Bóvedas, Arcos y Máquinas en Ingeniería Civil

Bóvedas: Rincón claustro truncada, Esquifada con plafón, Arista peraltada y rebajada, Reticular, Abanico, Esférica rebajada o cúpula rebajada, Base circular, Vaida, Con pechinas y Lobulada. Arcos: Angular truncado, Escarzano (muy rebajado), Peraltado(al lado elíptico), Deprimido cóncavo y convexo, Ojibal (apuntado) lanceteado y rebajado, Tudor español (3 centro apuntado), Conopial, Flamígero, Festoneado convexo y cóncavo, Trebolado y Multibolado.

Máquinas: Excavadora sobre orugas, Pala cargadora sobre orugas, Colgador de tubos, Dumper, Compactador de rodillo vibratorio, Retroexcavadora mixta, Rodillo vibrante y Plancha vibrante

1.Elementos de la bóveda Apoyos: Son las partes de los muros o pilares sobre los que descansa la bóveda. Puntos de arranque: Son los de los arcos que componen la bóveda. Dovelas: Son las piezas elementales que componen la bóveda. Clave: Es la dovela central que cierra la bóveda. Salmeres: Son las dovelas en las líneas de arranque de la bóveda. Nervios: Son los arcos de dovelas independientes de los témpanos en las aristas. Muro frontal: Es el que cierra la bóveda en sus partes abiertas. Arco toral: Es el arco que separa dos bóvedas situadas una a continuación de otra. Luneto: Es la abertura practicada en la bóveda por otra bóveda que penetra en ella. Tramo de la bóveda: Es cada elemento individual de una bóveda mayor formada por la sucesión de otras menores.

2.Dimensiones Luz: Es la distancia entre apoyos o arranques de la bóveda. Flecha: Es la altura desde el arranque a la clave. Espesor: Es la distancia entre el trasdós y el intradós de la bóveda.

3.Superficies: Intradós: Es la superficie externa de la bóveda. Témpanos: Son las partes de la bóveda comprendidas entre las aristas y los arcos frontales o las intersecciones con otras superficies de la bóveda. Faldón: Es el nombre de un témpano de huso, en bóvedas de rincón de claustro y esquifadas. Pechinas: Son los témpanos interpuestos entre una cúpula esférica y su apoyo poligonal.

4.Líneas Línea de arranque: Es la que se forma uniendo entre sí todos los puntos de arranque de los arcos que componen la bóveda. Directriz o perfil: Es la línea del arco en que se basa la bóveda. Queda aparente en las secciones de la bóveda. Eje de la bóveda: Es la línea central formada por la unión de los centros de todos los arcos que componen la bóveda. Aristas o líneas de aristas: Son las que se forman en el encuentro de dos superficies de bóveda que forman esquina saliente. Arco frontal: Es la línea de intersección de la bóveda con el muro frontal. Arco diagonal: Es la arista de intersección de dos bóvedas de cañón. Línea de clave: Es la unión de las claves de todos los arcos de la bóveda, distinguiéndose las siguientes clases: Línea de clave horizontal: Cuando las claves de los arcos frontales y de los diagonales están a igual altura. En las bóvedas por arista, los témpanos son cilíndricos Línea de clave ascendente: Cuando la clave del arco diagonal es más baja que las correspondientes a los arcos frontales y los témpanos son ascendentes y cilíndricos Línea de clave descendente: Cuando la clave del arco diagonal es más baja que las correspondientes a los arcos frontales y los témpanos son inclinados y casi siempre cilíndricos Línea de clave curvada quebrada: Cuando las claves de los arcos diagonales y frontales están a la misma altura y los témpanos tienen forma abombada esférica Línea de clave quebrada peraltada: Cuando la clave del arco diagonal está más alta que la de los frontales y los témpanos tienen forma abombada esférica Línea de clave curvada descendente: Cuando la clave del arco diagonal está más baja que las dos frontales y los témpanos presentan superficies descendentes y abombadas.

5.Aparejos y construcción de bóvedas Se distinguen tres sistemas básicos de construcción de bóvedas, derivados del material empleado: de dovelas, tabicadas y moldeadas. El primero consiste en el acoplamiento de pequeños elementos, las dovelas, que pueden ser de piedra labrada en forma de paralelepípeda, o de ladrillo colocado en rosca; el segundo, en láminas curvas de varias hojas de rasillas, y el tercero, en verter una masa pastosa (hormigón, yeso) sobre un molde convenientemente dispuesto. Aparejo de dovelas. Bóvedas cilíndricas. Aparejo recto: Las hiladas son paralelas a los muros de apoyo , necesita cimbra continua. Aparejo en espiga: Hay dos variantes: Las hilada forman en planta un ángulo de 45º con la línea de clave , en la segunda variante, las hiladas de 45º parten del centro de la bóveda o clave, en aspa. Aparejo circular Las hiladas son, en planta, perpendiculares a las líneas de arranque, excepto los arcos frontales, y otro en el centro de la bóveda, de aparejo recto. Las hiladas no son rectas, sino que son arqueadas, con la concavidad hacia la clave, formando como anillos alrededor de ésta.Con los tres aparejos citados pueden ejecutarse todas las bóvedas de cañón y sus derivadas, por complicadas que sean. Generalmente convendrá resaltar las hiladas de apoyo. También conviene reforzar la bóveda hasta más allá de la junta de rotura y trasdosar la bóveda (rellenar los senos) con buen material, para cuyo enlace se dejarán las juntas del muro formando dentados.

6.Huecos: Cuando se ha de dejar un hueco en la bóveda, hay que tener la precaución de disponer arcos en la superficie de la misma que recojan el empuje que iría sobre el hueco. 7.Lunetos: Dibujadas las líneas de intersección sobre la cercha continua principal, las bóvedas de los lunetos se construyen mediante idénticos aparejos que los descritos.

8.Bóvedas compuestas: En las bóvedas de rincón de claustro, puede utilizarse el aparejo recto, endentándose las hiladas en las aristas. Si las dovelas son de sillería, pueden labrarse dovelas especiales para los rincones o aristas entrantes. El aparejo arqueado o en espiga también da muy buen resultado en los rincones de claustro. En las bóvedas de crucería (por arista, estrellada, reticuladas y lobuladas), la habilidad en escoger el aparejo adecuado da lugar a gran variedad al aspecto de la bóveda . Lo más difícil en todas estas bóvedas es la formación de las aristas, que en la mayoría de las veces conviene sean reforzadas en su trasdós. Bóvedas tabicadas: Las bóvedas tabicadas se distinguen esencialmente de las otras en que actúan como láminas curvas, y, debido a los materiales empleados en su construcción, puede prescindirse en las mismas del empleo de las cimbras y otros medios auxiliares, complejos y costosos, que son imprescindibles en los otros tipos de bóvedas. En las bóvedas tabicadas los ladrillos se disponen de plano, y siempre constan, por lo menos, de dos hojas con juntas alternadas y un grueso intermedio de mortero. La primera hoja se construye de rasillas (figura 220) que son unos ladrillos de poco espesor de 15 a 20 mm; siendo las otras dos dimensiones las ordinarias según el formato. Con estas rasillas y valiéndose de ligeras cerchas que dan las directrices de la bóveda, los operarios que se dediquen a la construcción de estas bóvedas colocan la primera hoja, la cual sirve como de cimbra para las demás hojas sucesivas o de doblado, las que también pueden ser de rasilla o de ladrillo un tanto más gruesos (25, 30, 35, y 40 mm.), ordinariamente, las dos hojas primeras son de rasilla, empleándose los otros ladrillos más gruesos para las capas sucesivas. En la construcción de la primera hoja debe emplearse el mortero de yeso o de cemento rápido, las rasillas se disponen unas junto a otras, amorteradas en dos de sus bordes, los que se aplican contra los que están colocados en obra, apretando suavemente a fin de que adhiera el mortero, sosteniéndola en su posición un pequeño lapso de tiempo, el necesario para que el mortero fragüe y tenga suficiente cohesión para sostener el peso de la misma. La figura 221 presenta una vista de la primera hoja en curso de ejecución de una bóveda tabicada en cañón seguido, viéndose aparte una rasilla con el mortero dispuesto en sus bordes a punto de ser colocada en obra. Se procurará que entre las hojas quede un espesor uniforme de 10 a 15 mm de mortero, el cual puede ser de cal o cemento.

9.Cimbras para arcos y bóvedas: Cimbras: Son las construcciones provisionales de carpintería de armar, que se emplean para sostener los elementos constructivos de que se compone el arco o bóveda, hasta que los materiales hayan logrado la consistencia suficiente. También sirven para dar al intradós la forma que deba tener. 10.Elementos componentes: Las cimbras se componen de la cercha o armadura y el revestimiento o superficie de asiento del arco. Clases de cimbras: Se distinguen cimbras fijas, volantes, mixtas, giratorias, suspendidas o aéreas. Fijas: Las que se apoyan en puntos intermedios entre los estribos del arco de la bóveda. Volantes: Las que se apoyan en los estribos. Mixtas: Las que si bien se apoyan en los estribos pueden tener algún apoyo intermedio. Giratorias: Las que pueden ser trasladadas alrededor de un eje a medida que avanza la construcción. Suspendidas o aéreas: Las que están sostenidas sobre el espacio que ha de cubrirse.

1.Movimiento de tierras: Conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales con el fin de modificar su forma para poder ser aprovechables en la ejecució n de obras públicas, industriales o de edificació n. 1.2.Movimientos de Tierras, según el CTE 1.2.1.Criterios básicos1. Se entiende por acondicionamiento del terreno, todas las operaciones de excavación o relleno controlado que es necesario llevar a cabo para acomodar la topografía inicial del terreno a la requerida en el proyecto, así como el control del agua freática para evitar su interferencia con estas operaciones o con las construcciones enterradas; control al que se designará como gestión del agua. 2. En los apartados siguientes no se contempla la existencia de edificaciones u otras obras vecinas que pudieran interferir con este tipo de trabajos en cuyo caso se requeriría un estudio específico detallado del acondicionamiento del terreno.

2.Excavaciones Generalidades: 2.1.(Def). A efectos de este capítulo, se entenderá por excavación todo vaciado o desmonte del terreno limitado lateralmente por un talud, provisional o permanente, sin que en el periodo, transitorio o indefinido de servicio, se contemple ningún tipo de contención mecánica añadida. 2.2.(Problemas). En el proyecto, en relación con la excavación, se considerarán los siguientes aspectos: a) problemas de estabilidad o reptación superficial de suelos dotados de cohesión cuya superficie natural está inclinada respecto de la horizontal; b) problemas de inestabilidad global en suelos sin cohesión y en rocas fracturadas cuando el talud que los limita se aproxima al ángulo de rozamiento interno equivalente de los mismos; c) problemas derivados de procesos de erosión superficial por acción de lluvia y viento y posibles ciclos de hielo y deshielo. Se tendrá en cuenta que la helada puede impedir el drenaje a través de las fisuras de un macizo rocoso limitado por un talud exterior; d) cualquier proceso que incremente el contenido de humedad natural del terreno pues contribuirá a reducir su resistencia e incrementar su deformabilidad; e) problemas de desecación en terrenos expansivos. 2.3. En aquellos casos en que el marco donde se inscribe la excavación dificulte los análisis de estabilidad global, deben preverse investigaciones adicionales. 2.4. La realización de una excavación debe asegurar que las actividades constructivas previstas en el entorno de la misma puedan llevarse a cabo sin llegar a las condiciones de los estados límite último ni de servicio. Si el talud proyectado es permanente, estas mismas garantías se extenderán al periodo de vida útil de la obra que se realice. 2.5. Taludes expuestos a erosión: potencial deben protegerse debidamente para garantizar la permanencia de su adecuado nivel de seguridad. 2.6. Será preceptivo disponer un adecuado sistema de protección de escorrentías superficiales que pudieran alcanzar al talud y de drenaje interno que evite la acumulación de agua en trasdós del talud. 2.7. Deben tomarse en consideración los efectos de los procesos constructivos previstos en cuanto a que pueden afectar a la estabilidad global y a la magnitud de los movimientos en el entorno de la excavación.

3.Rellenos Generalidades 3.1.(Def) A efectos de este DB se entenderán así los rellenos controlados utilizados en la edificación. 3.2.Para su ejecución se requerirá disponer de un material de características adecuadas al proceso de colocación y compactación y que permita obtener, después del mismo, las necesarias propiedades geotécnicas. 3.3. En el proyecto se debe incluir la definición del préstamo y las condiciones de explotación, transporte y colocación del material. 3.4. Si el relleno está limitado por un talud serán de aplicación a éste los análisis de estados límite último y de servicio.

4.Selección del material de relleno 4.1.Criterios  selección material adecuado para su utilización en un relleno se basan en la obtención, tras el proceso de compactación, de la resistencia, rigidez y permeabilidad necesarias en el relleno. Estos criterios dependerán, por tanto, del propósito del relleno y de los requisitos del servicio o construcción a disponer sobre el mismo. 4.2. Los materiales que, según los casos, pueden ser utilizados para rellenos de edificación incluyen la mayor parte de los suelos predominantemente granulares e incluso algunos productos resultantes de la actividad industrial tales como ciertas escorias y cenizas pulverizadas. Algunos productos manufacturados, tales como agregados ligeros, podrán utilizarse en determinados casos. Los suelos cohesivos podrán ser tolerables pero requieren una especial selección y las condiciones de colocación y compactación precisas. 4.3.Aspectos a considerar en la selección de material de relleno:a) granulometría; b) resistencia a la trituración y desgaste; c) compactabilidad; d) permeabilidad; e) plasticidad; f) resistencia del subsuelo; g) contenido en materia orgánica; h) agresividad química; i) efectos contaminantes; j) solubilidad; k) inestabilidad de volumen; l) susceptibilidad a las bajas temperaturas y a la helada; m) resistencia a la intemperie; n) posibles cambios de propiedades debidos a la excavación, transporte y colocación; o) posible cementación tras su colocación. 4.4. Mejora materiales si no son apropiados en su estado natural a) ajuste de su humedad; b) estabilización con cal o cemento; c) corrección de granulometría; d) protección con un material apropiado; e) utilización de capas drenantes intercaladas. 4.5.Normalmente no se utilizarán los suelos expansivos o solubles. Tampoco los susceptibles a la helada o que contengan, en alguna proporción, hielo, nieve o turba si van a emplearse como relleno estructural. 4.6.En caso de duda, debe ensayarse el material en préstamo, definiéndose en proyecto el tipo, número y frecuencia de los ensayos en función del tipo y heterogeneidad del material y de la naturaleza de la construcción en que vaya a utilizarse el relleno.

5.Procedimientos de colocación y compactación del relleno: 5.1.Se establecerán los PCCR: para cada zona o tongada de relleno en función de su objeto y comportamiento previstos. 5.2.PCCR deben asegurar su estabilidad en todo momento evitando además cualquier perturbación del subsuelo natural. 5.3.El proceso de compactación se definirá en función de la compacidad a conseguir y de los siguientes factores: a) naturaleza del material; b) método de colocación; c) contenido de humedad natural y sus posibles variaciones; d) espesores inicial y final de tongada; e) temperatura ambiente y posibles precipitaciones; f) uniformidad de compactación; g) naturaleza del subsuelo; h) existencia de construcciones adyacentes al relleno. 5.4.Rellenoadyacente que se coloque a estructuras debe disponerse en tongadas de espesor limitado y compactarse con medios de energía pequeña para evitar daño a estas construcciones. 5.5.Dragar cualquier suelo blando existenteantes de la colocación de rellenos bajo el agua .

6.Control del relleno 6.1.(Def) El control de un relleno debe asegurar que el material, su contenido de humedad en la colocación y su grado final de compacidad obedece a lo especificado en el Pliego de Condiciones de proyecto. 6.2.Grado de compacidad: se especificará como porcentaje del obtenido como máximo en un ensayo de referencia como el Proctor. 6.3.En escolleras: o en rellenos que contengan una proporción alta de tamaños gruesos no son aplicables los ensayos Proctor. En este caso se comprobará la compacidad por métodos de campo, tales como definir el proceso de compactación a seguir en un relleno de prueba, comprobar el asentamiento de una pasada adicional del equipo de compactación, realización de ensayos de carga con placa o el empleo de métodos sísmicos o dinámicos. 6.4.La sobrecompactación: Puede producir efectos no deseables tales como: a) altas presiones de contacto sobre estructuras enterradas o de contención; b) modificación significativa de la granulometría en materiales blandos o quebradizos.

7.Gestión del agua 7.1.Generalidades 7.1.1.(Def) A efectos de este DB se entenderá por gestión del agua el control del agua freática (agotamientos o rebajamientos) y el análisis de las posibles inestabilidades de las estructuras enterradas en el terreno por roturas hidráulicas (subpresión, sifonamiento, erosión interna o tubificación). Agotamientos y rebajamientos del agua freática 7.1.2.Cualquier esquema de agotamiento del agua: del terreno o de reducción de sus presiones debe necesariamente basarse en los resultados de un estudio previo geotécnico e hidrogeológico. 7.1.3.Para permeabilidad decreciente: del terreno la remoción del agua se hará: a) por gravedad; b) por aplicación de vacío; c) por electroósmosis. 7.1.4.. En condiciones en que la remoción del agua en el solar genere una subsidencia inaceptable en el entorno, el esquema de agotamiento podrá ir acompañado de un sistema de recarga de agua a cierta distancia de la excavación. 7.1.5. Esquema achique debe satisfacer, según proceda a) en excavaciones, el efecto del rebajamiento debe evitar inestabilidades, tanto en taludes como en el fondo de la excavación, como por ejemplo las debidas a presiones intersticiales excesivas en un estrato confinado por otro de inferior permeabilidad; b) el esquema de achique no debe promover asientos inaceptables en obras o servicios vecinos, ni interferir indebidamente con esquemas vecinos de explotación del agua freática; c) el esquema de achique debe impedir las pérdidas de suelo en el trasdós o en la base de la excavación. Deben emplearse al efecto filtros o geocompuestos adecuados que aseguren que el agua achicada no transporta un volumen significativo de finos; d) el agua achicada debe eliminarse sin que afecte negativamente al entorno; e) la explotación del esquema de achique debe asegurar los niveles freáticos y presiones intersticiales previstos en el proyecto, sin fluctuaciones significativas; f) deben existir suficientes equipos de repuesto para garantizar la continuidad del achique; g) el impacto ambiental en el entorno debe ser permisible.

8.Cambios de volumen Los terrenos están constituidos por la agregación de partículas de tamaños variados, quedando huecos entre éstas y que son ocupados por aire y agua. Si realizamos un movimiento de tierras, el terreno en estado natural se verá afectado ya que se producirá una separación entre partículas aumentando el volumen de los huecos. El volumen de una porción de terreno no es constante, variará según las acciones mecánicas a que lo sometamos. El cambio de volumen se puede producir mediante la excavación del terreno o bien mediante su compactación. 8.1.Densidad aparente Relación entre la masa del material y el volumen aparente da= M/Va M= Masa de las partículas más masa del agua Va= Volumen aparente da= Densidad aparente8.2.Factor de esponjamiento Relación entre el volumen aparente en banco y el volumen excavado Fw= Vb/Vs = ds/db Fw= Factor de esponjamiento Vb= Volumen aparente en banco Vs= Volumen aparente del material suelto ds=Densidad aparente del material en banco db=Densidad aparente del material suelto El factor de esponjamiento siempre tiene un valor inferior a la unidad 8.3.Esponjamiento: Es el aumento de volumen consecutivo al mullido provocado por la extracción. En efecto, ordinariamente la tierra extraída de una excavación ocupa un volumen superior al que ocupaba el terreno antes de ser excavado. La Importancia del esponjamiento depende de la naturaleza del terreno, se atenúa y casi se anula con el tiempo, en el caso de tierra vegetal, de arena y de gravilla fina. Un compactado enérgico de los terraplenes y el regado de las tierras disminuyen considerablemente el esponjamiento. db=( Sw/100 +1)· ds Vb= 1/( Sw/100 +1) ·Vs Fw= 1/( Sw/100 +1)

9.Consolidación y compactaciónFactor de consolidación Relación entre el volumen aparente del terreno en banco y el volumen del terreno una vez compactado Fh= Vb/Vc Fh= Factor de consolidación Vc= Volumen aparente del material compactado Porcentaje de consolidación Relación entre la variación de volumen (en banco y compactado) y el volumen en banco Sh= Vb−Vc/ Vb ·100 Sh= Porcentaje de consolidación De las relaciones anteriores se obtiene: Vb= 1/(1− Sh/100 ) ·Vc Fh= 1/(1− Sh /100 )Talud natural de las tierras La inclinación natural de los taludes, con relación a un plano horizontal, es el ángulo del talud natural de las tierras. Este ángulo varía con la naturaleza de las tierras. En general, al hacer los movimientos de tierras, en terraplén, se admite un talud de 3:2 (3 de base por dos de altura) y en desmonte de 1:1 (1 de base por 1 de altura). Pendientes máximas de los taludes, admitidas en tres tipos de terrenos a. Terrenos desmoronables b. Terrenos blandos pero resistentes c. Terrenos muy compactos Entibaciones La entibación consiste, generalmente, en un conjunto de tablestacas verticales soportadas por una serie de puntales y codales. Los materiales habituales son madera y/o planchas de acero y perfiles metálicos. .2.Sistemas de entibación .2.1.Método berlinés: En el que primeramente se hincan perfiles aislados que van entibando la excavación con elementos verticales y horizontales de contención y puntales. También se suele entibar a medida que se excavan zanjas por bataches, sin hinca previa de perfiles. Todos estos sistemas conducen a pantallas más o menos discontinuas (semicuajadas o cuajadas), con gran número de apoyos, en los que la distribución de empujes no es tan lineal como en las pantallas continuas. Los diferentes métodos de construcción y las rigideces de los soportes hacen que la forma y magnitud de las presiones en una entibación no sigan exactamente las teorías tradicionales de presión de tierras. El procedimiento habitual de diseño sigue el método propuesto por Terzaghi y Peck (1967). Según el esquema siguiente. Caso a: P=0. 65∗KA∗σ ‘ (Z=H) , donde : σ ‘ ( Z=H )=γ∗H , y K A= 1−senϕ 1+sen ϕ Caso b: P=σ(Z=H)−m∗4∗cu=(1−m 4 cU γH )γH , donde : CU=Cohesión y m=0. 4 para γH CU ≃6 a 8 Caso c: P=n∗σ(Z=H )=n∗γ∗H , donde : n=0.2 a 0.4 para γH CU 4>Rotura y levantamiento del fondo de una excavación: Este problema es característico de las zanjas y pozos entibados, abiertos en suelos arcillosos blandos. Como consecuencia de las excesivas tensiones tangenciales en las zonas laterales, el esquema de rotura de ese tipo de suelo sigue el esquema del gráfico siguiente. En una rotura a corto plazo se moviliza la resistencia al corte sin drenaje (cu). Terzaghi (1943), determinó la altura de excavación crítica (Hc) de una zanja indefinida (L >>B): HC= 5. 7Cu γ− Cu B √2 donde: γ: densidad de la arcilla; B: ancho de la zanja; Cu: resistencia al corte no drenado. El efecto de forma, en zanjas de longitud finita, L, fue introducido por Tschebotaiioff (1951). HC= 5 . 1Cu γ−(1+ 2B L ∗ Cu B )

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