Caissones (cajón, Campana, Pozos Brocales): Ing. Iván Bragagnini R

CAISSONES (Cajón, Campana, pozos brocales)

Ing. Iván Bragagnini R

Definición de Cajón para la Ingeniería.Cajón de cimentación en ingeniería es el construido con materiales impermeables al agua, utilizado en las cimentaciones de puentes y en obras Hidráulicas, se construye en seco y luego se hunde en el sitio prefijado. Los cajones o caissones se construyen para fundaciones profundas, generalmente forman parte de los pilares o estribos de los puentes. Este sistema consiste en una estructura prefabricada para cimentaciones profundas de una obra.

El procedimiento constructivo consiste en lo siguiente:

1) Se construye sobre la superficie del terreno una estructura llamada brocal o corona. Colocar en el borde del brocal una plancha de acero afilada o de otro material que sirva para .penetrar en el terreno. BROCAL PLANCHA DE ACERO AGUDA

N.T. 0.00

CORTE A-A N.T. ± 0.00

A

A

PLANTA

2) Sobre el brocal se construye el muro de concreto armado u obra diseñada, dentro de la cual se formará la cámara de trabajo.

CÁMARA

MUROS DEL CAISSON

N.T. 0.00

SUELO

3) Avanzando la construcción de los muros del caisson, se empieza la excavación alrededor del brocal con lo cual se va hundiendo el caisson.

CÁMARA

N.T. 0.00

Hundimiento del Brocal

Escalera

4) Se prosigue de la misma forma hasta alcanzar las cotas de diseño del caisson.

v v v v v v

v v v v v

Forma típica de cajón para hormigón armado

Hay varios tipos de caissones, trataremos los mas conocidos.

A)Caisson abierto o Cajón abierto Se construye sobre el terreno un brocal con un borde de acero en forma de azuche para que se hunda en la superficie, logrando una penetración inicial a la excavación, los muros que se construyen sobre el brocal pueden ser verticales o de otras formas, como endentadas o inclinadas según las características del lugar ya sea por el suelo, agua o espacios de diseño estructural.

Estos muros que se construyen sobre el brocal, formarán la cámara de trabajo, dentro de ella se excavará para hundir el cajón hasta la profundidad requerida y por encima de la cámara se continua los muros hasta la altura de diseño.

Es claro que se excava antes de que la estructura haya alcanzado su altura definitiva. La excavación y la construcción del cajón avanzan simultáneamente. En estos cajones abiertos se puede dejar una chimenea central que se rellenará cuando se haya alcanzado la cota de cimentación requerida.

Se puede construir una losa sobre la cámara y rellenar la sección transversal, excepto la chimenea central de acuerdo a lo que se puede instalar, por ejemplo un montacargas, elevadoras con guinche, o para baldes y que sirvan para la circulación de los obreros excavadores para hundir el cajón.

Cuando el hundimiento llega a la cota de cimentación, se detiene y la cámara de trabajo y la chimenea se rellenan del material excavado o concreto, luego se procede de acuerdo a los planos estructurales de obra.

CAISSON ABIERTO PILAR ZAPATA DE PILAR

MUROS DEL CAJÓN

ESCALERA Y CHIMENEA

LOSA DE TECHO DE LA CÁMARA CÁMARA BROCAL AZUCHE DE ACERO CAPAS DE TERRENO

CAPAS DE TERRENO ATRAVESAR

Caisson Abierto

PROCEDIMIENTO DEL POZO DRAGADO EN UN CAISSON ABIERTO El Proceso constructivo es el del caisson abierto de suelos blandos descrito anteriormente, para este procedimiento de pozo dragado es por la presencia de grandes cantidades de agua, donde la chimenea central y la cámara de trabajo tienen las medidas adecuadas para instalar una draga de cucharón con quijadas o draga con baldes, el sistema permite que la napa freática alcance su nivel natural, el procedimiento es adecuado para suelos arenosos u otros materiales que contengan gran cantidad de agua por encima del suelo firme, roca o cota de cimentación calculada por los ingenieros especialistas.

En algunos casos es posible bombear el agua, en otros casos con buzos se adecua el fondo para recibir el relleno de concreto que se puede hacer a través del agua con el cuidado que no pierda la proporción agua-cemento.

HUNDIMIENTO DE UN CAISSON A. Construcción del brocal

Suelo Blando

HUNDIMIENTO DE UN CAISSON B. Inicio del hundimiento

Suelo Blando

HUNDIMIENTO DE UN CAISSON C. Final del hundimiento y construcción del pilar

ROCA

HUNDIMIENTO DE UN CAISSON D. Termino del pilar y caisson

Relleno

ROCA

HUNDIMIENTO DE UN CAISSON

A. Construcción del brocal

B. Inicio del hundimiento

Suelo blando

Suelo blando

C. Final del hundimiento y construcción del pilar

D. Termino del pilar y caisson

B) Cajón Neumático Se usa para grandes profundidades, a través de suelos que contienen mucha agua, otros de arenas saturadas de agua. El proceso constructivo es similar al del cajón abierto y pozo dragado, la diferencia es respecto a la cámara de trabajo y la chimenea que tienen que ser herméticas basado en el principio de la campana de buzo, los dispositivos conectados permiten inyectar aire y cerrar, para impedir la entrada del agua a la cámara de trabajo. Se debe mantener permanentemente el aire comprimido a una presión que iguale a la del agua al nivel del borde de la cámara de trabajo.

El avance del hundimiento del cajón neumático varia de acuerdo a la profundidad. Sabemos que una columna de agua de 1cm2 de sección transversal, pesa 1 kg por 10 metros de altura y la presión a que puede trabajar un hombre durante un corto tiempo es de 3.5 Kg por cm2 por encima de la presión atmosférica. Las recomendaciones mundiales es que a presiones de 3.5Kg/cm2 se trabaje en turnos de media hora, no se considera los tiempos de entrada y salida.

CAISSON NEUMATICO

EJEMPLO DE UN CAISSON HUNDIDO EN EL PUENTE CASCAJAL

I.- CARACTERÍSTICA El proyecto considera la construcción de un caisson circular en concreto armado, de sección escalonada en su altura, el primer cuerpo tiene un diámetro exterior de 14.20m., el segundo cuerpo tiene un diámetro exterior de 13.2m. y el tercer cuerpo tiene un diámetro exterior de 10.00m. Las alturas de estos tres cuerpos son 2.00m., 2.00m. y 11.00m. respectivamente.

Así mismo, se ha previsto la construcción de una losa horizontal d e concreto de 0.80m. de altura y situada a 3.00 del nivel de cimentación , a manera de tapa, que formara la cámara de trabajo y que en su centro tendrá una perforación de 1.20m de diámetro, para prever su uso como caisson neumático, si las condiciones de la excavación así lo requiera. Finalmente en la parte superior se construirá la zapata circular del pilar, que tendrá un peralte de 2.00 m.

II.- PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

Excavación.Se ha previsto la excavación del caisson en dos etapas, la primera como caisson abierto, desde la plataforma auxiliar para la construcción del caisson, hasta un nivel de 5 m. por encima de la cota de cimentación del caisson, en la segunda etapa es decir en los últimos 5 m., la excavación será como caisson neumático, sin embargo si en obra el contratista puede deprimir la napa freática con un mayor número de electrobombas sumergibles, podrá solicitar la aprobación al inspector para seguir con la excavación con caisson abierto hasta el nivel final de cimentación.

Colocación del Concreto.La altura de los cuerpos parciales en que se efectuará el llenado, no excederá de 3.00 mt., debiendo asegurarse el compacto del concreto especialmente en la parte inferior de las formas. En el concreto se utilizará un agregado impermeabilizante en la proporción necesaria que deberá ser aprobada por el Ingeniero Inspector. Se vaciará la tapa superior del caisson monolíticamente con las paredes del caisson.

Sellado del Caisson.Luego de alcanzado el nivel de cimentación del proyecto, se procederá al sellado del caisson, mediante el vaciado del tapón de concreto en una altura promedio de 3.50 m., en tal forma que se asegure la fragua del concreto evitando la fuga del cemento, debiendo quedar perfectamente impermeable.

Relleno con material propio.El proyecto ha considerado el relleno compactado por capas de 0.30 m. de altura, en los 9.20 mt. que existe entre la losa horizontal o tapa del caisson neumático hasta el nivel inferior de la zapata del pilar. Este relleno se hará con el mismo material proveniente de la excavación.

Tolerancias.El hundimiento de los caissones deberá hacerse en forma uniforme y progresiva manteniendo la verticalidad en los mismos y su posición en plano. Se permitirán desviaciones que no superan el 0.50% de la altura total del caisson.

Sección Diametral ENCOFRADO

ARMADURA

C10

MALLA @ 125

4.00 70

2.00

C9

½” @ 25

C10 C8 RELLENO CON HORMIGON COMPACTADO

9.00

C15

¾” @ 25

½” @ 25

C7

1” @ 25

15.00 m 4.30 MALLA 3/4” @15

C14 C6

1”@ 20

C5

¾”

1.60 0.80

2.00

1.20 / 2 HUECO O TUBERIA DE CAMPANA 1” @ 25

RELLENO CONCRETO CICLOPEO COTA = 462.71

f’c =140 Kg/cm2

2.00

1.00

C3

50

40

C11

1” @ 25

C4

½” @ 25

½ ” @ 20

C2 1” @ 10

C13

1” @ 10

C1

½” @ 25 VER DETALLE “A”

C12

SEMI PLANTA CAISSON

7.10 6.60 5.00 3.00

50

1.60

4.00

2.00 14.20 m

4.00

1.60

50

DETALLE “A”

C16

½” @ 30

P de ¼” ¾’’ @ 0.75

15

30 ½”

15

40

P de ½’’

Uso de Caissones en Puentes

EL PUENTE DE ORESUND

VISTA AEREA DEL PUENTE ORESUND

PUENTE AKASHI KAIKYO, JAPÓN

El Equipamiento Marino

Uso de caissones

Combinación de Caisson con pilotes

Caisson del puente Tacoma, hundido en el suelo en el enero de 2004

Puente Royal Albert en Saltash construida por Isambard Brunel

BIBLIOGRAFIA DE SOLMINIHAC T, Hernán Procesos y Técnicas de Construcción G. BAUD Tecnología de la Construcción KIDDER, Frank E Manual del Arquitecto y del Constructor