Construccion de Tubulones con Aire Comprimido Dennys Arcienega

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DIRIGIDO P.E.T.E.N.G.

CONSTRUCCIÓN DE TUBULONES CON AIRE COMPRIMIDO

TUTOR: ING. ADOLFO CASTRO, POSTULANTE: EGR. DENNYS ARCIÉNEGA

Pagina: 1

CONSTRUCCIÓN DE TUBULONES CON AIRE

COMPRIMIDO

1 Introducción

Uno de los objetivos principales del pilotaje es el de transmitir las solicitaciones de la

superestructura hasta una profundidad donde el suelo presenten las condiciones adecuadas de

resistencia y estabilidad, lo cual implica métodos de construcción y excavación que deben

contrarrestar los efectos de derrumbes del suelo, en este sentido surge un método de construcción

de pilotes huecos a cielo abierto o “tubulones”, construidos por módulos y que se van deslizando

gradualmente dentro de la excavación, la que se realiza desde la parte interior del tubulón en

forma manual en contacto directo con el terreno y es aplicable a suelos limo-arenosos y

granulares. En la Figura 1-1 se muestra en forma esquemática el proceso mencionado.

Figura 1-1: Esquema del proceso de construcción de un tubulón a cielo abierto

Vaciado del

primer módulo

de tubulón

Excavación

manual en el

interior del

tubulón

El módulo

desciende por

peso propio

Se vacía un nuevo módulo

y el proceso se repite

Sin embargo, el problema aparece con la presencia de un nivel freático, que establece un límite

mas allá del cual ya no es posible continuar con este método porque la excavación se ve

inundada, como se muestra en la Figura 1-2.







Pagina: 2

Figura 1-2: Efecto del nivel freático en la excavación

La excavación sobrepasa

el nivel freático

La excavación se inunda,

ya no es posible continuar

N.F. N.F.

Con la introducción de aire comprimido dentro del tubulón mediante una cámara de presión, se

logra que el agua sea desalojada, con lo cual el proceso de excavación puede continuar, como se

muestra en la Figura 1-3.

Figura 1-3: Introducción de presión dentro del tubulón

Se introduce aire

comprimido al tubulón

mediante una cámara

neumática

N.F.

Cámara

neumática

Pre

sió

n

de A

ire

La presión interna es

mayor que la presión de

agua.

N.F.

Cámara

neumática

El agua

se

desalo

ja

La excavación continúa y

el trabajo se efectúa bajo

una presión mayor a la

atmosférica

N.F.

Cámara

neumática

P







Pagina: 3

Sin embargo aparecen nuevos factores en consideración sobre todo relacionados con la seguridad

y salud del obrero que realiza la excavación, puesto que el organismo humano sometido a

procesos de compresión y descompresión artificiales, puede tener resultados mortales si es que

no se toman en cuenta en forma estricta los criterios médicos relacionados con la salud, así como

las medidas de seguridad pertinentes.

Este tipo de fundaciones es utilizado cuando el nivel freático demasiado alto como para hacer el

agotamiento succionando el agua y también cuando existe peligro de desmoronamiento de las

paredes de la excavación, lo cual sucede en suelos granulares. Como se señaló anteriormente, la

inyección de aire comprimido en los tubulones impide la entrada de agua, pues la presión interna

es mayor que la presión de agua, pudiendo ser la presión empleada no mayor a 3 atmósferas, es

decir limitando la profundidad a 30 metros abajo del nivel del agua.

El equipo básico utilizado está compuesto de una cámara de equilibrio y un compresor . Durante

el proceso de compresión, la sangre humana absorbe más gases que en condiciones normales. Si

la descompresión se realizara rápidamente, el gas absorbido en exceso en la sangre puede formar

esferas que a su vez pueden provocar dolores y hasta muerte por embolia. Para evitar ese

problema, antes de pasar a la presión normal los trabajadores deben pasar por un proceso de

descompresión lenta, nunca inferior a 15 minutos en una cámara hiperbárica o campana

neumática.

1.1 Experiencias constructivas en el exterior.

Dentro de Latinoamérica, el país donde más se ha difundido este sistema de construcción es en

Brasil, donde es conocido como “Tubulão a ar comprimido”, por lo que la mayoría de normas,

métodos y referencias relacionadas provienen de este país, publicándose bastante información

acerca del tema.

A continuación se citan algunas de las obras ejecutadas con este método en Brasil, junto con la

fotografía respectiva.







Pagina: 4

Fotografía 1-1: Viaducto “VIA ANCHIETA” km 26”, en São Paulo, Brasil

Fotografía 1-2: Puente sobre el río “S. FRANCISCO”, en Bom Jesus da Lapa, Brasil

Fotografía 1-3: Viaducto “RODOANEL LOTE 2”, en Barragem São Miguel, Brasil

En países desarrollados como Estados Unidos, este sistema ya no se emplea por las

implicaciones de riesgo de salud que conlleva para los obreros por la serie de compresiones y







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descompresiones a las que son sometidos, sin embargo todavía se aplica el mismo principio de

desalojo del agua por presión en la construcción de fundaciones submarinas de plataformas

petroleras.

En Inglaterra, una de las obras considerada en su tiempo de su construcción, década de 1940,

como el puente más largo de Europa, es el puente Kincardine, con una longitud total de 820

metros, en cuyas fundaciones se empleó la construcción de tubulones con aire comprimido. En la

Fotografía 1-4, se puede apreciar al puente Kincardine en su etapa de construcción.

Fotografía 1-4: Puente Kincardine, en Inglaterra

1.2 Experiencias constructivas en Bolivia

En Bolivia este sistema de construcción ha sido aplicado en varias ocasiones, debido a la gran

versatilidad en cuanto al traslado de los implementos se refiere, puesto que otros sistemas de

pilotaje requieren de maquinaria cuyo traslado al lugar de la obra es muchas veces imposible

dado las difíciles condiciones de acceso que suelen tener este tipo de obras, sobre todo en

caminos en construcción.

Lamentablemente, nuestro país e incluso en la mayoría de los países en el exterior, se cuenta con

una escasa y casi nula difusión de estos métodos constructivos aplicados a las distintas

estructuras, a las que en la mayoría de los casos solamente se puede acceder mediante entrevistas







Pagina: 6

personales con los profesionales involucrados en la construcción o supervisión de este tipo de

obras. A pesar de esta limitante, se ha podido encontrar algunos ejemplos de estructuras donde se

aplicó el método de tubulones con aire comprimido dentro de nuestro medio, aclarando que

existe referencia de otras obras más del mismo tipo, que no se mencionan aquí por carecer de

datos exactos en cuanto a ubicación y tipo exacto de la estructura se refiere.

- Una de las aplicaciones de este tipo de construcción la encontramos en Villa Tunari, en el

departamento de Cochabamba, con el Puente Alfonso Gumucio Reyes, de 320m de luz total

repartida en 6 vanos simplemente apoyados, con vigas postensadas y dos tubulones por cabezal,

a cargo de la empresa constructora Queroz Galvao. La Fotografía 1-5 muestra la obra cuando se

encontraba en un avance del 35%, en la misma se puede apreciar las cámaras de presión

características de este tipo de construcción. La Fotografía 1-6 muestra la obra el día de su entrega

oficial el 3 de noviembre de 2004.

Fotografía 1-5: Fundación del puente Alfonso Gumucio Reyes en etapa de construcción







Pagina: 7

Fotografía 1-6: El puente Alfonso Gumucio Reyes el día de su entrega oficial

- Otro ejemplo los tenemos el Puente Sobre el Río Yapacaní, cuya construcción de los tubulones

estuvo a cargo del Subcontratista ROCA FUNDAÇÕES. En la Fotografía 1-7 se puede apreciar

el momento en que la grúa está emplazando la cámara de presión sobre uno de los tubulones.

Fotografía 1-7: Puente Sobre el Río Yapacaní

- El puente sobre el río Sajama, en la carretera Patacamaya – Tambo Quemado también cuenta

con este tipo de fundaciones, así como el puente Tarumá, donde se utilizó por primera vez en

nuestro país este método constructivo, ubicado en el camino viejo entre Santa Cruz y

Cochabamba, con una longitud total de 90.00m y dos tubulones de 16.00 metros de profundidad.







Pagina: 8

- En la actualidad existe una licitación para el reforzamiento de la pila 2 del puente Espíritu

Santo II, de la ruta 4 que une las ciudades de Cochabamba y Santa Cruz pasando por Yapacaní -

Chimoré, en el que se contempla la construcción de 72 metros lineales de tubulones de 1.5m de

diámetro. Este método de construcción es frecuentemente aplicado para estructura de refuerzo

porque su proceso no genera vibraciones.

2 Objetivos

2.1 Objetivo general

El objetivo general del presente trabajo es el de elaborar un documento de referencia que dé a

conocer, en nuestro medio, los principios básicos del sistema de construcción de tubulones con

aire comprimido, intentando de este modo que dicho método forme parte cotidiana de las

alternativas que los Consultores o Contratistas toman en cuenta en el momento de diseñar o

construir una fundación que requiera pilotaje en un medio con nivel freático elevado o sobre

superficies sumergidas, de tal manera de paliar la falta de información que se tiene respecto al

tema.

2.2 Objetivo específicos

Describir y detallar los pasos a seguir para la construcción de pilotes construidos con aire

comprimido.

Determinar los rendimientos reales de los ítems relacionados, basados en las

observaciones realizadas durante la Supervisión del Puente Puerto Margarita, como ser la

excavación manual, armado de acero de refuerzo en los módulos, vaciado de Hormigón

en los módulos, etc.







Pagina: 9

3 Marco teórico

3.1 Determinación de la presión en el tubulón

El principio para evacuar el agua de la

excavación se fundamenta en que la

presión interna debe ser mayor que la

presión que ejerce el agua, por lo tanto

en el punto F indicado en la Figura

3-1B, actúa la presión intersticial del

agua que tiene exactamente la misma

magnitud que si no existiera el suelo,

dicha presión es la que tiene que ser

contrarestada por la presión

introducida dentro del tubulón,

obteniéndose la siguiente relación de

equilibrio:

Figura 3-1: Presión en el tubulón

hw

F

Ptub

Pw

Tubulón

Cámara

Hiperbárica

Nivel frático

(A) (B)

Nivel frático

Tubulón

TerrenoTerreno

frático nivel delpartir a excavación de nivel del dProfundida :

agua del unitario Peso :

aatmósfericPresión :

tubulónelen aintroducidPresión :

:Donde

:manera siguiente la de quedarelación la que locon ,comprimido aire

deón introducci larealizar de antes tubulón delexterior elen comointerior

elen tantoactúa porqueanular puede se aatmosféricpresión la de efecto El

w

w

atm

tub

wwtub

wwatmtubatm

h

p

p

hp

hppp

Tomando en cuenta que la mayor sobre-presión a la que puede ser expuesto el trabajador es de

3.00 atmósferas (30996.81 Kgf/m2), podemos calcular la máxima profundidad a la que se puede

aplicar este método constructivo:







Pagina: 10

mh

m

Ph

w

atm

00.31

Kgf1000

m

Kgf30996.81

3

2

Este valor es coherente valores bibliográficos que indican que el método solo es aplicable hasta

un profundidad de 30 metros.

3.2 Deslizamiento del tubulón

Para poder reducir la fricción entre el terreno y el tubulón se introduce una película de aire por

medio de conductos pequeños vaciados conjuntamente con el tubulón cuya salida está distribuida

uniformemente mediante orificios a lo largo de las paredes exteriores del mismo. Otra forma de

reducir la fricción es introduciendo barras de acero entre el fuste y el terreno a lo largo del

perímetro, las cuales se las mueve verticalmente en forma continua.

El deslizamiento del tubulón se logra cuando la resultante de las fuerzas verticales sea mayor a la

resistencia por fricción que existe en el fuste del tubulón, esto quiere decir que el peso total del

grupo tubulón-cámara neumática y sobrepesos, debe ser mayor que la resultante de las fuerzas

que impiden el deslizamiento, las cuales se analizan en función de los diagramas de presión que

intervienen y que se muestran en la Figura 3-2 en la página siguiente.







Pagina: 11

Figura 3-2: Diagrama de presiones y fuerzas que

actúan sobre el tubulón

H

hw

Cámara

Hiperbárica

S

y

p

p

Sección S-S

Sobrecarga

Sobrecarga

Sobrecarga

dy

W

S

(B)

(A)

Se conoce que el terreno ejerce una presión sobre

un pilote cuyo valor es determinado por la

siguiente relación:

suelo del superficie la desde dProfundida :

suelo del unitario Peso :

suelo del reposoen eCoeficient :

"" dprofundida una a tubulón del perímetro el sobre

suelo el ejerce que horizontalPresión :

:Donde

y

K

y

p

yKp

s

o

so

La presión p genera un fuerza tangencial al pilote:

terrenodelfricción de Ángulo :

y terreno pilote entrefricción de eCoeficient :

tubulóndel Perímetro :

"" dprofundida

una a verticalfuerza de lDiferencia :

:Donde

tan

o

T

oT

P

y

dF

μ

dyPpdF

Integrando desde y=0 hasta y=H, se obtiene al fuerza de fricción total que se opone al

deslizamiento del tubulón:







Pagina: 12

2

0

0

2

1

: resulta de valor el ndoIntroducie

HKPF

dyyKPF

p

dyPpF

sooT

H

sooT

o

Hy

y

T

La fricción en cierta manera es reducida por la presión introducida dentro del tubulón debido al

efecto radial que ejerce.

La fricción que existe entre el tubulón y el agua es muy pequeña, por lo que su efecto, analizado

de una forma similar a la del suelo, es despreciable; sin embargo por el principio hidrostático de

Arquímedes que señala que todo cuerpo sumergido en el agua siente un empuje vertical hacia

arriba igual al peso del agua que desaloja, hace que el nivel freático produzca un componente

vertical expresado por la siguiente relación:

tubulóndel al transversÁrea :

freático nivel el desde dProfundida :

agua del unitario Peso :

:Donde

oA

h

AhF

w

w

owww

Sumando el efecto hidrostático del agua y el efecto del empuje de tierras se obtiene la carga

vertical mínima que se tiene que alcanzar para producir el desplazamiento del tubulón:

hormigón) de (bloques sadicionale sobrepesos

losy neumática cámara la de peso el tubulón,del

propio peso elpor compuesta total, verticalCarga :

Donde

2

1 2

W

AhHKPW owwsoo







Pagina: 13

4 Descripción del proceso constructivo

4.1 Descripción secuencial del proceso

4.1.1 Terraplén de acceso

En el caso de que exista agua en el río, será necesario construir un dique alrededor de la zona

proyectada de cimentación, denominado “terraplén de acceso”, lo cual provocará un

estrangulamiento temporal del río.

Es aconsejable que dicho terraplén cuente con material arcilloso en la base, lo cual asegura la

estabilidad de esta conformación temporal, y dependiendo del comportamiento del caudal del

río, se debe brindar protección adicional al terraplén de acceso, con defensivos hechos de bolsas

semi-impermeables rellenas con lastre, colocadas en el lado expuesto a la socavación, como se

muestra en la Figura 4-1(c).

La Figura 4-1 muestra en forma esquemática el proceso de construcción.

Figura 4-1: Proceso de conformación del terraplén de acceso

Conformación de

terraplén de acceso

Área de

trabajo

Área de

trabajo

Defensivos

Área de

trabajo

Base de terreno arcilloso

(a)

(b)

(c)







Pagina: 14

La Fotografía 4-1 muestra el terraplén en pleno proceso de ejecución, siendo oportuno

mencionar que se trata de una re-conformación, después de que el terraplén original fuera

bruscamente erosionado por una crecida súbita del río, siendo posible observar los tubulones en

proceso de construcción. En la Fotografía 4-2 se puede apreciar la protección aplicada al

terraplén, después de haber reconstruido el defensivo.

Fotografía 4-1: Conformación del terraplén de acceso

Fotografía 4-2: Protección del terraplén de acceso

En el caso de que no exista corriente de agua es obvio que no es necesario construir este

defensivo, solo abra que excavar manualmente hasta encontrar el nivel freático.







Pagina: 15

4.1.2 Construcción del primer módulo del tubulón

Este paso consiste en la construcción del primer módulo de tubulón correctamente ubicado sobre

la superficie del terreno. Todos los módulos se construyen de hormigón armado, con una

longitud de 4.00m, y un diámetro interior no menor a 0.70 metros lo cual garantiza el acceso de

los trabajadores dentro del tubulón, pero el primer módulo se diferencia de los demás en que

posee una cámara de excavación de 2.00m de altura y con un diámetro interior de por lo menos

0.90m, lo cual es el espacio mínimo de operación para realizar la excavación. En la Figura 4-2

se puede observar las dimensiones típicas del tubulón, donde adicionalmente se puede observar

los conductos de aire que se vacían junto con la estructura; estos elementos coadyuvan al fácil

deslizamiento del tubulón dentro de la excavación mediante introducción de aire a través de

estos conductos, la cual forma una película de aire entre la superficie del tubulón y el terreno,

disminuyendo con esto la fuerza de rozamiento que se opone al descenso del tubulón. En la

Fotografía 4-3 se muestra la forma de ingreso al interior del tubulón, notándose que se cuenta

con el espacio suficiente para que el personal descienda por él.

Figura 4-2: Dimensiones del primer

módulo de tubulón

4.00m

≥0.90m

2.00m

≥0.70m

Conducto

de aire

Cá

ma

ra d

e

exca

va

ció

n

Fotografía 4-3: Entrada al tubulón

con espacio mínimo

El encofrado exterior del módulo del tubulón, está compuesto de dos semicilindros

prefabricados, construidos con piezas de madera remachadas a 8 perfiles metálico “L” dispuestos

cada 57cm, que le da la forma circular. Ambos semicilindros se unen mediante pernos dispuesto

en los extremos de los perfiles metálicos. En la Figura 4-3 se puede ver la forma de ensamblado







Pagina: 16

del encofrado, mientras que en la Figura 4-3 se muestra el momento en que ambos lados del

encofrado se juntan.

Figura 4-3: Esquema del encofrado exterior

Vista en planta

Vista en elevación

Fotografía 4-4: Encofrado exterior

El vaciado del hormigón se realiza en dos etapas, en la primera se vacía la mitad inferior del

tubulón, correspondiente a la cámara de excavación, en la segunda etapa se hormigota el resto

del elemento y en la parte superior se colocan los pernos de anclaje para ensamblar la campana

neumática. En la Fotografía 4-5(a) se puede apreciar la parte del encofrado que materializa la

cámara de trabajo y en la vista de la derecha se muestra la tubería de PVC, que funcionará

posteriormente como conducto de aire, la tubería es ampliada y resaltada en la Fotografía 4-6(b).

Fotografía 4-5(a): Encofrado inferior proceso de

construcción

Fotografía 4-6(b): Ampliación resaltando el conducto

de aire







Pagina: 17

En la segunda etapa de vaciado se completa la mitad superior del tubulón, colocando en el tope

un collarín metálico del cual sobresalen unas armaduras provistas de rosca en la parte de afuera y

que cuentan con una longitud adecuada de anclaje embebida en el hormigón, conformando con

esto 16 pernos en los cuales se fijará la cámara de hiperbárica, la ubicación de estos pernos se la

realiza utilizando una viñeta donde se hallan copiados los orificios de la campana neumática. En

la Figura 4-4 se muestra la ubicación de los pernos mencionados. Para poder recuperar de una

forma sencilla el encofrado interior, se prevé que uno de los elementos del tablero esté

conformado con madera de baja calidad, porque el mismo será destrozado posteriormente al

endurecimiento del hormigón para otorgar la suficiente holgura interior como para retirar el resto

del encofrado sin dañarlo, en el esquema de la (...) se muestra la forma del encorado interior

anteriormente descrita. Como es de suponer para una construcción modular, es preciso dejar una

armadura en espera que empalme con el siguiente módulo, con una longitud establecido tomando

en cuenta que se trata de una estructura sometida a flexo-compresión. En la Fotografía 4-7 se

puede observar dicha armadura.

Figura 4-4: Collarín metálico para fijación

de la cámara hiperbárica

Vista en planta

Vista en elevación

Pernos en

espera

Fotografía 4-7: Armadura en espera







Pagina: 18

Figura 4-5: Esquema del Encofrado Interior

Madera a

demoler

Pernos

(b)

Pernos

Costillas

(a)

4.1.3 Excavación a cielo abierto y deslizamientos iniciales

A los 7 días de haber realizado el vaciado, el primer módulo ya está listo para iniciar con el

proceso de excavación inicial, el cual se lo realiza en forma manual, desde el interior del tubulón

y a cielo abierto, hasta alcanzar la cota del nivel freático.

Debido a que el tubulón desciende al miso tiempo que se realiza la excavación, esta debe

realizarse en forma radial del centro a los extremos y en forma simétrica opuesta, debajo de las

paredes del tubulón. En La Figura 4-6, los números encerrados en círculos indican el orden de

excavación en el interior del tubulón, descrita anteriormente.

Figura 4-6: Secuencia de excavación el interior del tubulón

1

2

3

4

5

6

7

8

Sentido de

Excavación

Sentido de

Excavación

(1) a (8): Secuencia de

excavación en la base

apoyada del tubulón

(a) (b)







Pagina: 19

Una vez alcanzado el nivel freático ya no es posible realizar la excavación a cielo abierto porque

se produce la inundación de la excavación con los respectivos riesgos de derrumbe.

Figura 4-7: Secuencia de excavación a cielo abierto

La tubulón va descendiendo en virtud a su peso propio al mismo ritmo que se realiza la excavación, solamente

se puede excavar a cielo abierto hasta alcanzar el nivel freático.

N.F. N.F. N.F. N.F.

Arm

adu

ra

en e

sper

a

Arm

adu

ra

en e

sper

a

Arm

adu

ra

en e

sper

a

Arm

adu

ra

en e

sper

a

En esta etapa las herramientas incluyen a la pala, picota, barreta y un sistema de guinche y

cubeta para retirar el material excavado.

Para asegurar la verticalidad del descenso, se debe construir en torno al tubulón una serie de

marcos bien apuntalados que servirán de guía en el descenso del tubulón, como se muestra en la

Figura 4-8.

Figura 4-8: Marcos hechos con rollizos de madera

Roillizos de

madera

ø20cm

Perno, tuerca y

arandela







Pagina: 20

En la Fotografía 4-8 se puede ver el sistema de marcos y apuntalamiento para cuatro tubulones

contiguos

Fotografía 4-8: Guía y apuntalamiento de 4 tubulones contiguos

4.1.4 Introducción de aire comprimido en el tubulón

Con el fin de desalojar el agua de la cámara de excavación se realiza la introducción de aire

comprimido dentro del tubulón, para lo cual se instala en la parte superior del tubulón una

cámara hiperbárica de metal o “campana”, la cual cumple con las funciones de presurización y

despresurización de los trabajadores en los procesos de ingreso y salida del tubulón, tanto en la

campana como en la cámara de excavación, así como el ingreso de material de construcción,

como las armaduras, madera de encofrados, hormigón y el desalojo de material proveniente de la

excavación.

La Figura 4-9, que se muestra la página siguiente, describe en forma esquemática las partes

componentes de la cámara hiperbárica:

Figura 4-9: Partes de la cámara hiperbárica







Pagina: 21

C1

M1

M2

P

P

C2

G1

T3

T2

T4

T6

T8

T7

T1

T5

U

R

C3

S

T1 = Compuerta de acceso y salida

de los trabajadores.

T2 = Compuerta divisoria entre la

campana y el interior del tubulón.

T3, T4 y C1 = Compuertas y conducto

para el ingreso del hormigón.

T5, T6 y C2 = Compuertas para salida

del material proveniente de la

excavación.

T7, T8 y C3 = Compuertas y conducto

para ingreso de material de mayor

longitud (armaduras)

G = Guinche eléctrico.

S = Soga

R= Recipiente metálico para

transporte de personal, herramientas,

material de excavación, etc.

M1 y M2: Manómetro para medir

presión.

U= Unión de la campana con el

tubulón a través de pernos de

sujeción

CÁMARA HIPERBÁRICA

De la observación de los conductos de introducción depresión, asociados a los manómetros M1 y

M2, resulta evidente que es posible aislar la campana del tubulón.

Básicamente, todo el sistema de compuertas tiene el objetivo de mantener constante el nivel de

presión en el interior del tubulón mientras se realizan simultáneamente las operaciones de

compresión y descompresión inherentes a la entrada y salida de los trabajadores o de los

materiales; así por ejemplo, para realizar un cambio de turno, todos los trabajadores deben subir

a la campana, luego cerrar la compuerta T2 y pasar por el proceso de descompresión,

posteriormente salen al exterior mientras el nuevo grupo de trabajo ingresa. Una vez adentro la







Pagina: 22

nuevo grupo, los trabajadores pasan por un proceso de compresión y cuando han alcanzado la

misma presión interna del tubulón recién se vuelve a abrir la compuerta T2, en todo el proceso la

presión interna del tubulón se mantiene constante, y solo se varía la presión en el interior de la

campana.

La Fotografía 4-9 muestra el momento en que la grúa está realizando las maniobras de ubicación

de la campana sobre el tubulón, posteriormente se fijará esta campana al tubulón por medio de

pernos previamente anclados al hormigón durante el vaciado del mismo.

Fotografía 4-9: Instalación de la campana hiperbárica

Una compresora se encarga del suministro continuo del aire comprimido, el mismo que es

purificado a través de una serie de filtros necesarios por que el aire directo que genera el

compresor es tóxico para el organismo humano. Adicionalmente interviene dentro del proceso

otra cámara hiperbárica denominada “Pulmón”, que cumple una función de seguridad en caso

interrumpirse el funcionamiento de la compresora, en cuya situación es capaz de conservar la

presión dentro del tubulón el tiempo necesario como para que se lleve a efecto el proceso de

descompresión, o se realice el cambio de compresores. la Figura 4-10 muestra la forma de

interconexión de los elementos que participan en el suministro de aire comprimido dentro del

tubulón.

Figura 4-10: Sistema de introducción de aire comprimido en el tubulón







Pagina: 23

Campana

Filtro de

lana

Filtro de

carbón

Pulmón

Compresora

La Fotografía 4-10 se puede apreciar el filtro de lana y en la Fotografía 4-11 se puede muestra el

filtros de carbón; en ambas fotografías se puede apreciar parte de la cámara hiperbárica

denominada “Pulmón”

Fotografía 4-10: Filtro de lana

Fotografía 4-11: Filtro de carbón

4.1.5 Trabajo de excavación bajo presión

Como se índico anteriormente, durante un proceso de compresión, la sangre humana absorbe

más gases que en condiciones normales. Si la descompresión se realizara rápidamente, el gas

absorbido en exceso en la sangre puede formar esferas que a su vez pueden provocar dolores y

hasta muerte por embolia, es por esta situación que se debe cumplir estrictamente los tiempos







Pagina: 24

mínimos de compresión y descompresión así como los periodos máximos de trabajo, en función

de la presión a la que se está trabajando, los mismos que se indican en la Tabla 4-1.

Tabla 4-1: Duración de las etapas de compresión y descompresión para trabajos con aire comprimido.

Tabla de Compresión y Descompresión para Trabajos con Aire Comprimido Presión de Tempo de Período de Tempo de

Trabajo Compresión Trabajo descompresión

(kg/cm²) (min.) (hora/min.) 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 (min.)

0,00 a 1,00 3 7h 40 min 3 14 17

1,00 a 1,20 4 6h 00 min 20 20

1,20 a 1,40 5 6h 00 min 5 35 40

1,40 a 1,60 6 6h 00 min 5 20 40 65

1,60 a 1,80 6 6h 00 min 10 30 45 85

1,80 a 2,00 7 6h 00 min 5 20 35 45 105

2,00 a 2,20 7 5h 43 min 5 10 25 40 50 130

2,20 a 2,40 8 5h 17 min 10 20 30 40 55 155

2,40 a 2,60 8 4h 52 min 5 15 25 30 45 60 180

2,60 a 2,80 10 4h 25 min 5 10 20 25 30 45 70 205

2,80 a 3,00 10 3h 45 min 10 15 20 30 40 50 80 245

Etapas de Descompresión (kg/cm²)

Por ejemplo, para una sobre-presión de trabajo 1,50 Kg/cm2, producida a una profundidad

aproximada de 15 metros por debajo del nivel freático, se requiere de un tiempo de compresión

de 6 minutos después de lo cual los trabajadores pueden trabajar hasta un máximo de 6 horas, el

posterior proceso de descompresión necesario para que los trabajadores salgan al exterior,

demorará 65 minutos en total, distribuidos de la siguiente forma: en los primeros 5 minutos se

debe reducir la presión hasta alcanzar una sobre-presión de 0.6 Kg/cm2, en los 20 minutos

siguientes se debe alcanzar los 0.4 Kg/cm2 y en los 40 minutos restantes se debe reducir hasta

0.2 Kg/cm2. En la tabla resaltan dos aspectos, el primero es que la velocidad de descompresión

no es lineal y el segundo es que en los niveles de profundidad máximos los proceso de

compresión y descompresión superan el tiempo efectivo de trabajo, vale decir que hay mayor

tiempo de ejecución perdido.

Dependiendo el periodo permitido de trabajo, las brigadas en el interior del tubulón pueden estar

compuestas de 2 a 3 trabajadores, uno operando el guinche y los otros dos rotando en turnos para

realizar la excavación.

4.1.6 Construcción de módulos adicionales de tubulón

En el momento en que el tubulón se ha deslizado por completo y queda al ras del suelo, el

trabajo de excavación debe ser interrumpido y la campana hiperbárica removida para poder

construir el siguiente módulo del tubulón, dando continuidad a la armadura en espera que se dejó

en el módulo previo. Como es de suponer, durante este proceso, el interior del tubulón se inunda







Pagina: 25

hasta alcanzar el nivel freático, pero como toda la excavación esta ceñida al fuste, no existe

ningún riesgo de derrumbe. Una vez vaciado el nuevo módulo de tubulón, se instala la campana

otra vez para desalojar el agua hasta el nivel de excavación y el proceso continúa hasta que

nuevamente el módulo ha quedado hundido por completo. Este ciclo de construcción de módulos

en la superficie y deslizamientos se repite las veces que sea necesario hasta alcanzar la cota de

fundación final de diseño, tomando en cuenta que el límite de profundidad establecida para este

método es de 30 metros porque el organismo humano solo puede trabajar con cierto margen de

seguridad dentro las 3 atmósferas de sobre-presión. La figura Figura 4-11 muestra la secuencia

descrita.

Figura 4-11: Secuencia para la construcción de un nuevo módulo de tubulón

N.F.

P

P

P

P

N.F. N.F. N.F. N.F.

P

P

N.F.

P

P

Secuencia de construcción de un nuevo módulo del tubulón, nótese que el proceso implica necesariamente el retiro de la campana para

poder encofrar y vaciar el siguiente módulo, con la consecuente inundación temporal del interior del tubulón. El agua es desalojada

nuevamente para permitir la continuación de la excavación

1) El tubulón

desciende al mismo

ritmo que la

excavación.

2) La parte superior

del tubulón alcanza

el nivel del terreno:

ya no es posible

continuar con la

excavación.

3) Es necesario

retirar la campana

para poder construir

el encofrado del

siguiente módulo.

Cuando se le deja de

introducir aire

comprimido al

tubulón, el agua lo

inunda hasta el nivel

freático.

4) Se procede al

vaciado del

siguiente módulo

empalmado con la

armadura de espera

del módulo inferior.

5) Se vuelve a introducir

aire comprimido

desalojando el agua.

5) La excavación y el

consecuente descenso

del tubulón continúa.

Cuando se trata de la excavación de varios tubulones contiguos, se puede establecer planes de

rotación tanto con la maquinaria como con el personal, con el fin de eliminar tiempos de

inactividad entre etapa y etapa, optimizando la duración total de la construcción, por ejemplo en

la Fotografía 4-12 se muestra cuatro tubulones contiguos en diferentes etapas de excavación .

Fotografía 4-12: Tubulones contiguos en diferentes etapas de excavación







Pagina: 26

4.1.7 Deslizamientos en el tubulón

Inicialmente el rozamiento entre el tubulón y la excavación no es significativa, es decir que el

efecto del empuje de tierras no tiene mayor incidencia en los primeros metros de excavación, por

lo que el tubulón puede vencer fácilmente por peso propio la fuerza de rozamiento existente. Sin

embargo las fuerzas que se oponen al descenso se van incrementando en forma directamente

proporcional a la profundidad de la excavación, como se dedujo en el acápite del marco teórico

con la inecuación:

owwsoo AhHKPW 2

2

1

En esta inecuación se puede indicar que, para que el tubulón pueda descender, es preciso que su

peso sea mayor a la fuerza de rozamiento producida por el empuje de tierras sumado a la fuerza

hidrostática originada por el principio de Arquímedes, vale decir que la fuerza que se opone al

deslizamiento es directamente proporcional a la profundidad de excavación y a la altura de agua

que se está desalojando. Llega un momento en la excavación en que se produce un equilibrio

entre las fuerzas que se oponen al deslizamiento y el peso del tubulón, lo que en los hecho se

traduce en que el tubulón ya no desciende.







Pagina: 27

Para inducir a que el tubulón continúe deslizándose, se recurre a dos métodos, el primero

consiste en introducir un película de aire entre la superficie del tubulón y la excavación, por

medio de pequeños conductos de aire instalados conjuntamente con vaciado del fuste cuya salida

está distribuida uniformemente mediante orificios a lo largo de las paredes exteriores del mismo.

La película de aire reduce el efecto del coeficiente de rozamiento permitiendo con ello el

deslizamiento del tubulón, como se muestra en la Figura 4-12.

Figura 4-12: Inducción de deslizamiento reduciendo la fuerza de rozamiento

N.F.

P

N.F.

P

P

1) Las fuerzas que se oponen al

deslizamiento igualan el peso del

tubulón, ya no existe descenso.

PP

Pel

ícu

la

de

aire

Pel

ícu

la

de

aire

Conducto

de aire

2) Se reduce la fuerza de

rozamiento creando una película

de aire en la superficie del

tubulón

Ingre

so d

e ai

re

com

pri

mid

o e

n l

os

conduct

os

de

aire

N.F.

P

PP

Pel

ícu

la

de

aire

Pel

ícu

la

de

aire

3) El tubulón desciende

Ingre

so d

e ai

re

com

pri

mid

o e

n l

os

conduct

os

de

aire

Secuencia de inducción de deslizamiento mediante creación de una película de aire en la superficie del tubulón

El segundo método que coadyuva al deslizamiento del tubulón es la implementación de bloques

de hormigón (sobrepesos) colocados sobre la campana hiperbárica, con lo cual se consigue que

la resultante de fuerzas gravitacionales, sea mayor que las fuerzas que se oponen al







Pagina: 28

deslizamiento. En la Fotografía 4-13 se puede ver el proceso de instalación de los contrapesos

descritos.

Fotografía 4-13: Colocación de sobre-pesos encima de la campana hiperbárica

Eventualmente se hace necesario combinar los dos métodos descritos para inducir el descenso

del tubulón, sin embargo llega un punto de equilibrio en el cual el tubulón no puede descender

más porque las fuerzas verticales actuantes se han anulado mutuamente y ya no es posible

aumentar mas sobrepesos en la campana porque puede resultar dañada. Cuando la excavación ha

llegado a este punto ya no es posible continuar con la construcción de más módulos de tubulón.

En algunos casos, como en el refuerzo del puente Chimoré o la ampliación del puente Eñe, se

construyeron tubulones de mayor peso (diámetro de 2.00m) para evitar usar los bloques y reducir

el número de pilotes.







Pagina: 29

4.1.8 Apuntalado de tubulón y encamisado de la excavación

Por motivos de seguridad, a pesar de haberse alcanzado un nivel demostrado de no descenso, se

toma una medida adicional de sujeción sobre tubulón, que consiste en colocar puntales apoyados

en la campana. Una vez apuntalada, continúa la excavación manual, pero esta vez procediendo

con una excavación lateral, y ya no solamente del fondo, y abarcando un radio de excavación

mayor al del tubulón, con el fin de poder construir un recubrimiento de hormigón armado sobre

las paredes de la excavación, lo cual evitará los derrumbes. Este recubrimiento o encamisado

debe dejar un radio libre igual al radio del tubulón porque posteriormente servirá como una

espacie de encofrado para el vaciado final del mismo. Este procedimiento se lo aplica

gradualmente, cada metro, hasta alcanzar el nivel de estrato de roca o terreno duro, en donde ya

no es necesario construir más encamisados.

Figura 4-13: Apuntalado de tubulón y encamisado de la excavación

P

PP

Pel

ícula

de

aire

1) No se puede aumentar

más sobrepesos sin dañar la

campana, las fuerzas

verticales se equilibran y el

descenso ya no es posible.

P

P

2) Se apuntala la campana

como medida de seguridad.

P

P

3) La excavación continúa

esta vez también

lateralmente, cubriendo un

radio mayor al del tubulón.

N.F.N.F.N.F.

Estrato de roca dura

Grava limosa


Grava limosa


Grava limosa

P

P

4) Se recubre con HºAº las

paredes de la excavación

para evitar derrumbes

(encamisado de la

excavación)

N.F.


Grava limosa

Pel

ícula

de

aire

P

P

5) La excavación prosigue

gradualmente en niveles de

1,00m, hasta alcanzar el

estrato de roca dura, en

donde ya no es necesario

construir más encamisado.

N.F.


Punta

les

Punta

les

Punta

les

Punta

les

Punta

les

Rev

esti

mie

nto

Rev

esti

mie

nto







Pagina: 30

En la Fotografía 4-14, se puede apreciar la superficie de excavación, las armaduras y el

encofrado, un momento antes de realizar el vaciado del encamisado.

Fotografía 4-14: Armadura y encofrado del encamisado

4.1.9 Excavación en el estrato de fundación

Cuando se llega al estrato de fundación, si se tiene roca, ya no es posible continuar con la

excavación manual, y es preciso realizar un debilitamiento de la roca con explosivos. Aunque es

recomendable la evacuación de los trabajadores durante la detonación, pero si se limita

correctamente la cantidad de explosivos, es posible omitir esta medida, bastando con conducir a

los trabajadores a la campana y cerrando la compuerta que la conecta con el tubulón, con lo cual

se consigue un significativo ahorro en el tiempo de compresión y descompresión.

La Figura 4-14 muestra la secuencia descrita, en el caso de tener roca es recomendable que el

tubulón se empotre en el mismo y adicionalmente se realizará un ensanche en forma

troncocónico para establecer la cota de fundación. En el esquema también se puede apreciar el

funcionamiento del conducto y compuertas para la salida del material excavado: la compuerta

exterior se mantiene cerrada mientras el conducto se llena de material y se abre después que la

compuerta interior es cerrada, permitiendo el desalojo de material; nótese que en ningún







Pagina: 31

momento el ambiente de la campana entra en contacto con el exterior, porque esto implicaría una

descompresión inmediata, con el lamentable daño a la salud de los trabajadores.

Figura 4-14: Secuencia de de excavación con explosivos

P

P

1) Comienza la excavación

con explosivos, se introduce

un taladro neumático para

hacer las perforaciones

donde se colocará el

explosivo.

N.F.

Tal

adro

neu

mát

ico

P

P

2) Cuando se produce la

detonación, los trabajadores

están aislados en el interior

de la campana del ambiente

del tubulón donde se

produce la explosión

N.F.

Det

on

ado

r

EXPLOSIVOS

Batería

Co

mp

uer

ta

cerr

ada

P

P

3) Se desaloja el material

proveniente de la

excavación y se lo coloca en

C2 estando cerrado T6

P

P

4) Una vez llenado C2, se

cierra T5 y se abre T6

Estrato de roca Estrato de roca Estrato de roca Estrato de roca

N.F. N.F.

T5

C2

T6

T5

C2

T6







Pagina: 32

En la Fotografía 4-16 se ha resaltado la ubicación de las

perforaciones destinadas a la colocación de explosivos, que es

aplicable en el caso de excavación en roca.

La Fotografía 4-15 es la prueba de una de las ventajas que

presenta este método, que consiste en que es posible apreciar “in

situ” la conformación de los estratos de roca en la cota de

fundación y las paredes laterales de toda la excavación.

Fotografía 4-15: Vista de los

diferentes estratos expuestos en

la excavación en roca

Fotografía 4-16: Distribución de los explosivos

4.1.10 Armado y vaciado de la punta del tubulón

Para poder introducir los elementos de la armadura longitudinal de la punta del tubulón, sin

alterar la presión de trabajo, se ensambla un conducto largo (C3)en la parte superior de la

campana, en el que se van depositando las armaduras mientras la compuerta interior

(T8)permanece cerrada, luego se cierra la compuerta exterior (T7) y se abre la compuerta interior

(T8) para poder descender las armaduras hasta la cota de fundación, donde se realiza el armado

de las mismas.







Pagina: 33

De manera similar que para la armadura, se procede con la introducción del hormigón para el

vaciado, a través de el conducto lateral (C1)que tiene dos compuertas; en primera instancia se

abre la compuerta exterior (T3) para introducir el hormigón dentro del conducto mientras la

compuerta interior (T4) permanece cerrada, posteriormente se cierra la compuerta exterior (T3) y

se abre la interior (T4) para que la mezcla de hormigón pueda fluir hasta la base del tubulón,

conformando así la zapata; nótese que en todo este proceso que se repite hasta concluir el

vaciado, la presión interna del tubulón permanece inalterada. En esta etapa solo es necesario

vaciar el hormigón hasta cubrir la primera cámara de excavación o hasta compensar el empuje

hidrostático, porque en este nivel se cubre la deficiencia de espesor en las paredes del tubulón y

además se logra aislar el interior del tubulón del efecto del nivel freático y por lo tanto la

campana neumática ya no es necesaria. Una señal visible de que el empuje hidrostático ha sido

compensado es cuando dejan de surgir burbujas en la superficie del hormigón vaciado.

La Figura 4-15 muestra la secuencia descrita.

Figura 4-15: Secuencia de armado y vaciado de la punta del tubulón

P

P

1) Ensamblado de Conducto

para introducción de la

armadura

Estrato de roca

N.F.

Introducción

De armadura

Compuerta

cerrada

P

P

2) Introducción de la

armadura

Estrato de roca

N.F.

Compuerta

cerrada

Compuerta

abierta

Compuerta

abierta

P

P

3) Armado de la base de la

fundación

N.F.

4) Vaciado del hormigón, a

través del conducto de

entrada de materiales.

N.F.

Estrato de roca Estrato de roca

Descenso

de la

armadura

P

Introducción

del hormigón

Compuerta

abierta

Compuerta

cerrada

5) En ningún momento,

durante la introducción del

hormigón para el vaciado,

se pierde la presión interna

del tubulón.

N.F.

Vac

iad

o d

el

Ho

rmig

ón

HormigónEstrato de roca

P

Compuerta

cerrada

Compuerta

abierta

6) Nivel que compensa el

empuje hidrostático (N.Hº)

N.F.

HormigónEstrato de roca

P

N.Hº

T8

T7

C3

T7

C3

T8

C1

T3

T4

T3

T4

C1







Pagina: 34

La Fotografía 4-17 fue tomada durante la inspección previa al hormigonado interior, como parte

de una serie de controles que realiza la Supervisión de la obra para autorizar el vaciado de la

fundación. Dicho control abarca la verificación de las armaduras, diámetros, dimensiones, cota

de fundación, colocado de galletas y tipo de terreno que se tiene.

Fotografía 4-17: Armadura en la punta del tubulón







Pagina: 35

4.1.11 Vaciado de hormigón en el fuste hueco del tubulón

Como se comentó en el acápite anterior, en esta etapa, el interior del tubulón se encuentra aislado

de los efectos del nivel freático, razón por la cual ya no es necesaria la introducción de aire

comprimido y por consiguiente la campana puede ser retirada para facilitar el proceso último de

vaciado que consiste en terminar de llenar con hormigón el fuste hueco del tubulón. Sin

embargo, cabe hacer notar que este vaciado, dependiendo de los requerimientos del tubulón

desde el punto de vista estructural, puede no ser necesario e incluso puede efectuarse con

hormigón de una calidad menor que la del resto del fuste. Esta actividad define la etapa

constructiva final, la cual se describe en forma gráfica en la Figura 4-16.

Figura 4-16: Proceso de vaciado final

1) La campana es retirada

N.F.

Estrato de roca

2) Vaciado final del

hormigón.3) Tubulón concluido

N.F.

Estrato de roca

Grúa

N.F.

Estrato de roca

Cubeta

Vertedora de

hormigon

Grúa







Pagina: 36

Fotografía 4-18: Cubeta de hormigonado izada por la grúa para el hormigonado del hueco del tubulón

Fotografía 4-19: Vista del hueco del tubulón vaciado casi hasta el tope







Pagina: 37

4.2 Controles de diseño y ejecución

Una de las ventajas que este método constructivo ofrece, consiste en la posibilidad de

inspeccionar en forma directa el interior del tubulón, desde la parte superior hasta el nivel de

excavación, por lo cual la mayoría de los controles descritos implican el ingreso de la

Supervisión pasando por los procesos de compresión y descompresión descritos anteriormente.

4.2.1 Localización del centro de tubulón.

La localización del centro del tubulón se la realiza mediante replanteo topográfico a partir de por

lo menos dos Puntos Base georeferenciados que cuenten con datos de coordenadas Norte–Este,

en cumplimiento con la geometría establecida en el plano de diseño, como se indica en la Figura

4-17.

Figura 4-17: Esquema de localización topográfica del centro del tubulón

N1,E1 N2,E2T1 T2

Punto Base - B

Nb,Eb

Punto Base - A

Na,Ea

T1 T2

Plano

i) Plano de Ubicaciónii) Referenciación de la

Estación Total

iii) Replanteo del eje

de los tubulones con

Estación Total

PRISMA

N2,E2

ESTACIÓN TOTAL

ESTACIÓN TOTAL

ESTACA

N1,E1







Pagina: 38

4.2.2 Cota de fundación de la base del tubulón.

La cota de fundación se la calcula en dos etapas, la primera mediante nivel de ingeniero tomando

como referencia un BM previamente amojonado y determinando con ello la cota en la parte

superior del tubulón. La segunda medición se la realiza con huincha y plomada desde la parte

superior del tubulón hasta el nivel de excavación. Conociendo la cota en la parte superior del

tubulón, se puede determinar la cota de excavación por simple diferencia de cotas.

4.2.3 Verticalidad de la excavación.

Para asegurar la verticalidad de la excavación se realiza la construcción de un andamiaje con

rollizos de madera, en la cual se apoya uno marcos de madera en dos niveles, en la parte superior

del tubulón y al nivel del suelo. El marco inferior cuenta adicionalmente con anclajes al suelo

para asegurar su estabilidad.

La verticalidad en el interior del tubulón debe ser objeto de continuo control mediante plomada a

través de un marco circular desmontable que se coloca en el interior del fuste y que tiene un

orificio en la parte central por donde se introduce el hilo de la plomada, como se muestra en la

Figura 4-18.

Figura 4-18: Control interior de la verticalidad del Tubulón







Pagina: 39

Durante la experiencia laboral del postulante, se pudo presenciar la corrección de la verticalidad

de un tubulón, el mismo que llego a inclinarse por que una crecida del río erosionó en su gran

mayoría el terraplén de acceso en una etapa cuando el tubulón todavía no había llegado al estrato

de roca.

En el imponderable de que el tubulón no presente esta verticalidad, como podría ser la erosión

provocada por una crecida del río, que produce la inclinación del tubulón, entonces el proceso de

corrección consistiría en la aplicación continua de empujes horizontales alternados con una

topadora hasta que el tubulón esté en posición vertical, como se puede ver en la Fotografía 4-20.

Fotografía 4-20: Empuje del tubulón para corregir verticalidad, (el tubulón tenía 6 metros enterrados)

4.2.4 Colocado de la armadura y armadura en espera.

Al respecto no existe ningún tratamiento especial, por lo que el control referente al

posicionamiento de la armadura debe cumplir los parámetros convencionales de cualquier

estructura del hormigón armado, teniendo cuidado de cumplir con el recubrimiento mínimo en

fundaciones, el cual se consigue mediante el uso de pequeños bloques prefabricados con mortero

de arena y cemento, del cual sobresalen extensiones de alambre de amarre, comúnmente







Pagina: 40

conocidos como “galletas”. En cuanto a la longitud de la armadura de espera, esta no puede ser

menor a la longitud de anclaje estipulada para elementos sometidos a flexo-compresión, en la

Fotografía 4-21 se pude apreciar la disposición de armadura en espera que sobresale del

encofrado circular, el frente de trabajo mostrado corresponde a la fundación de uno de los

estribos del puente.

Fotografía 4-21: Armadura en espera

4.2.5 Dimensiones del tubulón

El diámetro interior del fuste (ingreso) no puede ser menor a 0.70 m, el espesor de las paredes

debe ser de 0.15 m como mínimo y el diámetro en la zona de excavación debe ser de por lo

menos 0.90 m. La distancia mínima entre dos tubulones contiguos no debe ser menor a 1.50 m,

aunque es más recomendable que tenga 3 veces el diámetro exterior como mínimo. La altura de

los módulos de los tubulones es de 4 metros. La Figura 4-19 muestra la dimensiones descritas.







Pagina: 41

Figura 4-19: Dimensiones mínimas en la geometría y posicionamiento de los tubulones

4.00m

≥ 0.90m

2.00m

≥ 0.70m

Cá

ma

ra d

e

exca

va

ció

n

Fu

ste

≥ 015m

≥ 1.50m ≥ 1.50m

≥ 1.50m

≥ 1.50m

4.2.6 Presión en el interior del tubulón y los riesgos de accidente

Desde el punto de vista de seguridad de los trabajadores, el control en el que se debe poner

mayor cuidado es el relacionado con el mantenimiento y estabilidad del nivel de presión en el

interior del tubulón, así como la calidad del aire introducido, porque de estos factores depende la

salud e incluso la vida del trabajador o inspector.

Para asegurar la continua provisión de aire comprimido, se establece el uso de dos compresoras

funcionando en forma alterna, lo cual asegura la posibilidad de cambio en caso de que se

produzca el mal funcionamiento de alguna de las dos.

El circuito de circulación de aire cuenta también con una cámara adicional denominada

“Pulmón”, que tiene la finalidad de conservar la presión dentro del tubulón el tiempo necesario

como para que se lleve a efecto el proceso de descompresión o se realice el cambio de

compresores.

Para garantizar la calidad del aire, se implementan dos filtros que eliminan los remanentes de la

combustión provenientes de la misma compresora. La Figura 4-20 muestra a los diferentes

elementos que intervienen en el proceso así como un esquema su forma de interconexión.







Pagina: 42

Figura 4-20: Esquema tridimensional del equipamiento para introducción de aire comprimido







Pagina: 43

5 Ventajas y desventajas del proceso constructivo

5.1 Ventajas

Menor costo de movilización: en Bolivia este sistema de construcción ha sido aplicado en

varias ocasiones, debido a la gran versatilidad en cuanto al traslado del equipo, puesto

que otros sistemas de pilotaje requieren de maquinaria pesada cuyo emplazamiento al

lugar de la obra es muchas veces imposible dado las difíciles condiciones de acceso que

suelen tener este tipo de obras.

Posibilidad de verificación del suelo en sitio: dadas las características del método, el

mismo permite una verificación de contacto directo con el suelo en el mismo nivel que se

va a realizar la base de la fundación y también se pude hacer un seguimiento de la misma

naturaleza con todos los estratos que atraviesa la excavación.

Construcción modular: lo cual incide en una reducción sustancial en los costos de

encofrado y obra falsa.

Ausencia de ruido y vibraciones en inmediaciones del área de trabajo.

Debido a la reducida área de operación y la ausencia vibración, este método constructivo

es muy aconsejable para el refuerzo fundaciones ya existentes.

Es posible incrementar sustancialmente la capacidad por punta, en razón a que se

ensancha el diámetro en la parte inferior del tubulón.

5.2 Desventajas

Seguridad: La principal desventaja consiste en el riesgo que corre la salud del obrero que

realiza la excavación manual, por lo cual es necesario cumplir estrictamente con una serie

de medidas de seguridad y de procedimiento como ser los tiempos mínimos de

compresión, de descompresión, cámaras hiperbáricas, sistemas de emergencia de

mantenimiento de presión, equipos compresores adicionales, etc.

Tiempo de ejecución: Aunque el tiempo de ejecución varía en función del tipo del suelo,

el misma generalmente es mayor a otros métodos porque la excavación se realiza en







Pagina: 44

forma manual. Este factor incide negativamente en el cronograma general de la obra

puesto que la fundación, en la mayoría de los casos, forma parte de la ruta crítica. Al bajo

rendimiento de la excavación se suma el hecho de que existen tiempos forzados de

inactividad en los cambios de turno de los trabajadores debido al proceso de

descompresión, además el periodo máximo de trabajo de cada brigada va disminuyendo

conforme sube la presión suministrada, lo cual implica mas cambios de turno al día.

En época de lluvias se pudo observar que este método reduce demasiado su rendimiento,

llegando a alcanzar un promedio de menos de un metro diario, lo cual incide

negativamente en los costos de operación porque el equipo compresor debe estar

funcionando en forma continua.







Pagina: 45

6 Rendimientos y Precios Unitarios

6.1 Costos de la mano de Obra

El costo de mano de obra tiene varios componentes que se pueden agrupar en las siguientes 3

categorías: Salario Básico, Cargas Sociales e Impuestos.

6.1.1 Salario Básico Diario

El costo directo es la cantidad líquida que recibe el trabajador en calidad de salario. Tomando en

cuenta que en nuestro medio no existen disposiciones legales que establezcan de manera

específica los valores de este parámetro en los las distintas actividades, cuando llega el momento

de determinarlo, generalmente se realiza una investigación de las condiciones de oferta y

demanda laboral existentes en el área de influencia del proyecto. Los costos de mano de obra que

se muestra en la Tabla 6-1, corresponden a un proyecto tipo, realizado en un área rural.

Tabla 6-1: Salario Básico Diario

TRABAJADORJORNAL

EN Bs.

PEON 30.00

AYUDANTE 35.00

ALBAÑIL 45.00

HERRERO ARMADOR 45.00

MESTRO ENCOFRADOR 45.00

TÉCNICO 50.00

CAPATAZ 65.00

CHOFER 40.00

OPERADOR EQUIPO LIVIANO 45.00

OPERADOR EQUIPO PESADO 50.00

6.1.2 Cargas Sociales

Las cargas sociales se expresan como un porcentaje de la mano de obra por concepto de varios

aspectos que se enumeran en la Tabla 6-2 :

Tabla 6-2: Cargas Sociales

CARGAS SOCIALES DE MANO DE OBRA Porcentaje

(i) INCIDENCIA DE LA INACTIVIDAD 36.98%

(ii) INCIDENCIA DE LOS BENEFICIOS 20.55%

(iii) INCIDENCIA DE LOS SUBSIDIOS 3.26%

(iv) APORTES A ENTIDADES 14.71%

(v) PORCENTAJE DE BONO DE ANTIGÜEDAD SOBRE LA BASE DE 3 SALARIOS MÍNIMOS 0.37%

(vi) SEGURIDAD INDUSTRIAL E HIGIENE 3.28%

(vii) ALIMENTACIÓN 47.83%

A continuación se presenta la memoria de cálculo que describe el origen de estos porcentajes:







Pagina: 46

(Insertar Calculo de cargas sociales 1/2)







Pagina: 47

(Insertar Calculo de cargas sociales 2/2)







Pagina: 48

6.1.3 Impuestos

El impuesto que afecta a la mano de Obra es el Impuesto al Valor Agregado o IVA. Para

determinar el porcentaje respecto al costo de la mano de Obra se sigue el siguiente razonamiento:

Costo de la mano de Obra C

Compensación del IVA B

Precio de venta A

Es decir A = B + C (1)

Debemos encontrar un porcentaje X tal que B = X · C (2)

Al estado se debe pagar 13% del precio de venta

de A y este debe ser igual al valor compensado B

B = 0.13 · A

(3)

Reemplazando (3) en (1) A = B + C = 0.13 · A + C

Despejando C C = 0.97 · A (4)

De la Ecuación (2) X = B/C (5)

Reemplazando (3) y (4) en (5) X = (0.13 · A)/(0.87 · A)

X = 0.1494

Incidencia por IVA X = 14.94%

6.1.4 Costo Total de Mano de Obra

En la página siguiente se muestra el cálculo del costo total de Mano de Obra. Las cargas sociales

se calculan como un porcentaje del salario básico, el IVA se calcula como un porcentaje de las

suma de salario básico con las cargas sociales, a la suma del salario básico con las cargas

sociales y el IVA se le ha aplicado un 5% por herramientas solamente a los trabajadores que las

usan, finalmente el costo total de mano de obra engloba a el costo básico más el IVA más el

costo de herramientas.







Pagina: 49

(insertar cálculo de costos de mano de obra)







Pagina: 50

6.2 Rendimientos

El presente acápite esta orientado principalmente a el cálculo de los rendimientos de los

elementos que intervienen en la actividad de excavación con aire comprimido, por considerarse

esta actividad la confiere características únicas a este método de excavación.

El punto de partida para el cálculo de rendimientos viene dado por el registro de descensos

diarios que se efectúo durante la experiencia de trabajo en el Proyecto del Puente Margarita, en

el cual se excavaron un total de 10 tubulones. Aunque dicho registro se realizaba

periódicamente, anotando la profundidad que los tubulones alcanzaban al final de cada jornada.

Es preciso aclarar que en el momento presente no se pudo contar con el 100% de la información

debido que algunos archivos se perdieron, siendo este el motivo de existan vacíos de

información, sin embargo los datos encontrados dan una clara idea del comportamiento y ritmo

de excavación de los tubulones, los cuales tuvieron un descenso demasiado lento, provocado en

la mayoría de los casos por continuas interrupciones en la excavación por motivos de seguridad e

inoperabilidad del terreno originada por la lluvia.

Debido a que el proyecto se realizó en plena temporada de lluvias, es posible que un promedio

de los valores de descenso no resulte representativo para el método en sí, razón por la cual se

utilizó el valor mas alto del registro, correspondiente al dato tomado del Tubulón Nº9 en fecha

23-01-2002, cuyo valor describe un descenso de 1.66m en un día continuo de trabajo.

En las páginas siguientes se desarrolla la memoria de cálculo de los rendimientos, el cual

presenta inicialmente el registro de descenso de los tubulones, posteriormente muestra una

matriz descriptiva del cálculo de rendimientos de los elementos que intervienen en la excavación

con aire comprimido y adicionalmente detalla el cálculo de volúmenes de construcción de

hormigón armado y acero que intervienen en un metro lineal de tubulón







Pagina: 51

(Insertar Avance promedio)







Pagina: 52

(Insertar rendimientos)







Pagina: 53

(Insertar cálculo de Hormigón y armadura)







Pagina: 54

6.3 Precios Unitarios

Los precios unitarios corresponden a un grupo de 8 actividades complementarias que intervienen

directa e indirectamente el precio unitario total, como indica la Figura 6-1

Figura 6-1: Esquema de conformación de los precios unitarios

PROVISIÓN DE AGUA

PRODUCCIÓN DE

GRAVA

PRODUCCIÓN DE

ARENA

TRANSPORTE DE

GRAVA D=2KM

TRANSPORTE DE

ARENA D=2KM

HORMIGÓN R21

EXCAVACIÓN

TUBULÓN CON AIRE

COMPRIMIDO D=1.6M

ARMADURA

FYK=42MPa

CONSTRUCCIÓN

DE TUBULÓN

CON AIRE

COMPRIMIDO

D = 1.6M

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS ACTIVIDAD GLOBAL

Las actividades complementarias no incluyen gastos generales, administrativos, utilidad ni

impuesto a las transacciones, porque estos aspectos son aplicados posteriormente dentro del

precio unitario de la construcción global del tubulón, donde se adicionan todas las actividades

complementarias.

Dentro de la estructura de los formularios de Precio Unitario se observa que están ausentes las

cargas sociales, IVA y herramientas, lo cual se debe que estos elementos ya han sido incluidos

dentro del costo de la mano de obra, como se indica en el acápite 6.1.

En las páginas siguientes se desarrolla la memoria de cálculo de los precios unitarios de las

distintas actividades que intervienen en la construcción de tubulones con aire comprimido.







Pagina: 55

6.3.1 Provisión de agua

(INTRODUCIR PU_AGUA)







Pagina: 56

6.3.2 Producción de Grava

(INTRODUCIR PU_GRAVA)







Pagina: 57

6.3.3 Transporte de Grava D=2Km

(INTRODUCIR PU_TRANS GRAVA)







Pagina: 58

6.3.4 Producción de arena

(INTRODUCIR PU_ARENA)







Pagina: 59

6.3.5 Transporte de arena

(INTRODUCIR PU_TRANS ARENA)







Pagina: 60

6.3.6 Doblado y colocado de armadura

(INTRODUCIR PU_ARMADUIRA)







Pagina: 61

6.3.7 Hormigón R21

(INTRODUCIR PU_HORMIGÓN R21)







Pagina: 62

6.3.8 Excavación de tubulones con aire comprimido D=1.6M

(INSERTAR EXCAVACIÓN TUBULÓN CON AIRE COMPRIMIDO D=1.6M)







Pagina: 63

6.3.9 Construcción de tubulón con aire comprimido de 1.6m de diámetro

(INSERTAR EXCAVACIÓN TUBULÓN CON AIRE COMPRIMIDO D=1.6M)







Pagina: 64

7 Conclusiones y recomendaciones

Basado en las observaciones que se pudo realizar durante la Experiencia de Trabajo en el

Puente Puerto Margarita, se puede llegar a la conclusión de que no es práctico aplicar

este método en época de lluvias porque los costos de operación pueden llegar a

duplicarse, al reducirse el rendimiento de excavación a la mitad debido a continuas

interrupciones del trabajo por motivos de seguridad.

Debido a que la maquinaria empleada para este proceso constructivo es mucho más fácil

de transportar que las grandes maquinarias especializadas en perforación, la excavación

de tubulones con aire comprimido resulta ser un método óptimo para el caso de

estructuras que se encuentran en medio de rutas donde todavía no se hace apertura de

camino, que es uno de los casos mas recurrente que se presenta en nuestro medio durante

la construcción de un proyecto caminero. Inclusive en algunos casos la inaccesibilidad de

la futura Obra de Arte, hace que cualquier otro método sea inaplicable dejando como

única alternativa a la Excavación te Tablones con Aire Comprimido, como el caso del

Proyecto Chimoré-Yapacaní .

Debido a que el riesgo que este método implica para los trabajadores, es de carácter

mortal, el mismo solamente puede ser aplicado por empresas con mucha experiencia y

especialización en el ramo. Además de lo mencionado, este método requiere de un

control riguroso y continuo por parte de la Supervisión designada de todos los aspectos

involucrados.

En el caso de que se requiera un cumplimiento estricto de plazos de ejecución, este

método no es recomendable, porque es susceptible a paralización de actividades por

motivos de seguridad laboral.

Una de las principales ventajas que este método ofrece es la posibilidad de observación

en sitio del material en la cota de fundación, lo que lo convierte en el método más fiable

desde el punto de vista de la verificación geotécnica y estructural del suelo de fundación.

Este método es óptimo para el caso de construcción de refuerzos de pilotes ya existentes,

debido a que el mismo no implica vibraciones peligrosas para la estructura y además el







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área de operación que abarca es reducida, por lo que se reduce al mínimo posibles daños

colaterales.

8 Bibliografía

Notas realizadas y fotografías tomadas durante la Experiencia de Trabajo de la

Supervisión del Puente Puerto Margarita.

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – Departamento de Engenharia de

Cinstrução Civil - PCC-2435: Tecnologia da Construção de Edifícios I – Fundações.

Análisis de Precios Unitarios - CADECO.

Costos y Tiempos en Carreteras – Walter Ibáñez

Fotografías de Tubulones en Brasil: www.rocafundacoes.com

Fotografía 1-5: Fundación del puente Alfonso Gumucio Reyes en etapa de construcción:

www.boliviahoy.com

http://www.rocafundacoes.com/

http://www.boliviahoy.com/







INDICE

1 Introducción ............................................................................................................................ 1

1.1 Experiencias constructivas en el exterior. ....................................................................... 3

1.2 Experiencias constructivas en Bolivia ............................................................................. 5

2 Objetivos ................................................................................................................................. 8

2.1 Objetivo general .............................................................................................................. 8

2.2 Objetivo específicos ........................................................................................................ 8

3 Marco teórico .......................................................................................................................... 9

3.1 Determinación de la presión en el tubulón ...................................................................... 9

3.2 Deslizamiento del tubulón ............................................................................................. 10

4 Descripción del proceso constructivo ................................................................................... 13

4.1 Descripción secuencial del proceso ............................................................................... 13

4.1.1 Terraplén de acceso ............................................................................................... 13

4.1.2 Construcción del primer módulo del tubulón ........................................................ 15

4.1.3 Excavación a cielo abierto y deslizamientos iniciales .......................................... 18

4.1.4 Introducción de aire comprimido en el tubulón .................................................... 20

4.1.5 Trabajo de excavación bajo presión ...................................................................... 23

4.1.6 Construcción de módulos adicionales de tubulón ................................................. 24

4.1.7 Deslizamientos en el tubulón ................................................................................ 26

4.1.8 Apuntalado de tubulón y encamisado de la excavación ........................................ 29

4.1.9 Excavación en el estrato de fundación .................................................................. 30

4.1.10 Armado y vaciado de la punta del tubulón ............................................................ 32

4.1.11 Vaciado de hormigón en el fuste hueco del tubulón ............................................. 35

4.2 Controles de diseño y ejecución .................................................................................... 37







4.2.1 Localización del centro de tubulón. ...................................................................... 37

4.2.2 Cota de fundación de la base del tubulón. ............................................................. 38

4.2.3 Verticalidad de la excavación. .............................................................................. 38

4.2.4 Colocado de la armadura y armadura en espera. ................................................... 39

4.2.5 Dimensiones del tubulón ....................................................................................... 40

4.2.6 Presión en el interior del tubulón y los riesgos de accidente ................................ 41

5 Ventajas y desventajas del proceso constructivo .................................................................. 43

5.1 Ventajas ......................................................................................................................... 43

5.2 Desventajas .................................................................................................................... 43

6 Rendimientos y Precios Unitarios ......................................................................................... 45

6.1 Costos de la mano de Obra ............................................................................................ 45

6.1.1 Salario Básico Diario ............................................................................................ 45

6.1.2 Cargas Sociales ..................................................................................................... 45

6.1.3 Impuestos .............................................................................................................. 48

6.1.4 Costo Total de Mano de Obra ............................................................................... 48

6.2 Rendimientos ................................................................................................................. 50

6.3 Precios Unitarios ........................................................................................................... 54

6.3.1 Provisión de agua .................................................................................................. 55

6.3.2 Producción de Grava ............................................................................................. 56

6.3.3 Transporte de Grava D=2Km ................................................................................ 57

6.3.4 Producción de arena .............................................................................................. 58

6.3.5 Transporte de arena ............................................................................................... 59

6.3.6 Doblado y colocado de armadura .......................................................................... 60

6.3.7 Hormigón R21 ....................................................................................................... 61

6.3.8 Excavación de tubulones con aire comprimido D=1.6M ...................................... 62







7 Conclusiones y recomendaciones .......................................................................................... 64

8 Bibliografía ............................................................................................................................ 65

Documents

Construccion de Tubulones con Aire Comprimido Dennys Arcienega