencia ideal.
Estos anillos son la protección para seguir excavando y profundizarnos en el caisson,
un anillo mal construido puede ocasionar accidentes graves en el lugar; al fallar la
estabilidad de un anillo este puede provocar derrumbes y cerrar la excavación con
riesgo de tapar obreros que puedan estar en el fondo. Además un derrumbe de
paredes en la construcción de los anillos de caissons, genera tropiezos y atrasos en el
normal desarrollo de los programas de obra.
En otro capítulo más adelante mostrare el fundido general de los anillos de los caisson
para más profundidades y varios trucos para llevar el concreto a sus sitios
Les agradezco que me dejen sus comentarios o inquietudes, sus preguntas también me
sirven mucho pues en base a esta les seguiré escribiendo.
Betico49
Publicado por betico49 en 16:10 No hay comentarios:
Etiquetas: Formaleta para Caissons
domingo, 24 de mayo de 2009
Excavando el Primer Anillo
Trazando el círculo del Caisson
Tomamos el centro en el punto eje que nos ubico el topografo, o quien haya sido el
ancargado de la localizacion de estos.
Con la medida requerida tomamos una cuerda de cualquier material, sea alambre,
naylon, fique o terlenka; rayamos el circulo por donde vamos a cortar para la
excavacion; teniendo presente el diametro del caisson que vamos a construir y el
espesor que le vamos a poner al anillo.
Asi entoces, tomamos la mitad del diametro, le agregamos el espesor del anillo y con
esa longitud en la cuerda giramos en torno al punto eje, describimos asi un circulo, y
ya esta esta es la zona por donde debemos excavar.
Ecavando para el primer Anillo
Luego que hemos trazado el circulo del caisson, iniciamos el retiro del material de ese
espacio, hasta 1 m de profundidad, tarea que hacemos manualmente usando las
herramientas propias para excavar ( pala, pica, barra y palin para pulir los costados o
paredes formadas.
NOTA
Es muy importante tener presente las siguientes recomendaciones
1. Demos ser muy organizados, tener la herramientas y los diferentes elementos de
uso en orden en el sitio apropiado
2. Todas las tareas las debemos hacer con entusiasmo dedicacion y mucho animo
3. Todo lo que ejecutemos hagamolo bien hecho, con buen pulimiento y lujo de
detalles, con bastante buen gusto
Este primer modulo es el mas sencillo, debemos procurar que al cortar y pulir las
paredes, conservemos bien la forma inicial, sin dejar que se creen paredes con
sobreescavaciones ni tampoco dejar barrigas. Siempre debemos tener buena
presentacion en estos cortes asi vayan a ser recubiertos despues, hacer las cosas bien
nos puede hacer destacar en esta labor.
Lo siguiente es sobre las tierras sobrantes, como estos materiales ya no retornan al
lugar de origen, debemos desalojarlos a otro lugar donde con antelacion se haya
programado, para no dejarlos en sitios donde nos pueden incomodar las labores,
formando saturaciones de las zonas de trabajo.
En ocaciones este material sobrante va a lugares de acopio para futuros rellenos o
simplemento es retirada del sitio en volquetas, para botarla o llevarla a otros sitios
donde la puedan necesitar.
Publicado por betico49 en 16:45 No hay comentarios:
Etiquetas: Excavando el Primer Anillo
Caissons
CAISSONS
1- Localización Geométrica
2- Trazando su Diámetro
3- Excavando su primer anillo o cuerpo
4- Formaletas y fundido de su primer anillo
5- Colocando los postes para instalar el carretel
6- Asegurando el carretel de su eje
7- Asegurando los lazos o manilas al carretel
8- Excavar el segundo anillo
9- Formaleta y fundido del segundo anillo
10- Preparando equipo para más profundidad
LOS CAISSONS
Son elementos estructurales para cimentación de grandes obras, de gran longitud,
pues pueden llegar a profundidades hasta de 25 metros.
Estos elementos se construyen cuando van a soportar mucho peso o cuando el terreno
donde se va a construir tiene poca capacidad portante; puede decirse que con la
construcción de los caissons se mejoran las condiciones estructurales del suelo que se
va a utilizar.
Los caissons tiene gran similitud con los pilotes, que también son elementos
estructurales de cimentación y que cumplen sus mismas funciones; la diferencia está
en que los caissons son de mayor diámetro y casi siempre van construidos en el sitio.
Los caissons pueden tener diámetros de 1 m., hasta de 1.50 m o algunas veces 2 m.
Estos elementos son muy utilizados en la construcción de edificios tanto residenciales
como comerciales o de uso público; también los podemos encontrar en los estribos de
muchos puentes, cimentando o recibiendo grandes pilastras.
La preparación del cuerpo del caisson se hace en forma modular, por un sistema de
anillos de 1 m de altura; en una sección cónica, necesaria en el proceso constructivo,
ya que permite el fundido de cada modulo de forma independiente.
1 Localización geométrica
Lo primero que se hace cuando vamos a iniciar la construcción de un caissons, es
ubicar el sitio exacto donde se debe construir dicho elemento; basándose en el diseño
de la obra y los planos de localización, se determinan los puntos exactos de los sitios
de los caissons.
Para la localización de los cimientos y de la obra en general, la mayoría de las obras
dispone de topógrafos, que son profesionales en el tema de los trazados y disponen de
los equipos necesarios para la ubicación geométrica y altimétrica de cada lugar donde
estén los elementos estructurales de cimentación.
Los topógrafos marcan el sitio exacto de cada elemento, usando estacas, tacos de
cualquier material y clavos, además puntos de referencia marcados de igual manera y
señalados con pinturas. Además nos insinúan los diámetros para iniciar las
excavaciones de cada caissons
Para relacionar
1 La amplitud con la que debemos iniciar la excavación
2 La amplitud o diámetro de la formaleta que nos piden usar
3 La profundidad a la que debemos llegar y
4 La altura que debe llegar el caissons cuando ya se funda su vástago
TIPOS DE CAJONES - PILAS.
Los cajones se dividen en tres tipos principales: (1) cajones abiertos, (2)cajones cerrados y (3) cajones neumáticos.
Los cajones abiertos (figura 10.30) son pilas de concreto que permanecen abiertas en sus partes superior e inferior durante la construcción. El fondo del cajón tiene un borde cortante. El cajón se entierra en su lugar y el suelo del interior se retira por medio de cucharones de almeja hasta
alcanzar el estrato de apoyo. Los cajones pueden ser circulares, cuadrados, rectangulares u ovalados. Una vez alcanzado el estrato de apoyo, se vierte concreto en el cajón (bajo agua) para formar un sello en su fondo. Cuando fragua el concreto del sello, el agua dentro del cajón se bombea hacia afuera. Se vierte entonces concreto en el cajón para llenarlo.
FIGURA 10.30 Cajón abierto.
Los cajones abiertos pueden extenderse a grandes profundidades y el costo de construcción es relativamente bajo, sin embargo, una de sus principales desventajas es la falta de control de calidad sobre el concreto vertido para formar el sello. Además, el fondo del cajón no llega a ser limpiado completamente. Un método alternativo de construcción de cajones abiertos es hincar varias tablaestacas para formar una zona encerrada que se llena con arena a la que se llama generalmente isla de arena. El cajón se entierra entonces a través de la arena hasta el estrato deseado de apoyo, procedimiento algo parecido al hincado de un cajón cuando la superficie del terreno está arriba del nivel freático.
Los cajones cerrados (figura 10.3 1) son estructuras con fondo cerrado y se construyen en tierra y luego se transportan al sitio de la construcción. Se entierran gradualmente en el sitio llenando su interior con arena, balasto, agua o concreto. El costo de este tipo de construcción es bajo. La superficie de apoyo debe estar a nivel, y si no lo está, debe nivelarse por excavación.
FIGURA 10.31 Cajón cerrado.
Los cajones neumáticos (figura 10.32) se usan generalmente para profundidades de entre 50 y 130 pies (15—40 m). Este tipo se requiere cuando una excavación no logra mantenerse abierta porque el suelo fluye al área excavada más rápidamente de lo que puede ser removido. Un cajón neumático tiene una cámara de trabajo en el fondo que tiene por lo menos 10 pies ( 3m) de altura. En esta cámara, los trabajadores excavan el suelo y cuelan el concreto. La presión de aire en la cámara se mantiene suficientemente alta para impedir que el agua y el suelo penetren en ella. Los trabajadores usualmente no tienen molestias severas cuando la presión en la cámara se eleva a 15 Ib/puig2 ( 100 kN/m2) por encima de la presión atmosférica.
FIGURA 10.32 Cajón neumático.
Más arriba de esta presión se requieren periodos de descompresión cuando los trabajadores salen de la cámara. Cuando se requieren presiones en la cámara de aproximadamente 44 lb/puIg2 ( 300 kN/m2) por arriba de la presión atmosférica, los trabajadores no deben permanecer dentro de la cámara por más de 1 a 2 horas por periodo de trabajo. Los trabajadores entran y salen de la cámara por medio de una escalera dentro de un tubo de acero. Éste también se usa para retirar el suelo excavado y para la colocación del concreto. En grandes construcciones, más de un tubo es necesario; se proporciona una antecámara de compresión en cada uno de ellos. Los cajones neumáticos se entierran gradualmente conforme avanza la excavación. Cuando se alcanza el estrato de apoyo, la cámara de trabajo se llena con concreto. El cálculo de la capacidad de carga de los cajones es similar al de las pilas perforadas.
Caisson
Introducción
Los caissons son cimentaciones requeridas para soportar cargas horizontales o inclinadas
adicionales a la carga vertical, en corrientes de agua de gran velocidad y profundas, como
ocurre en las pilas para puentes sobre ríos que tienen que soportar una carga lateral por
fuerza de viento en la superestructura, de la tracción de los vehículos que usan el puente,
de las corrientes en el río y algunas veces de escombros flotantes o hielo.
Las condiciones variables suelo deben llegar a un limo arenoso de compacidad media a
compacta o hasta una profundidad donde la cimentación elegida desarrolle mayor
resistencia a la fricción.
Objetivo general
Proporcionar la información necesaria para la construcción de cimentaciones profundas
las cuales son aquellas que, como su nombre lo indica, presentan una profundidad de
cimentación elevada la cual varia a varios metros de profundida. En el presente informe
se dara a conocer los tipos de de caisson y daremos a nuestros compañeros un concepto
muy amplio del tema.
Objetivos
* Ampliar el conocimiento de los caisson a nuestros compañeros de clase.
* Dar a conocer los diferentes tipos de caisson utilizados en las cimentaciones.
* Darnos cuenta de la importancia de los caisson.
* Aclarar para que tipo de construcciones se utiliza este tipo de cimentación.
* Dar a conocer los pasos de construcción de los caisson.
Caisson
Es
un tipo de cimentación semiprofunda, utilizada cuando los suelos no son adecuados para
cimentaciones superficiales por ser blandos. Los pozos de cimentación también son
frecuentemente utilizados para cimentar pilares de puentes en el cauce de los ríos cuando
no es posible o no es conveniente crear un desvío parcial o total del río.
Las pilas y caissons son elementos estructurales que presentan una sección transversal
considerable (comparada con los pilotes) y que se encargan de transmitir la carga de una
sola columna a un estrato que sea capaz de soportarla. La relación entre la profundidad
de la cimentación y el ancho de la pila es generalmente mayor que cuatro.
En nuestro medio también recibe el nombre de PILA el apoyo intermedio de la
superestructura de un puente (`pilas de superestructura).En la mayoría de los casos estas
se encuentran por encima del terreno hasta una altura considerada de agua máximas en
el caso de puentes sobre ríos o máxima en pasos elevados. Estas pilas no son realmente
parte de la cimentación, generalmente se encuentran apoyadas en pilotes.
Este tipo de cimentación se caracteriza por ser construida sobre el nivel del suelo o del
agua, luego son hundidos como una sola unidad hasta la profundidad de diseño, llegando
a formar parte integral del trabajo permanente. Tienen un borde cortante en la parte
inferior que facilita el hincado, el material del interior se extrae por la parte superior
y luego se vacía concreto.
Debido a que son costosos, están restringidos para proyectos importantes. Los caissons
son cimentaciones no competitivas a menos que el estrato de suelo firme se encuentre a
más de 12 m bajo la superficie del agua. Se caracterizan por tener un diámetro bastante
grande como para que ingrese un hombre para inspección y pueden ser extendidos hasta
grandes profundidades.
Tipos de caisson
Caissons Abiertos:
Pueden ser de variadas formas: circulares, rectangulares, ovalados o de forma celular. Se
caracterizan por ser pozos abiertos en la parte superior e inferior durante la construcción.
Son muy apropiados para cimentaciones en ríos donde el suelo predominante consiste de
arcillas blandas, limos, arena o gravas, ya que son materiales que pueden ser excavados
mediante pozos abiertos sin ofrecer mayores resistencias a la fricción al hundirlos.
Usualmente tienen un borde cortante en la parte inferior, facilitando el moldeado en el
lugar donde será colocado. Estos cajones se construyen en su posición final. Sin embargo
no se puede controlar la calidad del concreto del sello en el fondo y no es adecuado en
lugares donde pueden producirse desplomes y causar daños a las estructuras
adyacentes. La operación de hincado debe ser sobre una base de suelo plano, con el
objetivo de mantener el alineamiento vertical.
Caissons Cerrados
Son elementos estructurales que tiene el fondo cerrado, son fabricados
en un lugar central y remolcados al lugar.
Para la construcción de los cajones de grandes dimensiones (mayores de 30 m de
longitud) se construyen celdas para reducir esfuerzos por presión del agua. Estas celdas
ayudan en las operaciones de hundimiento y mantenimiento de la alineación vertical.
Se recomienda emplear este tipo de cimentación debajo de construcciones con suelo de
baja capacidad portante y donde el uso de pilotes hincados puede ser no adecuado por
vibraciones durante el hundimiento o donde la profundidad para encontrar estrato firme es
excesiva.
Caissons Neumáticos
Los caissons neumáticos proporcionan un recinto herméticamente cerrado y dependen de
la presión de aire para mantener una cavidad en el área de excavación. Se utilizan en
lugares donde es imposible mantener una excavación por causa del rápido aflojamiento
del suelo dentro de la excavación o cuando es necesario mantener el suelo adyacente.
El caisson neumático es el último recurso de solución por las siguientes razones:
* Los costos unitarios del material excavado son altos
* Prima de convenio de pago necesario por riesgo a la salud
* Tiene una cámara de trabajo de 3 m de altura en el fondo
* Evidencias de enfermedades en la piel por la descomprensión muy rápida dentro de la
cámara de trabajo, pudiendo llegar a producir la muerte de trabajadores por asfixia
durante la construcción
Los caissons neumáticos requieren obturador
de aire, una cámara de trabajo, una cámara de descompresión y un medio para que los
trabajadores puedan llegar hasta la cámara de trabajo. El medio para remover el material
excavado debe ser también previsto por ductos. Dos fuentes de energía deben estar
disponibles de modo que la presión de aire pueda mantenerse continuamente. Es fácil el
control de la verticalidad respecto a los otros tipos de caissons. Antes de iniciar el proceso
constructivo se hunde como un cajón abierto, tan profundo como sea posible. La Fig. 3
muestra las principales características del caisson neumático.
Proceso de Construcción del caisson
Se utiliza cuando los suelos superficiales no son adecuados para cimentaciones
superficiales por ser blandos. Los pozos de cimentación también son frecuentemente
utilizados para cimentar pilares de puentes en el cauce de los ríos cuando no es posible o
no es conveniente crear un desvío parcial o totaldelrio
La particularidad del pozo de cimentación es la de que se va construyendo a medida que
se va hundiendo en el terreno. La sección transversal del caisson generalmente es
redonda, pero existen también secciones cuadradas, rectangulares o elípticas.
El proceso constructivo, cuando este se efectúa en tierra, comienza con la construcción
del cabezal, generalmente de hormigón armado, provisto en su generatriz externa de una
cuchilla vertical, una lámina de acero sólidamente anclada al cabezal. A seguir, ya
colocado el cabezal en la posición en la que ha de hundirse en la tierra, se construyen los
primeros metros del cuerpo del pozo de cimentación. El cuerpo del pozo de cimentación
es de unos 5 a 10 cm menor que el perímetro
Consideraciones generales
* Replantear la localización de la captación de acuerdo con el plano de diseño.
* Efectuar la nivelación, limpieza o desbroce del terreno.
* Establecer cotas de referencia.
Construcción manual
* Construcción de la corona en la superficie
* Preparar la armadura de la uña de la corona, y verificar las dimensiones interiores y
exteriores.
* Colocar el encofrado de la corona sobre la superficie nivelada alrededor de la
Armadura, y asegurarse que el refuerzo tenga el recubrimiento mínimo.
* Dejar el acero de refuerzo en la parte superior de la corona, para el empalme con el
primer anillo.
* Preparar el concreto con una resistencia mínima de f’c = 210 kg/cm2, y establecer una
maniobrabilidad adecuada según el tipo de compactado.
* El encofrado debe mantenerse por un tiempo mínimo de tres días después del vaciado
y efectuar el curado del concreto por siete días.
* Hundimiento de la corona
* Después del fraguado del concreto de la corona, excavar en pequeñas capas,primero
en el centro y después bajo la corona.
* Cavar uniformemente alrededor de la corona para evitar que se hunda y pierda la
verticalidad.
* Profundizar
la corona a niveles hasta una profundidad que permita el armado y encofrado del primer
anillo sobre la corona con comodidad.
* Vaciar el anillo para proceder a la excavación y hundimiento del tramo.
* Construcción de anillos
* El primer anillo debe construirse monolíticamente sobre la corona del caisson, el que
debe estar previamente acondicionado.
* Si el primer anillo debe tener ventanas, es necesario colocar niples de tuberías entrelas
caras del encofrado, las que quedarán ahogadas en el concreto. El diámetro
yndisposición de estas tuberías serán en función de la cantidad de agua que se quiera
colectar.
* Para asegurar que la junta entre los anillos y la corona sea la mejor posible, las barras
de refuerzo longitudinales deben extenderse sobre el nivel de vaciado a una longitud
equivalente a 30 diámetros del refuerzo o 30 cm.
* Colocar el refuerzo longitudinal y anular del anillo, y efectuar los empalmes necesarios
con el tramo anterior. Encofrar el tramo y verificar la verticalidad y alineamiento con el
tramo anterior.
* Se debe utilizar la misma calidad del concreto de la corona, en todo caso debe ser de
un f’c mínimo de 175 kg/cm2.
* Colocar la mezcla de concreto con una consistencia acorde con el tipo de vibración que
se aplique, sea manual o mecánica.
* Se podrá desencofrar a las 24 horas de vaciado, y se procederá al curado durante siete
días.
* A los siete días de vaciado,
se debe proceder al hincado del tramo respectivo.
* Hincado del caisson
* Excavar en pequeñas capas, primero removiendo en el centro para asegurar que lo
excavado se deposite en el centro.
* Excavar de manera que el caisson se hunda gradualmente en el terreno, por efecto de
su propio peso.
* Procurar que el caisson mantenga siempre su alineación vertical respecto a su eje.
* Cuando la excavación deba efectuarse en presencia de agua, es necesario contar con
un equipo para evacuar el agua hacia un punto seguro.
* Continuar con la excavación, hincado y construcción de los anillos del caisson, y
proceder de la misma manera hasta alcanzar la profundidad necesaria.
Protección del caisson
* Proteger el pozo en la superficie mediante un área no menor a un diámetro de 2 m
alrededor del caisson.
* El área se protegerá con una loza de concreto que se armará según el tipo de terreno.
* Efectuar el curado del concreto por un mínimo de 7 días.
Cubierta del caisson
* Podrá tener forma circular y como mínimo el mismo diámetro exterior del caisson.
* El concreto deberá tener una resistencia mínima de f’c = 175 Kg./cm2.
* La cubierta deberá contar con un buzón de inspección de aproximadamente 600 mm
de diámetro.
* Para el ensamble y colocación de equipo y accesorios, deberá disponerse de los dados
con pernos de sujeción y perforaciones que permitan un ensamble adecuado.
* El desencofrado deberá realizarse por lo menos 15 días después de vaciada la losa.
* Efectuar el curado durante 7 días.
Mano de obra
* El personal debe estar capacitado y tener experiencia en el tipo de obra.
* El personal debe contar con equipo de protección y seguridad para todo el proceso
constructivo.
Materiales, equipos y herramientas
* Para los encofrados utilizar materiales locales.
* Debe ubicarse canteras cercanas a la obra.
* El cemento y refuerzo deben almacenarse adecuadamente y en un lugar libre de
humedad.
* El cemento debe ser del tipo Portland, estar seco y libre de terrones duros.
* La arena debe estar limpia y árida, clasificada y muy bien graduada.
* La grava debe ser limpia y clasificada de origen aluvial.
* El agua para la fabricación del concreto debe estar limpia y clara.
* Los trabajadores deben contar con las herramientas y equipos adecuados para la
fabricación y montaje de la estructura.
* Para los anillos del caisson, se necesitarán los moldes y las plantillas deslizantes para
un trabajo rápido.
* -Se deberá contar con equipo y herramientas necesarias para extraer el material
excavado.
Construcción de un caisson mientras que este se está hundiendo
Hundimiento de un pozo de cimentación escavando a mano en el interior
Cimentación mediante cajones de aire comprimido
Publicada By Víctor Yepes Piqueras - Docencia, estructuras, geotecnia, ingeniería marítima, procedimientos de
construcción, Puentes
Disposición general de un cajón neumático (adaptado de Wilson y Sully, 1949)
Un cajón es una estructura que hundida a través del terreno o del agua permite colocar la cimentación a la
profundidad de proyecto, y que posteriormente pasa a formar parte de la estructura definitiva. Estos cajones pueden
ser de fondo abierto o de fondo cerrado (ver cajones flotantes ). Nos centraremos en este post en los cajones de
fondo abierto en las que existe una cámara de trabajo sometida a una presión superior a la atmosférica para impedir
que el agua entre en la excavación. Se trata de las cimentaciones mediante cajones neumáticos o de aire
comprimido.
Alguien puede preguntarse a qué viene un post sobre una técnica que tiene riesgos evidentes de ejecución y que ya
en un artículo de Presa y Eraso (1970) nos avisaba que era una técnica en trance de desaparecer. Hoy día existen
procedimientos (por ejemplo pilotes de gran diámetro) que son más sencillos de construir, suficientemente seguros,
rápidos y económicos que permiten evitar riesgos innecesarios, especialmente los procesos de compresión y
descompresión que requieren tiempos suficientes, tal y como ocurre en los trabajos realizados por los buzos o
submarinistas. Pues bien, razones históricas y docentes nos llevan a analizar brevemente este procedimiento
constructivo y a dejar unas cuantas referencias al lector curioso que quiera ampliar información al respecto.
En 1830 el británico Thomas Cochrane ideó y patentó un sistema para cimentar en seco, mientras que en Francia,
de forma paralela, el ingeniero de minas francés Jacques Triger ideó en el año 1839 un sistema para poder excavar
en el interior de la mina de Chalonnes -que dirigía- en la zona cubierta por el agua del cercano río Loira. Mediante
una cámara llena de aire a presión conseguía evitar la entrada del agua y así poder trabajar cómodamente. Habían
inventado el cajón de aire comprimido.
Puente de Saltash (Isambar Brunel, 1854-1859)
El aire comprimido fue empleado por primera vez encajones de puentes por John Wright en 1851 para los pilares
de puente Rochester, y algunos años más tarde porIsambard Brunel en el puente Saltash. El primero que lo utilizó
en cimentaciones de puentes muy grandes fue James B. Eads, en el puente St. Louis sobre el río Mississippi,
comenzado en 1864. El capitán Eads conocía muy bien el Mississippi, por eso sabía que el lecho era muy
socavable. En una ocasión había buceado con escafandra durante una de las crecidas del rió y pudo observar el
movimiento de las arenas del fondo. Por eso no dudó en bajar las cimentaciones a gran profundidad por debajo del
lecho del río. Los dos pilares situados en el río se hundieron por medio de aire comprimido hasta profundidades de
26 y 28 m bajo el nivel del agua, lo que constituyó un éxito notable ya que los efectos fisiológicos al trabajar bajo
elevadas presiones de aire eran más o menos desconocidos por aquel tiempo. Los métodos de hundimiento ideados
por Eads han variado hasta ahora únicamente en algunos detalles. Daniel E. Moran introdujo en 1936 un nuevo tipo
de cajón conocido con el nombre de “cajón de flotación”, siendo empleado para el puente sobre la bahía de San
Francisco-Oakland.
Puente de St. Louis sobre el río Mississippi (James B. Eads, 1864-1874)
Puente de Brooklyn, Nueva York (John Augustus Roebling, 1867-1883)
Puente de Brooklyn, Nueva York (John Augustus Roebling, 1867-1883)
En Estados Unidos el ejemplo más llamativo en el uso de cajones de aire comprimido es el puente de Brooklyn. Se
trata de cajones de 52 por 31 m, en el lado de NuevaYork, que se dividieron en seis habitaciones donde trabajaban
entre 15 y 20 personas en cada una de ellas –hasta 180 personas en su interior- y lo bajaron cerca de 24 metros
bajo las aguas del Hudson. Hubieron grandes problemas y accidentes con las descompresiones, donde la mitad de
los trabajadores sufrieron graves secuelas, y donde el propio Washington Roebling, ingeniero jefe tras la muerte de
su padre John A. Roebling, diseñador del puente, sufrió también las secuelas tras una visita de obra.
Cajones de aire comprimido para la cimentación del puente de Brooklyn
El procedimiento constructivo consiste en la hinca de un cajón con su borde inferior biselado o con forma de cuchilla
que se va construyendo a medida que progresa la excavación del material que va quedando encerrado en su
interior. Cuando se alcanza el lecho de roca, la cámara de trabajo se llena de hormigón y se convierte en la base
permanente para la cimentación. Su uso se limita a terrenos muy permeables o flojos debido al posible
sifonamiento, cuando no sea posible el uso de un método alternativo. Antes de iniciar el proceso constructivo se
hunde como un cajón abierto, tan profundo como sea posible. Mediante la inyección de aire comprimido se evita el
desmoronamiento de las paredes.
El cajón de aire comprimido suele tener un cilindro de acceso para los trabajadores, y otro cilindro independiente
para los cangilones donde se coloca el material excavado. Hay unas compuertas herméticas que permiten mantener
constante la presión de la campana durante la entrada y la salida de trabajadores y materiales. La presión debe
equilibrarse en ambos lados de la compuerta para poder abrirla.
Mediante este método se pueden llegar a estratos de hasta 35 m de profundidad bajo el nivel del agua (pues los
hombres on pueden trabajar a presiones de aire superiores a los 3,5 kg/cm2), no es necesario el agotamiento, es
posible el acceso directo al fondo para vencer ciertos obstáculos durante el proceso de hinca y el fondo, una vez
alcanzado, se puede observar y limpiar directamente, por lo que se garantiza unas condiciones buenas de
cimentación. Sin embargo, entre los inconvenientes de este tipo de técnica destacan los siguientes: costes unitarios
por material excavado altos y primas por peligrosidad a los trabajadores, pues se puede producir la muerte de los
trabajadores por asfisia si hay una descompresión rápida de la cámara de trabajo. Ello obliga a duplicar las fuentes
de energía para mantener la seguridad en la presión de aire.
Referencias:
Marsal, R.; Lloréns, M. (1980). Cimentaciones semiprofundas, en Jiménez-Salas, J.A. (Ed.) Geotecnia y Cimientos
III: 212-251. Editorial Rueda, Madrid.
Presa, J.; Eraso, A. (1970). Las cimentaciones realizadas con cajones de aire comprimido. Una técnica en
trance de desaparecer. Revista de Obras Públicas, 117(3064):855-862.
Tomlinson, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. Urmo, S.A. de Ediciones, Bilbao.
Willson, W.S.; Sully, F.W. (1949). Compressed-air caisson foundations. Inst. C.E. Works Comstruction Paper
núm. 13.
