MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

MEMORIA
DESCRIPTIVA
DEL
PROCEDIMIENTO
CONSTRUCTIVO DE LA UNIDAD DE PRETRATAMIENTO Y DEL
CARCAMO DE AGUA PLUVIAL DEL PROYECTO EJECUTIVO DE
LA ESTACION DE BOMBEO No. 1-38 PARA EL SISTEMA DE
ALCANTARILLADO SANITARIO, ZONA ESTE, MATAMOROS,
TAMAULIPAS.
SINOPSIS.
Se presenta un procedimiento constructivo que ha sido empleado en la construcción de
lumbreras de diámetro hasta los 16 metros y profundidad hasta los 30 metros, en suelos
de muy baja resistencia al esfuerzo cortante, como el suelo del lugar en donde se
construirán la unidad de pretratamiento y el cárcamo de agua pluvial del Proyecto
Ejecutivo de la Estación de Bombeo No. 1-38 para el Sistema de Alcantarillado
Sanitario, Zona Este, Matamoros, Tamaulipas. Se realizará sumergiendo los anillos
prefabricados en la excavación circular estabilizada con suspensiones bentoníticas.
Después de la colocación del primer anillo se colará la losa de fondo con tubos Tremie y
se colocarán los anillos superiores. Posteriormente se rellenará el espacio anular
alrededor de los anillos, se retirarán los lodos del interior de la excavación y se
construirán la losa de base y muros estructurales (revestimiento). Este procedimiento
implicará un significativo aumento de la rapidez de la construcción y en la seguridad,
así como en la reducción de costos.
1. INTRODUCCION.
Durante la construcción de lumbreras de Drenaje Profundo y de las Plantas de Bombeo
de la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica del Departamento del
Distrito Federal, se presentaron problemas relacionados con la estabilidad de fondo de
las excavaciones, sedimentación del suelo producto de caídos de las paredes de la
excavación en el fondo, estabilidad rotacional y escape de lodos de las excavaciones
durante las primeras etapas de sumersión de lumbreras “Flotadas” que se utilizan
ampliamente en la zona de “Lago” del Valle de México.
Para superar los problemas mencionados se implementará un procedimiento de
construcción de lumbreras similar a la construcción de túneles en suelos blandos, donde
primero se construirá el revestimiento primario o provisional (Figura 6) y
posteriormente el definitivo (Figura 7).
El revestimiento primario, en el caso de la lumbrera con anillos, tendrá el propósito
principal de estabilizar las paredes circulares y el fondo de la excavación, así como
evitar asentamientos de la superficie del suelo en las áreas colindantes para disminuir
las afectaciones a las instalaciones y estructuras vecinas. Hasta el año de 1994 se
construyeron con éxito 23 lumbreras con anillos. Las dimensiones de las lumbreras
construidas se indican en la tabla No. 1.
Tabla 1. Lista de las lumbreras construidas
con anillos prefabricados.
LUMBRERA
AÑO
PROF. (m)
EL HUESO 1
EL HUESO 2
EL HUESO 3
RIACHUELO SERPENTINO 1
RIACHUELO SERPENTINO 2
SAN BUENAVENTURA 1
SAN BUENAVENTURA 2
SAN BUENAVENTURA 3
LUMBRERA 3-A
RENOVACION 1
RENOVACION 2
SAN LORENZO 1
SAN LORENZO 2
CAPTACION LUMBRERA 1
CAPTACION LUMBRERA 3
CAPTACION TAXQUEÑA
CAPTACION LUMBRERA 4
CAPTACION LUMBRERA 5
CAPTACION SANTA ANA
CAPTACION COLECTOR PLUTARCO
LUMBRERA 5ª, INTERCEPTOR ORIENTE
LUMBRERA 6, INTERCEPTOR ORIENTE
LUMBRERA 7, INTERCEPTOR ORIENTE
1988
1988
1988
1990
1990
1991
1991
1991
1991
1992
1992
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
1994
14
14
14
18
18
16
11
11
20
15
15
15
15
15
20
22
25
28
29
30
30
30
30
DIAMETRO
(m)
6
6
6
11
11
max. 16
12
6
9
12
12
12
12
6
6
6
6
6
6
6
12
12
12
2. PREMISAS DE ANALISIS Y DISEÑO.
El procedimiento constructivo se relacionará con las condiciones geotécnicas del sitio
del proyecto y con la tradición de los procedimientos constructivos similares en la zona.
Los materiales de construcción, también, serán usuales y disponibles en el mercado
local.
Las bases de diseño podrán resumirse con las siguientes cuatro condiciones y soluciones
básicas.
1
Se evitarán los riesgos de pérdida de vida de estabilidad del sistema en cualquier
instante de la construcción y durante la vida útil de la estructura.
Durante la excavación, la estabilidad se asegurará con la restitución de suelo
natural con las suspensiones bentoníticas y con la geometría circular de la
excavación. Durante la construcción del revestimiento definitivo, el colapso del
fondo y de las paredes cilíndricas de la excavación se evitarán con el
revestimiento primario (figura 1ª) que consistirá en la losa de fondo colada con
los tubos tremie y anillos prefabricados.
2
Se minimizarán los hundimientos de la superficie de suelo en las zonas vecinas,
durante la excavación, la colocación del revestimiento provisional y durante el
servicio u operación de la lumbrera.
La similitud de pesos volumétricos de las suspensiones bentoníticas y del suelo
natural mantendrán los cambios de esfuerzos en la masa de suelo en los
alrededores de la lumbrera en niveles muy bajos durante la excavación. En los
instantes del retiro de lodos del interior de la lumbrera, después de la
terminación del revestimiento primario y el relleno perimetral (figura 7), las
expansiones del suelo debidas al retiro de cargas se compensará con los
incrementos de esfuerzos efectivos causados por la filtraciones de agua hacia el
interior de la excavación a través del material de relleno de mortero en el espacio
anular, así como por las juntas horizontales entre los anillos sobrepuestos (figura
7).
3
Se posibilitará el control de calidad y de materiales a lo largo de la construcción.
Prácticamente todos los elementos estructurales que constituirán la lumbrera,
con excepción de la losa de fondo colada con los tubos Tremie, se fabricarán al
aire libre donde será posible el acceso para detección de errores, realización de
pruebas de calidad y las intervenciones en caso de corrección, reparación o
restitución de elementos cuya calidad sea deficiente.
4
Se evitará la sedimentación de sólidos gruesos (con el tamaño de grano mayor de
0.075 mm) suspendidos en el fluido de estabilización de la excavación
(suspensiones bentoníticas) y del material de suelo natural desprendido de las
paredes verticales de la excavación en el intervalo de tiempo entre la finalización
de la excavación o última limpieza y la construcción de la losa de fondo
primaria.
Esto se solucionará de la siguiente manera: después de la terminación de la
excavación y de la última pieza de excavación se colocará el primer anillo y se
procederá inmediatamente con el colado de la losa de fondo primaria. De esta
manera la sedimentación de materiales al fondo de la excavación ocurrirá solo
durante la colocación del primer anillo.
3. SECUENCIA DE LA CONSTRUCCION.
La solución se podrá visualizar siguiendo la secuencia del procedimiento constructivo:
1
La construcción del brocal para estabilizar el borde de la excavación y permitir
el acceso de la maquinaria pesada (Figura 1).
Figura 1
2
El proceso de la excavación con la restitución de volúmen de suelo excavado
con las suspensiones bentoníticas (Figura 2).
Figura 2
3
La colocación del Anillo No. 1 en el fondo de la excavación. El anillo No. 1
dispondrá de cuatro trabes horizontales en sentido radial que se intersectarán en
el eje vertical del anillo, las cuales serán a base de vigas de acero laminado A-36
de sección IPR de 8” x 26.6 kg/m. Adicionalmente, en la parte exterior del anillo
se conectarán cuatro vigas- guías verticales que se fijarán en el brocal de la
excavación (Figura 3).
Figura 3
Las cuatro trabes radiales, en el interior del anillo, servirán de liga estructural
entre la losa de fondo colada con los tubos Tremie y el revestimiento primario de
la lumbrera (anillos). Estos elementos asegurarán la transmisión de las
subpresiones hidráulicas y del suelo por debajo de la losa de fondo a los muros
cilíndricos, relleno perimetral y finalmente el subsuelo.
4
Colado de la losa de fondo primaria mediante tubos Tremie. Las cuatro vigasguía que se fijarán en el brocal, se utilizarán para mantener el anillo No. 1
suspendido en la posición unos 30 centímetros por arriba del fondo de la
excavación antes y durante del proceso de colado con los tubos Tremie y
fraguado de la losa de fondo primaria (Figura 4). La holgura de 30 cm será
importante para permitir el flujo de concreto al espacio anular entre el anillo No.
1 y la pared cilíndrica de la excavación.
Figura 4
Posteriormente, después de la adquisición de resistencia del concreto de la losa
de fondo primaria, las cuatro vigas-guías verticales se utilizarán como guía
durante la sumersión y el posicionamiento final de los anillos superiores.
5
Los anillos superiores se sumergirán en la excavación después del fraguado de la
losa de fondo primaria (Figura 5). Estos anillos estarán provistos de cuatro pares
de orejas verticales en su parte exterior (detalle 1). Los anillos se sumergirán
cuidando que entre cada par de orejas se encuentre una viga-guía vertical.
Después se alineará el descenso y la posición final de cada anillo (Figura 5).
Figura 5
Detalle 1
Los anillos serán de concreto de una resistencia a la compresión simple f’c = 200
kg/cm2, de un espesor de 15 cm, reforzado con una sola parrilla en la superficie
neutral, a base de varilla corrugada del No. 4 (1/2 pulgada de diámetro) a cada
30 centímetros en ambas direcciones y fibras de Nylon, de una altura de 3.00
metros.
Las fibras de Nylon 6.12 de longitud de 0.05 m y diámetro de 2x10-5 m,
dosificado de acuerdo con la relación de 1 kg de fibras por 1 m3 de concreto, se
utilizarán como refuerzo secundario. El refuerzo secundario aumentará la
resistencia del concreto a la tensión, impacto, fatiga y distribuirá el
agrietamiento del concreto.
Los anillos tendrán forma circular para que la reacción a los empujes del suelo
en el anillo sea de fuerza axial exclusivamente. De hecho los momentos de
flexión y torsión, y fuerzas cortantes, en la estructura del anillo, ocurrirán
durante las maniobras de traslado desde el sitio de colado hasta la excavación.
Podrá decirse que el peso de los anillos bajará sustancialmente después de la
sumersión en lodos.
6
Después de la colocación de todos los anillos, se rellenará el espacio anular entre
anillos y las paredes de la excavación (Figura 6) con el mortero, para asegurar la
continuidad entre el suelo y la estructura de la lumbrera.
Figura 6
7
Cuando el concreto de la losa de fondo primaria y el relleno de mortero del
espacio anular adquiera la resistencia de diseño, empezará el retiro de lodos del
interior de la lumbrera (Figura 6).
8
Después del retiro de lodos del interior de la lumbrera, se realizará la limpieza de
las superficies de los anillos de concreto expuestas al aire libre y se procederá
con la construcción del revestimiento definitivo que consistirá en la losa de
fondo y el muro cilindrico (figura 8), debiendo demoler y retirar el brocal de
concreto reforzado construido previamente a nivel de terreno natural, así como
el anillo de concreto superior previamente montado. Posteriormente se realizará
la excavación del subsuelo a una profundidad de 2.15mts. conservando un talud
de 30 grados con respecto a la vertical. Por último, se realizará el colado de la
etapa 5.
Figura 7
El colado del muro cilíndrico de la lumbrera se podrá realizar con cimbra
deslizante.
Después del colado del tramo superior del muro cilíndrico de la lumbrera, podrá
decirse que la construcción ha terminado.
4. CONCLUSIONES.
Las obras de 21 lumbreras se terminaron con éxito. Dos lumbreras tuvieron problemas
de estabilidad de anillos prefabricados durante el colado perimetral del mortero, y hubo
un exceso de colado en la losa de fondo primaria. Los problemas mencionados se
corrigieron y puede decirse que todas las lumbreras hasta la fecha se realizaron con
éxito.
Durante la construcción de las lumbreras se observó que los contratistas de la obra no
requieren de gran experiencia: será un factor muy importante para la difusión del
procedimiento constructivo.
La parte más delicada de la secuencia del procedimiento constructivo serán las
maniobras de transporte de los anillos desde el sitio de la fabricación hasta la
excavación, así como los colados con el tubo Tremie de la losa de fondo primaria y el
relleno perimetral. Durante el colado del espacio perimetral será importante que se
mantengan uniformes en todo el perímetro los niveles del mortero que ejercerán
presiones hidrostáticas sobre el revestimiento primario a base de anillos. Para la losa de
fondo primaria será conveniente colarla a través de varios tubos Tremie
simultáneamente para lograr niveles uniformes de superficie de concreto y evitar su
contaminación.
Como parámetro de comparación se tomó el procedimiento de lumbreras “flotadas”.
Pueden indicarse las ventajas y desventajas.
Las ventajas más importantes serán:
1
La reducción del costo será del orden de 10 % a 30 %.
2
Se logrará una reducción significativa de probabilidad de sedimentación de los
materiales de suelo en el fondo de la excavación, lo que es problema común en
la construcción de lumbreras “flotadas”.
3
Se eliminará el problema de inestabilidad rotacional, que existe en las lumbreras
“flotadas” durante las primeras dos o tres etapas de la sumersión.
4
La disminución repentina de niveles de lodos en la excavación no representará
un evento que pueda seriamente afectar la estabilidad del sistema, ya que no
existirán cuerpos flotantes.
5
La reducción del tiempo de construcción podrá ser del orden de 30 %.
La desventaja más importante del procedimiento constructivo será la necesaria
disponibilidad de relativamente grandes superficies en la obra para la construcción de
los anillos, lo que no será posible en todos los casos y podrá ser motivo de la
eliminación del procedimiento constructivo.
Se requerirá segmentar los anillos en dovelas y posteriormente montarlos en el brocal de
la excavación, antes de la sumersión, con el propósito de reducir el espacio necesario
para su fabricación. Esto implicará un mayor grado de sofisticación de la obra, con
todas sus consecuencias como son por ejemplo: implementación de dispositivos
retractables para soporte de los anillos en el brocal. Como puede notarse, esta
modificación será necesaria en obras con áreas reducidas, no obstante, todas las demás
ventajas del método permanecerán.
REFERENCIA.
S. T. Zemva
Zeming, S. A. De C. V.
Páginas 982 a 990 del volúmen No. 2 de las memorias del X Congreso Panamericano de
Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, Guadalajara, Jalisco. México,
Octubre 29 – Noviembre 03, 1995.