Construccion de Tubulones con Aire Comprimido Dennys Arcienega
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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- 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.
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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:
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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.
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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:
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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
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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)
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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.
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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
Estrato de roca dura
Grava limosa
Estrato de roca dura
Grava limosa
P
P
4) Se recubre con HºAº las
paredes de la excavación
para evitar derrumbes
(encamisado de la
excavación)
N.F.
Estrato de roca dura
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.
Estrato de roca dura
Punta
les
Punta
les
Punta
les
Punta
les
Punta
les
Rev
esti
mie
nto
Rev
esti
mie
nto
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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Figura 4-20: Esquema tridimensional del equipamiento para introducción de aire comprimido
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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
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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.
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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:
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(Insertar Calculo de cargas sociales 1/2)
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(Insertar Calculo de cargas sociales 2/2)
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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.
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(insertar cálculo de costos de mano de obra)
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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
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(Insertar Avance promedio)
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(Insertar rendimientos)
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(Insertar cálculo de Hormigón y armadura)
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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.
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6.3.1 Provisión de agua
(INTRODUCIR PU_AGUA)
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6.3.2 Producción de Grava
(INTRODUCIR PU_GRAVA)
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6.3.3 Transporte de Grava D=2Km
(INTRODUCIR PU_TRANS GRAVA)
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6.3.4 Producción de arena
(INTRODUCIR PU_ARENA)
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6.3.5 Transporte de arena
(INTRODUCIR PU_TRANS ARENA)
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6.3.6 Doblado y colocado de armadura
(INTRODUCIR PU_ARMADUIRA)
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6.3.7 Hormigón R21
(INTRODUCIR PU_HORMIGÓN R21)
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6.3.8 Excavación de tubulones con aire comprimido D=1.6M
(INSERTAR EXCAVACIÓN TUBULÓN CON AIRE COMPRIMIDO D=1.6M)
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6.3.9 Construcción de tubulón con aire comprimido de 1.6m de diámetro
(INSERTAR EXCAVACIÓN TUBULÓN CON AIRE COMPRIMIDO D=1.6M)
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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
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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
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
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
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
7 Conclusiones y recomendaciones .......................................................................................... 64
8 Bibliografía ............................................................................................................................ 65